-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Apparat in einem Infusionssystem für ein flüssiges Lebensmittelprodukt,
wobei der Apparat so beschaffen ist, dass er einen Autoklaven mit
einem Einlass für das
Produkt enthält,
der sich in seinem oberen Bereich befindet, wobei der Einlass so
angeordnet ist, dass er das Produkt, das in den Autoklaven eintritt,
in kleine Tröpfchen
trennt, wobei das Infusionssystem weiter einen Einlass für Dampf,
der im unteren Bereich des Autoklaven angeordnet ist, wie auch einen Ausgang
enthält,
der im oberen Bereich für
nicht-kondensierbare Gase angeordnet ist.
-
ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
-
Die Wärmebehandlung von Lebensmittelprodukten
zur Verlängerung
der Haltbarkeit ist ein bekanntes und häufig angewandtes Verfahren.
Das Lebensmittelprodukt kann beispielsweise verschiedene Milcherzeugnisse
wie Milch, Sahne oder Joghurt sein. Die Wärmebehandlung kann auf mehrere
verschiedene Arten erfolgen, direkt oder indirekt. Zu den indirekten
Verfahren gehört
beispielsweise das Erhitzen mit verschiedenen Arten von Wärmetauschern. Zu
den direkten Verfahren gehören
zwei Hauptgruppen, die Einspritzung oder Infusion mit Dampf. Mit dem
direkten Verfahren wird eine sehr rasche Erhitzung erzielt, die
heute angestrebt wird, denn zur Verbesserung der Geschmackseigenschaften
beispielsweise von Milch soll die Erhitzung auf hohe Temperaturen
häufig
in kurzer Zeit erfolgen.
-
US-Patentschrift 4,787,304 und US-Patentschrift
4,851,250 beschreiben einen Infusionserhitzungsapparat, in dem das
Luft- und Gasauslassrohr im Boden des Tanks endet. AU-Patentschrift
610 233 beschreibt einen In fusionserhitzungsapparat, bei dem der
Dampfeinlass oben angeordnet ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Apparat, der mit der Infusionserhitzung arbeitet. Die Infusion
bewirkt, dass eine feinverteilte Flüssigkeit in einer Dampfkammer
erhitzt wird. Das Prinzip der Erhitzung einer Flüssigkeit, wie etwa eines flüssigen Lebensmittels,
durch Einspritzen des Lebensmittels in eine Kammer, die mit Dampf
gefüllt
ist, ist seit Beginn des 19. Jahrhunderts bekannt.
-
Die ersten Infusionserhitzungsanlagen
basierten auf demselben-Prinzip wie Kondensatoren, mit denen überschüssiger Dampf
aus verschiedenen chemischen Verfahren kondensiert wurde. Die ersten Anlagen
zeichneten sich somit durch ein Infusionssystem aus, das aus einem
Autoklaven mit einem Einlass für
ein Produkt im oberen Bereich des Autoklaven bestand. Der Einlass
gab in eine Verteilerkammer ab, die das eintretende Produkt in kleine,
feine Flüssigkeitströpfchen trennte.
Im Boden des Autoklaven befindet sich ein Auslass für das erhitzte
Produkt. Der Autoklav war weiter mit einem Einlass für Dampf ausgestattet,
der sich in diesen ersten Infusionssystemen im unteren Bereich des
Autoklaven befand.
-
In den ersten Infusionssystemen mit
ihrem Dampfeinlass im unteren Bereich des Autoklaven entstand dadurch
automatisch eine "kältere" Zone in den oberen
Bereichen des Autoklaven. In dieser "kälteren" Zone des Infusionssystems
sammeln sich die nicht-kondensierbaren Gase, die das Produkt immer enthält, auf
natürliche
Weise. Die nicht-kondensierbaren Gase können beispielsweise Sauerstoff,
Stickstoff und Kohlendioxid sein und werden in Verbindung mit dem
Produkt abgegeben, das erhitzt wird. Eine geringere Menge der Gase
kann auch aus dem Dampf kommen, der in dem Verfahren eingesetzt wird.
Durch das natürliche
Sammeln der Gase mit einer sehr geringen Zumischung von Dampf lassen sich
diese leicht durch einen Ausgang abführen, der sich im oberen Bereich
des Autoklaven befindet.
-
Diese ersten Infusionssysteme waren
jedoch mit einem weiteren Nachteil verbunden, so dass man von diesem
Verfahren abkam. Der Nachteil bestand darin, dass, wenn diese Infusionssysteme
beispielsweise für
Milch eingesetzt wurden, der Dampf, der in einer unteren Ebene im
Autoklaven zu den feinverteilten Flüssigkeitströpfchen eingespritzt wird, die Tröpfchen dazu
brachte, die Richtung zu ändern,
so dass viele der Tröpfchen
an den heißen
Innenwänden
im Infusionssystem haften blieben, was unmittelbar zum Anbrennen
des Produktes an diesen Wänden
führte.
Das Anbrennen des Produktes an den Wänden schafft erhebliche hygienische
Probleme, und derart angebranntes Produkt lässt sich äußerst schwer abwaschen.
-
Um das Problem des Anbrennens des
Produktes an den Innenwänden
des Infusionssystems zu lösen,
wurde der Dampfeinlass im oberen Bereich des Infusionssystems angeordnet.
Der Dampf wurde von oben zugeführt, über der
Verteilerkammer des Produktes, so dass die Tröpfchen bei ihrem Fall durch
die Dampfkammer nicht getrennt werden. Aber auch das gleichzeitige
Zumischen von Dampf und Produkt ist mit Nachteilen verbunden. Diese
Art der Dampfbeimischung kann dazu führen, dass das Produkt um die
oder in den Verteileröffnungen
oder Verteilerspalten anbrennt, die in der Verteilerkammer vorgesehen
sind. Dadurch wird die Erhitzung des Produktes unterbrochen, die
Produkttemperatur sinkt, woraufhin der Dampfdruck erhöht werden muss
und der Temperaturunterschied zwischen Produkt und Dampf zunimmt.
Sind die Verteileröffnungen so
ausgeführt,
dass sie außen
zur Dampfkammer hin mit einer sehr dünnen Kante versehen sind, ist
das Problem dadurch lösbar,
dass sehr dünne
Schichten angebrannten Produktes entstehen, die sich leicht abbrechen
lassen, bevor sie eine Unterbrechung herbeiführen.
-
Aber das gleichzeitige Zumischen
von Dampf führte
auch dazu, dass sich im oberen Bereich des Autoklaven keine "kalte" Zone bilden konnte.
Die nicht-kondensierbaren Gase haben keinen natürlichen Sammelpunkt. Die nicht-kondensierbaren Gase können auch
leicht in Taschen in dem nach unten fließenden Strom verbleiben, und
es kommt leicht zu einer Zumischung von Dampf in die nicht-kondensierbaren
Gase. Das führt
zu einer deutlich schlechteren Produkterhitzung, was durch einen
unnötig
hohen Dampfdruck und einen größeren Temperaturunterschied
zwischen Dampf und Produkt ausgeglichen werden muss. Auch der Dampfverbrauch
ist in dem Verfahren deutlich größer, da
sich Dampf und die nicht-kondensierbaren Gase beim Ablassen der Gase
schwer trennen lassen.
-
AUFGABEN DER
ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, durch Verbindung eines niedrig angeordneten Dampfeinlasses
mit einem Temperaturmesser, der die Abgabe der nicht-kondensierbaren
Gase regelt, eine natürliche
Trennung von Gasen und Dampf und eine automatische Abgabe dieser
Gase zu erzielen.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, den Dampfverbrauch in dem Verfahren zu
verringern, da Dampf und nicht-kondensierbare Gase nicht leicht
miteinander mischbar sind.
-
LÖSUNG
-
Diese und weitere Aufgaben werden
mit der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der Apparat der einführend beschriebenen
Art über
die kennzeichnenden Merkmale verfügt, die darin bestehen, dass
das In fusionssystem mindestens einen Temperaturmesser aufweist,
der im oberen Bereich des Autoklaven angeordnet ist, wobei der Druckmesser über einen
Temperaturregler dafür
geeignet ist, ein Ausgangsventil für die nicht-kondensierbaren Gase zu regeln.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind weiter mit den kennzeichnenden Merkmalen ausgestattet,
die in den anhängenden
Unteransprüchen
beschrieben sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden hinweisend auf die
anhängenden
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben.
-
1 zeigt
eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, eines Infusionssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Anlage zur Wärmebehandlung durch Infusionswärme.
-
Die Zeichnungen zeigen nur die Teile
und Einzelheiten, die zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung wichtig sind.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
1 zeigt
die Seitenansicht eines Infusionssystems 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Infusionssystem 1 besteht im Wesentlichen
aus einem bekannten Autoklaven 2. In seinem oberen Bereich
ist der Autoklav 2 mit einem Einlass 3 für das Produkt
versehen, das in dem Infusionssystem 1 wärmebehandelt
werden soll. Der Produkteinlass 3 endet in einer Verteilerkammer 4.
Die Verteilerkammer 4 ist mittig im Autoklaven angeordnet
und an ihrer unteren Wand 5 mit einer großen Anzahl Öffnungen
oder Spalten versehen. Die Öffnungen
oder Spalten dienen zum Feinverteilen des eintretenden Produktes,
so dass das Produkt beim Eintritt in den Autoklaven 2 eine
große
Anzahl kleiner, feiner Tröpfchen 20 bildet,
die durch den Autoklaven 2 herunter fallen.
-
Im unteren, vorzugsweise untersten
Bereich des Autoklaven 2, in dem der Autoklav 2 einen
konisch zulaufenden Abschluss 6 bildet, ist ein Ausgang 7 für das Produkt
angeordnet, das in dem Infusionssystem 1 wärmebehandelt
wurde. Der untere Bereich des konisch zulaufenden Abschlusses 6 des Autoklaven 2 bildet
eine Rückhaltezelle,
in der das Produkt für
eine bestimmte Zeitdauer verbleibt, bevor es zur Weiterbehandlung
weitergepumpt wird.
-
Weiter ist das Infusionssystem 1 im
unteren Bereich des Autoklaven 2 mit einem Einlass 8 für Dampf 21 versehen.
Der Dampfeinlass 8 ist weit unten in dem Autoklaven 2 angeordnet,
vorzugsweise über
dem konisch zulaufenden Abschluss 6 des Autoklaven 2 und
in einem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche 9,
die von dem wärmebehandelten Produkt
gebildet wird, wenn das Produkt bei einer bestimmten Temperatur,
und bevor es den Autoklaven 2 verlässt, in dem Autoklaven 2 verbleibt.
Der Dampfeinlass 8 ist über
eine isolierte Verteilerkammer 10 mit einer konzentrischen Öffnung 11 verbunden,
die in der Gehäuseoberfläche 12 des
Autoklaven 2 angeordnet ist.
-
In dem oberen Bereich des Autoklaven 2 ist ein
Ausgang 13 für
nicht-kondensierbare Gase angeordnet. Der Ausgang 13 ist
mit einem regelbaren Ventil 14 versehen. Im oberen Bereich
des Autoklaven 2 ist ebenfalls mindestens ein Temperaturmesser 15 angeordnet,
der über
einen Temperaturregler 16 das Ausgangsventil 14 regelt.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Autoklav 2 mit weiteren zwei Temperaturmessern 17, 18 versehen, die
vorzugsweise so angeordnet sind, dass ein Messer 17 in
einer höheren
Ebene angeordnet ist als der Messer 15 und der andere Messer 18 auf
einer niedrigeren Ebene als der Messgerät 15.
-
Das in das Infusionssystem 1 eintretende Produkt
wird durch eine Leitung zum Einlass 3 zum oberen Bereich
des Autoklaven 2 gepumpt. Das eintretende Produkt (das
beispielsweise Milch sein kann) hat in der Regel eine Temperatur
von 75–82°C, in bestimmten
Anwendungen jedoch bis zu 120°C. Vom
Einlass 3 und der Verteilerkammer 4 läuft das Produkt
durch eine große
Anzahl Öffnungen
oder Spalten, die in der unteren Wand 5 der Verteilerkammer 4 angeordnet
sind. Das Produkt bildet dadurch eine große Anzahl kleiner Tröpfchen 20,
die frei durch den Autoklaven 2 herunter fallen, bis sie
die Flüssigkeitsoberfläche 9 erreichen.
Auf ihrem Weg herunter durch den Autoklaven 2 treffen die
Produkttröpfchen 20 auf
Druckdampf 21, der eine Temperatur von etwa 120–170°C, vorzugsweise
von 140–150°C hat.
-
Durch Kondensation des Dampfes erhitzt
der Dampf 21 die Produkttröpfchen 20 schnell
auf die gewünschte
Temperatur, und wenn die Tröpfchen 20 die
Flüssigkeitsoberfläche 9 erreichen,
hat das Produkt die gewünschte
Temperatur erreicht. Der Abstand zwischen der Verteilerkammer 4 für das Produkt
und der Flüssigkeitsoberfläche 9 sollte
so groß sein,
dass die Produkttröpfchen 20 Zeit
haben, um auf die gewünschte
Temperatur erhitzt zu werden. Das fertig erhitzte Produkt verbleibt
während
einer bestimmten Zeit in dem konisch zulaufenden Abschluss 6 des
Autoklaven 2, bevor es das Infusionssystem 1 durch
den Ausgang 7 verlässt.
-
Durch das konzentrische Zumischen
von Dampf 21 im Autoklaven 2 wird eine sehr gleichmäßige Verteilung
von Dampf 21 im Autoklaven 2 erreicht, so dass
nur eine geringe Gefahr besteht, dass der einströmende Dampf 21 die
Produkttröpfchen 20 unterbricht.
Dadurch, dass die Produkttröpfchen 20 relativ
gerade ohne Unterbrechung herabfallen können, wird ein Verspritzen
des Produktes an die heißen
Innenwände
des Autoklaven 2 auf ein Minimum verringert, so dass es
dadurch auch in geringerem Maße
zum Anbrennen des Produktes an den Wänden des Autoklaven kommt.
-
Während
des Erhitzungsverfahrens werden nicht-kondensierbare Gase 22 wie
Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid aus dem Produkt freigesetzt. Eine
bestimmte Menge nicht-kondensierbarer Gase 22 kommt auch
aus dem Dampf 21, der in dem Verfahren eingesetzt wird.
Dadurch, dass das Infusionssystem 1 mit einem Dampfeinlass 8 versehen
ist, der sich im unteren Bereich des Autoklaven 2 befindet, wird
auf natürliche
Weise eine "kalte" Zone 19 in
den oberen Bereichen des Autoklaven 2 erzeugt. Die nicht-kondensierbaren
Gase 22 sammeln sich auf natürliche Weise in dieser "kalten" Zone 19 bei
einer sehr geringen Zumischung von Dampf 21 aus dem Verfahren.
Die "kalte" Zone verhindert,
dass die Öffnungen
oder Spalten in der unteren Wand 5 der Verteilerkammer 4 durch
Dampf bei erhöhter
Temperatur erhitzt werden, und das Anbrennen des Produktes in den Öffnungen
oder Spalten – oder
an der unteren Wand 5 – der
Verteilerkammer 4 wird damit verhindert.
-
Der Temperaturregler 16 erhält einen
Normwert, der die Temperatur des eintretenden Produktes um einige
Grad übersteigt.
Nach Eingang dieses Normwertes beim Temperaturmesser 15 wird
ein Signal zum regelbaren Ausgangsventil 14 abgegeben. Das
Ventil 14 öffnet
sich, und die nicht-kondensierbaren Gase 22 werden abgelassen.
Zur Schaffung einer ausreichend großen "kalten" Zone 19 beschreibt die bevorzugte
Ausführungsform
den Einsatz weiterer zwei Temperaturmesser 17, 18,
die jeweils die Funktion von Höchst-
und Mindesttemperaturwächtern
haben. Die "kalte" Zone 19 darf
nicht in den Autoklaven 2 herunterreichen, da dies das
Erhitzen des Produktes beeinträchtigen
kann. Die "kalte" Zone darf auch nicht auf
ein so geringes Volumen heruntergehen, dass das natürliche Sammeln
der nicht-kondensierbaren Gase 22 verhindert wird. Alternativ
dürfen
nur die Messer 15, 17 verwendet werden, wenn der
erste Messer 15 das Ventil 14 regelt und der zweite
Messer 17 entsprechend seiner Anordnung zum ersten Messer 15 entweder
als Höchsttemperaturwächter oder
als Mindesttemperaturwächter
arbeitet.
-
2 zeigt,
wie ein Infusionssystem 1 als ein Teil in einer Anlage
zur Wärmebehandlung
eines flüssigen
Lebensmittelproduktes durch Infusionswärme eingefügt ist. Das eintretende Produkt 30 läuft über einen
Ausgleichsbehälter 31 und
eine Pumpe 32. In einem Wärmetauscher 33, beispielsweise
einem Plattenwärmetauscher,
wird das Produkt auf die gewünschte
Temperatur vorgeheizt, die in der Regel zwischen 75–82°C beträgt, wobei
auch Temperaturen von bis zu 120°C
auftreten können.
Das auf diese Weise erhitzte Produkt wird in einer Leitung dem Infusionssystem 1 zugeführt und
gemäß dem weiter oben
beschriebenen Verfahren wärmebehandelt.
-
Das behandelte Produkt wird aus dem
Infusionssystem 1 einem Ausdehnungsbehälter 34 zugeführt, in
dem das überschüssige Wasser,
das dem Produkt durch die Infusionserhitzung zugeführt wurde,
noch einmal entzogen wird. Über
eine Pumpe 35 und möglicherweise
eine Homogenisiervorrichtung 36 wird das Produkt weiter
einem Kühler 37,
beispielsweise einem Plattenwärmetauscher,
zugeführt, wo
es auf die gewünschte
Temperatur heruntergekühlt
wird. Das Produkt verlässt
danach die Anlage durch eine Leitung 38, um weiterbehandelt
oder der Letztabfüllung
und -abpackung in Handelsgebinde zugeführt zu werden.
-
Mit der vorhergehenden Beschreibung
wird deutlich, dass die vorliegende Erfindung einen Apparat in einem
Infusionssystem 1 schafft, der die Zuführung von Dampf 21 in
einer unteren Ebene im Autoklaven 2 unterstützt, ohne
dass der Dampfstrom 21 den Fall der Produkttröpfchen 20 durch
den Autoklaven 2 unterbricht. Weil sich der Dampfeinlass
im unteren Bereich des Autoklaven 2 befindet, wird im oberen
Bereich des Autoklaven 2 auch eine "kalte" Zone 19 geschaffen, was die
Abgabe der nicht-kondensierbaren Gase 22, die in dem Verfahren
entstanden sind, erleichtert und ohne den Einsatz unnötiger Mengen
begleitenden Dampfes 21 ermöglicht.