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Verfahren und Apparatur zur Behandlung von Milch (Vollmilch, Magermilch
oder Rahm) mit Sauerstoff Es ist seit langem bekannt, daB durch die Behandlung der
Milch mit Sauerstoff die Dauer der Haltbarkeit der Milch verlängert wird.
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Trotzdem hat sich bis heute keines der Verfahren dieser Art allgemein
einführen können.
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Die einen erfordern die Aufbewahrung der behandelten Milch in der
Gegenwart von Sauerstoff oder gar von Sauerstoff unter Druck, und zwar während der
ganzen Aufbewahrungszeit; die sich daraus ergebende Notwendigkeit dichten Materials
für die Verteilung, welches auch den Druck hält, macht derartige Verfahren allgemein
für die Praxis gänzlich unanwendbar. Andere Verfahren dieser Art von Milchbehandlung
durch Sauerstoff weisen verschiedene Übelstände auf, insbesondere denjenigen einer
langen Behandlungsdauer (mehrere Stunden), die Zuhilfenahme von Ozon an Stelle des
Sauerstoffs oder aber des Kohlendioxyds für eine aufeinanderfolgende Behandlung
durch diese beiden Gase, nämlich das Kohlendioxyd und den Sauerstoff.
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Die nachstehend beschriebene Erfindung sieht in erster Linie ein Verfahren
vor, welches insofern bemerkenswert ist, als seine Anwendung nur unbedeutende Änderungen
der vorhandenen Behandlungsanlagen bzw. des vorhandenen Verteilungsmaterials
erforderlich
macht. Das Verfahren ist sowohl auf Vollmilch als auch auf Magermilch und auf Rahm
anwendbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen durch die Tatsache
gekennzeichnet, daß die Behandlung bei Pasteurisierungstemperatur stattfindet, beispielsweise
bei etwa 85° C, insbesondere durch das Einblasen von Sauerstoff unter Druck in das
Verbindungsrohr zwischen dem Erhitzer und dem Kühler des Pasteurisierapparates.
Die durch die innige kurzzeitige Berührung mit dem Sauerstoff haltbar gemachte Milch
kann unter den üblichen Verhältnissen, insbesondere in drucklosen Behältern vorzugsweisebei
einerTemperatur von-[- 5 bis + io° C, aüfb.5jah,;t werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhaftef Weise durch verschiedene
Arbeitsgänge, die in den verschiedenen Stadien der Milchbehandlung durchgeführt
werden, vervollständigt. Für diese Arbeitsgänge hat man gemäß der vorliegenden Erfindung
verschiedene Apparate entwickelt, welche nachstehend beschrieben werden.
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Es ist bekannt, daß die Arbeitsgänge des Einsammelns der Milch, ihrer
Behandlung und ihrer Verteilung zum Verbrauch in den Städten bzw. in den Käsereien
folgendermaßen vor sich gehen: Das Melken der Kühe erfolgt zweimal täglich, morgens
und abends; die auf diese Weise beim Bauern in im allgemeinen offenen oder aber
schlecht geschlossenen Behältern unter sehr mäßigen Keimfreiheitsbedingungen bereitgestellte
Milch wird Außentemperaturen überlassen, die oft, besonders im Sommer, das für die
Konservierung anempfohlene Temperaturintervall von -f- 5 bis -i--12° C ganz erheblich
übersteigen; sie wird entweder im Dorf, bei der Molkereigenossenschaft, falls eine
derartige existiert, oder aber im Tankwagen des Sammelunternehmers aufgesammelt
und gemischt. Nach manchmal langen Transporten, während welcher die Milch in einer
für ihre Konservierung wenig geeigneten Weise geschüttelt wird, werden alle in einem
Bezirk aufgesammelten Milchmengen zur Pasteurisierungsanlage geschickt. Nach dieser
Behandlung wird die Milch in Kannen abgefüllt und den Kleinhändlern für den Verbrauch
oder aber den Käsereien angeliefert.
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Der Zeitraum zwischen Melken und Pasteurisieren beläuft sich im allgemeinen
auf 8 bis io Stunden. Die Haltbarkeitsdauer nichtpasteurisierter Milch beläuft sich
im Mittel auf 24 bis 30 Stunden, um nach der Pasteurisierung auf 72 Stunden
anzusteigen, vorausgesetzt, daß die Milch auf einer Temperatur von etwa -;-5 bis
-io° C gehalten wird.
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Der Säuregehalt der Milch vor dem Pasteurisieren beläuft sich im allgemeinen
auf 15° Dornic oder 7° Soxhlet-Henckel (2o,25 ist der Umrechnungsfaktor dieser beiden
Skalen).
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Das Pasteurisieren besteht in einem sehr raschen Erhitzen der Vollmilch
bzw. der Magermilch oder des Rahms, und zwar ausgehend von einer Temperatur von
etwa = 5 bis ; io° C. Dieses Erhitzen erfolgt während des Durchflusses der Milch
mit hoher Geschwindigkeit in einem mit Dampf beheizten Kessel, anschließend zwischen
in Prallanordnung montierten Heizplatten, in deren Inneren Dampf zirkuliert. Je
nach den angewendeten Verfahren erreicht die Milch innerhalb weniger Sekunden eine
Temperatur von etwa 7o bis 9o° C am Ablauf. Nach diesem Erhitzen fließt die Milch
sofort in einen Kühler, beispielsweise in eine in Sole eintauchende Kühlschlange
oder in einen Berieselungskühler mit gekühlten Rohren, wobei sie auf etwa -j-5°
C abgekühlt wird, d. h. auf die Temperatur, bei welcher sie in mehr oder weniger
luftdicht verschlossene Kannen oder Flaschen abgefüllt und bis zum Augenblick der
Ablieferung an den Verbraucher oder an die Käserei bei einer Temperatur von 5 bis
io° C aufbewahrt wird.
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Der Hauptzweck des Pasteurisierens ist die Zerstörung der in der Milch
enthaltenen schädlichen Keime. Zusätzlich wird durch diese Behandlung die Dauer
der guten Konservierung verlängert. Das Gesetz verlangt die Pasteurisierung der
Milch bis auf maximal ioo ooo Keime im Kubikmeter.
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Nach dem Pasteurisieren beläuft sich der Säuregehalt der Milch auf
16 bis 17° Dornic. Wird die pasteurisierte Milch bei 5 bis io°C aufbewahrt, dann
bleibt die Azidität etwa 3 Tage lang konstant und nimmt zuerst langsam, dann je
nach der Konservierungstemperatur mehr oder weniger schnell zu, um nach Verlauf
von insgesamt 4 bis 5 Tagen das Gerinnen herbeizuführen. Die Milch ist zum Verbrauch
nicht mehr geeignet, wenn ihr Säuregehalt bis auf etwa 25° Dornic ansteigt, denn
hierbei verträgt sie kein Aufkochen mehr, ohne dabei zu gerinnen, was bei der pasteurisierten
Milch nach im Durchschnitt 4 Tagen eintritt. Gewisse Umstände, wie z. B. Gewitter,
können die Säurebildung und das Gerinnen der Milch, selbst der pasteurisierten Milch,
ganz erheblich beschleunigen. Durch übermäßige Säurebildung verdirbt etwa 3o 0/(,
der Milch vor dem Pasteurisieren. Die Konservierungsdauer pasteurisierter Milch
von nur 3 bis 4 Tagen, oft durch verschiedene Umstände stark herabgesetzt, ist oft
nicht ausreichend, und während der Perioden großer Hitze verliert man außerdem noch
einen bedeutenden Anteil (30%) pasteurisierter, aber vorzeitig geronnener Milch,
welche dann höchstens noch für die Käsereien verwendbar ist.
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Das erfindungsgemäßeBehandlungsverfahren, dessen wesentlichste Kennzeichen
oben angegeben wurden, wird natürlich sein Hauptanwendungsgebiet in den Pasteurisierungsanlagen
finden. In der bevorzugten Ausführungsform besteht es darin, daß Sauerstoff unter
Druck in den Milchkreislauf eingeblasen wird, und zwar an der Stelle, wo die Milch
etwa die höchste Pasteurisierungstemperatur erreicht hat, d. h. zwischen dem Erhitzer
und dem Kühler, wobei der unter Druck stehende Sauerstoff nach Verlauf einiger Sekunden,
d. h. in dem Augenblick, wo die Milch vom Kühler abfließt, in die freie Luft entweicht.
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Wiederholte Versuche des Erfinders haben gezeigt, daß diese einfache
innige Berührung von einigen Sekunden Dauer der Milch bei Pasteurisierungstemperatur
mit dem unter Druck eingeblasenen Sauerstoff ausreichend war, um die so behandelte
Milch im frischen Zustande, d. h. also eine Milch,
welche man aufkochen
kann, ohne daß sie dabei gerinnt, unter üblichen Bedingungen, insbesondere in drucklosen
Behältern, auf eine Gesamtdauer von 4 bis zu 15 Tagen, also mit einem Gewinn von
i bis 12 Tagen gegenüber der Konservierungsdauer pasteurisierter Milch, aufbewahren
zu können.
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Die zahlreichen durch den Erfinder durchgeführten Versuche schienen
anzuzeigen, daß der Hauptfaktor für die Haltbarkeitsdauer die innige Berührung mit
allen Milchteilchen war, was von dem Einblasedruck, also von dem Sauerstoffanteil
in der Milch, abhängig ist. Die beiliegenden Kurven (Fig. i bis 5) wurden in einer
erfindungsgemäß ausgestatteten Pasteurisierungsanlage aufgenommen. Die Sauerstoffeinblasevorrichtung
4 ist am Ablauf des Erhitzers i (Fig. 6) in einen Rohrkrümmer 2 der Leitung, welche
zum Kühler 3 geht, eingebaut. Die Umlaufleitung für die Milch besteht aus innen
verzinnten Kupferrohren von 5o mm Durchmesser. Die Leistung belief sich auf 35001
stündlich, die Pasteurisierungstemperatur auf 85° C, die Austrittsöffnung der Düse
auf i mm. Der in einer Stahlflasche unter einem Druck von i8o Atm. aufgespeicherte
Sauerstoff wurde beim Eintritt in die Einblasevorrichtung auf einen Druck entspannt,
den man während der Versuche von i Atm. bis zu 7,5 Atm. schwanken ließ.
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Bei jedem der Versuche (Fig. i, 2, 3, 4 und 5) wurde die unter einem
bestimmten Einblasedruck, i, 2, 3, 5 und 7,5 Atm., behandelte Milch in zwei Teile
getrennt, welche bei zwei verschiedenen Temperaturen, + 5 und + io° C (Kurven
A und A'),
konserviert wurden. Zur gleichen Zeit konservierte man bei
den gleichen Temperaturen zwei Vergleichsmuster der gleichen, aber einfach pasteurisierten
Milch (Kurven B und B'). Die Kurven stellen die Änderungen des Säuregrades
(Ordinaten) in Abhängigkeit von der in Tagen gemessenen Zeit (Abszissen) dar.
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Diese Kurven lassen erkennen, daß die Erhöhung der Haltbarkeitszeit
um so größer ist, je höher der Einblasedruck, also auch je höher der Sauerstoffanteil
ist, und daß sich diese Erhöhung bzw. Verlängerung insbesondere dann bemerkbar macht,
wenn die Milch nach der Behandlung auf einer Temperatur gehalten wird, welche näher
an der unteren Grenze von 5° C des Konservierungstemperaturintervalls von etwa -f-
5 bis + io° C liegt. Besonders ausgezeichnete Ergebnisse für die Praxis erhielt
man durch Einblasen von Sauerstoff unter 2 Atm. Druck in einer '.Menge von etwa
i 1 Sauerstoff je Liter Milch.
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Hierbei ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Behandlung durch
Sauerstoff den Säuregehalt der behandelten Milch sofort um etwa i Grad Dornic senkt,
und daß bei hohen Drücken, also auch bei hohen Sauerstoffanteilen, der Säuregehalt
der Milch sich im Laufe der ersten Tage um einen weiteren Grad Dornic senkt.
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Der horizontale oder leicht abfallende Teil der Aziditätskurve ist
in allen Fällen deutlich verlängert; insbesondere bei der bei -f- 5° C konservierten
Milch wurde derselbe wie folgt verlängert: um i Tag bei Einblasen von Sauerstoff
unter i Atm. Druck, um 2 Tage bei Einblasen von Sauerstoff unter 2 Atm. Druck, um
3 Tage bei Einblasen von Sauerstoff unter 3 Atm. Druck, um 6 Tage bei Einblasen
von Sauerstoff unter 5 Atm. Druck, um 9 Tage bei Einblasen von Sauerstoff unter
7,5 Atm. Druck.
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Der Augenblick des Gerinnens, sei es beim Aufkochen (25° Dornic),
sei es natürlich (Ende der Kurven), ist in ähnlichem Maße hinausgeschoben. In der
Praxis ergibt in den Ländern gemäßigten Klimas ein Einblasen von Sauerstoff unter
2 Atm. Druck, entsprechend etwa o,751 Sauerstoff (gemessen bei Atmosphärendruck
und bei i5° C) je Liter Milch und eine weitere Konservierung der Milch bei i5° C
völlig zufriedenstellende Ergebnisse.
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Die zerstörende Wirkung des Pasteurisierens zwecks Entfernung der
schädlichen Keime wird erheblich verbessert.
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Eine Erklärung für die Wirkung des Sauerstoffs auf die Milch konnte
bisher noch nicht in zufriedenstellender Weise gegeben werden, jedoch erlaubt es
die heterogene Konstitution der Milch, welche eine Emulsion von Fetteilchen in einer
kolloidalen Lösung, deren intermicelläre Flüssigkeit eine komplexe Lösung darstellt,
ist, zu verstehen, daß die Erhöhung des Sauerstoffeinblasedrucks und der Durchwirbelung
der Flüssigkeit, beispielsweise beim Eintritt in einen Krümmer der Rohrleitung,
das innige Vermischen des in genügender Menge vorhandenen Sauerstoffs und der Milch
begünstigt, also die Berührung aller Teilchen dieses heterogenen Mediums mit dem
Sauerstoff und daher die konservierende Wirkung dieser Berührung, selbst wenn diese
Berührung nur von sehr kurzerDauer, beispielsweise von einigen Sekunden, sein sollte,
wie es der Fall in der Vorrichtung nach Fig. 6 ist.
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Die innige Berührung des Sauerstoffs mit der Milch könnte auch mit
Apparaten von der Art erhalten werden, wie sie in zahlreichen Gewerbezweigen jedesmal
dann verwendet werden, wenn man die innige Berührung eines Gases mit einer Flüssigkeit
erreichen will, jedoch ist die vorbeschriebene Einblasevorrichtung sehr viel einfacher.
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Die Erfindung umfaßt unter anderem, wie bereits oben gesagt wurde,
verschiedene Einzelteile und Apparaturen, welche erlauben, die Anwendung des Verfahrens
gemäß dem Hauptkennzeichen weiter zu entwickeln und dessen Wirksamkeit zu erhöhen.
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Mehrere dieser Vorrichtungen sind als Beispiel unten beschrieben und
in der Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. i bis 5, wie bereits auseinandergesetzt
wurde, die im Lauf der verschiedenen Versuche erhaltenen Kurven des Säuregrades
nach Dornic sind, während Fig. 6 eine schematische Darstellung der Anlage, mit welcher
diese Versuche vorgenommen wurden, ist; Fig.7 stellt eine Sauerstoffeinblasevorrichtung
in den Einzelheiten dar;
Fig.8 stellt einen Apparat zur Behandlung
der Rohmilch im Bauernhof oder im Dorf zwecks vorübergehender Lagerung dar; Fig.9
stellt eine ortsfeste oder ortsbewegliche Anlage zur Pasteurisierung und Haltbarmachung
dar; Fig. io ist eine Variante der Anlage nach Fig. 6. Nach Fig. 7 besteht die Einblasevorrichtung
.4 der Fig.6 aus einem innen verzinnten Kupferrohr welches in einer Muffe 6 angebracht
ist, die ihrerseits an die Außenwandung 7 eines Rohrkrümmers angeschweißt ist. Das
Rohr 5 wird durch einen von einem Loch von 1 mm2 Querschnitt durchbohrten Stopfen
8 abgeschlossen. Der Sauerstoff wird unter einem Druck von beispielsweise etwa i
bis io Atm. bei einer Menge von etwa 11 Sauerstoff (bei Atmosphärendruck gemessen)
je Liter Milch eingeführt, um die Milch so zu konservieren, daß dieselbe für den
Verbrauch im Verlauf von 5 bis zu 15 Tagen geeignet ist.
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Die Anordnung dieser Einblasevorrichtung in einem Krümmer von 9o'
in der Achse des Auslaufendes des Krümmers begünstigt infolge der Durchwirbelung
der Flüssigkeit im Krümmer die innige Durchmischung des Sauerstoffs mit den gesamten
heterogenen Teilchen der Milch. Man hat bereits weiter oben gesehen, daß die Haltbarkeitsdauer
von dem Einspritzdruck, also von dem Sauerstoffanteil abhängt.
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Zwischen Flasche und Einblasevorrichtung 4 ordnet man zweckmäßigerweise
ein Ventil an, welches den Zutritt der Milch zu der Leitung nach der Sauerstoffflasche
zu nach Schließen der letzteren verhindert, um die Verschmutzung der Milch zu vermeiden.
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Der für dieses Behandlungsverfahren verwendete Sauerstoff muß besonders
rein sein. Trotzdem wäre noch zu befürchten, daß Rostteilchen oder sonstige von
dem Metall der Flasche, im allgemeinen Eisen, herrührende Verunreinigungen durch
den Sauerstoffstrahl mitgerissen werden. Um diesem Übelstand abzuhelfen, ordnet
man zwischen Flasche und Düse einen Flüssigkeits- oder einen Naßfilter an, beispielsweise
eine Lösung von Salzsäure, welche das Eisen im Zustand von Eisenchlorid zurückhält.
Der dieses Salzsäurefilter durchströmende Sauerstoff wird anschließend sorgfältig
gewaschen, beispielsweise in mehreren aufeinanderfolgenden Wasserfiltern, um jede
Spur von Salzsäure zu entfernen, und dann getrocknet.
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Bei verschiedenen Arbeitsgängen des Zyklus des Einsammelns und der
Verteilung der Milch ist es zweckmäßig, die folgenden Verfahren und Apparate zu
verwenden, um auf diese Weise ein Maximum an Wirksamkeit in der Behandlung, deren
wesentlichstes Kennzeichen oben angegeben wurde, zu ergeben.
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In die in den Bauernhöfen beim Melken erhaltene und im Dorf eingesammelte
Rohmilch wird in kaltem Zustande, beispielsweise bei etwa io° C, Sauerstoff eingeblasen,
und die Milch wird dann bis zum Eintreffen des Sammelwagens bei -j-- 5 bis + io°
C aufbewahrt.
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Zur Durchführung dieser Behandlung verwendet man eine kleine ortsfeste
oder fahrbare Anlage (Fig. 8), bestehend aus einem Behälter io und einer Sauerstoffeinblasedüse
ii. Man kann dabei vorteilhafterweise vorsehen, daß die Einführung aller in den
Bottich io eingebrachten Milchmengen durch das Mitreißen der Milch infolge der Injektorwirkung
des Sauerstoffeinblasens bewirkt wird.
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In Fig.8 ist eine Vorrichtung für das langsame Einblasen von Sauerstoff,
und zwar kontinuierlich oder intermittierend dargestellt.
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Ebenso ist es zweckmäßig, zwischen den Dörfern und der Stadt, in welcher
sich das Verteilerzentrum befindet, eine elementare Pasteurisierungs-und Stabilisierungsanlage
vorzusehen, in welcher die Milch einer Reihe von Dörfern der erfindungsgemäßen Pasteurisierungs-
und Stabilisierungsbehandlung unterzogen wird, so daß die Milch bei Ankunft in der
Stadt sofort verteilt werden kann.
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Diese Anlage (Fig.9) besteht dann aus einem Pasteurisierungsbehälter
2o mit elektrischer Beheizung 21 und Einblasen des aus einer Flasche 23 kommenden
Sauerstoffs am Boden durch ein Rohr 22 oder eine Düse. Von dem Behälter wird die
pasteurisierte und haltbar gemachte Milch durch das Rohr 25, 26 in einen zweiten
Behälter 24 gefördert. Dieser letztere wird auf einer Temperatur von -i--5 bis -f-
io' C gehalten, und zwar durch den Umlauf eines Kältemittels in einer Rohrschlange
27, wobei das Kältemittel durch den Kompressor 28 bzw. den Elektromotor 29 oder
aber durch den Druck des Sauerstoffs in Umlauf versetzt wird. Der zweite Behälter
24 ist oben mit einem bakteriologischen Filter 30 (mit einem Antiseptikum imprägnierte
Watte), welches den Wiedereintritt der Luft gestattet, versehen.
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Die Tankwagen zum Transport der Milch werden ebenfalls mit einer Sauerstoffflasche
und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen oder intermittierenden Einblasen dieses
Gases am Boden des Tanks versehen. Auch diese Tankwagen werden zweckmäßig mit einer
Kühlvorrichtung versehen.
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Bei Langstreckentransporten, während welcher eine ausreichende Kühlung
nur schwierig zu erreichen ist, ist es zweckmäßig, in die Masse pasteurisierter
und haltbar gemachter Milch einen oder mehrere Blöcke Milcheis, welches aus einer
gemäß der vorliegenden Erfindung gleichfalls pasteurisierten und haltbar gemachten
Milch herrührt, einzubringen. Trotz der Nachteile, welche das Gefrieren der Milch
mit sich bringt, erlaubt dieses Hilfsmittel dennoch, gewisse Transporte durchzuführen,
welche sonst ganz unmöglich wären. Es ist überdies zu bemerken, daV die Masse gefrorener
Milch im Verhältnis zur Gesamtmasse verhältnismäßig gering ist.
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Der Langstreckentransport von Milch in Kannen erfolgt vorzugsweise
in Metallkannen, beispielsweise in solchen aus Aluminium, mit einer genügend starken
Wärmeisolierung, um die Milch, welche vor der Abfahrt auf eine Temperatur von o
bis -# - 5' C gebracht worden war, auf einer Temperatur zu halten, die höchstens
bis auf +15° C ansteigt, vorzugsweise auf einer Temperatur von -E- 5 bis -f- io'
C, und zwar während einer Fahrzeit von io bis 15 Tagen.
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Zum Verkauf an Private bestehen die Flaschen vorzugsweise aus durchsichtigem
Werkstoff, wie z. B.
Glas. Diese Flasche wird außen metallisiert,
beispielsweise mit einem Aluminiumüberzug versehen, zwecks Vermeidung der Einwirkung
des Lichts auf die Milch. Ein derartiger Behälter bildet für die Milch gleichfalls
einen Faradaykäfig, um sie vor den von außen kommenden elektrischen Einwirkungen
zu schützen. Der Boden der Flasche bleibt ohne Metallisierung, um an dieser Stelle
die Reinlichkeit des Inneren untersuchen zu können.
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Fig. io stellt eine Variante der Sauerstoffbehandlungsvorrichtung
in der Pasteurisierungsanlage für Milch von Pasteurisierungstemperatur dar. Zwei
Behälter 35 und 36 können abwechselnd einerseits die auf 85° C erhitzte Milch, welche
dem oberen Teil durch das Rohr 37 und die Zweigleitungen 38 und 39 zugeleitet wird,
andererseits den Sauerstoff, welcher dem unteren Teil durch das Rohr 40 und die
Zweigleitungen 41 und 42 zugeleitet wird, aufnehmen. Einer dieser Behälter, 35,
wird gerade geleert, wenn in den anderen, 36, Sauerstoff eingeblasen wird. Beide
Behälter 35 und 36 können abwechselnd mit einem Kühler 43 in Verbindung gesetzt
werden, von wo die Milch in einen Vorratsbehälter 44 abgezogen wird. Bei dieser
Anlage kann je nach den Verhältnissen und nach den gewünschten Ergebnissen die Dauer
des Einblasens beispielsweise von etwa einigen Sekunden bis zu 15 Minuten variiert
werden.