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Verfahren und Vorrichtung zum Entkeimen von flüssigen Nahrungsmitteln
öder Getränken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entkeimen von flüssigen
Nahrungsmitteln oder Getränken, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit kontinuierlich
bei erhöhtem Druck durch einen Kanal einer Erhitzungseinrichtung geleitet, mittels
mindestens eines in die Flüssigkeit eingeführten gas- oder dampfförmigen Wärmeträgers
auf über zoo° C kurzzeitig erhitzt und durch schnelle Drucksenkung in einer Entspannungseinrichtung
entspannt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Ausführung
des Verfahrens.
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Bisher bekannte Verfahren zur Entkeimung von flüssigen Nahrungsmitteln
oder Getränken, beispielsweise die Pasteurisation von Frischmilch oder Rahm, beruhen
auf einer Wärmeeinwirkung von kürzerer oder längerer Dauer. So ist es bekannt, Frischmilch
durch Einführen von Dampf auf Temperaturen bis 150' C unter entsprechend
erhöhtem Druck kurzzeitig zu erhitzen und nach erfolgter Wärmebehandlung .die Erhitzungstemperatur
bei Senkung des Flüssigkeitsdruckes in einer Entspannungseinrichtung zu vermindern.
Eine bekannte Vorrichtung zur Entkeimung von Milch besitzt beispielsweise eine rohrartige
Erhitzungseinrichtung, durch welche die zu behandelnde Milch kontinuierlich unter
erhöhtem Druck geleitet und mittels Dampf kurzzeitig erhitzt werden kann, welcher
durch ein Einsatzrohr in den Strömungsweg der Milch eingeführt wird. Die bekannten
Verfahren und die Vorrichtungen zu deren Ausführung weisen jedoch schwerwiegende
Mängel auf,, welche eine erfolgreiche Entkeimung bisher unmöglich machten. Insbesondere
kann nicht verhindert
werden, daß die behandelten Flüssigkeiten
oder einzelne in ihnen enthaltene Bestandteile unter der Wärmeeinwirkung schädlichen
Veränderungen unterworfen sind. Besonders hitzewiderstandsfähige Sporenbildner können
durch die Wärmebehandlung nichtvernichtet werden und so die Haltbarmachung der behandelten
Flüssigkeit unmöglich machen. Dic schädlichen Veränderungen äußern sich beispielsweise
durch das Auftreten des bekannten Kochgeschmackes oder durch die Zerstörung wertvoller
Vitamine. Insbesondere bei der Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten
besteht ferner die Gefahr, daß an den Berührmigsstellen mit unzulässig hoch erhitzten
'Metallteilen der Erhitzungseinrichtung einzelne -Milchteilchen bei ungünstigen
Strömungsbedingungen anbrennen, was die Verwertung der Milch als Konsummilch oder
ihre weitere Verarbeitung zu 'Milchprodukten nur unter Inkaufnahme einer wesentlichen
Otialitätseinbuße zuläßt.
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Demgegenüber erlauben das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung
zu dessen Ausführung einwandfreie Entkeimung unter größtmöglicher Schonung der wertvollen
Bestandteile der zu behandelnden Flüssigkeit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Einführung mindestens eines Wärmeträgers in die zu behandelnde Flüssigkeit an der
Innenfläche des Kanals der Erhitzungsvorrichtung erfolgt. DieVorrichtung zur:1,usführung
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung seinrichtung mindestens
einen Kanal für, die Durchdeitun g der Flüssig1ccit 1-->--sitzt und. die Innenfläche
des Kanals mindestens eine Einführöffnung für den Wärmeträger aufweist, «-elche
durch einen Zufuhrkanal mit einer Wärineträgerspeisevorrichtung verbunden ist.
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Insbesondere für die Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten
kann die Dauer der Wärmebehandlung durch Erhitzung bis zur Drucksenkung in der Entspannungseinrichtung
auf weniger als i Sekunde beschränkt werden. Dabei kann die Flüssigkeit vorteilhaft
auf eine Temperatur zwischen 170 und 25oy C oder darüber erhitzt werden.
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Zweckmäßig kann eine -Mehrzahl von Einfuhrstellen für den Wärmeträger
vorgesehen sein, welche über mindestens ein Teilstück schraubenlinienförmig auf
der Mantelfläche der Erhitzungseinrichtung verteilt sind. Die Einfuhrstellen für
den Wärmeträger können auch mit wachsender Entfernung von der Einmündungsstelle
der zu behandelnden Flüssigkeit in den Kanal der Erhitzungseinrichtung einen abnehmbaren
Durchströmquerschnitt oder einen zunehmenden Abstand voneinander aufweisen.
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Vorteilhaft können die Zufuhrkanäle und die Einfuhröffnungen für den
Wärmeträger derart gerichtet sein, daß der in den Strömungsweg der Flüssigkeit eingeführte
Wärmeträger ein in die Strömungsrichtung der Flüssigkeit fallende Strömungskomponente
besitzt. Auch kann die Innenfläche des Kanals der Erhitzungseinrichtung als Rotationsfläche
geformt und der Zufuhrkanal und die Einfuhröffnung für den Wärmeträger derart gerichtet
sein, daß die Eintrittsrichtung des Wärmeträgers in die Flüssigkeit mit einem spitzen
Winkel die die Achse der Rotationsfläche und die Einführöffnung enthaltende Ebene
durchstößt.
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Unter C"mständen empfiehlt es sich, mindestens .ein7eliie, den Strömungsweg
des eingeführten Wärmeträgers begrenzende Teile mit einem isolierenden -Material
auszukleiden. Als Wärmeträger kann beispielsweise Wasserdampf (allenfalls in überhitztem
Zustand, Kohlensäure oder Stickstoff verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Ausführung
sind an Hand nachstehender Ausführungsbeispiele beschrieben und in den Zeichnungen
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 2 einen in Fig. i durch die Linie A-A angedeuteten Querschnitt derselben Vorrichtung
und Fig.3 einen weiteren Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Erhitzungseinrichtung (Fig. i), welche insbesondere für die Entkeimung
von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten geeignet ist, besitzt einen geraden Kanal
i, welcher über seine ganze Länge einen konstanten kreisförmigenDurchflußquerschnitt
für die zu behandelnde Flüssigkeit aufweist. .'n der Eintrittsöffnung 2 der Erhitzungsvorrichtung
ist eine nicht gezeichnete Anschlußleitung befestigt, welche zur Speisung der Erhitzungseinrichtung
mit der zu behandelnden Flüssigkeit dient. Zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen
Strömung irr. Kanal i ist im Strömungsweg der Flüssigkeit vor der Erliitzungseinrichtung
ein nicht dargestelltes Förderorgan angeordnet. Es empfiehlt sich, die Flüssigkeit
vor der Erhitzung in der E_rhitzungseinrichtung auf eine erhöhte Temperatur vorzuwärmen,
beispielsweise auf annähernd ioo" C. Der Kanal i ist durch einen rohrförmigen Körper
3 gebildet, welcher in seiner Außenwand eine sich über ein Teilstück erstreckende
Aussparung s aufweist. Der rohrförmige Körper 3 ist in ein Mantelrohr y eingeschoben.
Die beiden Teile 3 und 5 sind aus korrosionsfestem Stahl hergestellt.
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Erfindungsgemäß sind in der Innenfläche des Kanals i eine Reihe von
Öffnungen 6 angeordnet, welche mit dem durch die Aussparung 4 gebildeten Hohlraum
7 zwischen dem rohrartigen Körper 3 und dem Mantelrohr 5 durch Zufuhrkanäle S für
den Wärmeträger verbunden sind. Am llantelrolir 5 ist ein Stutzen ig angebracht,
durch welchen Wasserdampf unter erhöhtem Druck in den Hohlraum ; geleitet und durch
die Kanäle 8 und die Üffnungen ()-
weiter in die durch den Kanal i strömende
Flüssigkeit eingeführt werden kann. Das Verhältnis der pro Zeiteinheit durch den
Kanal strömenden Flüssig -keitsmenge und die gleichzeitig eingeführte Dampfmenge
können durch nicht dargestellte Durchfluf3-regelorgane beliebig eingestellt werden.
Damit Mäht sich die für die Entkeimung der verschiedenen zu behandelnden Flüssigkeiten
erforderliche Temperatur
leicht einstellen. Diese kann beispielsweise
für die Behandlung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten 17o bis 25o' C betragen,
wobei die Anwendung von Temperaturen über 2oo° C besondere Vorteile bietet. Die
einzelnen Dampfeinführöffnungen 6 sind schraubenlinienförmig auf der Innenwand des
Kanals i verteilt, was eine gleichmäßige Erhitzung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen
gewährleistet. Die Zufuhrkanäle 8 für den Dampf sind in Strömungsrichtung der Flüssigkeit
geneigt. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmeträger eine in die Strömungsrichtung
fallende Strömungskomponente besitzt, was wesentlich zur Erzielung einer gleichmäßigen
Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Kanal i beiträgt.
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Das Mantelrohr 5 ist an seinen beiden Enden ausgeweitet. In den dabei
entstandenen Ringräumen sind zwei Stopfbüchsen g bzw. g' angeordnet, welche ein
Austreten des Dampfes aus dem Ringraum 7 verhindern.
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Der rohrförmige Körper 3 trägt an seinem rechten Ende einen fest mit
ihm verbundenen Flansch io, dessen Bund i i in die ringförmige Ausweitung des Mantelrohres
5 zur Stopfbüchse g' hineinragt. Der Flansch io ist durch Zugschrauben 12 mit einem
auf der erwähnten ringförmigen Ausweitung des Mantelrollres 5 angeordneten Flansch
13 verbunden. Die von den Schrauben 12 ausgeübte Zugkraft versucht das auf den ringförmigen
Körper 3 spielfrei aufgeschobene Mantelrohr nach rechts zu ziehen; dabei wird das
Dichtungsmaterial der Stopfbüchseg'gegen den festen Bund ii des Flansches io gepreßt
und verhindert das Entweichen von Dampf aus dem Hohlraum 7. Am gegenüberliegenden.Ende
ist das Mantelrohr mit einem weiteren Flansch 14. versehen, welcher mittels Zugschrauben
15 mit einem lose auf den rohrförmigen Körper 3 aufgeschobenen Flansch 16 verbunden
ist. Dieser besitzt einen Bund 17, welcher in ähnlicher Weise in die ringförmige
Ausweitung des Mantelrohres 5 zur Stopfbüchse g hineinragt und deren Dichtungsmaterial
zusammenpreßt.
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Die einzelnen Dampfeinführöffnungen 6 sind derart ausgebildet, daß
sie mit wachsender Entfernung von der Eintrittsöffnung 2 des Kanals i einen abnehmenden
Durcliflußquerschnitt und einen zunehmenden Abstand voneinander aufweisen. Damit
kann erreicht werden, daß trotz verminderter Temperaturdifferenz zwischen Dampf
und Flüssigkeit mit wachsenderEntfernung von der Eintrittsöffnung des Kanals i die
durch die letzten Öffnungen eingeführten verminderten Dampfmengen vollständig kondensieren,
was wesentlich zur Erzielung einer kontinuierlichen Strömung der Flüssigkeit und
damit zueinergleichmäßigenErwärmung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen beiträgt.
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Der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt durch die Erhitzungsvorrichtung
ist in Ag. i durch die strichpunktierte Linie A-A angedeutet. Der durch den Stutzen
ig zugeführte Dampf gelangt in den durch den ringförmigen Körper 3 und das Mantelrohr
5 begrenzten Hohlraum 7 und wird durch die Zuführkanäle 8 und die Eintrittsöffnungen
6 in die durch den Kanal i geleitete Flüssigkeit geführt. Die Zuführkanäle 8 sind
derart gerichtet, daß die Eintrittsrichtung des Dampfes in den Kanal i einen spitzen
Winkel mit einer die Längsachse des Kanals und die entsprechende Eintrittsöffnung
enthaltenden Ebene bildet. Diese Anordnung gestattet, die kinetische Energie des
eingeführten Dampfes zur Erteilung eines Drallimpulses an die einzelnen Flüssigkeitsteilchen
auszunutzen, was dieTurbulenz der Flüssigkeitsströmung erhöht und damit ebenfalls
zu einer gleichmäßigen Erhitzung aller Flüssigkeitsteilchen beiträgt.
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Zur Schonung der zu behandelnden Flüssigkeit muß die Wärmebeeinflussung
in der Erhitzungseinrichtung durch rasche Temperatursenkung unterbrochen werden.
Dies erfolgt vorteilhaft durch schnelle Drucksenkung in einer an die Austrittsöffnung
des Kanals i angeschlossenen, nicht dargestellten Entspannungseinrichtung, in welcher
die erhitzte Flüssigkeit auf Atmosphärendruck oder einen wenig darüberliegenden
Druck entspannt wird. Durch Verwendung geeigneter Vakuumeinrichtungen kann die Flüssigkeit
auch auf einen unterhalb des Atmosphärendruckes liegenden Druck entspannt werden.
Dabei erfolgt eine schnelle Temperatursenkung auf den zugehörigen Siedepunkt, wobei
gleichzeitig der in die Flüssigkeit eingeführte und kondensierte Dampf wieder entweicht.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung wird durch Mengenregulierung so eingestellt,
daß die Dauer der Wärmebehandlung durch Erhitzung bis zur Drucksenkung in der Entspannungseinrichtung
weniger als i Sekunde beträgt, was bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch zur
Vernichtung der hitzewiderstandsfähigsten Keime genügt.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einfuhröffnungen für den
Wärmeträger an der Innenfläche des Kanals der Erhitzungseinrichtung kann vermieden
werden, das einzelne Flüssigkeitsteilchen unzulässig lange mit den in nächster Nähe
der Einführöffnungen liegenden metallischen Teilen in Berührung kommen, was die
erwähnten nachteiligen Veränderungen in der behandelten Flüssigkeit verursacht.
Insbesondere treten keine toten Räume in der Flüssigkeitsströmung auf, in welchen
die Geschwindigkeit und die Turbulenz der Flüssigkeit derart vermindert sind, daß
einzelne Flüssigkeitsteilchen während längerer Dauer vom Wärmeträger mit hoch erhitzten
metallischen Teilen in Berührung kommen und, deshalb zum Anbrennen neigen.
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In gewissen Fällen empfiehlt es sich, durch Verwendung von Material
geringeren Wärmeleitvermögens den Wärmetransport von der Innenwand der Wärmeträgerzuführkanäle
an benachbarte metallische Teile, welche mit der Flüssigkeit in Berührung kommen,
zu vermindern. Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine derartige Ausführung, bei der die
Zuführkanäle 8 und die den Hohlraum 7 begrenzende Oberfläche des ringförmigen Körpers
3 mit einem wärmeisolierenden Material 18, beispielsweise keramisches Material,
ausgekleidet sind.
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Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung
erlaubt,
flüssige -'#'alirungsinittel und Getränke. insbesondere Milch und milchhaltige Flüssigkeiten,
zwecks Haltbarmachung ohne nachteilige Veränderungen im Geschmack und in der "Zusammensetzung
so zu behandeln, daß sie mindestens S Page konsumfähig bleiben, vorausgesetzt, daß
sie Luft- und allenfalls lichtgeschützt bei Temperaturen unter io° C so gelagert
werden, daß keine Nachinfektion stattfinden kann. Gezuckerte Kondensmilch, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Temperaturen über 200° C erhitzt wurde, erweist
sich auch bei der Wahl von Zusammensetzungen von hohem Gehalt an fettfreier Trockensubstanz
während der Dauer der ganzen Laktationsperiode stabil, was ein '--\Tachdicken weitgehend
vermindert. Erfindungsgemäß entkeimte Fruchtsäfte zeichnen sich besonders dadurch
aus, daß die in ihnen enthaltenen wertvollen Vitamine und ihr natürliches Aroma
weitgehend erhalten bleiben. Es empfiehlt sich, für die Behandlung von Fruchtsäften
als Wärmeträger Kohlensäure oder Stickstoff zu verwenden. Unter Umständen empfiehlt
es sich, verschiedene Wärmeträger zu verwenden, die an zwei verschiedenen Teilstellen
der Kanalaußenfläche in die Flüssigkeit geleitet werden.