WO1998024331A1 - Verfahren zum verarbeiten, insbesondere konzentrieren, von frucht- und/oder gemüsesaft sowie anlage zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum verarbeiten, insbesondere konzentrieren, von frucht- und/oder gemüsesaft sowie anlage zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO1998024331A1
WO1998024331A1 PCT/EP1997/006404 EP9706404W WO9824331A1 WO 1998024331 A1 WO1998024331 A1 WO 1998024331A1 EP 9706404 W EP9706404 W EP 9706404W WO 9824331 A1 WO9824331 A1 WO 9824331A1
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Wolfgang M. Samhaber
Hans-Rudolf Gysin
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Barth Fruit Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for processing, in particular concentrating, fruit and / or vegetable juice
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for processing, in particular concentrating, fruit and / or vegetable juice which makes it possible to avoid disadvantages of the known methods.
  • the aim is to increase the concentration of at least one dissolved juice component, in particular the sugar present in the juice, for example in the form of glucose and / or fructose and / or sucrose, as much as possible, the concentration should be gentle and economically feasible and, if necessary, it should also be possible to increase the concentrations of all dissolved substances in the original juice to approximately the same extent.
  • this object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the invention further relates to a plant for carrying out the method, the plant according to the invention having the features of claim 16.
  • membrane filtration a distinction can be made between microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO - short for "reverse osmosis”).
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • NF nanofiltration
  • RO - short reverse osmosis
  • a microfiltration membrane retains particles with sizes larger than approximately 0.1 ⁇ m to An ultrafiltration membrane can also retain smaller particles and high molecular weight solutes, the cut-off being in a molecular weight range between about 1000 or 2000 and a few 100,000 daltons.
  • the molecular weight cut-off of a nanofiltration membrane is about at least 100 daltons, at most 2000 daltons and for example mostly 200 daltons to 1000 daltons.
  • a nanofiltration membrane can accordingly also retain dissolved organic substances with a fairly low molecular weight.
  • dissolved inorganic substances for example salts, of one nan ofiltration membrane more or less completely let through.
  • a reverse osmosis membrane can have a molecular weight cutoff that is well below 500 and even below 100 Daltons.
  • a reverse osmosis membrane can also largely retain dissolved inorganic substances, for example table salt, ie sodium chloride (NaCl).
  • the permeability or retention capacity of the membranes not only depends on the particle sizes and / or molecular weights, but above all on Reverse osmosis and nanofiltration membranes also depend on the type of substances, molecules and ions, their chemical and physical properties, their interaction with the membrane and - as will be explained in more detail - various process parameters.
  • the membranes in particular the nanofiltration and reverse osmosis membranes, are often characterized by their percentage retention for at least one specific chemical, solute.
  • the retention capacity of a membrane depends on the type of solute and various other parameters, in particular the composition, the concentration, the pH and the temperature of the solution to be filtered and the pressure difference between the solution to be filtered and that of the Permeate membrane passed through and is therefore present between the two spaces which adjoin the two sides of the membrane facing away from one another.
  • the retention capacity also depends on the concentration and thus also on the permeate yield at which the measurement is carried out.
  • the permeate yield is, for example, in percent by weight specified, the latter relating to the weight of the amount or batch of a solution fed to the filter for filtering.
  • a juice fraction is filtered with a first membrane filter and the resulting first retentate is filtered with a second membrane filter, so that a second retentate is formed.
  • the membrane of the second membrane filter preferably has a smaller retention capacity for sodium chloride (NaCl) than the membrane of the first membrane filter.
  • the retention capacity of the two membranes should of course be the same under the same measurement conditions and process parameters, i.e. in particular at the same sodium chloride concentrations, pH values and temperatures of the solutions to be filtered, at the same pressures of the solutions to be filtered as well as permeates and accordingly at the same pressure differences between the solutions and Permeates and measured at the same permeate yields.
  • the first membrane filter preferably consists of a reverse osmosis filter and is preferably designed such that when filtering an aqueous sodium chloride solution with a sodium chloride concentration of 1 g / 1, a pH of 7 and a temperature of 20 ° C. at a pressure difference of 2 Mpa between the sodium chloride solution to be filtered and a permeate formed during filtration, and with a permeate yield of 10% by weight for sodium chloride, has a retention capacity of at least 95%.
  • the first membrane filter can have a retention capacity of at least 98% for sugars preferably dissolved in the juice fraction, such as glucose and / or fructose and / or sucrose.
  • the second membrane filter preferably consists of a nanofilter and is preferably designed such that when filtering an aqueous glucose solution with a glucose concentration of 50 g / 1, a pH of 7 and a temperature of 20 ° C at a pressure difference of 5 Mpa between the glucose solution to be filtered and a permeate formed during filtration, and with a permeate yield of 10% for glucose, has a retention capacity of at least 25% and at most 85%.
  • the preferably clear, e.g. essentially solids-free juice fraction contains at least one dissolved component of the juice, which is concentrated in two steps in the membrane filtrations in the first and second membrane filters.
  • an osmotic pressure must be overcome, which depends on the concentration of the dissolved juice component (s) on both sides of the membrane of the membrane filter. Since the concentration on two levels, i.e. Membrane filtrations, is divided and since the second membrane filter used for the second filtration also preferably has a smaller retention capacity than the first membrane filter used for the first filtration, the method according to the invention enables the at least one dissolved juice component to be present at a relatively low level in the membrane filters Press hard to concentrate.
  • the juice fraction and the first retentate can be subjected to pressures for the filtrations in the first and second membrane filters, which are preferably at most 18 Mpa and preferably at least 6 Mpa.
  • the fruit and / or vegetable juice and the juice fraction fed to the first membrane filter normally contain dissolved sugar, for example at least one of the sugar types glucose, fructose, sucrose.
  • the sugar content of a clear juice fraction formed from a fruit juice and fed to the first membrane filter is normally at least 5 and at most about 25 Brix degrees.
  • the method is particularly intended for processing and concentrating juice from one or more types of tropical and / or subtropical fruits, for example passion fruits and / or mangoes and / or bananas and / or pineapples and / or lychees and / or citrus fruits.
  • a clear juice fraction formed by clarifying passion fruit juice usually has a sugar content of 10 to 15 Brix degrees.
  • a preconcentrate is formed from the first retentate retained by the first membrane filter, the sugar content of which is preferably at least 25 Brix degrees and, for example, 30 to 40 Brix degrees.
  • the concentration of the dissolved sugar can be increased by the method in such a way that the sugar content of the second retentate and a juice concentrate formed from it is preferably at least 30 Brix degrees, better is at least 40 brix degrees, or even better at least about 50 brix degrees, but preferably at most about 70 brix degrees and, for example, 50 to 60 brix degrees.
  • a fruit or vegetable juice normally contains at least one dissolved or dissociated acid and at least one dissolved flavoring agent, at least one dissolved vitamin and usually several acids and / or flavoring agents and / or vitamins.
  • the juice may also contain at least one dissolved dye.
  • the juice and all the intermediate products obtained from it, which are used to form the second retentate and juice concentrate, are used in all to obtain the Juice and operations used to form the second retentate from the juice are kept at temperatures which are preferably at most 50 ° C., more preferably at most 30 ° C. or even only at most 20 ° C. and preferably at least 5 ° C.
  • the selectivities of the membrane filters used to concentrate at least one dissolved juice component and the process parameters can be determined, for example, such that all or at least almost all components or substances of the juice dissolved in the juice and / or in the juice fraction fed to the first membrane filter also contain in the second retentate and that the ratios between the proportions of the different dissolved substances or components in the original fruit and / or vegetable juice, in the juice fraction mentioned and in the second retentate are approximately the same.
  • the second retentate can then in particular also contain at least approximately all types and at least approximately the total amounts of the acids, aroma substances, vitamins and other substances dissolved in the original juice.
  • the juice concentrate formed from the second retentate is later diluted with water, for example, for its use, a liquid can be formed which is very similar in composition and taste to the original juice and hardly has any natural, freshly pressed fruit and / or vegetable juice can be distinguished.
  • the method according to the invention enables the economical production of highly concentrated fruit and / or vegetable juice concentrates with a high quality which has hitherto hardly been achieved and which also opens up new possible uses.
  • the juice concentrates formed from the second retentate often have to be stored and / or transported long distances for their use. This is particularly true in the case when the juice concentrates from tropical and / or subtropical fruits are in the vicinity of the corresponding plantings getting produced.
  • the high concentration of a juice concentrate consisting of a second retentate makes it possible to save considerable costs on its storage and transport.
  • the second retentate contains above all only a single or only a few selected, dissolved component (s) of the juice and the juice fraction fed to the first membrane filter. It can be provided, for example, that the second retentate contains at least approximately all of the sugar present in the original juice, but at most little acid and / or at most little aroma substances.
  • FIG. 1 shows a simplified flow diagram of a method for processing, in particular concentrating juice
  • FIG. 2 shows a part of a flow chart of a variant of the method.
  • the method can, for example, be carried out in batches in accordance with the flow diagram shown in FIG. 1, which also shows schematically illustrated parts and devices of a system for carrying out the method.
  • a pulp 1 is formed from a batch of fruit to be processed, for example passion fruit, by crushing.
  • a separating device 2 for example a centrifuge or a decanter, and is freed of coarse solid particles, so that a juice 3 is formed.
  • This is finally of vegetable origin and has a liquid - ie an aqueous solution - and solid particles, in particular fruit pulp particles, dispersed therein.
  • At least one enzyme 5 is fed to this original, purely vegetable juice 3 in a processing and mixing device 4.
  • the device 4 has, for example, a tank and a schematically indicated stirring device, so that the enzyme 5 can be mixed well with the juice 3.
  • the enzyme 5 serves to disintegrate solid particles contained in the juice, in particular fruit pulp particles, and can consist, for example, of the enzyme available under the brand name PECTINEX ULTRA SP-L from Novo Nordisk.
  • the mixture formed from the original juice 3 and the enzyme 5 is left in the tank of the device 4 and processed for a certain dwell time, the water-soluble constituents of the fruit pulp being at least largely broken down.
  • the mixture 6 contains at least one dissolved type of sugar, for example glucose and / or fructose and / or sucrose.
  • the mixture also contains at least one dissolved, i.e. dissociated acid and, for example, several such.
  • the mixture 6 also contains at least one dissolved flavoring agent and, for example, several different dissolved flavoring agents and also one or more vitamin (s).
  • the mixture 6 is subjected to at least one clarification filtration in the clarification filter device 11 and first fed to a solid / liquid separation device 12.
  • a solid / liquid separation device 12 This consists, for example, of a filter press that has means for generating pressure and at least one filter cloth.
  • the mixture is separated from the cake filter separator 12 subjected and separated into a pre-clarified juice fraction 13 flowing through the filter cloth and a retentate 14 containing solids, ie a filter cake, which is removed from the separating device 12 from time to time.
  • the pre-clarified juice fraction 13 is fed to a tank 15.
  • a juice fraction 16 consisting at least in part of the pre-clarified juice fraction 13 is fed to a clarifying membrane filter 18 by means of a pump 17 and is subjected to a crossflow membrane filtration therein.
  • the clarifying membrane filter 18 has a membrane which is designed, for example, as a microfiltration membrane or as an ultrafiltration membrane, so that the juice fraction 16 is subjected to a microfiltration (MF) or an ultrafiltration (UF).
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • the retentate 19 obtained in the membrane filter 18 is returned to the tank 15 and mixed in it with the pre-clarified juice fraction 13.
  • the resulting mixture is then circulated through the clarifying membrane filter 18 for a certain period of time.
  • the solids that accumulate in the tank 15 can be drained from the tank 15 from time to time together with the liquid present in the tank 15 as a retentate 20 containing solids.
  • the permeate passing through the clarifying membrane filter 18 is essentially clear and free of dispersed solid particles and at least approximately germ-free and is fed as a clear juice fraction 21 to a tank 26 belonging to a concentration device 25. If the tank 26 contains a batch of the clear juice fraction 21, a juice fraction 27 is derived from the tank 26 and fed to the concentrating device for preconcentration by means of a pump 28 and a reverse osmosis filter and / or first membrane filter 32 passed through this in cross flow.
  • RO reverse osmosis
  • the first permeate 35 which has passed through the first membrane filter 32, enters a tank 36 and can be derived from it from time to time.
  • the first retentate 33 flowing back from the first membrane filter 32 into the tank 26 is mixed in the tank 26 with the clear juice fraction 21 previously introduced into it.
  • a second permeate 48 can also be introduced into the tank 36 at times and possibly mixed with the clear juice fraction 21 therein.
  • the juice fraction contained in the tank 26 is then circulated through the first membrane filter 32 for a certain period of time.
  • the juice fraction 23 pumped from the tank 26 to the first membrane filter 32 accordingly consists, for example, for the most part or exclusively of the clear juice fraction 21 supplied by the clarifying filter device 11 and has approximately or exactly that at the beginning of the pre-concentration process of a juice fraction batch present in the tank 26 same composition as this.
  • the proportion of the first retentate 33 contained therein gradually increases, the concentration of this juice fraction also increasing.
  • the juice fraction batch contained in the tank 26 When the juice fraction batch contained in the tank 26 has the intended concentration and consists at least approximately completely of the first retentate 33 retained by the first membrane filter 33, it is fed as a pre-concentrate 38 to a tank 42. From this, a juice fraction 43 initially consisting of the preconcentrate 38 and thus essentially of the first retentate is fed to the concentration device 25 by means of a pump 44, and passed through the latter in a cross flow. The juice fraction 43 is from second membrane filter 45 is subjected to a second membrane filtration, ie a nanofiltration (NF). The second retentate 46 retained by the second membrane filter 45 is returned to the tank 42. The juice fraction contained in the tank 42 is now cross-flow through the second membrane filter
  • the preconcentrate and / or first retentate 38 initially contained in the tank 42 is mixed with the second retentate 46 and successively replaced by the latter.
  • the preconcentrate 38 is concentrated. If, after a certain period of circulation, the juice fraction contained in the tank 42 is at least largely made up of second retentate
  • the first membrane filter 32 and the second membrane filter 45 have a first and a second membrane, respectively.
  • the two membrane filters 32, 45 and their membranes have different retention capacities, which are preferably in the ranges specified in the introduction.
  • a membrane of the FILMTEC TW30 type can be used as the membrane for the first membrane filter 32, ie the reverse osmosis filter.
  • a membrane of the FILMTEC NF 70 type can be used as the membrane for the second membrane filter 45, ie for the nanofilter be used.
  • Membranes of these types are available from Filmtec Corp., a subsidiary of The Dow Chemical Company.
  • Clarification filtering device 11 and pressures required with membrane filters 32, 45 of concentrating device 31 can be generated at least in part with pumps 17, 28 and 44 and lie in the ranges mentioned in the introduction.
  • additional pumps may be present in the membrane filters 18, 32, 45 for conveying the various intermediate products and / or for generating pressure.
  • the juice 3 and the various intermediate and / or by-products can, if necessary, be temporarily stored in the various tanks, the contents of the tanks being able to be stirred and mixed using stirring devices which are schematically indicated in FIG. 1.
  • the juice and the intermediate products formed therefrom can possibly be heated and / or cooled during the various process steps and during the intermediate storage in the tanks with heating and / or cooling devices (not shown).
  • the porridge 1, the juice 3 and all those obtained from it and used to form the juice concentrate 47 can possibly be heated and / or cooled during the various process steps and during the intermediate storage in the tanks with heating and / or cooling devices (not shown).
  • the juice concentrate 47 itself and also the other by-products obtained in the process were kept at temperatures throughout the process and in particular in all of the process steps used to form the second retentate 46 and the juice concentrate 47 essentially consisting of such juice, which were described in the introduction mentioned areas.
  • the second retentate 46 and the juice concentrate 47 are indeed due to the Filtra ⁇ tion with the membrane filter 18 is substantially sterile and does not need even by heating sterile made become.
  • the juice concentrate 47 provided as the main product can be transported, for example, without the addition of preservatives and with only slight cooling or even without it, and can be stored for a certain period of time.
  • the juice concentrate 47 which contains at least approximately all dissolved juice components of the juice 3 and the clear juice fraction 21, can then be diluted with water, for example, and serve as a drink.
  • the two solids-containing retentates 14 and 20 can serve as by-products for various purposes, for example for the formation of food and beverages.
  • the two solids-containing retentates 14 and 20 can be used, for example, as additives in the production of various foods, such as ice cream, yoghurt, creams and the like.
  • the first permeate 35 consists largely of water, but can still contain a little acid, for example, and can be used, for example, as a by-product to form a beverage or as a cleaning liquid.
  • the various products or fractions obtained can be used as additives to cosmetic products, such as perfumes and / or skin creams, and / or for pharmaceutical products.
  • the second permeate 48 can, for example, also contain a small proportion of sugar and / or other dissolved juice components, which can be recovered by returning it to the tank 26 and via this to the first membrane filter 32.
  • the second permeate 48 may only partially or not at all be returned to the membrane filter 32 and used in part or in full as a by-product.
  • the concentration device 50 shown in FIG. 2 has the parts also present in the concentration device 25 shown in FIG. 1, namely the tanks 26, 36, 42, the pumps 27, 44, the first membrane filter 32 and the second membrane filter 45 as well an additional clarification filtration stage with a tank 51, a pump 53 and a clarification filter 54.
  • the latter is designed as a micro or ultrafilter.
  • the clear juice fraction 21 can be clouded again somewhat during the filtration in the first membrane filter 32, so that the first retentate 33 contains dispersed solid particles. So that the second retentate 46 retained by the nanofilter and / or second membrane filter 45 does not also become cloudy, the preconcentrate 38 can first be fed from the tank 26 to the tank 51 of the clarification filtration stage instead of directly from the nanofilter.
  • the juice fraction 52 derived from the tank 51 and initially consisting at least for the most part of the preconcentrate 38 is pumped by a pump 53 to the clarifying filter 54 and passed through it in cross flow.
  • the retentate 55 retained by the clarifying filter 54 during micro or ultrafiltration (MF / UF) is returned to the tank 51 and mixed with the cloudy preconcentrate 38 present in it.
  • the juice fraction contained in the tank 51 is then circulated through the clarifying filter 54 for a certain period of time. Thereby collect in Tank 51 on solids, which from time to time together with the liquid present in tank 51 are derived from tank 51 as retentate 56 containing solids.
  • This retentate 56 containing solids can then be used as a by-product for purposes similar to the retentates 14 and 20 containing solids.
  • the permeate 57 which passes through the clarifying filter 54 and is clarified by the latter is fed to the tank 42.
  • the clarified permeate 57 is then concentrated analogously with the second membrane filter 45, as was described for the preconcentrate 38 with reference to FIG. 1.
  • the method can be changed in other ways.
  • the solid / liquid separation device consisting of a filter press 12 can be omitted and the mixture 6 can be fed directly from the treatment device 4 to the tank 15.
  • the juice can be processed and concentrated continuously instead of in batches.

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Abstract

Beim Verfahren wird einem Frucht- und/oder Gemüsesaft mindestens ein Enzym (5) zum Aufschliessen im Saft (3) enthaltener Feststoffteilchen zugefügt. Das dadurch gebildete Gemisch (6) wird durch mindestens eine Klärfiltration geklärt, so dass eine klare, feststofffreie Saftfraktion (21) entsteht, die gelöste Saftkomponenten, beispielsweise Zucker, Säuren, Vitamine und Aromastoffe enthält. Die Saftfraktion (21) wird mit einem ersten Membranfilter (32), nämlich einem Umkehrosmosefilter filtriert. Das dabei entstehende, erste Retentat (33) wird mit einem zweiten Membranfilter (45), nämlich einem Nanofilter filtriert, so dass ein zweites Retentat (46) entsteht. Die Saftfraktion (21) wird durch die stufenweisen Filtrationen mit den beiden Membranfiltern (32, 45) bei niedrigen Temperaturen stark und schonend konzentriert. Aus dem zweiten Retentat (46) wird ein hochkonzentriertes, eine hohe Qualität aufweisendes Saftkonzentrat (47) gebildet, das alle im Saft (3) und in der Saftfraktion (21) gelösten Stoffe in praktisch unverändertem Zustand mindestens annähernd mit den gleichen Anteils-Verhältnissen enthält wie die klare Saftfraktion (21).

Description

Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere Konzentrieren, von Frucht- und/oder Gemüsesaft sowie Anlage zur Durchführung des
Verfahrens
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere Konzentrieren, von Frucht- und/oder Gemüsesaft
Es ist bekannt, Fruchtsaft zur Konzentrierung zu erhitzen, so dass ein Teil des im Saft enthaltenen Wassers verdampft und ein Saftkonzentrat zurückbleibt . Bei einem derartigen Konzentrierungsverfahren entweichen jedoch mit dem Wasserdampf oft auch gelöste, leichtflüchtige Saftkomponenten, beispielsweise Aromastoffe. Ferner werden gewisse im Saftkonzentrat verbleibende Saftkomponenten, beim Erhitzen verändert oder ganz zerstört, so dass das Konzentrat, wenn es beispielsweise später für seine Verwendung wieder verdünnt wird, nicht mehr die gleichen gelösten Komponenten enthält wie der ursprüngliche Saft und dementsprechend oft auch einen anderen Geschmack und/oder eine andere Farbe hat .
Aus der US 5 403 604 A sind Verfahren zum Fraktionieren von Saft bekannt bei denen ein Saft mit einem Ultrafilter filtriert das durch dieses hindurch gelangende Permeat mit einem Nanofilter filtriert wird, so dass ein Retentat mit einer erhöhten Zuckerkonzentration und ein Permeat mit einer verkleinerten Zuckerkonzentration gewonnen wird. Das bei der Nanofiltration entstehende Permeat wird dann eventuell noch einer Umkehrosmose unterzogen. Ferner wird ein Teil des Retentats der Ultrafiltration dem Retentat der Nanofiltration beigefügt und dadurch als Produkt ein Gemisch mit einem grossen Verhältnis zwischen Zuckergehalt und dem Säuregehalt gebildet. Diese Verfahren sind - wie schon erwähnt - zum Fraktionieren, nicht zum Konzentrieren von Fruchtsaft vorgesehen und haben den Nachteil, dass die bei den verschiedenen Filtra- tionen gewonnenen Retentate nur relativ geringe Zuckerkonzentrationen haben. Mit den aus der US 5 403 604 A bekannten Verfahren wäre es auch praktisch kaum möglich oder mindestens sehr schwierig, einen Saft stark zu konzentrieren, weil sonst bei der Filtration ein extrem grosser osmotischer Druck ent- stehen würde, der wiederum nur mit einem entsprechend hohen Druck überwunden werden könnte. Ferner weichen die Verhältnisse zwischen den Zucker-, Säure- und Aromakonzentrationen der gemass der US 5 403 604 A gebildeten Produkte stark von den Verhältnissen der entsprechenden Konzentrationen des ursprünglichen Safts ab, was oft unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere Konzentrieren, von Frucht- und/oder Gemüsesaft zu schaffen, das ermöglicht, Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden. Dabei wird insbesondere ausgehend von der US 5 403 604 A angestrebt, die Konzentration mindestens einer gelösten Saftkomponente, insbesondere des beispielsweise in Form von Glucose und/oder Fructose und/oder Sucrose im Saft vorhandenen Zuckers, mög- liehst stark zu vergrössern, wobei die Konzentrierung schonend und wirtschaftlich durchführbar sein soll und zudem im Bedarfsfall ermöglicht werden soll, die Konzentrationen von allen gelösten Stoffen des ursprünglichen Safts ungefähr gleich stark zu vergrössern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Anlage gemass der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 16 aufweist.
Für die Durchführung des Verfahrens werden mehrere Filtrationen durchgeführt, bei denen verschiedenartige Membranfilter mit verschiedenen Durchlässigkeiten bzw. Rückhaltevermögen verwendet werden. Es sollen hier daher einige Bemerkungen zu verschiedenen Arten von Membranfiltern und Membranfiltrationen eingefügt werden. Bei der Membranfiltration kann zwischen Mikrofiltration (MF) , Ultrafiltration (UF) , Nanofiltration (NF) und Umkehrosmose (RO - Abkürzung von „Reverse Osmosis") unterschieden werden. Eine Mikrofiltrationsmembran hält Teilchen zurück, deren Grossen mehr als ungefähr 0,1 μm bis 10 μm betragen, während gelöste Stoffe durchgelassen werden. Eine Ultrafiltrationsmembran kann auch kleinere Teilchen und gelöste organische Stoffe mit hohem Molekulargewicht zurückhalten, wobei die Trenngrenze in einem Molekulargewichtsbereich zwischen ungefähr 1000 oder 2000 und einigen 100 '000 Dalton liegt. Die Molekulargewichts- Trenngrenze einer Nanofiltrationsmembran beträgt etwa mindestens 100 Dalton, höchstens 2000 Dalton und beispielsweise meistens 200 Dalton bis 1000 Dalton. Eine Nanofiltrationsmembran kann dementsprechend auch gelöste organische Stoffe mit ziemlich niedrigem Molekulargewicht zurückhalten. Dagegen werden gelöste anorganische Stoffe, beispielsweise Salze, von einer Nanofiltrationsmembran mehr oder weniger vollständig durchgelassen. Eine Umkehrosmosemembran kann eine Molekulargewichts-Trenngrenze haben, die deutlich unter 500 und sogar unter 100 Dalton liegt. Eine Umkehrosmosemembran kann auch gelöste anorganische Stoffe, beispielsweise Kochsalz, d.h. Natiumchlorid (NaCl) , zu einem grossen Teil zurückhalten. Hierzu ist jedoch anzumerken, dass die Durchlässigkeiten bzw. Rückhaltevermögen der Membranen nicht nur von den Teilchen- grössen und/oder Molekulargewichten, sondern vor allem bei den Umkehrosmose- und Nanofiltrationsmembranen auch von der Art der Stoffe, Moleküle und Ionen, deren chemischen und physikalischen Eigenschaften, deren Wechselwirkung mit der Membran und - wie noch näher dargelegt wird - verschiedenen Verfahrensparametern abhängig sind.
Bei den Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen werden die Durchlässigkeiten noch ziemlich weitgehend durch die engsten Stellen der Poren und die Teilchen- bzw. Molekülgrössen bestimmt. Diese beiden Membranarten werden daher auch als
Porenmembranen bezeichnet . Dagegen wird die Stofftrennung bei den Nanofiltrationsmembranen ziemlich stark und bei den Umkehrosmosemembranen noch stärker durch Lösungs- und Diffusionsvorgänge bestimmt, so dass die Rückhaltevermögen dieser Membranen stark von der Löslichkeit und vom Diffusions- verhalten der gelösten Stoffe abhängig sind. Die Nanofiltrationsmembranen werden daher auch als Übergangsmembranen zwischen Poren- und Löslichkeitsmembranen bezeichnet. Die Umkehrosmosemembranen bilden dann Löslichkeitsmembranen.
Die Membranen, insbesondere die Nanofiltrations- und Umkehrosmosemembranen werden häufig durch ihr prozentuales Rückhaltevermögen für mindestens einen bestimmten chemischen, gelösten Stoff charakterisiert. Das Rückhaltevermögen einer Membran hängt dabei von der Art des gelösten Stoffs und verschiedenen anderen Parametern, insbesondere der Zusammensetzung, der Konzentration, dem pH-Wert sowie der Temperatur der zu filtrierenden Lösung und der Druckdifferenz ab, die zwischen der zu filtrierenden Lösung und dem von der Membran durchgelassenen Permeat und also zwischen den zwei Räumen vorhanden ist, die an die beiden einander abgewandten Seiten der Membran angrenzen. Das Rückhaltevermögen hängt ferner von der Konzentration und somit auch von der Permeatausbeute ab, bei welcher die Messung durchgeführt wird. Die Permeatausbeute wird beispielsweise in Gewichtsprozenten angegeben, wobei sich die letzteren auf das Gewicht der Menge bzw. Charge einer dem Filter zum Filtrieren zugeführten Lösung beziehen.
Gemass der Erfindung wird eine Saftfraktion mit einem ersten Membranfilter filtriert und das dabei entstehende, erste Retentat mit einem zweiten Membranfilter filtriert, so dass ein zweites Retentat entsteht. Die Membran des zweiten Membranfilters hat beim Filtrieren einer wässrigen Natrium- chloridlösung vorzugsweise ein kleineres Rückhaltevermögen für Natriumchlorid (NaCl) als die Membran des ersten Membranfilters. Die Rückhaltevermögen der beiden Membranen sollen dabei selbstverständlich bei gleichen Messbedingungen und Verfahrensparametern, also insbesondere bei gleichen Natrium- Chloridkonzentrationen, pH-Werten sowie Temperaturen der zu filtrierenden Lösungen, bei gleichen Drücken der zu filtrierenden Lösungen sowie Permeate und dementsprechend bei gleichen Druckdifferenzen zwischen den Lösungen und Permeaten und bei gleichen Permeatausbeuten gemessen werden.
Das erste Membranfilter besteht vorzugsweise aus einem Umkehrosmosefilter und ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es beim Filtrieren einer wässrigen Natriumchloridlösung mit einer Natriumchloridkonzentration von 1 g/1, einem pH- Wert von 7 und einer Temperatur von 20° C bei einer Druckdifferenz von 2 Mpa zwischen der zu filtrierenden Natriumchloridlösung und einem beim Filtrieren entstehenden Permeat sowie bei einer Permeatausbeute von 10 Gew% für Natriumchlorid ein Rückhaltevermögen von mindestens 95% hat. Das erste Membranfilter kann dann bei der Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens für vorzugsweise in der Saftfraktion gelöste Zuckerarten, wie Glucose und/oder Fructose und/oder Sacharose, ein Rückhaltevermögen von mindestens 98% aufweisen. Das zweite Membranfilter besteht vorzugsweise aus einem Nanofilter und ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es beim Filtrieren einer wässrigen Glucoselösung mit einer Glucosekonzentration von 50 g/1, einem pH-Wert von 7 und einer Temperatur von 20° C bei einer Druckdifferenz von 5 Mpa zwischen der zu filtrierenden Glucoselösung und einem beim Filtrieren entstehenden Permeat sowie bei einer Permeatausbeute von 10% für Glucose ein Rückhaltevermögen von mindestens 25% und höchsten 85% hat.
Die dem ersten Membranfilter zugeführte, vorzugsweise im wesentlichen klare, d.h. im wesentlichen feststoff-freie Saftfraktion enthält mindestens eine gelöste Komponente des Safts, die bei den Membranfiltrationen im ersten und zweiten Membranfilter in zwei Schritten konzentriert wird. Bei den zum Konzentrieren dienenden Filtrationen mit den Membranfiltern muss jeweils ein osmotischer Druck überwunden werden, der von den Konzentration der bzw. aller gelösten Saftkomponente (n) auf den beiden Seiten der Membranen der Membran- filter abhängig ist. Da die Konzentrierung auf zwei Stufen, d.h. Membranfiltrationen, aufgeteilt ist und da das für die zweite Filtration verwendete, zweite Membranfilter zudem vorzugsweise ein kleineres Rückhaltevermögen hat als das für die erste Filtration verwendete, erste Membranfilter, ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren, die mindestens eine gelöste Saftkomponente bei relativ geringen, bei den Membranfiltern vorhandenen Drücken stark zu konzentrieren.
Die Saftfraktion und das erste Retentat können für die Filtrationen im ersten bzw. zweiten Membranfilter mit Drücken beaufschlagt werden, die vorzugsweise höchstens 18 Mpa und vorzugsweise mindestens 6 Mpa betragen.
Der Frucht- und/oder Gemüsesaft und die dem ersten Membranfilter zugeführte Saftfraktion enthalten normalerweise gelösten Zucker, beispielsweise mindestens eine der Zuckerarten Glucose, Fructose, Sucrose . Der Zuckergehalt einer aus einem Fruchtsaft gebildeten, klaren, dem ersten Membranfilter zugeführte Saftfraktion beträgt normalerweise mindestens 5 sowie höchstens ungefähr 25 Brix-Grad. Das Verfahren ist insbesondere zum Verarbeiten und Konzentrieren von Saft von einer Art oder von mehreren Arten von tropischen und/oder subtropischen Früchten, beispielsweise Passionsfrüchten und/oder Mangos und/oder Bananen und/oder Ananas und/oder Lychees und/oder Zitrusfrüchten vorgesehen. Eine durch Klären von Passionsfruchtsaft gebildete, klare Saftfraktion hat normalerweise einen Zuckergehalt von 10 bis 15 Brix-Grad. Bei der mittels des ersten Membranfilters durchgeführten Filtration wird aus dem vom ersten Membranfilter zurück- gehaltenen, ersten Retentat ein Vorkonzentrat gebildet, dessen Zuckergehalt vorzugsweise mindestens 25 Brix-Grad und beispielsweise 30 bis 40 Brix-Grad beträgt. Bei der Filtration des vorzugsweise mindestens im wesentlichen aus erstem Retentat bestehenden Vorkonzentrats mit dem zweiten Membranfilter kann die Konzentration des gelösten Zuckers durch das Verfahren derart erhöht werden, dass der Zuckergehalt des zweiten Retentats und eines aus diesem gebildeten Saftkonzentrats vorzugsweise mindestens 30 Brix-Grad, besser mindestens 40 Brix-Grad oder noch besser sogar mindestens ungefähr 50 Brix-Grad, aber vorzugsweise höchstens ungefähr 70 Brix-Grad und zum Beispiel 50 bis 60 Brix-Grad beträgt.
Ein Frucht- oder Gemüsesaft enthält normalerweise mindestens eine gelöste bzw. dissozierte Säure sowie mindestens einen gelösten Aromastoff, mindestens ein gelöstes Vitamin und meistens mehrere Säuren und/oder Aromastoffe und/oder Vitamine. Ferner kann der Saft mindestens einen gelösten Farbstoff enthalten. Der Saft und alle aus diesem gewonnenen, zur Bildung des zweiten Retentats sowie Saftkonzentrats die- nenden Zwischenprodukte werden bei allen zur Gewinnung des Safts und zur Bildung des zweiten Retentats aus dem Saft dienenden Vorgängen auf Temperaturen gehalten, die vorzugsweise höchstens 50° C, besser höchstens 30° C oder sogar nur höchstens 20° C und vorzugsweise mindestens 5° C betragen. Die Selektivitäten der zum Konzentrieren mindestens einer gelösten Saftkomponente dienenden Membranfilter und die Verfahrensparameter können beispielsweise derart festgelegt werden, dass alle oder mindestens fast alle im Saft und/oder in der dem ersten Membranfilter zugeführten Saftfraktion gelösten Komponenten bzw. Stoffe des Safts auch im zweiten Retentat enthalten sind und dass die Verhältnisse zwischen den Anteilen der verschiedenen gelösten Stoffe bzw. Komponenten im ursprünglichen Frucht- und/oder Gemüsesaft, in der genannten Saftfraktion und im zweiten Retentat ungefähr gleich gross sind. Das zweite Retentat kann dann insbesondere auch mindestens annähernd alle Arten und mindestens annähernd die gesamten Mengen der im ursprünglichen Saft gelösten Säuren, Aromastoffe, Vitamine und sonstige Stoffe enthalten. Wenn das aus zweitem Retentat gebildete Saftkonzentrat später für seine Verwendung beispielsweise mit Wasser verdünnt wird, kann dadurch eine Flüssigkeit gebildet werden, die dem ursprünglichen Saft in bezug auf die Zusammensetzung und den Geschmack sehr ähnlich ist und kaum von einem natürlichen, frischgepressten Frucht- und/oder Gemüsesaft unterschieden werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht aber die wirtschaftliche Herstellung von hochkonzentriertem Frucht- und/oder Gemüsesaftkonzentraten mit einer hohen, bisher kaum erreichten Qualität, die auch neue Verwendungsmöglichkeiten eröffnet.
Die aus dem zweiten Retentat gebildeten Saftkonzentrate müssen für ihre Verwendung oft längere Zeit gelagert und/oder weit transportiert werden. Dies trifft besonders im Fall zu, wenn die Saftkonzentrate aus tropischen und/oder subtropi- sehen Früchten in der Nähe der entsprechenden Pflanzungen hergestellt werden. Die hohe Konzentration eines aus zweitem Retentat bestehenden Saftkonzentrats ermöglicht, bei dessen Lagerung und Transport erhebliche Kosten einzusparen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Selektivität der
Membranen der verwendeten Membranfilter derart zu wählen und das Verfahren derart durchzuführen, dass das zweite Retentat vor allem nur noch eine einzige oder nur einige ausgewählte, gelöste Komponente (n) des Safts und der dem ersten Membran- filter zugeführten Saftfraktion enthält. Man kann beispielsweise vorsehen, dass das zweite Retentat mindestens annähernd allen im urpsrünglichen Saft vorhandenen Zucker, aber höchstens wenig Säure und/oder höchstens wenig Aromastoffe enthält.
Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verarbeiten, insbesondere Konzentrieren von Saft und
die Fig. 2 einen Teil eines Flussdiagramms einer Variante des Verfahrens .
Das Verfahren kann zum Beispiel chargenweise gemass dem in der Fig. 1 dargestellten Flussdiagramm durchgeführt werden, das auch schematisch dargestellte Teile und Vorrichtungen einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt . Für die Durchführung des Verfahrens wird aus einer Charge von zu verarbeitenden Früchten, beispielsweise Passionsfrüchten, durch Zerkleinern ein Brei 1 gebildet. Dieser wird einer Abscheidevorrichtung 2, beispielsweise einer Zentrifuge oder einem Dekanter, zugeführt und dabei von groben Feststoff- teilen befreit, so dass ein Saft 3 entsteht. Dieser ist aus- schliesslich pflanzlichen Ursprungs und weist eine Flüssigkeit - d.h. eine wässrige Lösung - und in dieser dispergierte Feststoffteilchen, insbesondere Fruchtmarkteilchen, auf. Diesem ursprünglichen, rein pflanzlichen Saft 3 wird in einer Aufbereitungs- und Mischvorrichtung 4 mindestens ein Enzym 5 zugeführt. Die Vorrichtung 4 besitzt beispielsweise einen Tank und eine schematisch angedeutete Rührvorrichtung, so dass das Enzym 5 gut mit dem Saft 3 vermischt werden kann. Das Enzym 5 dient zum Aufschliessen von im Saft enthaltenen Feststoffteilchen, insbesondere Fruchtmarkteilchen und kann zum Beispiel aus dem unter der Markenbezeichnung PECTINEX ULTRA SP-L von der Firma Novo Nordisk erhältliche Enzym bestehen.
Das aus dem ursprünglichen Saft 3 und dem Enzym 5 gebildete Gemisch wird während einer gewissen Verweilzeit im Tank der Vorrichtung 4 belassen und aufbereitet, wobei die in Wasser löslichen Bestandteile des Fruchtmarks mindestens zum grössten Teil aufgeschlossen werden. Dabei entsteht ein Gemisch 6, das eine wässrige Lösung und in dieser suspendierte Feststoffteilchen aufweist. Das Gemisch 6 enthält mindestens eine gelöste Zuckerart, beispielsweise Glucose und/oder Fructose und/oder Sucrose . Das Gemisch enthält ferner mindestens eine gelöste, d.h. dissozierte Säure und beispielweise mehrere solche. Das Gemisch 6 enthält ferner mindestens einen gelösten Aromastoff und beispielsweise mehrere verschiedene gelöste Aromastoffe und auch ein oder mehrere Vitamin (e) .
Das Gemisch 6 wird in der Klär-Filtriervorrichtung 11 mindestens einer Klärfiltration unterworfen und zuerst einer Fest/Flüssig-Trennvorrichtung 12 zugeführt. Diese besteht zum Beispiel aus einer Filterpresse, die Mittel zur Druckerzeugung sowie mindestens ein Filtertuch aufweist. Das Gemisch wird von der Trennvorrichtung 12 einer Kuchenfiltration unterzogen und in eine durch das Filtertuch hindurch- fliessende, vorgeklärte Saftfraktion 13 und ein feststoff- haltiges Retentat 14, d.h. einen Filterkuchen getrennt, welcher der Trennvorrichtung 12 von Zeit zu Zeit entnommen wird. Die vorgeklärte Saftfraktion 13 wird einem Tank 15 zugeführt. Aus dem Tank 15 wird eine mindestens zum Teil aus der vorgeklärten Saftfraktion 13 bestehende Saftfraktion 16 mit einer Pumpe 17 einem Klär-Membranfilter 18 zugeführt und in dieser einer Querstrom-Membranfiltration unterzogen. Das Klär-Membranfilter 18 besitzt eine Membran, die zum Beispiel als Mikrofiltrationsmembran oder als Ultrafiltrationsmembran ausgebildet ist, so dass die Saftfraktion 16 einer Mikro- filtration (MF) bzw. einer Ultrafiltration (UF) unterzogen wird. Die Membran des Klär-Membranfilters 18 hält bei der Filtration der vorgeklärten Saftfraktion 16 mindestens annähernd alle in diesem vorhandenen Feststoffteilchen sowie Mikroorganismen, wie zum Beispiel Hefen, zurück. Das im Membranfilter 18 anfallende Retentat 19 wird in den Tank 15 zurückgeleitet und in diesem mit der vorgeklärten Saft- fraktion 13 vermischt. Das dabei entstehende Gemisch wird dann während einer gewissen Zeitdauer im Querstrom durch das Klär-Membranfilter 18 umgewälzt. Die sich dabei im Tank 15 ansammelnden Feststoffe können von Zeit zu Zeit zusammen mit im Tank 15 vorhandener Flüssigkeit als feststoffhaltiges Retentat 20 aus dem Tank 15 abgeleitet werden.
Das das Klär-Membranfilter 18 passierende Permeat ist im wesentlichen klar und frei von dispergierten Feststoffteilchen sowie mindestens annähernd keimfrei und wird als klare Saftfraktion 21 einem zu einer Konzentrierungsvorrichtung 25 gehörenden Tank 26 zugeführt. Wenn der Tank 26 eine Charge der klaren Saftfraktion 21 enthält, wird aus dem Tank 26 eine Saftfraktion 27 abgeleitet und zur Vorkonzentrierung mittels einer Pumpe 28 einem Umkehrosmosefilter und/oder ersten Membranfilter 32 der Konzentrierungsvorrichtung zugeführt und im Querstrom durch dieses hindurchgeleitet. Das vom ersten Membranfilter bei einer ersten Membranfiltration, d.h. einer Umkehrosmose (RO) , zurückgehaltene, erste Retentat 33 wird wieder in den Tank 26 zurückgeleitet. Das vom ersten Membran- filter 32 durchgelassene, erste Permeat 35 gelangt in einen Tank 36 und kann von Zeit zu Zeit von diesem abgeleitet werden. Das vom ersten Membranfilter 32 in den Tank 26 zurück- fliessende, erste Retentat 33 wird im Tank 26 mit der vorher in diesen eingeleiteten, klaren Saftfraktion 21 vermischt. Wie noch erläutert wird, kann zeitweise auch noch ein zweites Permeat 48 in den Tank 36 eingeleitet und eventuell in diesem mit der klaren Saftfraktion 21 vermischt werden. Die im Tank 26 enthaltene Saftfraktion wird nun während einer gewissen Zeitdauer im Querstrom durch das erste Membranfilter 32 hin- durch umgewälzt. Die vom Tank 26 zum ersten Membranfilter 32 gepumpte Saftfraktion 23 besteht dementsprechend am Anfang des Vorkonzentrierungsvorgangs einer im Tank 26 vorhandenen Saftfraktions-Charge beispielsweise zum grössten Teil oder ausschliesslich aus der von der Klär-Filtriervorrichtung 11 zugeführten, klaren Saftfraktion 21 und hat ungefähr oder genau die gleiche Zusammensetzung wie diese. Beim Umwälzen der im Tank 26 enthaltenen Saftfraktion wird der Anteil des in dieser enthaltenen ersten Retentats 33 sukzessive grösser, wobei auch die Konzentration dieser Saftfraktion steigt.
Wenn die im Tank 26 enthaltene Saftfraktions-Charge die vorgesehene Konzentration hat und mindestens annähernd vollständig aus dem vom ersten Membranfilter 33 zurückgehaltenen ersten Retentat 33 besteht, wird sie als Vorkonzentrat 38 einem Tank 42 zugeführt. Aus diesem wird eine anfänglich aus dem Vorkonzentrat 38 und damit im wesentlichen aus erstem Retentat bestehende Saftfraktion 43 mittels einer Pumpe 44 einem Nanofilter und/oder zweiten Membranfilter 45 der Konzentrierungsvorrichtung 25 zugeführt und im Querstrom durch dieses hindurchgeleitet. Die Saftfraktion 43 wird dabei vom zweiten Membranfilter 45 einer zweiten Membranfiltration, d.h. einer Nanofiltration (NF), unterzogen. Das vom zweiten Membranfilter 45 zurückgehaltene, zweite Retentat 46 wird in den Tank 42 zurückgeleitet. Die im Tank 42 enthaltene Saft- fraktion wird nun im Querstrom durch das zweite Membranfilter
45 umgewälzt. Das anfänglich im Tank 42 enthaltene Vorkonzentrat und/oder erste Retentat 38 wird dabei mit dem zweiten Retentat 46 vermischt und sukzessive durch dieses ersetzt. Dabei wird das Vorkonzentrat 38 konzentriert. Wenn die im Tank 42 enthaltene Saftfraktion nach einer gewissen Umwälz- Zeitdauer mindestens zum grössten Teil aus zweitem Retentat
46 besteht, wird sie als Saftkonzentrat 47 aus dem Tank 42 abgeleitet. Das Saftkonzentrat 47 bildet das Hauptprodukt des Verfahrens . Das beim Konzentrieren des Vorkonzentrats das zweite Membranfilter 45 passierende, bereits erwähnte, zweite Permeat 48 wird wieder dem Tank 22 zugeführt. Wenn eine Charge des Vorkonzentrats 38 vom Tank 26 in den Tank 42 geleitet wurde, kann eine neue Charge der klaren Saftfraktion 21 in den Tank 26 geleitet werden. Das beim Konzentrieren einer Charge des Vorkonzentrats 38 entstehende zweite Permeat
48 wird dann beispielsweise vom Verarbeiten der zweiten Charge der klaren Saftfraktion 21 an im Tank 26 mit der neuen, d.h. jeweils nächsten Charge der klaren Saftfraktion 21 vermischt und zusammen mit dieser vom ersten Membranfilter 32 vorkonzentriert.
Das erste Membranfilter 32 und das zweite Membranfilter 45 besitzen eine erste bzw. zweite Membran. Die beiden Membranfilter 32, 45 und ihre Membranen haben verschiedene Rückhaltevermögen, die vorzugsweise in den in der Einleitung angegebenen Bereichen liegen. Als Membran für das erste Membranfilter 32, d.h. das Umkehrosmosefilter, kann zum Beispiel eine Membran des Typs FILMTEC TW30 verwendet werden. Als Membran für das zweite Membranfilter 45, d.h. für das Nano- filter, kann zum Beispiel eine Membran des Typs FILMTEC NF 70 verwendet werden. Membranen dieser Typen sind von der Filmtec Corp., einer Tochterfirma von The Dow Chemical Company erhältlich.
Die für die Filtrationen mit dem Membranfilter 18 der
Klär-Filtriervorrichtung 11 und mit den Membranfiltern 32, 45 der Konzentriervorrichtung 31 erforderlichen Drücke können mindestens zum Teil mit den Pumpen 17, 28 und 44 erzeugt werden und in den in der Einleitung genannten Bereichen liegen. Im übrigen können für die Förderung der verschiedenen Zwischenprodukte und/oder für die Druckerzeugung in den Membranfiltern 18, 32, 45 noch zusätzliche, im Flussdiagramm nicht gezeichnete Pumpen vorhanden sein. Der Saft 3 und die verschiedenen Zwischen- und/oder Nebenprodukte können nötigenfalls vorübergehend in den verschiedenen Tanks gelagert werden, wobei der Inhalt der Tanks mit schematisch in der Fig. 1 angedeuteten Rührvorrichtungen gerührt und durchmischt werden kann.
Der Saft und die aus diesem gebildeten Zwischenprodukte können eventuell während der verschiedenen Verfahrensschritte und bei der Zwischenlagerung in den Tanks mit nicht gezeichneten Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen erwärmt und/oder gekühlt werden. Der Brei 1, der Saft 3 und alle aus diesem gewonnenen, zur Bildung des Saftkonzentrats 47 dienenden
Zwischenprodukte, das Saftkonzentrat 47 selbst und auch die anderen beim Verfahren anfallenden Nebenprodukte wurden während des ganzen Verfahrens und insbesondere bei allen zur Bildung des zweiten Retentats 46 und des im wesentlichen aus solchem bestehenden Saftkonzentrats 47 dienenden Verfahrensschritten auf Temperaturen gehalten, die in den in der Einleitung genannten Bereichen liegen. Zudem sind das zweite Retentat 46 und das Saftkonzentrat 47 ja infolge der Filtra¬ tion mit dem Membranfilter 18 im wesentlichen steril und brauchen daher nicht noch durch Erhitzen steril gemacht werden. Bei der Herstellung des zweiten Retentats 46 sowie des im wesentlichen aus solchem bestehenden Saftkonzentrats 47 finden daher keine Erhitzungen statt, welche temperaturempfindliche Saftkomponenten, wie etwa Aromastoffe und/oder Vitamine, zerstören oder die Qualität sowie den Geschmack des als Hauptprodukt bestimmten Saftkonzentrats in anderer Weise beeinträchtigen könnten.
Das als Hauptprodukt vorgesehene Saftkonzentrat 47 kann beispielsweise ohne Zugabe von Konservierungsmittel und bei nur leichter Kühlung oder sogar ohne solche transportiert und während einer gewissen Zeitdauer gelagert werden. Das mindestens annähernd alle gelösten Saftkomponenten des Safts 3 und der klaren Saftfraktion 21 enthaltende Saftkonzentrat 47 kann für seine Verwendung dann beispielsweise mit Wasser verdünnt werden und als Getränk dienen.
Die beiden feststoffhaltigen Retentate 14 und 20 können als Nebenprodukte für verschiedene Zwecke, beispielsweise für die Bildung von Nahrungsmitteln und Getränken dienen. Die beiden feststoffhaltigen Retentate 14 und 20 können beispielsweise als Zusätze bei der Herstellung verschiedener Nahrungsmittel, wie Speiseeis, Yoghurt, Cremen und dergleichen verwendet werden.
Das erste Permeat 35 besteht zum grössten Teil aus Wasser, kann aber beispielsweise noch ein wenig Säure enthalten und kann beispielsweise als Nebenprodukt zur Bildung eines Getränks oder als Reinigungsflüssigkeit verwendet werden.
Ferner kann man die verschiedenen anfallenden Produkte oder Fraktionen von diesen als Zusätze zu kosmetischen Produkten, wie Parfüms und/oder Hautcremen, und/oder für pharmazeutische Produkte verwenden. Das zweite Permeat 48 kann man beispielsweise noch einen kleinen Anteil von Zucker und/oder anderen gelösten Saftkomponenten enthalten, die durch die Rückführung in den Tank 26 und über diesen zum ersten Membranfilter 32 zurückgewonnen werden können. Eventuell kann das zweite Permeat 48 jedoch nur zum Teil oder überhaupt nicht zum Membranfilter 32 zurückgeführt und zum Teil oder vollständig als Nebenprodukt verwendet werden.
Die in der Fig. 2 gezeichnete Konzentrierungsvorrichtung 50 besitzt die auch bei der in der Fig. 1 gezeichneten Konzentrierungsvorrichtung 25 vorhandenen Teile, nämlich die Tanks 26, 36, 42, die Pumpen 27, 44, das erste Membranfilter 32 und das zweite Membranfilter 45 sowie noch eine zusätzliche Klärfiltrationsstufe mit einem Tank 51, einer Pumpe 53 und einem Klärfilter 54. Das letztere ist als Mikro- oder Ultrafilter ausgebildet. Unter gewissen Umständen kann die klare Saftfraktion 21 bei der Filtration im ersten Membranfilter 32 wieder etwas getrübt werden, so dass das erste Retentat 33 dispergierte Feststoffteilchen enthält. Damit das vom Nanofilter und/oder zweiten Membranfilter 45 zurückgehaltene, zweite Retentat 46 nicht auch trüb wird, kann das Vorkonzentrat 38 aus dem Tank 26 statt direkt dem Nanofilter zuerst dem Tank 51 der Klärfiltrationsstufe zugeführt werden. Die aus dem Tank 51 abgeleitete, anfänglich mindestens zum grössten Teil aus dem Vorkonzentrat 38 bestehende Saftfraktion 52 wird von einer Pumpe 53 zum Klärfilter 54 gepumpt und im Querstrom durch dieses hindurchgeleitet . Das vom Klärfilter 54 bei der Mikro- oder Ultrafiltration (MF/UF) zurückgehaltene Retentat 55 wird in den Tank 51 zurückgeleitet und mit dem in diesem vorhandenen, trüben Vorkonzentrat 38 vermischt. Die im Tank 51 enthaltene Saftfraktion wird dann während einer gewissen Zeitdauer durch das Klärfilter 54 hindurch umgewälzt. Dabei sammeln sich im Tank 51 Feststoffe an, die von Zeit zu Zeit zusammen mit im Tank 51 vorhandener Flüssigkeit als feststoffhaltiges Retentat 56 aus dem Tank 51 abgeleitet. Dieses feststoff- haltige Retentat 56 kann dann als Nebenprodukt für ähnliche Zwecke wie die feststoffhaltigen Retentate 14 und 20 verwendet werden. Das durch das Klärfilter 54 hindurch gelangende, von diesem geklärte Permeat 57 wird dem Tank 42 zugeführt. Das geklärte Permeat 57 wird dann mit dem zweiten Membranfilter 45 analog konzentriert, wie es anhand der Fig. 1 für das Vorkonzentrat 38 beschrieben wurde.
Das Verfahren kann noch in anderer Weise geändert werden. Beispielsweise kann die aus einer Filterpresse 12 bestehende Fest-/Flüssig-Trennvorrichtung weggelassen und das Gemisch 6 aus der Aufbereitungsvorrichtung 4 direkt dem Tank 15 zugeführt werden. Ferner kann der Saft statt chargenweise kontinuierlich verarbeitet und konzentriert werden.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Verfahren zum Verarbeiten, insbesondere Konzentrieren von Frucht- und/oder Gemüsesaft (3), wobei eine flüssige, mindestens eine gelöste Komponente des Safts (3) enthaltende Saftfraktion (23) mit einem Membranfilter (32 filtriert wird, so dass ein vom Membranfilter (32) zurückgehaltenes Retentat (33) die mindestens eine gelöste Komponente in höherer Konzentration enthält als die Saftfraktion (23), dadurch gekenn- zeichnet, dass vom genannten, ersten Membranfilter (32) zurückgehaltenes, erstes Retentat (33) mit einem zweiten Membranfilter (45) filtriert wird, so dass dieses ein zweites Retentat (46) zurückhält, in dem die mindestens eine, gelöste Komponente in noch höherer Konzentration vorhanden ist als im ersten Retentat (33) .
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Membranfilter (45) bei gleichen Verfahrensparametern ein kleineres Rückhaltevermögen für in gelöstem Zustand in einer zu filtrierenden, wässrigen Lösung enthaltenes Natriumchlorid hat als das erste Membranfilter (32) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Saft (3) eine Flüssigkeit und in dieser vorhandene Feststoffteilchen aufweist, dass dem Saft
(3) mindestens ein Enzym (5) zum Aufschliessen der Feststoffteilchen zugefügt wird und ein dadurch gebildetes Gemisch (6) einer Klärfiltration unterzogen und dadurch in die genannte, im wesentlichen feststoff-freie Saftfraktion (23) und in min- destens ein feststoffhaltiges Retentat (14, 19) getrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch (6) bei der Klärfiltration einer Querstrom- filtration mit einer Mikrofiltrationsmembran oder einer Ultrafiltrationsmembran unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Saft bei der Klärfiltration vor der Querstromfiltration einer mittels einer Fest-/Flüssig-Trennvorrichtung (12) , beispielsweise einer Filterpresse, durchgeführten Kuchenfiltration unterzogen wird.
6. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Saft (3) und alle aus diesem gewonnenen, zur Bildung des zweiten Retentats (46) dienende Zwischenprodukte (6, 13, 16, 19, 21, 23, 33, 38 43, 52, 55, 57) bei allen zur Gewinnung des Safts (3) und zur Bildung des zweiten Retentats (46) aus dem Saft (3) dienenden Vorgängen auf Temperaturen von höchstens 50° C und beispielsweise mindestens 5° C gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete erste Membranfilter (32) ein Umkehrosmosefilter ist und dass das zweite verwendete Membranfilter (46) ein Nanofilter ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete, erste Membranfilter (32) derart ausgebildet ist, dass es beim Filtrieren einer wässrigen Natiumchloridlosung mit einer Natriumchloridkonzentration von 1 g/1, einem pH-Wert von 7 und einer Temperatur von 20° C bei einer Druckdifferenz von 2 Mpa zwischen der zu filtrie- renden Natriumchloridlösung und einem beim Filtrieren entstehenden Permeat sowie bei einer Permeatausbeute von 10 Gew.% für Natriumchlorid ein Rückhaltevermögen von mindestens 95% hat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete zweite Membranfilter (45) derart ausgebildet ist, dass es beim Filtrieren einer wässrigen Glucoselösung mit einer Glucosekonzentration von 50 g/1, einem pH-Wert von 7 und einer Temperatur von 20° C bei einer Druckdifferenz von 5 Mpa zwischen der zu filtrierenden Glucoselösung und einem beim Filtrieren entstehenden Permeat sowie bei einer Permeatausbeute von 10 Gew.% für Glucose ein Rückhaltevermögen von mindestens 25% und höchstens 85% hat.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Saftfraktion (21) und das erste Retentat (33) für die Filtrationen mit dem ersten bzw. zweiten Membranfilter (32, 45) mit Drücken beaufschlagt werden, die höchstens 18 MPa und zum Beispiel mindestens 6 MPa betragen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Filtrieren des ersten Retentats (33) das zweite Membranfilter (45) passierendes Permeat (48) wieder dem ersten Membranfilter (32) zugeführt und von diesem filtriert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Retentat (33) vor seiner Filtration mit dem zweiten Membranfilter (45) noch einer Mikro- filtration (MF) oder Ultrafiltration (UF) unterzogen wird und dass das bei der Mikro- oder Ultrafiltration durchgelassene Permeat (57) dann dem zweiten Membranfilter (45) zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Saftfraktion (23) als gelöste Komponente Zucker, beispielsweise in Form von Glucose und/oder Fructose und/oder Sucrose, enthält und dass die Konzentration des Zuckers bei den Membranfiltrationen mit dem ersten und zweiten Membrantilter (32, 45) derart erhöht wird, dass das zweite Retentat (46) einen Zuckergehalt von mindestens 30 Brix-Grad, vorzugsweise mindestens 40 Brix-Grad und bei- spielsweise mindestens ungefähr 50 Brix-Grad, jedoch vorzugsweise höchstens ungefähr 70 Brix-Grad aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Saftfraktion (21) mindestens eine Säure als gelöste Komponente aufweist und dass die Membranfiltrationen mit dem ersten und zweiten Membranfilter (32, 45) derart durchgeführt werden, dass mindestens der grösste Teil der bzw. jeder in der Saftfraktion (21) vorhandenen Säure in das zweite Retentat (46) gelangt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Saft von tropischen und/oder subtropischen Früchten, beispielsweise von Passionsfrüchten und/oder Mangos und/oder Bananen und/oder Ananas und/oder Lychees und/oder Zitrusfrüchten gewonnen wird.
16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem Membranfilter (32) und Mitteln, um die Saftfraktion (21) derart dem Membranfilter (32) zuzuführen, dass dieses das erste Retentat (33) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum genannten, ersten Membranfilter (32) noch ein zweites Membranfilter (45) und Mittel vorhanden sind, um das erste Retentat (33) derart dem zweiten Membranfilter (45) zuzuführen, dass dieses das zweite Retentat (46) bildet.
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