Verfahren und Vorrichtung zur industriellen Herstellung von geschälten Kartoffeln oder ähnlichen Obst und Gemüse mit verlängerter Haltbarkeit
[Beschreibung]
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur industriellen Herstel¬ lung von geschälten Kartoffeln oder ähnlichen Obst und Gemüse mit verlängerter Haltbarkeit durch Konservierung. Der Verbrauch von Speisekartoffeln in Deutschland beträgt ca. 6 Mio. Tonnen im Jahr, davon ein geringer Teil als frisch geschälte Kartoffeln und ein noch viel geringerer Teil als vorgekochte Kartoffeln. Diese Kartoffeln werden in Küchenein¬ richtungen verarbeitet, die kurzfristig stark schwankende Mengen an fertig gekochten Kartoffeln benötigen oder Spitzen abfangen müssen. Die Kosten sind zum Ausgleich dieses Bedarfs sehr hoch. Aus Kostengründen sind deshalb für einen Mindestabsatz bisher nur frisch geschälte Kartoffeln im Gebrauch.
Der relativ geringe Absatz an Kartoffelkonserven liegt ausschließlich an dem zu hohen Preis ihrer Herstellung. Mit der traditionellen Technologie ist jedoch keine Preissenkung möglich. Man erwartet, dass der Anteil von geschälten und vorge- kochten Kartoffeln bei günstigeren Verkaufspreisen weiter stark ansteigen wird.
[Stand der Technik]
Die bisherige Konservierung von Kartoffeln erfolgt traditionell in drei Prozessstu¬ fen.
1. In der Praxis werden frisch geschälte Kartoffeln in spezielle hitzeresistente Kunststoffsäcke abgefüllt. In die Säcke wird etwas Wasser gegeben und mit¬ tels Vakuumverschluss wird erreicht, dass sich keine Luft in der Verpackung befindet.
2. Diese Abpackungen durchlaufen danach eine ständig mit kochendem Wasser gefüllte Rinne. Dort erfolgt die Sterilisierung bei gleichzeitigem Garen. Durch Verdunstung und technologisch bedingten Verlust wird Wasser verbraucht.
Durch die Anwendung einer Temperatur von 1000C bei Umgebungsdruck rei¬ chen bei einzelnen Kartoffeln reaktionskinetisch 18 Minuten aus, um den op¬ timalen Garzustand zu erreichen. Bei größeren Kartoffelmengen, wie in der Praxis üblich, verschlechtert sich die Wärmeübertragung (Kunststoffsack, ru- hendes Wasser in der Verpackung). Dadurch bedingt verlängert sich der Garprozess auf bis zu 40 Minuten und darüber. Die technisch bedingten Wärmeverluste erhöhen sich, da die äußeren Schichten länger thermisch be¬ handelt werden als im Kern. Es kommt zu unterschiedlichen Garqualitäten. Diese können nur durch den Einsatz „festkochender" Sorten gering gehalten werden;
3. Anschließend werden diese sterilen Abpackungen in fließendem kalten Wasser im Gegenstromverfahren abgekühlt, um ein Nachgaren zu verhin¬ dern. Dieser Effekt stellt sich ein, da bei Raumtemperatur die Abkühlung im Kern zu lange dauern würde, was zu einem Qualitätsverlust führt. Das durch den Abkühlprozess erhaltene Warmwasser wird in den Vorfluter gegeben und die enthaltene Abwärme wird nicht genutzt. Eine technische Kühlung des Wassers ist aus Kostengründen bisher nicht üblich.
Die Kartoffelkonserven können nach diesen Verfahren wirtschaftlich nur in großen Mengen hergestellt werden, da bei dieser Technologie die Kosten umgekehrt proportional zum Durchsatz sind.
Durch eine fehlende bzw. ungenügende Isolierung aller bisherigen im Einsatz befindlichen Anlagen entstehen Energieverluste durch Verdunstung, Verdamp¬ fung und Abstrahlung. Die traditionelle Herstellung konservierter Kartoffeln entspricht nicht mehr den gegenwärtigen technologischen Möglichkeiten.
Für die Bereitstellung der geschälten Kartoffeln werden vorhandene Technolo¬ gien wie Schälmaschinen und Verpackungsautomaten genutzt.
Bekannte Lösungen gehen davon aus, dass eine aseptische Abfüllung in diesem Bereich nur mit unvertretbar hohem Aufwand möglich ist. Außerdem sind die Kapazitäten der entsprechenden Anlagen sehr hoch, da es keine automatische Prozessführung gibt und deshalb die Effektivität nur über große Mengen erreicht
wird. Damit ist der Einsatz solcher Anlagen nur auf einige wenige Großproduzen¬ ten beschränkt, die auch über den notwendigen großen Absatz verfügen. (Das impliziert einen weiten Vertriebsradius) Die Anlagen wurden konstruiert und gebaut, als der Anteil der Energiekosten an den Selbstkosten vernachlässigbar klein war. Deshalb ist der spezifische Energieverbrauch sehr hoch.
Es sind zurzeit keine Anlagen existent, die für kleinere Kapazitäten ausgelegt sind und einen geringen spezifischen Energieverbrauch haben. Außerdem werden für eine ausreichende Konservierung chemische Mittel eingesetzt.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur industriellen Herstellung von geschälten Kartoffeln oder ähnlichen Obst und Gemüse mit verlängerter Haltbarkeit zu schaffen, bei dem auch geringere Mengen ökonomisch vertretbar hergestellt werden können, keine chemischen Konservierungsmittel verwendet werden, die Energieverluste verringert, der Gesamtenergieverbrauch gesenkt sowie Qualitätsverluste vermindert und eine längere Haltbarkeit ermög¬ licht wird. Außerdem soll der apparative Einsatz verringert und die bei der Pro¬ zessführung anfallenden reaktionskinetischen Werte in den Prozess zurückge¬ führt werden.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des 1. Patent¬ anspruchs und für die Vorrichtung mit den Merkmalen des 8. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem vorzugswei¬ se zylindrischen Reaktionsgefäß als Grundkörper mit einem unten angeordneten Boden und einer oberen Öffnung.
Das Reaktionsgefäß dient zur Aufnahme des Reaktionsgutes, z. B. Kartoffeln oder ähnliches Obst und Gemüse, und Wasser.
Die obere Öffnung ist durch einen Deckel verschließbar. Durch eine geeignete druckfeste Verschlusstechnik und Wandstärke des Reaktionsgefäßes ist es möglich, in dem Gefäß einen Überdruck und einen Unterdruck zu erzeugen. Zum Druckausgleich und aus Sicherheitsgründen ist am Reaktionsgefäß ein Über- und ein Unterdruckventii angeordnet.
Der Boden ist wie bei einem Topf eben, kann aber auch kegelförmig oder nach unten gewölbt ausgeführt sein. In dem unteren Teil des Reaktionsgefäßes befindet sich über dem Boden eine Heizspirale für -die Energiezuführung.
Die Heizspirale ist durch ein Schutzgitter gegen einen direkten Kontakt mit dem Reaktionsgut geschützt. Gleichzeitig ist das Schutzgitter in einer solchen Höhe über dem Boden angeordnet, dass die für einen ausreichend hohen Dampfdruck notwendige Wassermenge nicht mit dem Reaktionsgut in Berührung kommt.
In der Höhe des Schutzgitters befindet sich deshalb zweckmäßigerweise auch der Einlassstutzen für die Zuführung des Wassers. Zur Vermeidung von Energieverlusten ist das Reaktionsgefäß insgesamt durch die Materialauswahl und/oder Beschichtung optimal wärmeisoliert.
Am tiefsten Punkt im Boden des Reaktionsgefäßes befindet sich ein Ablaufventil für das Kochwasser, das vorzugsweise fern zu betätigen ist. Über dieses wird das heiße Wasser nach dem Kochprozess in einen unterhalb des Reaktionsgefäßes angeordneten Kochwasserauffangbehälter abgeleitet
Da während des Kochprozesses Stärke-, Zell- und Inhaltsstoffbestandteile in das Kochwasser übergehen muss aus technologischen und hygienischen Gründen das Kochwasser gefiltert werden, bevor es in den ebenfalls gut isolierten Koch¬ wasserauffangbehälter fließt. Mittels einer Pumpe kann dann dieses Wasser über eine Rohr- und/oder Schlauchleitung wieder in das Reaktionsgefäß zurückgeführt und für einen weiteren Kochprozess genutzt werden. Dadurch entfällt die Abkühlphase für dieses Wasser und der nächste Prozess startet mit vorgewärmtem Wasser. Gleichzeitig verringert sich der Energieaufwand für den nächsten Kochprozess.
Die Rückführung des Kochwassers erfolgt über den Einlassstutzen, an dem gleichzeitig bei Bedarf auch das Frischwasser eingefüllt wird, entweder für die erste Befüllung oder zum Ausgleich von Wasserverlusten beim Kochprozess.
Um das Reaktionsgefäß einfach entleeren zu können ist dieses so gelagert, dass es maximal bis 180° geschwenkt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit der Vorrichtung wie folgt realisiert.
Bei geöffnetem Deckel werden geschälte Kartoffeln oder ein anderes entspre¬ chendes Gut und Wasser in das Reaktionsgefäß eingefüllt. Danach wird der Deckel aufgelegt und das Reaktionsgefäß durch Verschraubung, Verriegelung oder ähnliches druckdicht verschlossen.
Es ist auch möglich, dass der Deckel durch sein Eigengewicht das Reaktionsge¬ fäß verschließt und somit selbst die Funktion eines Überdruckventils erfüllt.
Anschließend wird Energie über das Heizelement zugeführt. Dieses befindet sich im Wasser und garantiert zusammen mit einer Temperaturregelung einen minima- len Energieaufwand.
Durch Erhitzen des Wassers wird im Reaktionsgefäß ein Überdruck erzeugt, wodurch die Kochzeit nur einen Bruchteil gegenüber den traditionellen Verfahren beträgt. Das führt ebenfalls zu einer erheblichen Reduzierung des Energieauf¬ wandes. Nach dem Kochprozess wird das Kochwasser gefiltert und in den isolierten Kochwasserauffangbehälter abgelassen. Dieses Wasser wird für den nächsten Kochprozess wiederverwendet. Zur Beschleunigung dieses Verfahrensschrittes kann das Überdruckventil geschlossen bleiben, bis das Kochwasser restlos entleert ist. Danach wird das Überdruckventil geöffnet. Es stellt sich schnell Umgebungsdruck ein. Durch diesen raschen Druckabfall erfolgt bereits eine Temperaturabsenkung im Reaktionsgefäß.
Dann wird Unterdruck im Reaktionsgefäß angelegt. Durch die Absenkung der Verdampfungstemperatur und die damit einsetzende Wasserverdampfung kühlen die gegarten Kartoffeln weiter ab.
Die Temperatur wird soweit gesenkt, dass kein Nachgaren stattfinden kann. Gleichzeitig ist die Temperatur noch so hoch, dass während des Abfüllprozesses keine Kontamination möglich ist.
Nach Beendigung dieses Vorganges wird erneut Umgebungsdruck eingestellt. Der Deckel wird geöffnet und das Reaktionsgefäß geschwenkt. Die Kartoffeln werden an eine aseptisch arbeitende Verpackungsstation übergeben und an¬ schließend verpackt.
Nach dem Verpacken können die Kartoffeln bei Bedarf noch durch Luft, Wasser oder technische Kühlung weiter abgekühlt werden. In Weiterführung des erfinderischen Gedankens bietet sich eine Tandemanord¬ nung, bestehend aus zwei Reaktionsgefäßen an.
Die Arbeitsweise basiert auf zwei alternierenden Stufen.
Stufe 1 umfasst das Befüllen, Verschließen sowie die Koch- und Druckphase. Sie wird abgeschlossen mit der Übergabe des Kochwassers. Die Stufe 2 umfasst das Abkühlen mittels Unterdruck und das Öffnen. Sie wird abgeschlossen mit der Übergabe des behandelten Gutes an die Verpackungssta¬ tion.
In diesem Fall könnte der Kochwasserauffangbehälter entfallen, da das heiße Abwasser direkt dem nächsten Reaktionsgefäß zugeführt wird.
[Beispiele]
An Hand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Konservierung von Kartoffeln,
Fig. 2 Eine Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zur Konservierung von Kartoffeln mit zwei Reaktionsgefäßen.
Das Reaktionsgefäß 1 besteht gemäß Fig. 1 aus einem zylindrischen, topfförmi- gen Grundkörper mit einem unten angeordneten Boden 2 und einer oberen, durch einen Deckel 3 druckfest verschließbaren Öffnung.
Der Boden 2 ist in dieser Anordnung halbkugelig nach unten gewölbt ausgeführt.
Der Deckel 3 wird mittels einer Dichtung 4 und Verschlussklemmen 5 fest auf das Reaktionsgefäß 1 gepresst. Deckel 3 und Reaktionsgefäß 1 sind in ihrem Material und Wandstärke so gewählt, dass ein zur Ausführung des Verfahrens notwendi¬ ger Über- und Unterdruck erzeugt werden kann. Zum Druckausgleich und aus Sicherheitsgründen sind im Deckel 3 ein Über- 6 und ein Unterdruckventil 7 angebracht.
Über dem Boden 2 befindet sich eine für die Energiezuführung notwendige Heizspirale 8. Sie ist durch ein Schutzgitter 9 gegen einen direkten Kontakt mit dem Reaktionsgut 10, hier als Kartoffeln dargestellt, geschützt.
Das Schutzgitter 9 ist außerdem in einer solchen Höhe über dem Boden 2 angeordnet, dass eine für einen ausreichend hohen Dampfdruck notwendige, in den unteren Teil des Reaktionsgefäßes 1 eingefüllte Wassermenge 11 nicht mit den Kartoffeln 10 in Berührung kommt.
In der Höhe des Schutzgitters befindet sich ein Einlassstutzen 12 für die Zufüh¬ rung des Wassers 11. o Das Reaktionsgefäß 1 steht auf einem Kochwasserauffangbehälter 13, der ebenfalls möglichst gut wärmeisoliert ausgeführt ist.
Am tiefsten Punkt des Reaktionsgefäßes 1 ist ein verschließbares Ablaufventil 14 zum Ablassen des Kochwassers 11 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist das Reaktionsgefäß 1 nur über eine kleine Öffnung mit dem Kochwasserauffangbe- 5 hälter 13 verbunden, um die Wärmeverluste beim Trennen des Reaktionsgefäßes 1 vom Kochwasserauffangbehälter 13 gering zu halten. Das Reaktionsgefäßes 1 kann entweder über einen abdichtenden Flansch 15 oder über ein in den Koch¬ wasserauffangbehälter 13 ragendes Rohrstück mit dem Kochwasserauffangbe¬ hälter 13 verbunden werden.
o Die Öffnung im Kochwasserauffangbehälter 13 nach Abheben des Reaktionsge¬ fäßes 1 kann zusätzlich abdichtend ausgeführt sein.
Zum Auffangen von in dem Kochwasser 11 enthaltenden Stärke-, Zell- und Inhaltsstoffbestandteile ist zwischen dem Reaktionsgefäß 1 und dem Kochwas- serauffangbehälter 13 ein Filter 16 angeordnet.
Über eine Rückführleitung 17 wird mittels einer Pumpe 18 das Wasser 11 wieder in das Reaktionsgefäß 1 zurückgeführt.
Zum Entleeren wird das Reaktionsgefäß 1 vom Kochwasserauffangbehälter 13 abgehoben, der Decke! 3 aufgeklappt und das ganze Gefäß 1 um eine Achse (nicht dargestellt) geschwenkt.
Über den Einlassstutzen 12 wird sowohl Frischwasser 19 (für die erste Befüllung und zum Ausgleich von Kochverlusten) als auch das Wasser 11 aus dem Koch¬ wasserauffangbehälter 13 eingefüllt.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Konservierung von Kartoffeln 10 mit zwei Reaktionsgefäßen 1.1 und 1.2 dargestellt. Diese im Tandemverfahren betriebene Anlage benutzt zwei identische Reaktionsgefäße 1.1 und 1.2 entsprechend dem Reaktionsgefäß 1 nach Fig. 1.
Während sich ein Reaktionsgefäß 1 in der Koch- und Druckphase befindet, arbeitet das zweite in der Abkühlungs- und Unterdruckphase. Auf den Kochwas¬ serauffangbehälter 13 kann in dieser Anordnung verzichtet werden, da das heiße Wasser 11 direkt dem anderen Reaktionsgefäß 1 zugeführt wird.
Von dem einen Reaktionsgefäß 1.1 führt vom Ablaufventil 14 jeweils eine Rohrlei¬ tung 17 zu dem Einlassstutzen 12 des anderen Reaktionsgefäßes 1.2. Der zur Filterung des Kochwassers 11 notwendige Filter 16 ist wie in Fig. 1 direkt nach dem Ablaufventil 14 angeordnet.
[Bezugszeichenliste]
1. Reaktionsgefäß
1.1 erstes Reaktionsgefäß bei Tandemanordnung
1.2 zweites Reaktionsgefäß bei Tandemanordnung
2. Boden
3. Deckel
4. Dichtung
5. Verschlussklemmu..
6. Überdruckventil
7. Unterdruckventil
8. Heizspirale
9. Auflagegitter, Schutzgitter
10. Reaktionsgut, Kartoffeln
11. Wasser
12. Wasserzulauf, Einlassstutzen
13. Kochwasserauffangbehälter
14. Ablaufventil
15. Dichtungsflansch
16. Filter
17. Rückführleitung
18. Pumpe
19. Frischwasserzufluss