DE4103575C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation von Fettemulsionen oder Fettschmelzen, wie Rahm oder Butter, bei dem die Fettemulsion bzw. Fettschmelze unter stufenweiser oder kon­ tinuierlicher Absenkung der Temperatur bei mechanischem Energie­ eintrag behandelt wird.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur gesteuerten Kristal­ lisation von Fettemulsionen, insbesondere Milchfettemulsionen, im Hinblick auf die Herstellung definiert streichfähiger Endpro­ dukte, insbesondere Butterprodukte, vorzuschlagen.

Bedingt durch die fütterungsabhängige Fettsäurezusammensetzung von Kuhmilch resultiert bei der Herstellung von Butter aus Winterrahm in zahlreichen Fällen eine vom Verbraucher beanstan­ dete, nicht ausreichende Streichfähigkeit. Derzeit ist es möglich, die Butterstreichfähigkeit - wenn von Butterqualität gesprochen wird, ist hauptsächlich die Streichfähigkeit gemeint - durch drei Maßnahmen zu verbessern:

• - Durch gezielte Fütterung;
• - durch Zusatz von gefrostetem Sommerrahm;
• - durch geeignete Rahmreifungstemperaturführung.

Die ersten beiden Maßnahmen können nur begrenzte Anwendung finden. Ober das von Frede, Precht und Peters (BFA Kiel) vorge­ schlagene Rahmreifungsverfahren (dritte Maßnahme) liegen unter­ schiedliche und zum Teil widersprüchliche Resultate vor. In diesem Verfahren erfolgt eine Kalt-Warm-Kalt-Behandlung des Rahmes während der Reifung. In der ersten Kaltphase (ca. 6°C) werden Mischkristalle gebildet, welche sowohl niedrigschmelzen­ de wie auch hochschmelzende Fettanteile in den erstarrenden Fett­ tröpfchen in weitgehend homogener Verteilung einbinden. In der folgenden Warmphase erfolgt durch entsprechende Temperaturwahl ein bevorzugtes Aufschmelzen der niedrigschmelzenden Fettantei­ le, welche aus den Fetttröpfchen teilweise an die Oberfläche herausdiffundieren, teilweise "fluide Kerne" ausbilden. Der Anteil an nicht "eingekapselten" freien niedrigschmelzenden Fett­ anteilen verbessert die Fließfähigkeit und damit die Streich­ fähigkeit des Buttersystems. Der Strukturzustand der Fettkugeln entscheidet über deren Stabilität im Butterungsprozeß. Mehr fluide Anteile (nach entsprechender Wärmebehandlung) im Innern der Fettkugeln erhöhen die Elastizität der Matrix und minimieren den "Sprödbruch" bei der Ausbutterung. Über die Temperaturein­ stellung in der Warmphase kann der Anteil für den Fließvorgang "freier", niedrigschmelzender Butterfettanteile variiert werden. Damit ist die Butterstreichfähigkeit in gewissem Umfang "manipu­ lierbar". Dennoch resultiert insbesondere bei Winterrahmeinsatz häufig eine zu hohe Butterhärte, was das beschriebene Verfahren in Frage stellt.

Aus der GB-PS 10 88 389 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Butter mit einer Förderschnecke und einer diese umgebenden Kühl­ vorrichtung bekannt. Mit dieser Vorrichtung kann Butter unter Absenkung der Temperatur bei mechanischem Energieeintrag behan­ delt werden.

Aus der US-PS 22 67 081 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Butter bekannt, die im wesentlichen derjenigen der GB-PS 10 88 389 entspricht.

Die DE-PS 9 39 476 zeigt eine ähnliche Vorrichtung zur Herstel­ lung von Butter.

Aus der DE-OS 33 27 131 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigen Teilchen einer dispergierten Lösung in einem Disper­ sionsmittel bekannt, die aus einem Innenzylinder und einem Außen­ zylinder besteht, die relativ zueinander drehbar sind und die zwischen sich einen Spalt bzw. Zwischenraum festlegen. Aus dieser Vorveröffentlichung ist demnach eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Scherspaltströmung bekannt.

Die DE-OS 24 58 862 zeigt die Verwendung eines zentrischen Rota­ tionsmischers zum kontinuierlichen Mischen von Feststoffen mit Feststoffen oder fließfähigen Massen oder Gasen. Auch hier wird eine Scherspaltströmung erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Verfahren zur Kristallisation von Fettemulsionen oder Fettschmelzen wie Rahm oder Butter die Streichfähigkeit des Endproduktes zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zunächst wird das Erstarrungs- bzw. Schmelzenthalpiespektrum gemessen. Die Ermittlung des Erstarrungs- bzw. Schmelzenthalpiespektrums erfolgt vorzugsweise durch kalorimetrische Messung und/oder mittels DSC (Differential Scanning Calorimetry). Diese beiden Meßmethoden sind als solche bekannt.

Dann werden die bei der Kristallisation gewählten Temperatur­ schritte bzw. Temperaturzonen derart festgelegt, daß Temperatu­ ren eingestellt werden, welche den Erstarrungstemperaturen der überwiegend vorliegenden Fettfraktionen entsprechen. Das Erstar­ rungs- bzw. Schmelzenthalpiespektrum zeigt, in welchen Schmelz­ temperaturbereichen Fettanteile vorliegen. Letztendlich wird die Temperaturführung entsprechend dem Erstarrungs- bzw. Schmelz­ enthalpiespektrum durchgeführt.

Durch die Erfindung wird eine mechanisch-thermische Methode zur Verbesserung der Streichfähigkeit des Endproduktes bzw. der Butterstreichfähigkeit geschaffen. Die Beeinflußbarkeit des Buttergefüges wird durch einen definierten mechanischen Energie­ eintrag im Rahmreifungsprozeß bzw. im Butterungsprozeß reali­ siert. Durch mechanischen Energieeintrag kann die Kristallisa­ tionskinetik beschleunigt werden. Dies erlaubt beispielsweise die beschleunigte Ausbildung hochschmelzender Fettkristalle bei "hohen" Temperaturen, wobei als "hohe" Temperaturen solche von etwa 20 bis 25°C angesehen werden. Die Temperaturführung wird derart gewählt, daß sich um die hochschmelzenden Kristallkeime "schichtweise" niedriger schmelzende Schichten lagern. Hierzu kann eine mehrere Temperaturschritte aufweisende Temperaturabsen­ kung realisiert werden. Es können beispielsweise die Temperatur­ schritte von 25, 20, 18, 17, 15, 13, 12, 8°C realisiert werden. Es ist auch möglich, eine kontinuierliche Temperatur­ absenkung zu wählen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Verfahren zur mechanisch induzierten fraktionierten Kristallisation von Fettemulsionen oder Fettschmelzen angesehen werden. Die "fraktionierte" Schicht­ bildung liefert einen maximalen Anteil an niedrigschmelzenden Anteilen, welche als "Schmiermittel" zwischen den Fettkugeln wirken. Es kann ferner davon ausgegangen werden, daß derart "schichtig" aufgebaute Fettkugeln eine hohe mechanische Stabili­ tät im Butterungsprozeß aufweisen. Eine angepaßte Butterung bezüglich der mechanischen Belastung kann - sofern angezeigt - erfolgen.

Durch die erfindungsgemäße Prozeßführung soll erreicht werden, daß ein schichtartiger Fettkugelaufbau der dispers verteilten Fetttröpfchen in der Rahmmatrix erfolgt. Hierbei sollen die höchstschmelzenden Fettanteile im Kern, Fettfraktionen mit abneh­ mender Schmelztemperatur in immer weiter außen liegenden Schich­ ten, welche den Kern umgeben, angeordnet sein. Hierdurch steht bei entsprechender Verbrauchstemperatur ein maximaler Anteil an zwischen den "harten Kernen" vorhandener, niedriger viskoser Fettmatrix zur Verfügung, was eine verbesserte "Relativverschieb­ barkeit" der "harten" Kerne ermöglicht und damit die Streich­ fähigkeit verbessert.

Die technischen Bedingungen, um den beschriebenen Zustand zu erreichen, sind einerseits die Realisierung eines definierten Temperatur-/Zeit-Programms (zwischen den Schmelztemperaturen der höchst- und niedrigstschmelzenden Fettfraktionen werden entweder diskrete Temperaturen in abnehmender Reihenfolge oder kontinuier­ lich abnehmende Temperaturen (definierter Gradient) realisiert), andererseits ist der definierte mechanische Energieeintrag not­ wendig (der Energieeintrag erfolgt über ein entsprechendes Rühr­ werkzeug, möglichst homogen, also unter Vermeidung von Zonen mit stark variierender Beanspruchung). Der mechanische Energieein­ trag bewirkt im wesentlichen eine Initiierung der Kristalli­ sation sowie eine Beschleunigung der Kristallisation sowie eine Beschleunigung von Kristallkeimbildung und Kristallwachstum. Ferner wird dadurch Temperaturhomogenität erreicht. Unter mecha­ nischem Energieeintrag können lange Kristallisationszeiten, ins­ besondere der hochschmelzenden Fettanteile, deutlich beschleu­ nigt werden.

Im Zusammenhang mit dem Butterherstellungsprozeß kann eine thermisch/mechanische Behandlung entweder bei der Rahmreifung oder bei der "fertigen" Butter, d. h. in reiner Fettschmelze nach der Butterung erfolgen. Beide Verfahren sind denkbar. An der Verfahrensführung ändern sich nur die Höhe des mechanischen Energieeintrags sowie die Verweilzeiten bei verschiedenen Tempe­ raturen. Diese Parameter werden stoffspezifisch optimiert, also abhängig von der im Rahm bzw. in der Butter vorhandenen Zusammen­ setzung hoch- und niedrigschmelzender Fettanteile. Diese Zusam­ mensetzungen können vorab durch eine chemische und/oder durch eine kalorimetrische Analyse bestimmt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der mechanische Energieeintrag kann in einer laminaren Scher­ spaltströmung erzeugt werden. Der mechanische Energieeintrag kann auch in einer turbulenten Scherspaltströmung erzeugt werden. Um einen möglichst homogenen Energieeintrag in die Rahm­ matrix zu gewährleisten, wird ein "Scherspaltkristallisator" ein­ gesetzt.

Vorzugsweise wird die Fettemulsion bzw. Fettschmelze über stoff­ systemspezifische Verweilzeiten behandelt. Für das jeweilige Stoffsystem werden also spezifische Verweilzeiten vorgesehen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Kinetik der Kristallisation über einen variabel zu wählenden mechanischen Energieeintrag ge­ steuert wird. Der homogene mechanische Energieeintrag ist also nicht stets gleichbleibend, sondern wird verändert. Über den variabel zu wählenden mechanischen Energieeintrag wird die Kinetik der Kristallisation gesteuert. Hierdurch kann das erfin­ dungsgemäße Verfahren besonders gut an verschiedene Anforde­ rungen angepaßt werden.

Der homogene mechanische Energieeintrag kann im Scherspalt zwischen bewegten Apparateteilen erzeugt werden. Derartige Appa­ rate sind als solche bereits bekannt. Der Scherspalt kann bei­ spielsweise zylinderförmig sein. Es ist möglich, daß sich in einem feststehenden Außenzylinder ein rotierender Innenzylinder befindet.

Der homogene mechanische Energieeintrag kann durch die Durch­ strömung eines Spaltes mit starren Wänden erzeugt werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß keine mechanisch bewegten Teile erforderlich sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Scherspalt­ kristallisators enthaltend einen gegebenenfalls temperierbaren Außenzylinder und einen konzentrischen Innenzylinder, zwischen welchen sich ein konzentrischer Zylinderspalt befindet, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 einen Scherspaltkristallisator mit temperierbarem Außenzylinder und

Fig. 2 ein gemessenes Erstarrungsenthalpiespektrum.

Der in Fig. 1 gezeigte Scherspaltkristallisator besteht aus einem Außenzylinder 11 und einem konzentrischen Innenzylinder 12, der um die gemeinsame Achse 13 drehbar und antreibbar ist. Zwischen dem festen, senkrecht stehenden Außenzylinder 11 und dem dazu konzentrischen, rotierenden Innenzylinder 12 befindet sich ein konzentrischer Zylinderspalt 14, der axial durchströmt wird, wie durch die Pfeile 15 angedeutet. Der Zulauf 16 befindet sich in der unteren Bodenfläche 18 des Außenzylinders 11, der Ablauf 17 ist am äußeren Rand am oberen Ende des Außenzylinders 11 vorgesehen.

Der homogene Energieeintrag bzw. die Durchführung der Rahmbehand­ lung erfolgt in dem konzentrischen Zylinderspalt 14 des Scher­ spaltkristallisators. Der rotierende Innenzylinder 12 kann auch als "Rührer" bezeichnet werden. In einem praktischen Ausführungs­ beispiel besitzt der konzentrische Zylinderspalt 14 eine Breite von etwa 10 bis 15 mm. Im kontinuierlichen Einsatzfall, der in der Fig. 1 gezeigt ist, wird dieser Zylinderspalt 14 axial durch­ strömt.

Der Außenzylinder 11 ist temperierbar. In dem in Fig. 1 gezeig­ ten Beispiel sind drei Temperaturzonen 21, 22, 23 dargestellt, die in axialer Richtung hintereinander bzw. übereinander angeord­ net sind. Es können drei bis sechs Temperaturzonen vorgesehen werden, erforderlichenfalls auch noch weniger bzw. mehr Tempera­ turzonen.

Während der Durchströmung in axiale Richtung findet gleichzeitig die Scherspaltströmung statt. Es handelt sich also um eine Über­ lagerung zweier Bewegungen, einerseits die den mechanischen Ener­ gieeintrag bewirkende Scherspaltströmung, andererseits die axiale Durchströmung des Scherspaltkristallisators.

Die Fig. 2 zeigt mittels DSC gemessenes Erstarrungsenthalpiespek­ trum. Signifikante Maxima sind bei Temperaturen von 36°C, 32°C, 26-27°C 20°C und 15-16°C zu erkennen. Entsprechend werden die Temperaturen bzw. Temperaturzonen bei der Kristalli­ sation gewählt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Kristallisation von Fettemulsionen oder Fett­ schmelzen wie Rahmen oder Butter, bei dem die Fettemulsion bzw. Fettschmelze unter stufenweiser oder kontinuierlicher Absenkung der Temperatur bei mechanischem Energieeintrag behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Erstarrungs- bzw. Schmelzenthalpiespektrum gemessen und dann die bei der Kristallisation gewählten Temperaturschritte bzw. -zonen derart festgelegt werden, daß Temperaturen eingestellt werden, welche den Erstarrungstempe­ raturen der überwiegend vorliegenden Fettfraktionen entspre­ chen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Energieeintrag in einer laminaren Scherspalt­ strömung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Energieeintrag in einer turbulenten Scherspalt­ strömung erzeugt wird.

4. Verwendung eines Scherspaltkristallisators enthaltend einen gegebenenfalls temperierbaren Außenzylinder (11) und einen konzentrischen Innenzylinder (12), zwischen welchen sich ein konzentrischer Zylinderspalt (14) befindet, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.