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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufrechterhaltung
von aseptischen Bedingungen in einer Saftfabrik während kurzer
Produktionsstopps, wobei in der Fabrik Saft produziert wird, indem
Saftkonzentrat auf eine gewisse Temperatur erhitzt wird, wenn dem
Konzentrat Dampf zugeführt
wird, indem das Konzentrat eine gegebene Zeit lang auf dieser Temperatur
in einer Pufferzelle gehalten wird und indem das Saftkonzentrat
danach mit Wasser auf den richtigen Verdünnungsgrad verdünnt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Saft
wird als Getränk
definiert, das 100% Extrakt aus Obst, Gemüse oder Beeren und normalerweise
keine Zusatzstoffe enthält.
Getränke
mit einem geringeren Gehalt werden üblicherweise als Fruchtnektar
oder Fruchtgetränke
bezeichnet. Als Ausgangspunkt bei der Herstellung von Säften nimmt man
gemeinhin ein Saftkonzentrat aus der Frucht oder den Früchten, die
verwendet werden soll/en.
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Als
das auf dem Markt am weitesten verbreitete Saftgetränk ist Orangensaft
in einer Klasse für sich.
Ganz allgemein wachsen jedoch in den Ländern, die als Hauptverbraucher
von Saft gelten können,
keine Orangen. Zur Einsparung von Kosten für den Transport von Orangensaft
aus den Produzentenländern
in die Verbraucherländer
muss daher der Saft im Ursprungsland konzentriert und das Konzentrat
transportiert werden, das dann nur 15–20% des Saftfertigprodukts
ausmacht. Meistens wird das Konzentrat im gefrorenen Zustand transportiert.
Im Verbraucherland muss dann das Konzentrat mit Wasser verdünnt werden,
d. h. es muss zu seiner ursprünglichen
Zusammensetzung und Konzentration rekonstituiert werden. Mehr als
90% der weltweiten Orangensaftproduktion erfolgt auf diese Weise.
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Beim üblichsten
Verfahren zur Rekonstituierung werden Konzentrat und Wasser entweder
diskontinuierlich in großen
Tanks oder kontinuierlich in spezieller Verfahrensausrüstung vermischt.
Danach wird der fertige Saft pasteurisiert, abgekühlt und
verbrauchergerecht abgepackt. Es gibt auch Verfahren, bei denen
dem Konzentrat direkt überhitztes
Wasser zugeführt
wird. In diesem Fall wird das Produkt danach indirekt gekühlt und
verbrauchergerecht verpackt.
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Die
Aufgabe bei der Herstellung von Saft aus Konzentrat, dem sogenannten
rekonstituierten Saft, besteht auch darin, dem Geschmack von frisch
gepresstem Saft nahezukommen, der normalerweise gleich nach dem
Pressen getrunken wird. Es sind vor allem zwei Faktoren, die den
Saft während
dieses Verfahrens beeinflussen: Temperatur und Sauerstoff. Zur Verbesserung
des Produkts wird versucht, den Saft der geringstmöglichen
Wärmeeinwirkung
auszusetzen, während
gleichzeitig ein Produkt mit zumutbarer Haltbarkeit erhalten werden
muss. Das Verfahren sollte auch so ausgelegt sein, dass die Sauerstoffeinwirkung
so gering wie möglich
ist. Sauerstoff verursacht Oxidation und zerstört Vitamin C, wodurch der Nährstoffgehalt
des Safts verringert wird.
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Gleichzeitig
muss das Verfahren auch rationell gemacht werden, indem die Anfahr-
und Stoppzeiten so kurz wie möglich
sind. Das Verfahren sollte auch flexibel sein, so dass eine Produktumschaltung schnell
und einfach ohne größere Produktausfälle von
statten gehen kann. Das Verfahren sollte auch für verschiedene Arten von Frucht-
oder Gemüsesäften, einschließlich Säften mit
Fasern, geeignet sein.
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Ein
derartiges Verfahren wird in der
US 4,684,531 beschrieben.
Dem Saftkonzentrat wird Dampf zugeführt, so dass eine Pasteurisierungstemperatur
erreicht wird. Das teilweise verdünnte Saftkonzentrat wird eine
gegebene Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten. Danach wird so
viel Wasser hinzugefügt,
bis ein rekonstituierter Saft erhalten wird. Der fertige Saft wird
danach aseptisch verbrauchergerecht verpackt.
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In
einer oben beschriebenen Fabrik für die Herstellung von Saft
können
natürlich
kurze Produktionsstopps vorkommen, weil die Füllmaschine vorübergehend
stoppt. während
dieser kurzen Stopps, die bis zu 15 Minuten dauern können, ist
es unerlässlich,
dass in der Fabrik aseptische Bedingungen aufrechterhalten werden.
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In
anderen Saftanlagen, in denen dem konzentrierten Saft heißes Wasser
hinzugefügt
wird, wurde nur die Zufuhr von Konzentrat und Wasser gestoppt, und
die Saftmenge im Puffertank hatte Zeit, sich unter die Pasteurisierungstemperatur
abzukühlen.
Zur Vermeidung eines Temperaturalarms unmittelbar nach dem erneuten
Anfahren wurde das Temperatursignal in diesem Fall verdeckt. Diese
Vorgehensweise bringt jedoch das Risiko mit sich, dass eine kleinere
Menge an Produkt im oder stromaufwärts vom Mischtank nicht ausreichend
pasteurisiert ist.
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In
herkömmlichen
Saftpasteurisierungsanlagen, in denen Wärmetauscher eingesetzt werden, wird
das Produkt während
kurzer Stopps über
der Pasteurisierungsanlage ständig
rezykliert. Das bedeutet, dass sogar während Betriebsstopps sehr viel Energie
verbraucht wird.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Aufrechterhaltung von aseptischen Bedingungen in einer Saftfabrik
bereitzustellen, ohne Gefahr zu laufen, dass das Produkt keine ausreichende
Pasteurisierungstemperatur erreicht.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Saftfabrik, die während
Betriebs stopps keine Energie verbraucht und den Produktionsmodus
schnell wieder aufnehmen kann.
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LÖSUNG
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Diese
und andere Aufgaben wurden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Verfahren der in der Einführung
beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fabrik während kurzer Produktionsstopps
die Zufuhr von Saftkonzentrat, Dampf und Wasser abschaltet, dass
der Druck in der Fabrik aufrechterhalten wird, indem ein der Wasserzufuhr
nachgeschaltetes Absperrventil schließt, dass der Anlage Dampf in
einer kleinen Menge über
eine Umgehungsleitung zugeführt
wird und dass der Puffertank, der isoliert und mit einer Heizschleife
verbunden ist, die Temperatur des Produkts im Puffertank aufrechterhält.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung haben die kennzeichnenden Merkmale gemäß den beiliegenden
Unteransprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
BEILIEGENDEN ZEICHNUNG
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun eingehender unten mit Bezug
auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
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1 zeigt
ein Flussdiagramm für
eine Anlage zur Herstellung von Saft, Fruchtnektar oder Fruchtsaftgetränken, in
der das erfindungsgemäße Verfahren
eingesetzt werden kann.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
in 1 gezeigte Anlage weist einen Tank 1 für konzentrierten
Saft auf. Das Saftkonzentrat wird mittels einer Pumpe 2 in
einen Dampfinjektor 3 gepumpt. Bei der Pumpe 2 handelt
es sich vorzugsweise um eine Verdrängerpumpe wie eine Nockenrotorpumpe
oder eine Schraubenpumpe. An der Leitung 4 zwischen der
Pumpe 2 und dem Injektor 3 ist ein Durchflussmesser 5 angeordnet.
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Der
Injektor 3 kann der Art sein, wie sie in der schwedischen
Patentanmeldung SE 0004390-1 beschrieben ist. Im Injektor 3 wird
mit Druck beaufschlagter Dampf durch zahlreiche Löcher, die
in der Gehäuseoberfläche eines
Rohrs, durch das das Produkt geht, vorgesehen sind, in das Saftkonzentrat
gezwungen.
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Dem
Injektor 3 wird Dampf durch eine Dampfleitung 6 zugeführt, an
der ein Dampfregelventil 7 angeordnet ist. An der Dampfleitung 6 ist
auch eine Umgehungsleitung 8 angeordnet, an der eine kleinere
Menge Dampf in den Injektor 3 gehen kann, selbst wenn das
Dampfregelventil 7 geschlossen ist. Während der Produktion liegt
ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Ventil vor, das die Umgehungsleitung 8 schließt, um die
Dampfmenge, die dem Verfahren zugeführt wird, präzise steuern
zu können.
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Ein
Steuersystem 9 überwacht,
dass der dem Injektor 3 zugeführte Dampf die richtige Temperatur
hat und stellt sicher, dass der Dampf den richtigen Druck hat und
damit dass er die gewünschte
Energiemenge hat. Im Injektor 3 ist das Saftkonzentrat auf
ungefähr
85–115°C zu erhitzen,
je nachdem, welche Art von Saft behandelt wird und welche Art von Haltbarkeit
das fertige Produkt haben soll.
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Vom
Auslass des Dampfinjektors 3 führt eine Leitung 10 zu
einem Halterohr 11. Im Halterohr 11 muss das Produkt
eine gewisse Zeit lang auf der gewünschten Pasteurisierungstemperatur
bleiben. Die Zeitspanne kann 15–30
Sekunden betragen, je nachdem, welche Art von Saft behandelt wird
und welche Art von Haltbarkeit das fertige Produkt haben soll.
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Im
Prinzip besteht das Halterohr 11 aus einer schraubenförmigen oder
geraden Leitung mit einer gewissen Länge oder als Alternative aus
einer Kombination aus schraubenförmigen
und geraden Leitungslängen.
In der Fabrik, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird,
ist das Halterohr 11 isoliert und mit einer elektrischen
Heizschleife 12 verbunden. Nach dem Halterohr 11 führt eine
Leitung 13 das Produkt in der Anlage weiter.
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Zur Überwachung,
dass das Produkt die richtige Temperatur im Halterohr 11 hat,
ist an der Leitung 10 in das Halterohr 11 ein
Thermometer 14 und an der Leitung 13 aus dem Halterohr 11 ein
Thermometer 15 vorgesehen.
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Das
jetzt fertig pasteurisierte Produkt, das aus teilweise verdünntem Saftkonzentrat
besteht, geht weiter durch die Fabrik zu einem Mischer 16. Der
Mischer 16 ist der Art wie sie im schwedischen Patent SE
0103591-4 beschrieben wird. Im Mischer 16 wird das Saftkonzentrat
in einen Wasserstrom geführt,
der entgegen der Richtung des Konzentratstroms geführt wird,
wonach der vermischte Strom zur Richtungsänderung gezwungen wird, so
dass ein schnelles und wirksames Mischen erzielt wird.
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Das
hinzugefügte
Wasser muss pasteurisiert oder sterilgefiltert sein. Das Wasser
ist geeigneterweise entgast, so dass die Sauerstoffmenge (die den Nährstoffgehalt
und den Geschmack des Safts beeinträchtigen kann) dadurch verringert
wird. Durch Entgasen des Wassers braucht der Saft nicht später im Verfahren
entgast zu werden. Wenn fertiger Saft entgast wird, besteht die
Gefahr, dass ein Teil der aromatischen Substanzen verloren geht,
die dem Saft einen "frischeren" Geschmack verleihen.
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Das
Wasser wird dem Mischer 16 mittels einer Pumpe 18 durch
eine Leitung 17 zugeführt.
Die Pumpe 18 besteht vorzugsweise aus einer herkömmlichen
Verdrängerpumpe
wie einer Schraubenpumpe oder einer Nockenrotorpumpe. An der Leitung 17 ist ein
Durchflussmesser 19 ange ordnet, um zu überwachen, dass der Saft korrekt
rekonstituiert wird.
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In
einer Leitung 20 aus dem Mischer 16 befindet sich
nun ein rekonstituierter pasteurisierter Saft, der abhängig von
der Temperatur des zugeführten
Wassers teilweise gekühlt
ist. An der Leitung 20 nach dem Mischer befindet sich ein
Meter 21, um zu überwachen,
dass der Saft auf den richtigen Grad rekonstituiert wurde, d. h.
dass nur so viel Wasser, wie der Saft ursprünglich besaß, dem Verfahren zugeführt wurde.
Das Meter ist üblicherweise
ein Refraktometer, aber ein Dichtemesser kann auch verwendet werden.
Falsch rekonstituierter Saft verlässt die Anlage durch die Leitung 22.
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Das
fertige Produkt wird danach erforderlichenfalls abschließend abgekühlt. Das
Erfordernis der abschließenden
Kühlung
hängt von
den Mischbedingungen und der Temperatur des in den Mischer 16 kommenden
Wassers ab. Beispielsweise kann die abschließende Kühlung indirekt in einem Wärmetauscher 23 stattfinden,
wo dem Wärmetauscher 23 durch
die Leitung 24 Eiswasser oder kaltes Wasser zugeführt wird.
Vor der abschließenden
Kühlstufe
ist ein Absperrventil 28 an der Leitung 20 angeordnet.
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Das
abgekühlte
Produkt wird danach in einen aseptischen Puffertank 25 befördert. Der
fertige Saft verlässt
den Puffertank durch die Leitung 26 und wird danach in
einer beliebigen Art von Abfüllmaschine 27 verbrauchergerecht
verpackt. Je nach der Pasteurisierungstemperatur, die in dem Verfahren
zum Einsatz kam, ist das verpackte Produkt entweder für den Vertrieb
und Verkauf bei Raumtemperatur oder in einer ununterbrochenen Kühlkette
bestimmt.
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Wenn
kurze Produktionsstopps von bis zu 15 Minuten auftreten, weil eine
Abfüllmaschine 27 stoppt,
muss die Fabrik in der Lage sein, derartige Bedingungen während des
Stopps aufrechtzuerhalten, dass die aseptischen Bedingungen nicht
in Mitleidenschaft gezogen werden.
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Wenn
ein vorübergehender
Stopp auftritt, wird die Zufuhr von Saftkonzentrat gesperrt, indem die
Pumpe 2 abschaltet. Die Dampfzufuhr wird angehalten, indem
das Dampfregelventil 7 schließt. Auch die Wasserpumpe 18 schaltet
ab, und während
des Stopps wird kein Wasser zugeführt.
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Der
Druck in der Anlage wird dadurch aufrechterhalten, dass das Absperrventil 28 an
der Leitung 20 vor der abschließenden Kühlstufe schließt. Gleichzeitig
wird dem System über
die Umgehungsleitung, die am Dampfregelventil 7 vorbeiführt, eine gewisse
Menge Dampf zugeführt.
Die kleine Menge Dampf, die auf diese Art während des Stopps in das Verfahren
gelangt, trägt
dazu bei sicherzustellen, dass konzentrierter Saft, der sich im
Dampfinjektor 3 befindet, nicht durch die kleinen Löcher in
der Gehäuseoberfläche der
Injektorleitung herausgepresst werden kann.
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Der
sich im Halterohr 11 befindende Saft wird während des
Stopps dadurch auf der gewünschten Pasteurisierungstemperatur
gehalten, dass die elektrische Heizschleife 12 das isolierte
Halterohr 11 erhitzt. Die Aktivierung und Deaktivierung
der Heizschleife wird durch die Temperaturindikatoren 14 und 15 gesteuert.
Dadurch, dass das sich im Halterohr 11 befindende Produkt
während
des Stopps auf der Pasteurisierungstemperatur gehalten wird, besteht nicht
die Gefahr, dass ein Temperaturalarm nach dem erneuten Anfahren
ausgelöst
wird, weshalb die Temperatursignale nicht verdeckt werden müssen.
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Wenn
die Abfüllmaschine 27 wieder
zugeschaltet wird, wird Produkt so lange aus dem Puffertank 25 genommen,
bis wieder ein stabiler Zustand erreicht ist. Das Absperrventil 28 öffnet, und
danach starten wieder die Konzentrat-, Dampf- und Wasserzufuhr,
nachdem die Konzentratpumpe 2 und die Wasserpumpe 18 anschalten
und das Dampfventil 7 öffnet.
Während
der gesamten Dauer des kurzen Betriebsstopps hat die Anlage keine
Energie verbraucht, funktioniert das erneute Anfahren schnell und
wird die Produktqualität
aufrechterhalten. Der kurze Betriebsstopp verursacht auch keine
Verluste.
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Dauert
der Stopp länger
als 15 Minuten, kann die Anlage dank des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Wasser gefüllt
werden. Wasser geht an der Konzentratpumpe 2 in die Leitung
und kann an der Rückleitung 22 wieder
entnommen werden. Dies gestattet auch nach längeren Betriebsstopps ein relativ
schnelles Ablassen von Wasser aus dem System und ein erneutes Anfahren
der Anlage.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird durch die vorliegende
Erfindung ein Verfahren verwirklicht, dank dessen aseptische Bedingungen
in einer Saftproduktionsfabrik während
kurzer Betriebsstopps aufrechterhalten werden können, ohne dass die Anlage
zur Reinigung und erneuten Sterilisierung angehalten werden muss.
Dank des Verfahrens verbraucht die Anlage während des Stopps auch keine
Energie, und das erneute Anfahren kann schnell und zuverlässig erfolgen.