NL8902621A

NL8902621A - Werkwijze voor het vervaardigen van geconcentreerde voedingsvloeistoffen.

Info

Publication number: NL8902621A
Application number: NL8902621A
Authority: NL
Original assignee: Grasso Koninkl Maschf
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-05-16
Also published as: EP0424999B1; CA2028298A1; EP0424999A1; DE69005261T2; US5137739A; BR9005289A; KR910007458A; ZA908127B; JPH03160975A; DE69005261D1; ATE98503T1

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van geconcentreerde voedingsvloeistoffen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vriesconcentreren van voedingsvloeistoffen, zoals vruchtensappen, koffie-extract, bier, enzovoorts, waarbij de te behandelen stof wordt gevoerd door een uit meerdere trappen bestaande vriesconcentratie-inrichting. Een dergelijke werkwijze is bekend uit EP-B-0 151 340 van Aanvraagster, dat een andere ontwikkeling toont van US-A-4.004.886 waarin een enkeltrapswerkwijze is weergegeven.

Er bestaan vele redenen om vruchtensappen, koffie-extract, bier, melk, azijn en andere voedingsvloeistoffen te concentreren. Een van de redenen is een betere stabiliteit bij opslag en besparing aan transport- en opslagkosten .

Indien het concentreren wordt uitgevoerd als voortrap op processen zoals vriesdrogen is in het algemeen vermindering van de investering en besparing aan energiekosten het doel van het concentreren.

Voor het concentreren zijn diverse technieken beschikbaar, zoals verdamping, membraanscheiding en vriesconcen-tratie. Ieder van deze technieken heeft zijn eigen toepassingsgebied als gevolg van hun karakteristieke eigenschappen. Vriesconcentratie kan gekarakteriseerd worden als het proces, dat de hoogste produktkwaliteit levert, aangezien dit bij lage temperatuur plaatsheeft, waardoor geen thermische ontleding kan optreden en omdat het proces wordt uitgevoerd in een gesloten onder druk staand systeem, waarbij er geen verliezen zijn aan geur en aroma en er geen oxydatie optreedt.

Wanneer vriesconcentratie wordt toegepast dan wordt het maximaal bereikbare concentratieniveau bepaald door de viscositeit van het concentraat.

Typische waarden voor concentratieniveaus zijn 50 gewicht s% voor vruchtensappen, 40 gewichts% voor koffie-extract en 45 gewichts% voor zuivelprodukten.

Het zou van bijzonder belang zijn voor de toepassing bij vruchtensappen, wanneer het maximale concentratieniveau verhoogd zou kunnen worden tot 5 5 gewichts%, wat de de minimale concentratie is voor bulktransport.

Tabel 1 toont de invloed op de opslag- en transportkosten, wanneer overgaan wordt van vatverpakking op bulktransport.

TABEL I

Opslag- en transportkosten voor vruchtensappen met een concentratie van 65 gewichts%, uitgedrukt in guldens per ton vaste stof.

In vaten Bulk

Kosten van de vaten 107

Verpakkingskosten 180

Opslagkosten 120 302

Kosten om materiaal in en uit de opslagruimte te transporteren 95 25

Verlies aan vaste stoffen aan de ontvangende zijde 88 (1,5¾) _ _ 590 327

Transportkosten b.v. van

Brazilië naar USA 385 207

Totaal 975 534

Een hoger concentratieniveau is ook gunstig bij de toepassing op koffie-extract. Hier is de belangrijke reden de toename van het behoud van aroma in de na het vriesconcentreren plaatshebbende droogstap, indien de concentratie van de toevoer naar die stap wordt verhoogd.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze welke een vriesgeconcentreerd produkt levert met tenminste 5 5 gewichts?^ voor vruchtensappen en 50 gewichts?i voor koffie-extract.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel door vriesconcentreren een produkt te verschaffen met een hoge viscositeit.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de te behandelen stof vanuit de trap van de vriesconcentratie-richting met de hoogste concentratie wordt gevoerd naar een module, waarin de viscositeit wordt verhoogd door kristallisatie.

De module heeft twee basisonderdelen, d.w.z. een onderdeel waarin het water in de vloeistof wordt gekristalliseerd waarbij ijskristallen van 5-100 ^um worden vervaardigd en een onderdeel waar de suspensie wordt ingedikt en waarin door middel van een centrifuge de suspensie uit het kristallisatie-onderdeel wordt gescheiden in een geconcentreerde ijsstroom en een produktstroom, de moederloog.

Volgens de uitvinding worden dus twee verschillende kristallisatie- en scheidingstechnologieën gekombineerd Een hoge concentratieverhouding betekent een hoge viscositeit van het eindprodukt.

In fig. 1 van de aanvrage is een viscositeitsgra-fiek getoond voor koffie-extract en voor sinasappelsap. In de handel beschikbare vriesconcentratie-inrichtingen leveren een produkt in het gebied van 30-100 centistokes. De uitvinding is in staat produkten te leveren met veel hogere viscositeiten, in het bijzonder tussen 100 en 500 centistokes. (1 centistoke is 10 m / sec.)

Een hoge-re viscositeit beïnvloedt de vriesconcen-tratie-inrichting op verschillende wijzen:

Zij vermindert de warmte-overdracht in de warmte-uitwisselaar met geschraapt oppervlak waardoor deze minder efficiënt wordt; zij verhoogt het krachtverbruik van de verschillende roerinrichtingen, pompen en dergelijke; zij vertraagt de kristalgroei.

De kleine gemiddelde kristalmaat in kombinatie met de hoge viscositeit van de vloeistof beperkt thans de maximum bereikbare concentratie, omdat deze de filters in de rijpingstank van een conventionele vriesconcen-tratie-inrichting verstopt.

De filters in de rijpingstank van een conventionele vriesconcentratie-inrichting hebben een tweeledig doel: zij zorgen ervoor dat de krisstalvrije vloeistofstroom wordt gecirculeerd over de warmtewisselaars met geschraapt oppervlak en zij zijn noodzakelijk om een kristalvrije produktstroom te verwijderen. Voor dit laatste maakt de uitvinding gebruik van een centrifuge, terwijl het kristal-lisatiesysteem veranderd is in suspensiekristallisatie die de kristalvrije vloeistofcirculatie over de warmtewisselaars overbodig maakt.

Ofschoon de gemiddelde kristalgrootte aanzienlijk daalt wanneer suspensiekristallisatie wordt toegepast in plaats van de gescheiden kernvorming en groeikristal-lisatie (zie tabel 2) worden zijn nadelen overheerst door het voordeel dat geen filters worden gebruikt.

TABEL 2

Invloed van het kristallisatiesysteem op de gemiddelde kristalgrootte voor een suikeroplossing van 50 gewichts% (130 centistokes).

Werkwijze Gemiddelde grootte

Gescheiden kernvorming en groei 404 ^um suspensiekristallisatie 185 ^um.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekening nader worden toegelicht, waarin:

Fig. 1 toont het verband tussen de viscositeit van vruchtensap en koffie-extract bij het vriespunt in afhankelijkheid van het gewichtsX.

Fig. 2 is een stromingsdiagram van de trap met hoogste concentratie van een conventionele uit meerdere trappen bestaande vriesconcentratie-inrichting;

Fig. 3 toont de kombinatie van deze inrichting met de module volgens de uitvinding; en

Fig. 4 toont een dubbeltraps-uitvoering van de module volgens fig. 3.

In Fig. 2 is een conventionele vriesconcentratie-inrichting getoond, die bestaat uit een rijpingstank 1, . met daarin een beweegbaar mengorgaan 2 en een filter 3.

Op het filter 3 sluit een leiding 4 aan waarin een pomp 5 is opgesteld, die verbonden is met een warmtewisselaar 6 met geschraapt oppervlak. Vanaf de warmtewisselaar 6 naar de rijpingstank 1 loopt een leiding 7.

VAnaf de leiding 4 loopt een leiding 8 waarin een pomp 9 is opgesteld. Via deze leiding 8 en pomp 9 wordt bij een conventionele vriesconcentratie-inrichting het geconcentreerde produkt afgevoerd.

Op de rijpingstank 1 sluit een leiding 10 aan waarin een pomp 11 is opgenomen. Deze leiding 10 staat in verbinding met een lagere trap van de vriesconcentratie- inrichting en voert het ijs naar deze lagere trap af.

Een dergelijke inrichting is uitvoerig beschreven in EP-B-0 051 340.

Het linkerdeel van fig. 3 komt geheel overeen met fig. 2 en hierin worden dezelfde verwijzingscijfers gebruikt.

Volgens de uitvinding is achter de trap van de con-centratie-inrichting met de hoogste concentratie volgens fig. 2 een module geplaatst, waarin de viscositeit van het produkt wordt verhoogd.

Deze module is weergegeven in het rechterdeel van fig . 3.

Deze module omvat een rijpingstank 12 met een beweegbaar orgaan 13. De filter ontbreekt thans. Een leiding 14 is via een pomp 15 aangesloten op een warmtewisselaar 16 met geschraapt oppervlak die via een leiding 17 weer is verbonden met de rijpingstank 12. Een leiding 18 bevat een pomp 19 en voert naar een centrifuge 20. Op deze centrifuge 20 sluiten leidingen 21 en 22 aan, die in verbinding staan met vaten 23 respektievelijk 24. Het vat 23 is bestemd voor het opnemen van ingedikte ijssuspensie en het vat 24 is bestemd voor het opnemen van het kristal-vrije produkt. Op het vat 24 sluit een leiding 25 aan met daarin een pomp 26, die het kristalvrije produkt of moederloog afvoert uit de inrichting.

Op het vat 23 sluit een leiding 27 aan met een pomp 28 die de ijssuspensie via een leiding 29 terugvoert naar de rijpingstank 1. De ijssuspensie kan beter verpompbaar worden gemaakt door bijmengen van vloeistof uit tank 1 in vat 23.

De centrifuge 20 is voorzien van een koelsysteem (niet-getoond) om de wrijvingswarmte te absorberen en te verhinderen dat de produktconcentratie wordt verlaagd door verdunning met gesmolten ijs.

De vaten 23 en 24 evenals de centrifuge 20 zelf worden onder een atmosfeer van stikstof gehouden om oxydatie van het produkt en verlies in aroma en geur te verhinderen.

Zoals gezegd wordt de ingedikte suspensiestroom via de leiding 29 teruggevoerd naar de hoogste trap van de vriesconcentratie-inrichting. Soms is het niet aanvaardbaar om alle ingedikte suspensiestroom naar deze trap toe te voeren. In dat geval kan de ingedikte suspensie teruggevoerd worden naar één van de trappen met lagere concentratie. Soms is het gewenst het ijs geheel of gedeeltelijk te smelten.

Ofschoon het kristallisatieonderdeel van de module volgens de voorkeursuitvoeringsvorm bestaat uit een rij-pingstank en warmtewisselaar met geschraapt oppervlak, is het mogelijk een trommelkristallisator te gebruiken, waarmede een goed in beweging gebracht vat wordt bedoeld met een geschraapte wand, in feite dus een gekombineerde rijpingstank en geschraapte warmtewisselaar. Het is ook mogelijk warmtewisselaars met geschraapt oppervlak te gebruiken zonder een rijpingstank, d.w.z. de opbrengst van de warmtewisselaar gaat dan direkt naar de centrifuge. Aan de getoonde uitvoeringsvorm wordt echter de voorkeur gegeven omdat op deze wijze kristallen van superieure maat worden geproduceerd, wat een grote invloed heeft op het scheidingsrendement van de centrifuge.

Wanneer de capaciteit van de vriesconcentratie-inrichting zodanig is, dat een zeer grote hoeveelheid ijs vervaardigd moet worden bij produktieomstandigheden, of wammeer ,et één module niet de gewenste eindconcentratie kan worden bereikt, is het gunstig in verband met de lagere viscositeit een deel van het ijs te vervaardigen bij een concentratie gelegen tussen de concentratie van de normale vriesconcentratie-inrichting en de concentratie van het eindprodukt. Dit gebeurt dan soms in twee trappen, welke tweetrapsinrich-ting getoond is in fig. 4, waarin dezelfde verwijzings-cijfers zijn gebruikt als voor de eerste trap en dezelfde verwijzingscijfers voorzien van accenten voor de tweede tr ap.

De leiding 8 is evenals in fig. 3 afkomstig vanaf de hoogste trap van de normale vriesconcentratie-inrichting. Vanaf de vaten 23 en 23' gaat de ijssuspensie via de leidingen 29 resp. 29' terug naar de vriesconcentratie-inrichting .

Vanaf het vat 24 wordt het kristalvrije produkt via een leiding 30 gevoerd naar de tweede trap, aangegeven met accenten. Vanaf het vat 24' wordt het kristalvrije produkt afgevoerd via leiding 30,

VOORBEELD

Dit voorbeeld, zie fig. 3, beschrijft een module gebruikt in kombinatie met een bestaande vriesconcentratie-inrichting die in staat is sinaasappelsap te vervaardigen van 55 gewichts% bij een capaciteit van meer dan 4 ton per uur. De toevoer naar de conventionele vriesconcentratie-inrichting is 12 gewichtsX en zijn produkt, 45 gewichts% is de toevoer voor de module met hoge viscositeit. De stromingscodes zijn in fig. 3 aangegeven en voorzien van een cirkel. In tabel 3 is de grootte en de samenstelling van de stromingen aangegeven.

Een stroming van laag concentraat (100), de toevoer naar de module met hoge viscositeit, treedt de module binnen in de circulatieleiding over de warmtewisselaar 16. De toevoer wordt gemengd met een kleine suspensie-stroom (101) voordat deze de warmtewisselaar 16 bereikt..

In de warmtewisselaar wordt genoeg ijs geproduceerd om de gewenste produktconcentratie van 55 gewichts% te bereiken.

De uitvoer van de warmtewisselaar 16 wordt gevoerd naar de goed gemengde rijpingstank 12. VAnuit deze rijpingstank 12 wordt de toevoer naar de centrifuge 20 afgenomen via (103), waarin een scheiding plaatsheeft in een verdikte suspensiestroom (105), welke wordt teruggevoerd naar de normale vriesconcentratie-inrichting en een ijsvrije pro-duktstroom (104), de moderloog.

TABEL 3 - stromen

Code Concentratie ijsconcentratie debiet gewichts?ó geuuichts% (kg/uur) 100 45 0 10465 101 55 18 1000 102 55 18 11465 103 55 18 10465 104 55 0 4186 105 55 30 6279

Claims

1. Werkwijze voor het vriesconcentreren van voedings-vloeistoffen, zoals vruchtensappen, koffie-extracten, bier enzovoorts, waarbij de te behandelen stof wordt gevoerd door een uit meerdere trappen bestaande vriesconcentratie-inrichting, met het kenmerk, dat de te behandelen stof vanuit de trap van de vriesconcentratie-inrichting met de hoogste concentratie wordt gevoerd naar een module, waarin de concentratie en dus de viscositeit wordt verhoogd door kristallisatie, en een gedeeltelijke afscheiding van moederloog wordt verkregen met behulp van een centrifuge.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk , dat de kristallisatie wordt uitgevoerd door een warmteuitwisselaar met geschraapt oppervlak in kombinatie met een rijpingstank waarop de centrifuge is aangesloten.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de centrifuge wordt gekoeld.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, m e t h et kenmerk, dat het centrifugeren plaatsheeft in een omgeving van stikstof.

5. Werkwijze volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kristallisatie wordt uitgevoerd in een trommelkristallisator, zijnde een kombinatie van rijpingstank en warmtewisselaar .

6. Werkwijze volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kristal lisatie uitsluitend wordt uitgevoerd in een warmteuitwisselaar met geschraapt oppervlak.

7. Werkwijze volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ingedikte suspensie geheel of gedeeltelijk wordt gesmolten en wordt gevoed aan die trap van de concentratie-inrichting, waarvan de concentratie het dichtst ligt bij die van de smelt.

8. Werkwijze volgens één of meer der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat meer dan één module in serie worden gebruikt om de concentratie te verhogen.