DE60128572T2 - Verfahren zur Herstellung von Milchpulver und konzentrierten Milchprodukten - Google Patents
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fetthaltigen Milchprodukts als flüssiges Konzentrat oder als Pulver.
- Bei der Herstellung von Milchkonzentraten und -pulvern ist es wirtschaftlich, die Produktion in Regionen zu konzentrieren, wo frische Milch in großen Mengen und zu einem wirtschaftlichen Preis zur Verfügung steht. Es ist daher wünschenswert, die Kapazität existierender installierter Trockenausrüstungen, insbesondere von Sprühtrocknungstürmen, zu erhöhen, ohne in eine neue Ausrüstung zu investieren. Ein Mittel, dieses Ziel zu erreichen, bestünde darin, der Trocknungsstufe eine hoch konzentrierte Milch zuzuführen. Das Problem ist jedoch, dass, sobald der Trockenmassegehalt eines Konzentrats 50 Gew.-% überschreitet, die Viskosität eine exponentielle Zunahme zeigt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass es bei der Behandlung einer hochkonzentrierten Milch zu einer Verschlechterung der Produktqualität als Konsequenz einer Fett-Clusterbildung der hochkonzentrierten Milch hauptsächlich während der Homogenisierung kommt. Eine Homogenisierung kann nicht weggelassen werden, und zwar aufgrund der schlechten Löslichkeit von Pulvern, die aus einer nicht-homogenisierten Milch hergestellt sind.
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US-5 223 299 beschreibt die Herstellung einer Kondensmilch ohne stabilisierende Salze, wobei ein Milchprodukt, das Phospholipide, die sich von Milch ableiten, enthält, mit einem Milchprodukt vermischt wird, das dann wärmebehandelt wird und durch Verdampfung konzentriert wird. -
SU 1 308 309 -
GB 1 266 619 -
US 3 773 519 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung eines pulverisierten fetthaltigen Milchprodukts, bei dem ein Überzug aus Lecithin auf Pulveragglomerate aufgebracht wird, um seine Rekonstitutionseigenschaften zu verbessern. -
JP 73005028 -
JP 55135545 -
NL 7903483 -
US-A-5 518 751 befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung von rekombinierten eingedampften Milchkonzentraten und Milchpulvern, das die Einführung eines Pflanzenfetts in das flüssige Konzentrat während des Eindampfens umfasst, um dessen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren zu erhöhen. Bei einer Ausführungsform zur Herstellung von Milchpulver wird die Mischung, nach der Einführung des Fetts in der letzten Stufe des Eindampfers, homogenisiert, bevor sie getrocknet wird. -
EP-A-0 627 169 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigen eingedampften Milch, bei dem die Vorerhitzungs- und Eindampfstufen innerhalb der Eindampfvorrichtung erfolgen, und eine Homogenisation vor der Konzentration erfolgt. -
EP-A-0 873 690 befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines fetthaltigen Lebensmittels, das die Zugabe einer Fettphase zu einer wässrigen Phase umfasst, wobei das genannte Zugeben und das Homogenisieren zwischen zwei Verdampfern einer Vielzahl von Verdampferstufen platziert ist. Der Zweck dieser Stufe besteht darin, wärmeempfindliche Öle zu schützen. Für ein Instant-Milchpulver würde es keinen Sinn machen, das Fett vor dem Eindampfen von der Produktionsmilch abzutrennen. -
NL-A-7 903 483 - Kurzdarstellung der Erfindung
- Wir haben gefunden, dass es möglich ist, die Viskosität von konzentrierter Milch drastisch zu vermindern und die Produktivität der Herstellung von Milchpulver zu erhöhen, indem man primär frische Milch sprühtrocknet sowie durch die Art und Weise, wie man die Pulverqualität beibehält oder sogar verbessert.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten Milchprodukts, das eine Lösung des Problems einer zu hohen Viskosität bei vorbekannten Milchkonzentraten liefert. Somit gestattet die Kontrolle der Viskosität das Trocknen eines Konzentrats mit einem Feststoffgehalt jenseits von 50 Gew.-%, ohne dass die Qualität des Pulvers, das nach dem Trocknen erhalten wird, beeinträchtigt wird.
- Das Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten Milch gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
Bereitstellen einer standardisierten Milch,
Pasteurisieren und Homogenisieren der standardisierten Milch,
Mischen der homogenisierten Milch mit einem negativ geladenen oder nicht-ionischen Emulgator,
Homogenisieren der Mischung,
Einführen der Milch in einen Verdampfer, der wenigstens eine Stufe aufweist, um ein Konzentrat mit einem gesamten Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% zu erhalten.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dieses:
Bereitstellen einer standardisierten Milch,
Pasteurisieren der standardisierten Milch,
Einführen der pasteurisierten standardisierten Milch in einen Verdampfer mit wenigstens einer Stufe, um ein Vorkonzentrat zu erhalten,
Homogenisieren des Vorkonzentrats,
Mischen des Vorkonzentrats mit einem negativ geladenen oder nicht-ionischen Emulgator,
Homogenisieren der Mischung,
weiteres Eindampfen der Mischung in einem Verdampfer mit wenigstens einer Stufe, um ein Konzentrat mit einem gesamten Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% zu erhalten. - Bei einer Ausführungsform der Herstellung von getrockneten Produkten umfasst das Verfahren die weitere Stufe des Sprühtrocknens des Konzentrats.
- Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Das Prinzip hinter dieser Erfindung ist die Möglichkeit, ein Milchkonzentrat, das eine Konzentration an Feststoffen bis zu etwa 65 Gew.-% enthält, sprühzutrocknen.
- Gemäß der Erfindung wird frische Vollmilch auf ein gewünschtes Fett-zu-Nichtfett-Feststoffverhältnis standardisiert. Diese Standardisierung wird im Allgemeinen durchgeführt, indem man die geeignete Menge Magermilch zu der frischen Vollmilch zusetzt. Sie kann auch durchgeführt werden durch Komponieren von geeigneten Milchflüssigkeiten aus frischer Vollmilch, insbesondere Magermilch, Sahne, Butter, Fett, Buttermilch usw. Die Rekombination von Milch kann auch ausgehend von Milchpulver, Magermilchpulver, Butterfett oder Pflanzenölen mit der geeigneten Wassermenge durchgeführt werden. Gemäß einer Variante kann auch Magermilch verwendet werden.
- In Abhängigkeit von der Qualität der Milch wird die auf diese Weise standardisierte Milch dann ggf. durch Zentrifugieren geklärt, vorzugsweise nachdem sie auf etwa 40 °C bis etwa 45 °C erhitzt wurde, um während der Klärung die beste Separier- und Reinigungswirksamkeit zu erhalten.
- Die Milch wird dann pasteurisiert und homogenisiert. Ein negativ geladener oder nicht-ionischer Emulgator, der in der Lage ist, Proteine zu binden, wird dann der pasteurisierten Milch bei 60 °C zugesetzt. Die auf etwa 65 °C gehaltene Mischung kann in einer Colloid-Mühle behandelt werden, bis keine festen Teilchen mehr sichtbar sind.
- Die Mischung wird dann einer Homogenisation unterzogen. Die Homogenisation kann in einer oder in zwei Stufen durchgeführt werden. Der Druck der ersten Stufe des Homogenisators beträgt von etwa 50 bis etwa 250 bar. Vorzugsweise beträgt der Druck von etwa 100 bar bis etwa 200 bar. Der Druck in der zweiten Stufe des Homogenisators beträgt von 0 bis etwa 150 bar. Vorzugsweise beträgt der Druck von etwa 20 bis etwa 60 bar. Der Gesamtdruck des Homogenisators beträgt von etwa 120 bar bis etwa 300 bar. Vorzugsweise beträgt der Gesamtdruck des Homogenisators von etwa 150 bar bis etwa 250 bar.
- Nach der Homogenisierung wird die Mischung vorzugsweise einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung kann in zwei Stufen durchgeführt werden, wie es üblich ist, und zwar durch Vorerhitzen und dann Erhitzen mit einer geeigneten Verweilzeit.
- Die wärmebehandelte Milch wird dann in einen Verdampfer eingeführt. Überraschenderweise vermeidet die Zugabe von negativ geladenen oder nicht-ionischen Emulgatoren die starke Viskositätszunahme, zu der es kommt, wenn man die Milch auf eine Feststoffkonzentration von über 50 Gew.-% konzentriert, und gestattet eine spätere Sprühtrocknung bei einem Gesamt-Feststoffgehalt von vorzugsweise etwa 55 bis etwa 65 Gew.-%. Das Sprühtrocknen bei einem derartig hohen Gesamt-Feststoffgehalt war früher unmöglich, weil die Viskosität so hoch war, dass das Produkt nicht transportiert werden konnte.
- Ohne zu wünschen, an einer Theorie festgehalten zu werden, können wir ein Modell vorschlagen, um den Effekt von Emulgatoren auf die Milchviskosität zu erklären. Vor der Homogenisierung und den Erwärmungsprozessen kann Milch als eine Mischung aus drei Phasen angesehen werden: der Lipidphase in Form von Fettkügelchen, der wässrigen Phase, die u.a. Molkenproteine enthält, und der Colloidphase, die mizelluläres Casein enthält. Beim Erhitzen entfalten sich die Molkenproteine und legen ihre hydrophoben Gruppen frei. Diese werden Wechselwirken, wie es auch das mizelläre Casein mit Fettkügelchen während der Homogenisation tut, was die Größe der Fettkügelchen vermindert und daher die Oberfläche erhöht. Das Ergebnis dieser hydrophoben Wechselwirkung besteht darin, dass eine Proteinschicht die Oberfläche der Fettkügelchen überzieht. Wenn sich an diesen Prozess eine Eindampfstufe anschließt, nimmt die Konzentration der unterschiedlichen Bestandteile der Milch zu und begünstigt Assoziationen zwischen den mit Protein überzogenen Fettkügelchen selbst sowie auch zwischen mit Protein überzogenen Fettkügelchen und löslichen Proteinen und Mizellen. Das führt zu einer Erhöhung der Milchviskosität.
- Wenn vor oder während des Eindampfprozesses, jedoch nach der Homogenisierung, ein Emulgator zugesetzt wird, wird dessen hydrophober Schwanz mit den am leichtesten zugänglichen Komponenten Wechselwirken: Casein-Mizellen und Molkenproteinen in der Lösung oder in der Schicht, die die Fettkügelchen überzieht. Wenn der Emulgator eine saure funktionelle Gruppe enthält, z.B. Lecithin-Fraktionen, die reich sind an sauren Phospholipiden, wie beispielsweise Phosphatidsäure oder Phosphatidylinosit, die bevorzugte Emulgatoren darstellen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, ist die neue Schicht, die durch den Emulgator auf den Proteinen oder auf der Proteinschicht gebildet wird, die die Fettkügelchen überzieht, ausschließlich negativ geladen und führt zu einer Abstoßung zwischen überzogenen Teilchen. Im Ergebnis wird die Viskosität abnehmen. Das gilt in einem geringeren Ausmaß auch in dem Fall, wenn nicht-ionische Emulgatoren, z.B. Polyoxyethylensorbitanderivate, z.B. Fettsäureester, die kommerziell als Tweens bekannt sind, verwendet werden, die stark an die hydrophoben Gruppen von Proteinen binden.
- Während oder anschließend an das Trocknen kann, um das Pulver zu instantisieren, eine Lecithinierung mit Agglomeration der zurückgeführten Feinstoffe im Trockner durchgeführt werden, oder die Lecithinierung kann getrennt von dem Trockenturm in einem Nachtrockner durchgeführt werden, z.B. in einem Wirbelbett.
- Die Verarbeitung des Milchpulvers nach der Zerstäubungsstufe, die ein Nachtrocknen, eine Nachkühlung, eine Lagerung, das Einfüllen in Dosen oder Schachteln und eine Begasung umfasst, wird dann standardgemäß abgeschlossen, wie dem Fachmann bekannt ist.
- Es werden nunmehr lediglich beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. In den folgenden Beispielen werden Teile und Prozente in Gewicht angegeben, es sei denn, es wird etwas anderes gesagt.
- Beispiel 1
- 250 kg einer rohen standardisierten Vollmilch, die 3,5% Fett und 9,3% Nichtfett-Milchfeststoffe enthielt, wurden durch indirektes Erhitzen in einem Plattenwärmeaustauscher auf ein Maximum von 80 °C mit einer Haltezeit von 50 s oder weniger bei dieser Temperatur pasteurisiert. Im Anschluss an die Pasteurisierung wurde die Milch zweistufig homogenisiert bei 200 + 50 bar.
- Der pasteurisierten und homogenisierten Milch von 50 °C wurden 0,1% Lecithin zugesetzt (Chocotop 100®, fraktioniertes flüssiges Sojalecithin, das bezüglich saurer Phospholipide angereichert ist, bestehend aus einer Mischung aus Triglyceriden und Phospho/Glycolipiden, die etwa 14% sauere Phosphatide enthält; Lucas Meyer GmbH), und zwar bezogen auf die Trockenmasse, und die Mischung wurde in einem Zweistufen-Homogenisator bei 100 bar in der ersten Stufe und 25 bar in der zweiten Stufe homogenisiert.
- Die pasteurisierte Flüssigkeit wurde dann den ersten Stufen eines Mehrstufen-Fallfilmverdampfers zugeführt und innerhalb von 90 min konzentriert, um eine konzentrierte Mischung mit einem Trockenmassegehalt von 60% zu erhalten. Die scheinbare Viskosität des Konzentrats (gemessen in-line bei 54 °C und mit einem geschätzten Schergrad von 230 s–1) betrug 0,5 Pa·s.
- Sie wurde dann von einer Hochdruckpumpe aufgenommen und in einem Trockenturm durch Hochdruck-Verwirbelungsdüsen bei einem Druck von 140 bar und einer Temperatur von 72 °C sprühgetrocknet. Sie wurde agglomeriert und lecithiniert, um eine Instantisierung zu erreichen, nachgetrocknet, nachgekühlt, in Verpackungen abgefüllt und begast.
- Das Pulver wies hervorragende Rekonstitutions- und physikalisch chemische Eigenschaften auf.
- Beispiel 2
- Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied durchgeführt, dass 0,5% Lecithin (Chocotop 100°) einem vorverdampften pasteurisierten Milchkonzentrat mit einem Trockenmassegehalt von 40% zugesetzt wurden, in zwei Stufen bei 180 bar in der ersten Stufe und dann bei 50 bar in der zweiten Stufe homogenisiert wurde und die flüssige Mischung auf einen Trockenmassegehalt von 59% konzentriert wurde. Die Scheinviskosität des Konzentrats (gemessen wie in den Beispielen 6 bis 9 weiter unten angegeben wird) betrug 0,01 Pa·s.
- Nach dem Sprühtrocknen wie in Beispiel 1 war die Qualität des Pulvers demjenigen, das in Beispiel 1 erhalten wurde, vergleichbar.
- Beispiel 3
- Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied durchgeführt, dass 0,4% Lecithin (Chocotop 100°) dem voreingedampften entfetteten pasteurisierten homogenisierten Milch-Vorkonzentrat von 40% Trockenmassegehalt zugesetzt wurden, in zwei Stufen bei 180 bar in der ersten Stufe und dann 50 bar in der zweiten Stufe homogenisiert wurde und die flüssige Mischung auf 49% Trockenmasse konzentriert wurde.
- Die scheinbare Viskosität des Konzentrats, verdünnt auf 40% Trockenmasse, um die Messung zu erleichtern, und gemessen wie in den nachfolgenden Beispielen 6 bis 9 angegeben wird, betrug 0,02 Pa·s.
- Beispiele 4 bis 5
- Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit dem Unterschied durchgeführt, dass die Zugabe von Chocotop 100° zu einer pasteurisierten und homogenisierten Milch ersetzt wurde durch diejenige von nicht-ionischen Emulgatoren wie beispielsweise Tween 20° (Beispiel 4) oder Tween 60° (Beispiel 5). Im Anschluss an die Tween-Zugabe, in beiden Fällen jeweils 0,5%, wurden die angereicherten Milchprodukte in zwei Stufen bei 180 bar in der ersten Stufe und dann 50 bar in der zweiten Stufe homogenisiert, und die flüssigen Mischungen wurden auf 60% Trockenmasse konzentriert. Die scheinbare Viskosität der Konzentrate (gemessen wie in den nachfolgenden Beispielen 6 bis 9 angegeben wird) betrug 0,35 Pa·s für die mit Tween 20° angereicherte Variante (Beispiel 5) und 0,25 Pa·s für die Variante, die Tween 60° enthielt (Beispiel 5). Zum Vergleich zeigte eine ähnlich behandelte Milch, jedoch ohne Zugabe von Tween, eine scheinbare Viskosität von 0,57 Pa·s.
- Beispiele 6 bis 9
- 150, 220 oder 250 mg der verschiedenen gereinigten sauren Phospholipide wurden getrennt zu 500 g Proben von pasteurisierter und homogenisierter Vollmilch zugegeben. Die resultierenden, mit Phospholipiden angereicherten Milchproben wurden auf 60 °C erhitzt und bei 180 bar in einer Stufe homogenisiert. Im Anschluss an die Homogenisierung wurden die Milchproben in einen Rotations-Vakuumverdampfer auf 60% Trockenmassegehalt konzentriert.
- Die scheinbare Viskosität der Konzentrate wurde wie folgt gemessen: Die Probe wurde in einem Dewar-Isotherm-Kolben gegeben, der mit Wasser auf 55 °C vorerhitzt war. Das Dewar-Gefäß war mit einer Aluminiumfolie bedeckt. Etwa 5 ml Probe wurden für jede Viskositätsmessung entnommen, die durchgeführt wurde mit einem Haake RS100-Rheometer, eingestellt bei 45 °C auf Scherraten von 0 bis 500 s–1. Messungen wurden dreifach wiederholt, und für jede Messung wurde eine frische Probe aus der konzentrierten Milch entnommen, die in dem Dewar-Gefäß aufbewahrt wurde. Die Viskosität in diesen Proben wurde mit der einer pasteurisierten Milch verglichen, die auf 60% Trockenmasse konzentriert wurde (Referenzprobe).
- Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Beispiel Phospholipid Molare Dichte1) Viskosität bei 500 s–1 (Pa·s) 6 Nathin 3KE2 ) - 0,07 7 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphat (Na-Salz)3)4) 133 0,03 8 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-[phospho-L-serin] (Na-Salz)3)5) 120 0,09 9 L-α-Phosphatidylinosit (Pflanzlich)5)6) 113 0,07 Referenzprobe - - 0,15 - Legende:
- 1) Molare Dichte von reinem Phospholipid (PL); d.h. μmol PPL/100 mg PL
- 2) Nathin 3KE von Stern, Deutschland, pulverisiertes entöltes Lecithin, reich an sauren Phospolipiden, 200 mg
- 3) 200 mg
- 4) In Chloroform
- 5) Lyophilisiert
- 6) 150 mg
- Die in den Beispielen 6 bis 9 verwendeten sauren Phospholipide wurden unter Verwendung von Maltodextrin und Lösemitteln instantisiert. Diese Spezies wurden geliefert von Avanti Polar Lipids Inc. (Birmingham, AL, USA), gefroren in festem CO2 als schneeweiße Pulver oder gelöst in Chloroform.
Claims (16)
- Verfahren zur Herstellung von konzentrierter Milch, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer standardisierten Milch, Pasteurisieren und Homogenisieren der standardisierten Milch, Vermischen der homogenisierten Milch mit einem negativ geladenen oder nicht-ionischen Emulgator, Homogenisieren der Mischung, Einspeisen der Milch in einen Verdampfer mit wenigstens einer Stufe, um ein Konzentrat mit einem Gesamt-Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst: Bereitstellen einer standardisierten Milch, Pasteurisieren der standardisierten Milch, Einspeisen der pasteurisierten standardisierten Milch in einen Verdampfer mit wenigstens einer Stufe, um ein Vorkonzentrat zu erhalten, Homogenisieren des Vorkonzentrats, Vermischen des homogenisierten Vorkonzentrats mit einem negativ geladenen oder nicht-ionischen Emulgator, Homogenisieren der Mischung, weiteres Eindampfen der Mischung in einem Verdampfer mit wenigstens einer Stufe, um ein Konzentrat mit einem Gesamt-Feststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das das Sprühtrocknen des Konzentrats umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Konzentrat einen Gesamt-Feststoffgehalt von 55 bis 65 Gew.-% aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die standardisierte Milch eine teilweise oder vollständig entrahmte Milch ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der negativ geladene Emulgator ein saures Phospholipid ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der negativ geladene Emulgator in einer Menge zugesetzt wird, die 0,05 bis 0,5 % des Gewichts der Konzentrat-Trockenmasse entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Emulgator ein nicht-ionischer Emulgator ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nicht-ionische Emulgator in einer Menge zugesetzt wird, die 0,05 bis 0,5 % des Gewichts der Konzentrat-Trockenmasse entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mischung aus Milch und Emulgator oder die Mischung aus Vorkonzentrat und Emulgator in einer oder in zwei Stufen homogenisiert wird, und wobei der Druck der ersten Stufe des Homogenisators von etwa 50 bis etwa 250 bar, und vorzugsweise von etwa 100 bis etwa 200 bar, beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Druck der zweiten Stufe des Homogenisators bis zu 150 bar beträgt und vorzugsweise von etwa 20 bis etwas 60 bar beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Gesamtdruck des Homogenisators von etwa 120 bar bis etwa 300 bar und vorzugsweise von etwa 150 bis etwa 250 bar beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Milchkonzentrat unter Verwendung von Hochdruckdüsen, vorzugsweise von Hochdruck-Verwirbelungsdüsen, sprühgetrocknet wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Milchkonzentrat bei etwa 140 bar sprühgetrocknet wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei die sprühgetrocknete Milch agglomeriert und durch Lecithinierung instantisiert wird, das Pulver nachgetrocknet wird, nachgekühlt, in Verpackungen eingefüllt und begast wird.
- Konzentrierte Milch, die einen zugesetzten Emulgator, der ein Polyoxyethylensorbitan-Derivat wie die Tweens ist, in einer Menge enthält, die 0,05 bis 0,5 % des Gewichts der Konzentrat-Trockenmasse entspricht, wobei sie einen Gesamtfeststoffgehalt von wenigstens 50 Gew.-% aufweist.
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8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |