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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lagern
und Frischhalten von loser Milch in einen mit einem direkten
oder indirekten Kühlsystem und mit einer Rühreinrichtung vom
drehenden Typ ausgestatteten Behälter, sowie eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren und eine
Einrichtung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5
sind aus der Druckschrift FR-A-1322263 bekannt.
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Die bis zu diesem Tag zum Lagern und Frischhalten von loser
Milch in einen Behälter verwendeten Kühlsysteme umfassen im
allgemeinen eine Kühlgruppe, deren Verdampfer sich entweder im
Kontakt mit der Milch (im Fall von direkten Systemen) oder im
Kontakt mit einer intermediären Flüssigkeit befindet, welche
zwischen dem Verdampfer und einem im Kontakt mit der Milch
befindlichen Wärmetauscher zirkuliert (im Fall von indirekten
Systemen), sowie eine Rühreinrichtung, die in den Behälter
eintaucht
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Das Vorhandensein der Rühreinrichtung erweist sich als
notwendig, um den Wärmetausch durch eine erzwungene Konvektion
zwischen der Milch und der Kältequelle zu fördern, um eine im
Hinblick auf die Zusammensetzung (Fette, Proteine, ...) und
die Temperatur homogene Milch zu erhalten.
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Jedoch hat man erkannt, daß das Milchfett bei höherer
Temperatur gegen physikalische und physikalisch-chemische
Behandlungen empfindlicher ist als bei niedriger Temperatur.
Diese durch die Rühreinrichtung und die Belüftung der Milch
bei nur teilweise gefülltem Behälter bedingten Behandlungen
haben eine Lipolyse-Erscheinung zur Folge, die einen Abbau des
Fetts bewirkt.
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Es gibt bereits Vorrichtungen, die mit einem Wärmewächter
ausgestattet sind, der auf einer Innenwand des Behälters oder
in einem im Kontakt mit der Milch befindlichen Rohr angebracht
ist, welches dort, wo sich der Verdampfer befindet, in der
Nähe des Behälterbodens angeordnet ist, um den Betrieb der
Rühreinrichtung zu verhindern, wenn die ermittelte Temperatur
über etwa 20ºC liegt. Jedoch ist eine derartige Vorrichtung
nicht völlig verläßlich, denn dann, wenn der Verdampfer nur
teilweise bedeckt ist, und sich das Rührwerk nicht im Betrieb
befindet, besteht die Gefahr eines Gefrierens der Milch oder
zumindest einer deutlichen Verringerung der Kälteleistung des
Kühlsystems.
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Es ist eine andere Lösung ins Auge gefaßt worden, die darin
besteht, die Rühreinrichtung mit Unterbrechungen zu betreiben,
wenn die mittlere Temperatur der zu kühlenden Milch über etwa
20ºC liegt (EP-A-325523).
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Jedoch hat die Anmelderin aufgrund von Erfahrungen
festgestellt, daß die Tatsache, daß man das Rühren der Milch
mit Unterbrechungen anhält, wenn ihre Temperatur über 20ºC
liegt, im Gegensatz zu der Vermutung, die man haben könnte, im
allgemeinen dem gewünschten Ergebnis entgegenläuft.
Tatsächlich ist bei Fehlen eines Rührvorgangs diejenige
Milchmenge, die in der Nähe der am Boden des Behälters
angebrachten Kältequelle gelegen ist, notwendigerweise kälter
als die über der Kältequelle gelegene Milchmenge. Unter diesen
Bedingungen wird nach jedem Wiederhochfahren der
Rühreinrichtung die kältere Milchmenge infolge ihres
Durchmischens mit der wärmeren Milchmenge wieder von neuem
erwärmt. Dieser gegebenenfalls mehrere Male wiederholte
Vorgang hat eine Schwächung der Fettkügelchen zur Folge, was
eine Zunahme des Lipolysevorgangs nach sich ziehen kann,
während das gewünschte Ergebnis im Gegensatz dazu eine Abnahme
dieses Vorgangs ist.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diese mit der Lipolyse-Erscheinung
der Milch verknüpften Nachteile zu lindern, und sie schlägt zu
diesem Zweck ein Verfahren vor, das darin besteht, während der
Kühlzeit einer in den Behälter zugeführten Milchmenge die
Rühreinrichtung hochzufahren, sie im Betrieb zu halten,
solange die Frischhaltetemperatur der Milch nicht erreicht
ist, und ihre Drehgeschwindigkeit mit mindestens einer ersten
geringeren Geschwindigkeit zu steuern, wenn die mittlere
Temperatur der Milch im Behälter nach Zufuhr der besagten
Milchmenge über einer Temperatur T1 liegt, und/oder mit einer
zweiten höheren Geschwindigkeit, wenn die besagte mittlere
Temperatur unter der Temperatur T1 liegt, wobei die besagte
Steuerung von dem gemessenen Wert eines Parameters abhängt,
der mit der mittleren Temperatur der Milch verknüpft ist.
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Allgemein liegt die Temperatur T1, welche den Schwellenwert
bildet, in der Größenordnung von 20ºC.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren steuert man insbesondere
die Rühreinrichtung, indem man als Parameter zum Beispiel die
mittlere Temperatur der Milch oder die von der Milch im
Behälter erreichte Füllhöhe nimmt.
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Für die Durchführung des Verfahrens verwendet man demnach,
jedoch nicht ausschließlich, einen Temperatursensor oder einen
Pegelsensor. Je nachdem, ob die Füllhöhe des Behälters unter
oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird in
diesem letzteren Fall die Rühreinrichtung mit der ersten oder
mit der zweiten Drehgeschwindigkeit angetrieben, wobei dieser
Schwellenwert einer Temperatur von 20ºC für die im Behälter
gelagerte Milch entspricht.
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Die Tatsache, daß man die Rühreinrichtung vorzugsweise
automatisch mit mindestens zwei verschiedenen
Drehgeschwindigkeiten steuern kann, ohne den Betrieb der
Rühreinrichtung zu unterbrechen, solange die Lagertemperatur
von etwa 4ºC nicht erreicht ist, gestattet es, wirkungsvoll
gegen die Lipolyse-Erscheinung zu kämpfen, wissend, daß eine
einzige hohe Drehgeschwindigkeit nur bei einem relativ vollen
Behälter zufriedenstellen kann, und daß eine einzige geringere
Drehgeschwindigkeit nur bei einem teilweise gefüllten Behälter
zufriedenstellen kann.
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Andere Vorteile, Eigenschaften und Einzelheiten der Erfindung
gehen aus der nachfolgenden erläuternden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügte Figur hervor, welche lediglich
als Beispiel angegeben ist, und welche die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall eines Kühlsystems mit
direkter Entspannung und mit Dampfkompressionskreislauf
veranschaulicht.
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Das Prinzip der Lagerung und der Frischhaltung von loser Milch
in Behältern besteht darin, aus den bereits geltendgemachten
Gründen und mit den vorangehend erwähnten Nachteilen die
mittlere Temperatur mit direkten oder indirekten Kühlgeräten
und bei Vorhandensein einer Rühreinrichtung auf einen Wert um
etwa 4ºC herum zurückzuführen.
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Erfindungsgemäß wird die Rühreinrichtung hochgefahren und
während der Kühlzeit, das heißt, der zum Kühlen einer
Milchmenge von ihrer Ausgangstemperatur auf ihre
Lagertemperatur erforderlichen Zeit und einschließlich des
Zeitraums der Zufuhr in den Behälter (gemäß der Norm ISO-5708-
1983 (F)) im Dauerbetrieb gehalten.
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Die Rühreinrichtung wird am häufigsten von Flügeln gebildet,
die von einer Welle gehalten werden, welche von einem Motor
mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehend angetrieben
wird, wobei diese Geschwindigkeit immer dieselbe ist, was auch
immer die Füllbedingungen des Behälters und die mittlere
Temperatur der Milch nach jeder Zufuhr in den Behälter sind.
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Erfindungsgemäß können die Flügel mit mehreren verschiedenen
Geschwindigkeiten angetrieben werden. Anders gesagt, besitzt
der Motor mindestens zwei Drehgeschwindigkeiten: eine erste
geringere Geschwindigkeit und eine zweite höhere
Geschwindigkeit.
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Allgemein muß man insgesamt unterscheiden zwischen einer aus
einem ersten Melkvorgang stammenden Milchmenge, welche in
einen leeren Behälter zugeführt wird, und einer zweiten
Milchmenge, welche in einen Behälter zugeführt wird, in dem
bereits eine erste Milchmenge gelagert ist, die auf eine
Temperatur in der Nähe von 4ºC gekühlt ist.
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Im Fall einer in den leeren Behälter zugeführten ersten
Milchmenge weist die Milch eine Temperatur in der Nähe von
35ºC auf, und während der ersten Kühlphase, bis etwa 20ºC, wird
die Rühreinrichtung mit der ersten Drehgeschwindigkeit oder
der ersten geringeren Geschwindigkeit angetrieben.
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Im Fall einer noch immer mit etwa 35ºC in den Behälter
zugeführten zweiten Milchmenge, wird diese zweite Menge mit
einer bereits auf 4ºC abgekühlten Milchmenge vermischt, was es
mit sich bringt, daß die mittlere Temperatur der Milch im
Behälter allgemein auf eine Temperatur in der Größenordnung
von oder unterhalb 20ºC absinkt, und während der Kühlzeit bis
auf die Lagertemperatur von 4ºC wird die Rühreinrichtung mit
der zweiten Drehgeschwindigkeit angetrieben, eine
Geschwindigkeit, die für die Kühlung von anderen Milchmengen
beibehalten wird, welche in Abhängigkeit vom Fassungsvermögen
des Behälters später in diesen zugeführt werden.
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Obwohl die Drehgeschwindigkeit manuell ausgewählt werden kann,
ist es allgemein vorteilhaft, daß diese Wahl automatisch unter
Verwendung konventioneller technischer Mittel stattfindet,
deren Einsatz im Vermögen des Fachmanns liegt.
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Bei dem in der Figur betrachteten Beispiel ist das Kühlsystem
vom Typ mit direkter Entspannung und mit
Dampfkompressionskreislauf. Das System umfaßt einen Behälter
1, in dem ein mit einer Kühlgruppe 3 mit Kompressor 4,
Kondensator 5 und Entspannungsorgan 6 verbundener Verdampfer 2
untergebracht ist. Genauer gesagt ist der Ausgang des
Kompressors 4 mit dem Eingang des Kondensators 5 verbunden,
dessen Ausgang über das Entspannungsorgan 6 mit dem Eingang
des Verdampfers 2 verbunden ist, wobei der Ausgang des
Verdampfers 2 mit dem Eingang des Kompressors 4 verbunden ist.
Der Kondensator 5 wird zum Beispiel durch einen Ventilator 7
gekühlt. Ein Kältemittel vom Typ R22 zirkuliert in einer
festgelegten Richtung im Verdampfer 2 und in der Kühlgruppe 3:
Kompressor 4, Kondensator 5, Entspannungsorgan 6, Verdampfer 2
und Kompressor 4. Es wird so ein geschlossener Kreislauf
definiert, der durch eine Rohrleitung 8 (Niederdruckkreis,
umfassend den Verdampfer 2) zwischen dem Entspannungsorgan 6
und dem Kompressor 4, sowie durch eine Rohrleitung 9
(Hochdruckkreis, umfassend den Kondensator 5) zwischen dem
Kompressor 4 und dem Entspannungsorgan 6 gebildet wird. Der
Verdampfer 2 ist zum Beispiel vom Typ "Warzenblech oder mit
doppeltem eingeprägtem Boden" der von zwei Blechplatten
gebildet wird, welche einen Raum begrenzen, der mit der
Rohrleitung 8 in Verbindung steht, und in dem das Kältemittel
zirkuliert.
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Das Kühlsystem wird durch mindestens eine Rühreinrichtung 10
vervollständigt, welche Flügel 11 umfaßt, die im Inneren des
Behälters 1 angeordnet und am Ende einer Welle 12 drehend
angebracht sind, welche von einem mit einer herkömmlichen
Steuereinrichtung 15 verbundenen Motor 13 angetrieben wird.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist ein Temperatursensor DT im wesentlichen auf der
Höhe des Verdampfers 2 im äußerlichen Kontakt mit dem Behälter
1 angebracht. Dieser Temperatursensor DT ist durch eine
elektrische Verbindung 20a mit der Steuereinrichtung 15
verbunden.
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Nachdem der anfänglich leere Behälter 1 eine beispielsweise
aus einem ersten Melkvorgang stammende erste Milchmenge
aufnimmt, beträgt die Temperatur der Milch etwa 35ºC. Von
dieser ermittelten Temperatur aus lenkt der Temperatursensor
DT die Steuereinrichtung 15, um die Flügel 11 der
Rühreinrichtung 10 mit einer ersten geringeren Geschwindigkeit
drehend anzutreiben. Diese erste Geschwindigkeit kann während
der Kühlzeit aufrechterhalten werden, das heißt, bis die Milch
die Lagertemperatur von etwa 4ºC annimmt, aber wenn die
mittlere Temperatur der Milch kleiner als 20ºC wird, treibt die
Steuereinrichtung 15 die Rühreinrichtung 10 vorteilhafterweise
mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit an. Anläßlich der Zufuhr
einer neuen Milchmenge mit etwa 35ºC in den Behälter 1,
vermischt sich diese Milchmenge mit Milch von 4ºC, was bewirkt,
daß die mittlere Temperatur in die Nähe von etwa 20ºC absinkt.
Unter diesen Bedingungen lenkt die Sonde DT die
Steuereinrichtung 15, um während des gesamten Kühlzeitraums
die Flügel 11 der Rühreinrichtung 10 mit der zweiten
Geschwindigkeit drehend anzutreiben, die höher ist als die
vorangehend genannte.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist der Temperatursensor DT durch einen Pegelsensor
DN ersetzt, der durch eine elektrische Verbindung 20b mit der
Steuereinrichtung 15 verbunden ist. Das Funktionsprinzip
bleibt dasselbe wie im Fall des Temperatursensors, wobei der
Schwellenwert dieses Mal durch die Füllhöhe des Behälters
gebildet wird. Falls der Pegel der im Behälter 1 gelagerten
Milchmenge unterhalb dieses Pegels liegt, werden die Flügel 11
der Rühreinrichtung 10 mit der ersten Drehgeschwindigkeit
angetrieben, und im umgekehrten Fall mit der zweiten
Drehgeschwindigkeit.
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Mit einem Pegelsensor wird die erste Drehgeschwindigkeit
gewöhnlich während des gesamten Kühlzeitraums einer in den
Behälter zugeführten ersten Milchmenge aufrechterhalten.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die Steuereinehit 15 vom Typ einer
Druckregelung, die durch den im Niederdruckkreis der
Rohrleitung 8 herrschenden Druck gesteuert wird, und sie ist
durch eine Verbindung 20c mit diesem verbunden, deren Art von
der verwendeten Druckregeleinrichtung abhängt. Bei dem hier
betrachteten Beispiel ist die Verbindung 17 in
Strömungsrichtung vor dem Kompressor 4 hinter dem Verdampfer 2
mit der Rohrleitung 8 verbunden.
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In diesem Fall ist die Einrichtung 15 in Bezug zu einem
Vergleichsdruck druckgeregelt. Falls der Druck im
Niederdruckkreis über dem Vergleichsdruck liegt, werden die
Flügel 11 der Rühreinrichtung 10 mit der ersten
Drehgeschwindigkeit angetrieben, und im umgekehrten Fall mit
der zweiten Geschwindigkeit.
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Gemäß einer letzten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es schließlich möglich, eine Steuereinrichtung
15 mit Zeitverzögerung zu verwenden, die im Fall einer in den
Behälter zugeführten ersten Milchmenge in Abhängigkeit von der
seit dem Beginn des Kühlzeitraums verstrichenen Zeit
anspricht. Nach einer Betriebszeit t1 mit der ersten
Drehgeschwindigkeit wird die Rühreinrichtung 10 mit der
zweiten Geschwindigkeit gesteuert. Selbstverständlich wird die
Rühreinrichtung 10 im Fall eines bereits teilweise gefüllten
Behälters mit der zweiten Drehgeschwindigkeit gesteuert, wobei
die Zeitverzögerung nicht aktiviert wird.
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Wenn die mittlere Temperatur der im Behälter gelagerten Milch
ihre Frischhaltetemperatur (etwa 4ºC) erreicht hat, arbeitet in
jedem Fall die Rühreinrichtung 10 intermittierend, mit dem
Ziel, die Milch homogen zu halten. Wenn der Behälter nur
teilweise gefüllt ist, benutzt man die erste
Drehgeschwindigkeit, und im umgekehrten Fall die zweite höhere
Geschwindigkeit.
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In den verschiedenen hier betrachteten Beispielen kann die
Rühreinrichtung mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten
gesteuert werden. Selbstverständlich kann sich der Übergang
von der ersten auf die zweite Geschwindigkeit mit Hilfe eines
elektronischen Regelantriebs allmählich vollziehen, und man
kann mehrere Drehgeschwindigkeiten vorsehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten, lediglich
bespielhaft beschriebenen Beispiele beschränkt und umfaßt
sämtliche technischen Äquivalente, die es gestatten, das
erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Insbesondere kann
die Rühreinrichtung 10 mehrere Rührwerke umfassen, von denen
das eine eine konstante Drehgeschwindigkeit besitzen kann und
das andere eine variable Drehgeschwindigkeit, von denen beide
eine variable Drehgeschwindigkeit besitzen, usw... Schließlich
ist es offensichtlich, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren
auch mit einem indirekten Kühlsystem anwenden läßt.