DE676344C - Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus waessrigen Loesungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus waessrigen Loesungen

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DE676344C
DE676344C DEG93899D DEG0093899D DE676344C DE 676344 C DE676344 C DE 676344C DE G93899 D DEG93899 D DE G93899D DE G0093899 D DEG0093899 D DE G0093899D DE 676344 C DE676344 C DE 676344C
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diffusion
water
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auxiliary gas
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Dr Georg Alexander Krause
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GEORG ALEXANDER KRAUSE DR
Linde GmbH
Original Assignee
GEORG ALEXANDER KRAUSE DR
Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L2/00Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
    • A23L2/02Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation containing fruit or vegetable juices
    • A23L2/08Concentrating or drying of juices
    • A23L2/12Concentrating or drying of juices by freezing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
    • B01D9/02Crystallisation from solutions
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Description

  • Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus wäßrigen Lösungen Beim Verdampfen von Wasser aus wäßrigen Lösungen, Mischungen, Emulsionen und Suspensionen geht man im allgemeinen so vor, daß man die Lösung oder Mischung bis zum Sieden erwärmt. Sind in der Lösung wärmeempfindliche Substanzen, wie z. B. die Aromastoffe bzw. Geschmacksstoffe bei Fruchtsäften, Eaffee-Extrakt) Milch u. dgl., anwesend, dann führt man die Verdampfung, um die Siedetemperatur herabzusetzen, unter vermindertem Druck durch.
  • Trotzdem weisen Lösungen, die selbst bei sehr niedrigen Drucken und gegebenenfalls Temperaturen unter Raumtemperatur eingeengt wurden, Schädigungen auf. Es ist allgemein bekannt, daß der Geschmack selbst durch schonende Eindampfung bei tiefer Temperatur gewonnener Konzentrate aus Milch oder Fruchtsäften von dem der Ausgangslösung beträchtlich im ungünstigsten Sinne abweicht.
  • Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein neues Verfahren zur Verdampfung von Wasser aus wäßrigen Lösungen oder Mischungen, welches gestattet, die bisherigen Schwierigkeiten, insbesondere durch Aromaschädigungen, in beliebigem Maß zu vermindern.
  • Erfindungsgemäß wird die Lösung zunächst durchAusfrieren von Wasser auf einen Gehalt von etwa 50010 Trockensubstanz gebracht und hierauf anschließend in der Atmosphäre eines indifferenten Hilfsgases einer Oberflächenverdunstung unter Vermeidung jeglichen Siedens oder Kochens unterworfen. Es wurde durch eingehende Versuche gefunden, daß unter diesen Bedingungen selbst hocharomatische Säfte, wie beispielsweise Orangen- oder Himbeersaft, sich bis zu Konzentrationen von etwa So0!0 und darüber einengen lassen, ohne irgendwelche Schädigungen an Aroma zu erleiden, d. h. das Konzentrat, wies insbesondere bei Verdünnung auf die Ausgangskonzentration in allen Einzelheiten auch um Duft und Geschmack und Vitamingehalt praktisch die Eigenschaften der Ausgangslösung auf. Dementsprechend konnten in dem ausgeschiedenen Wasser nach Kondensation keine nennenswerten Mengen an Aroma festgestellt werden.
  • Das neue Verfahren beruht auf folgender neuer Erkenntnis über die Vorgänge bei Einengungen, welche durch eingehende Versuche als richtig bestätigt wurden. Die Geschmacksschädigungen, welche aromahaltige Stoffe bei der Einengung durch Kochen erleiden, beruhen zum größten Teil nicht auf einer Zersetzung oder Zerstörung der Aromastoffe durch den Kochprozeß, sondern darauf, daß aus der Lösung zusammen mit dem Wasserdampf Dämpfe der Aromastoffe abziehen, deren Anteil, da die Aromastoffe als Ester und Äther mit Wasser wenig oder gar nicht mischbar sind, durch das Verhältnis der Sättigungsdrucke der Aromastoffe zu demjenigen des Wassers bestimmt wird. Die Geschmacksschädigung besteht also darin, daß zum mindesten ein Teil der das Aroma aufbau enden Komplemente verlorengeht. Durch Senkung der Temperatur läßt sich der vom Wasserdampf mitgeführte Anteil der Aromastoffe im Gegensatz zu den bisherigen Anschauungen nur in ganz untergeordnetem Maße verkleinern, da das Verhältnis der Sättigungsdrucke nur wenig von der Temperatur abhängig ist.
  • Wenn man dagegen jegliches Kochen oder Sieden gemäß der Erfindung ausschließt und den Wasserdampf lediglich durch Oberflächenverdunstung abtreibt, dann überlagert sich der gemeinsamen Verdampfung von Aromastoffen und Wasser ein Diffusionsprozeß, und zwar müssen beide Dampfarten mittels Diffusion die Grenzschicht in der Gasatmosphäre an der Oberfläche der Flüssigkeit durchdnngen.
  • Durch diese Diffusionsprozesse in der Gasatmosphäre unmittelbar nach Austritt der Dämpfe aus der Lösung erfolgt eine Trennung der im Verhältnis der Sättigungsdrucke mit dem Wasserdampf mitgehenden Aromastoffe im Verhältnis ihrer Diffusionsgeschwindigkeit. Da Wasser ein sehr kleines Molekül, die Aromastoffe dagegen große Moleküle besitzen, ist der Unterschied der Diffusionsgeschwindigkeiten und damit die Trennwirkung des Diffusionsprozesses recht beträchtlich.
  • Es ist an sich bekannt, Lösungen durch Verdunstung einzuengen. Es gehen aber bei einem reinen Verdunstungsverfahren immer noch Aromabestandteile bei der Einengung verloren. Infolgedessen ist eine Lösung, welche ausschlließlich durch Verdunstung von der üblichen Ausgangskonzentration, beispielsweise eines Fruchtsaftes von etwa 10 auf 80°ío, angereichert wird, im Aroma und dem Gehalt an Wertstoffen geschädigt. Hinzu kommt, daß eine derartige Arbeitsweise unwirtschaftlich langsam vor sich geht. Erst die Kombination gemäß der Erfindung, nämlich die Hauptmenge des Wassers in der Form von Eis auszuscheiden und erst das auf diese Weise z. B. schon auf etwa 50010 angereicherte Konzentrat einem Verdunstungsp rozeß zu unterwerfen, ermöglicht es, Konzentrate herzustellen, welche auch nach Verdünnung auf die Ausgangskonzentration von einem Frischsaft nicht zu unterscheiden sind. Dieser Erfolg beruht vermutlich darauf, daß bei Verdunstungsprozessen die an sich geringen Verluste an Wertstoffen in erster Näherung proportional der abzudampfenden Wassermenge sind. Wenn man nun gemäß der Erfindung die abzudampfende Wassermenge durch die vorhergehende Kälteeinengung auf einen Bruchteil der gesamten auszutreiben, den Wassermenge reduziert, lassen sich die Verluste auf ein fast unmerkliches Maß reduzieren und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeit verkürzen, da z. B. zur Einengung eines 5001,eigen Saftes bis zu der beispielsweise bei 6001, liegenden Haltbarkeitsgrenze nur I6 kg Wasser auf 100 kg 50°1Oigen Saftes verdampft werden müssen, während die Gewinnung dieser 100 kg 5o00igen Saftes aus einem Io°O/igen Saft die Ausscheidung von 400 kg Wasser erfordert.
  • Bei der an die Kälteeinengung anschließenden Verdunstung eröffnet die neue Erkenntnis, daß die günstige Wirkung der Verdunstung auf Diffusionsprozessen beruht, neue Ausführungsformen.
  • Das Verhältnis der Diffusionsgeschwindigkeiten zweier Dämpfe in einem indifferenten Hilfsgas ist nämlich praktisch unabhängig von dessen Art, von seinem Druck, von der Temperatur und der Länge des Diffusionsweges (vgl. z. B. Jellinek »Lehrbuch der physikalischen Chemie « Band II, S. 608ff.).
  • Hieraus. folgt, daß die Trennwirkung der Diffusion nicht beeinträchtigt wird, auch wenn man durch geeignete Wahl der Diffusionsbedingungen die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfes, die die Einengungsgeschwindigkeit bestimmt, auf ihren höchstmöglichen Wert steigert. Nach den Gesetzen für die Diffusion von Gasen steigt die Diffusionsgeschwindigkeit mit abnehmendem Druck des Hilfsgases, mit der Temperatur, mit den Partialdruckdifferenzen an den Enden des Diffusionsweges, mit der Verkürzung des Diffusionsweges und schließlich mit der Vergrößerung des Diffusionsquerschnittes.
  • Man wird also die Verdampfung nach dem neuen Verfahren in der Weise durchführen, daß man zur Erzielung eines großen Diffusionsquerschnittes der einzuengenden Flüssigkeit eine große Oberfläche gibt, den Druck des Hilfsgases vorzugsweise relativ niedrig wählt und den Diffusionsweg z. B. dadurch möglichst kurz hält, daß man die aus der Lösung verdunstenden Wasserdämpfe in kurzem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche durch Kondensation, Adsorption oder Absorption abfängt. Ferner wird man als Hilfsgas, in dem die Diffusion stattfindet, Gase, wie Wasserstoff, verwenden, in denen die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfes hoch ist.
  • Die Partialdruckdifferenz bei der Diffusion läßt sich dadurch erhöhen, daß man die Verdampfungstemperatur so weit steigert, als die thermische Empfindlichkeit der einzuengen den Lösung zuläßt. Man kann hierbei ohne Schädigung wesentlich höhere Verdampfungstemperaturen als bisher anwenden, da durch den Diffusionsprozeß die Aromaverluste im Gegensatz zu dem Kochverfahren praktisch unabhängig von der Temperatur vermindert werden.
  • Man kann die Aromaverluste sogar vollständig unterdrücken, wenn man das Hilfsgas gegen die Oberfläche, in der die Verdunstung erfolgt, mit einer Geschwindigkeit bewegt, die gleich oder größer als die Geschwindigkeit der Aromadämpfe ist, da dann letztere die Oberflächengrenzschicht nicht verlassen können.
  • Hierdurch wird die Einengungsgeschwindigkeit vermindert, weil auch die Diffusion des Wasserdampfes behindert wird. Da aber die Diffusionsgeschwindigkeit der Aromastoffe schätzungsweise nur etwa 1mio der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfes beträgt, genügt es, die Geschwindigkeit des den diffundierenden Dämpfen entgegenströmenden Gases auf diesen geringen Bruchteil derDiffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfes zu halten, wodurch die in der Zeiteinheit diffundierende Wassermenge nur um etwa 10010 vermindert wird, während die Aromastoffe vollständig zurückgehalten werden. Die Gasströmung braucht sicht senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche geleitet sein, sie kann mit ihr vom rechten abweichende Winkel bilden und gegebenenfalls auch im Kreuzstrom zu den diffundierenden Dämpfen geführt werden.
  • Das neue Verfahren läßt sich zur Einengung beliebiger Arten von Säften, wie Fruchtsaft, Milch, Fleischextrakt usw., verwenden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus wäßrigen Lösungen, Mischungen, Emulsionen und Suspensionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung zunächst durch Ausfrieren des Wassers eingeengt und hierauf eine weitere Einengung mittels Verdampfung des Wassers durch Oberflächenverdampfung (Verdunstung) erfolgt, wobei der entstehende Wasserdampf unmittelbar anschließend an den Austritt aus der Lösung einem Diffusionsprozeß in einem Hilfsgas unterworfen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einengung durch Ausfrieren des Wassers bis zu einer Konzentration von etwa 5001o Trockensubstanz geführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Diffusionsweges 3 cm nicht übersteigt und vorzugsweise unter I cm liegt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff als Hilfsgas verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas den diffundierenden Dämpfen mit einer Geschwindigkeit entgegengeführt wird, die gleich oder größer als die Diffusionsgeschwindigkeit der Aromastoffe ist.
DEG93899D 1936-10-11 1936-10-11 Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus waessrigen Loesungen Expired DE676344C (de)

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FR827446D FR827446A (fr) 1936-10-11 1937-10-04 Procédé de vaporisation d'eau à partir de solutions, mélanges, émulsions et suspensions aqueux
CH203419D CH203419A (de) 1936-10-11 1937-10-05 Verfahren zur Herstellung hochwertiger Konzentrate aus wässrigen Lösungen, Mischungen, Emulsionen und Suspensionen unter weitgehender Erhaltung der Aroma- und Wertstoffe.

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