DE102009040048A1

DE102009040048A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Kwasswürze

Info

Publication number: DE102009040048A1
Application number: DE102009040048A
Authority: DE
Inventors: Konrad MÜLLER-AUFFERMANN; Stephan Reischmann
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-10
Also published as: CN102573527A; WO2011026591A1; UA108210C2; CN102573527B; EA201290081A1; EA022601B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Kwass-Würze bzw. Kwass-Würze-Konzentrat und eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen dieses Verfahrens, wobei Kwass-Würze in ein Überdruckkochgerät eingeleitet und erhitzt wird, wobei ein Überdruck in dem Überdruckkochgefäß derart eingestellt wird, dass die Kwass-Würze während des gesamten Prozesses nicht siedet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Kwass-Würze, insbesondere Kwass-Würzekonzentrat und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Kwass ist ein uraltes Getränk, welches traditionell aus Brot, Getreiden, Malzen und Zucker hergestellt wird, und dem häufig weitere pflanzliche Stoffe zugegeben werden. Die Fermentation erfolgt meist mit einer Mischkultur aus Hefen und Milchsäurebakterien, so dass das kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränk eine angenehme Säure hat, aber nur wenig Alkohol enthält. Bereits seit Jahrhunderten wird dem Kwass eine gesundheitsfördernde Wirkung zugeschrieben, und es zählt in Russland, der Ukraine und weiteren Ländern Osteuropas zu den Nationalgetränken. In den vergangenen Jahren hat dieses althergebrachte Produkt, vor allem in Russland und der Ukraine einen großen Aufschwung erfahren.
Um ein roggenbrottypisches, leicht brenzliges, brotrindenartiges Aroma herzustellen, wird die Kwass-Würze aber insbesondere das Kwass-Würzekonzentrat meist einer mehrfachen thermischen Behandlung unterzogen. Durch sie erfolgen eine Anhäufung der Aromakomponenten, der Melanoidinprodukte, sowie eine Zufärbung des Produktes.
Eine thermische Behandlung erfolgt dabei in speziellen Apparaturen bei einer Kerntemperatur von 100°C bis 130°C und dauert meist 20 bis 30 Minuten.
Derzeit gibt es drei gängige Verfahren, um das Kwass-Würzekonzentrat derart thermisch zu behandeln:
Erstes traditionelles Verfahren:
In älteren Eindampfanlagen, in denen die Würze zu Konzentrat mittels starker Hitze zuvor eingedampft wird, wird teilweise eine weitere Kochstufe in die Apparatur integriert, in der das Konzentrat zusätzlich thermisch behandelt wird. Um den Energieeintrag beim Verdampfen zu verringern, arbeiten moderne Eindampfanlagen jedoch meist mit Unterdruck (Teilvakuum), so dass die Produkttemperatur über die nachgeschalteten Verdampferstufen abfällt. Ein Kochen des Konzentrats kann daher nicht innerhalb einer modernen und ökonomischen Vakuumanlage erfolgen.
Zweites traditionelles Verfahren:
Hier wird das Konzentrat, welches zuvor meist in modernen Vakuumverdampfern hergestellt wurde, zunächst in große Druckkochgefäße eingebracht. Diese sind zumeist mit einer elektrischen oder dampfbeheizten Heizfläche und teilweise mit einem Rührwerk ausgestattet. Der Deckel wird nach der Befüllung geschlossen, das Konzentrat erhitzt und das Rührwerk eingeschaltet. Nach Beendigung des Kochprozesses wird der Behälter entspannt und das heiße Konzentrat manuell entleert oder abgepumpt. Dieser Prozess hat jedoch wesentliche Nachteile: Die Behälter funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Schnellkochtöpfe. Demnach verdampft durch die Erhitzung ein Teil der im Produkt enthaltenen Flüssigkeit (Wasser) und der entstehende (Wasser)dampf erhöht den Behälterinnendruck und somit auch die Siedetemperatur des Produktes. Durch die Verdampfung der Flüssigkeit kann es jedoch zu einem Anbrennen des Produktes an der Behälterinnenwand kommen, vor allem dann, wenn der Wassergehalt im Produkt, wie bei Konzentrat, gering ist. Dieser Effekt wird oftmals zusätzlich dadurch verstärkt, dass der Temperaturunterschied zwischen Heizfläche und Produkt Anfangs sehr groß ist und die Heizmedien (Strom/Dampf) mit einer konstanten Leistung eingebracht werden. Durch das Anbrennen entstehen Produktverluste und die Reinigung des Behälters wird deutlich erschwert und muss häufiger erfolgen. Zudem können sich unerwünschte Stoffe bilden, die teilweise sogar gesundheitsschädlich sind (z. B. Furfural, Acrylamid). Auch beim Entspannen des Druckbehälters kann ein derartiger Siedeverzug an den Heizflächen und/oder der heißen Behälterinnenwand auftreten, der den gleichen Effekt hervorruft.
Drittes traditionelles Verfahren:
Um das Anbrennen des Konzentrats zu vermeiden bzw. zu verringern entwickelte man eine dritte Möglichkeit das Konzentrat zu kochen. Dazu wird das Konzentrat zunächst in offene Behältnisse gefüllt. Anschließend wird der heiße Dampf durch Lanzen, welche meist von oben bis hin zum Gefäßboden reichen, in das Produkt eingeblasen bis der Tankinhalt kocht und die gewünschte Kerntemperatur erreicht wird. Doch auch dieses Verfahren hat gewisse Nachteile. So ist beispielsweise die exakte Einstellung des Wassergehaltes im fertigen Produkt praktisch unmöglich, da sich die Dampfblasengröße, die Blasenanzahl und deren Retentionszeit sowie die chemisch-physikalische Zusammensetzung des Konzentrates während des Prozesses verändern und sich so das Gleichgewicht zwischen eingebrachtem Wasser und ausgedampften Wasser ständig verschiebt. Zudem kommt es in dem Fluid zu lokalen Temperaturspitzen und Inhomogenitäten, so dass auch hier das Aromaprofil und die gebildeten Stoffe nicht exakt gesteuert werden können. Ein weiterer Nachteil kann der Austrag erwünschter Aromakomponenten durch die Brüden sein. Sollte keine Energierückgewinnung der Brüden erfolgen, ist außerdem mit hohen Energieverlusten zu rechnen. Des Weiteren kann es auch hier zu einem Anbrennen des Produktes an der Lanzen- und/oder Gefäßwandung kommen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen auf zuverlässige und reproduzierbare Art und Weise Kwass-Würze, insbesondere Kwass-Würzekonzentrat thermisch zu behandeln und die beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Verfahren zu verringern bzw. auszuschließen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
Im Nachfolgenden wird der Einfachheit halber oftmals nur von Kwass-Würze gesprochen, wobei jedoch ebenfalls Kwass-Würzekonzentrat (KWK) und/oder andere Produkte, vor allem aber Konzentrate mit umfasst sind. Des Weiteren wird der eigentliche Reaktions- und Aufheizbehälter als Kocher bezeichnet, wenngleich es aufgrund des hohen Druckes nicht zu einem Sieden und Kochen des Produktes kommt.
Gemäß dem Verfahren zur thermischen Behandlung von Kwass-Würze bzw. Kwass-Würzekonzentrat kann durch eine Druckerhöhung und der damit verbundenen Verschiebung des Phasenübergangs des im Produkt enthaltenen Wassers von flüssig zu gasförmig, die Kwass-Würze (KWK) auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, ohne dass die Kwass-Würze (KWK) zu sieden beginnt. Somit kommt es nicht zu einem Siedeverzug an den Heiz- und Gefäßflächen und damit auch nicht zu einem Anbrennen des Produkts.
Dementsprechend geringer sind die Produktionsverluste und dementsprechend leichter kann die Reinigung der Anlage vorgenommen werden. Zudem können dadurch die Reinigungsintervalle (Zyklen in der die Reinigung erfolgen sollte) verlängert werden.
Es entstehen zudem deutlich weniger ungewünschte und gesundheitsschädliche Reaktionsprodukte wie Furfural und/oder Acrylamid.
Dadurch, dass möglichst kein- oder nur sehr wenig Wasser aus dem Konzentrat aufgrund des hohen Druckes verdampft, kommt es nicht- oder nur kaum, zu einer Veränderung des Trockenmassegehalts des Konzentrats. Somit kann ein standardisiertes Produkt hergestellt werden, was wichtig für den Verkauf und das spätere Ausmischen des Konzentrats ist.
Das Verhindern des Aufkochens verringert außerdem die übermäßige Blasenbildung und das damit verbundene Aufschäumen des Produkts. Somit kann die Gefäßgröße- bzw. Gefäßhöhe reduziert werden.
Die aufzuwendende Energie zur Erreichung der gewünschten Temperatur ist geringer, da keine Energie für den Phasenübergang aufgewendet wird. Zudem erfolgt möglichst kein Energie- und/oder Aromastoffaustrag aus dem System durch entstehende, abgeführte Brüden.
Das Verfahren ermöglicht ein schnelles Aufheizen des gesamten Behälterinhalts auf extrem hohe Temperaturen, so dass die entsprechende Behandlungszeit reduziert werden kann, was ebenfalls die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage erhöht und die Bildung und Anhäufung weiterer Aromakomponenten ermöglicht.
Der einzustellende Druckwert für eine bestimmte Temperatur oder Maximaltemperatur ergibt sich beispielsweise näherungsweise aus der Dampfdruckkurve für Wasser. Dabei wird der Überdruck im Behälter und/oder Gesamtsystem so eingestellt, dass bei der angestrebten Temperatur kein Phasenübergang von Wasser erfolgt [vgl. 4].
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Produkt vor dem Einleiten in das Überdruck(koch)gefäß mittels einem oder mehreren Wärmetauschern und/oder Heizvorrichtungen vorerhitzt wird. Dabei sollte die Vorheiztemperatur so gewählt werden, dass die Temperaturdifferenz zur angestrebten Reaktions(koch)temperatur möglichst gering ist (z. B. vorheizen auf 130°C; „Kochen” bei 135°C), vorzugsweise jedoch der Reaktions/(Koch)temperatur entspricht (z. B. vorheizen auf 135°C; „Kochen” bzw. Heißhalten bei/auf 135°C). Um zu gewährleisten, dass es während des Prozesses nicht zu einem Sieden des Produktes (Wassers) kommt, kann es dabei von Vorteil sein, den Druck des gesamten Systems (also zum Beispiel den Wärmetauscher(n), Heizvorrichtung(en) und/oder des eigentlichen Reaktorbehälters etc.), bereits vor dem Befüllen so zu erhöhen, dass ein siedefreies Aufheizen, Befüllen, eine anschließende thermische Behandlung und/oder Entleerung und/oder Abkühlung des Produktes gewährleistet werden kann [vgl. 4]. Das Vorheizen erleichtert die thermische Behandlung im Druckkocher, da ggf. eine geringere Temperaturdifferenz zur Erreichung der gewünschten maximalen Erwärmtemperatur im Reaktor überwunden werden muss. Zudem kann durch eine derartige Installation die Temperatur so eingestellt werden, dass im eigentlichen Reaktor kein weiteres Aufheizen des Produktes erfolgen muss (z. B. Vorwärmen auf 137°C, 20 Minuten Heißhalten im vorzugsweise isolierten Reaktor, wobei eine Abkühlung z. B. auf 135°C erfolgen kann). Außerdem verringert sich durch das Erhitzen die Viskosität des hochviskosen Konzentrats, so dass das die Einbringung und das Rühren und/oder die Umwälzung im Überdruck(koch)gefäß erleichtert werden. Da aufgrund der niedrigeren Viskosität von Anfang an mit dem Rühren und/oder Umpumpen begonnen werden kann, kann ein Anbrennen des zähflüssigen Konzentrats zudem noch besser verhindert werden. Ein Vorheizen kann zudem zu einer homogeneren Temperaturverteilung des Produktes führen. Dies verbessert den gewünschten Reaktionsverlauf und kann den Rühr- und/oder Umpumpaufwand verringern, oder überflüssig machen.
Obwohl die Aufheizung auch mit Hilfe von Primärenergie erfolgen kann, ist ein weiterer entscheidender Vorteil des Vorwärmprozesses die sinnvolle Verwendung von Sekundärenregie, also vorzugsweise von Abwärme aus einem anderen Teil der Produktion. Dabei bietet sich vor allem die Nutzung der eigenen Systemwärme an.
So kann beispielsweise in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Abwärme, welche durch die Abkühlung des thermisch behandelten Konzentrates gewonnen werden kann, dazu genutzt werden, um die nächste Charge des Produktes vorzuwärmen. Ist die Temperaturdifferenzen beim Vorheizen und Abkühlen des Konzentrates annähernd gleich hoch, kann eine Wärmeschaukel besonders einfach zwischen dem vor- und nachgeschalteten Wärmetauschern integriert werden. Diese kann die Gesamteffizienz der Anlage erhöhen, indem sie den Bedarf an Primärenergie reduziert und das erfindungsgemäße System von anderen Teilbereichen der Produktion entkoppelt.
Vorteilhafterweise wird die Kwass-Würze auf eine Temperatur ≥ 120°C vorzugsweise ≥ 130°C erhitzt, da es sich herausgestellt hat, dass viele der gewünschten Aromakomponenten bei Temperaturen von über 130°C bzw. über 140°C entstehen. Bei den traditionellen Verfahren konnten diese Temperaturen nur in wenigen Bereichen innerhalb des Kochers erreicht werden, z. B. direkt an den Heizflächen oder an den Dampfblasen. Das erfindungsgemäße Druckverfahren ermöglicht jedoch nun ein Aufheizen des gesamten Behälterinhalts auf derartig hohe Temperaturen, ohne dass dabei die Probleme, die durch das Anbrennen entstehen können, stattfinden. Dabei kann die Aufheizung des Konzentrates vor- und/oder im eigentlichen Reaktionsbehälter sowie in Umpumpleitungen erfolgen.
Vorteilhafterweise wird das Produkt im Überdruck(koch)gefäß unter entsprechendem Überdruck gerührt und/oder umgepumpt. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn eine Aufheizung des Produktes im Reaktor und/oder in der Umwälzleitung erfolgt. Dabei dient das Rühren bzw. Umpumpen vor allem der gleichmäßigen Erwärmung des Fluides und bewirkt eine Homogenisierung der Inhaltsstoffe. Zudem soll es ungewünschten Reaktionen wie dem Anbrennen vorbeugen.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn beim Ausleiten der Kwass-Würze (KWK) der eingestellte Überdruck im Überdruckkochgefäß gehalten wird, so dass es auch beim Ausleiten nicht zu einem Sieden kommt. Somit kann auch beim Entleeren ein Siedeverzug an der heißen Behälterwandung und an den Heizflächen vermieden werden.
Vorteilhafterweise wird die aus dem Überdruck(koch)gefäß ausgeleitete Kwass-Würze (KWK) mittels Wärmetauscher (vorzugswiese Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher) abgekühlt. Das Ausleiten kann dabei entweder mittels einer Pumpe und/oder mit Hilfe des im Behälters eingestellten Überdruckes erfolgen. Dabei sollte die Abkühltemperatur so gewählt werden, dass ein weiteres Befördern des abgekühlten Konzentrates vorteilhaftsweise mit einer Kreiselpumpe erfolgen kann [vgl. 3]. Wenn die Abwärme, welche bei diesem Prozess entsteht, zusätzlich dazu genutzt werden soll, um die nächste Charge Kwass-Würzekonzentrat (KWK) vorzuheizen, ist außerdem vorteilhaftsweise eine ähnliche Temperaturdifferenz wie bei dem vorgeschalteten Wärmetauscher zwischen Produkt und Kühl- bzw. Heizmedium anzustereben, um so eine möglichst einfache Wärmeschaukel in das System integrieren zu können. Sollte Wasser als Wärmeträgermedium für eine derartige Wärmeschaukel verwendet werden, ist darauf zu achten, dass es vorzugsweise auch in diesem System nicht zu einem Phasenübergang kommen sollte. Dementsprechend kann auch im Wärmeträgersystem ein Überdruck eingestellt werden. Dieser sollte jedoch vorzugsweise geringer sein als der Überdruck im produktführenden System, um bei Leckage der Wärmetauscher eine Produktsicherheit zu gewährleisten (positives Druckgefälle). Wahlweise kann aber auch ein anderes, vorzugsweise lebensmittelechtes Medium, welches einen Phasenübergang bei höheren Temperaturen aufweist (wie beispielsweise Öl oder Glyzerin) bei atmosphärischen Drücken als Wärmeträger verwendet werden. Die Energieverwendung und/oder Rückgewinnung im Aufheizt und/oder Abkühlprozess können die Effizienz der Gesamtanlage erhöhen. Die Installation einer Wärmeschaukel ist jedoch nicht zwangsweise Notwendig. So kann eine Aufwärmung und/oder Abkühlung vor- und/oder nach dem Reaktor wahlweise auch oder ausschließlich mit Hilfe von Primärenergie (beispielsweise Dampf und/oder Kaltwasser) erfolgen.
Die Einstellung des Überdrucks im produktführenden System kann beispielsweise beim Einfüllen der Kwass-Würze (KWK) durch Schließen der Gasableitung(en) und/oder durch Vorspannen mit Gas und/oder Dampf erfolgen, wobei ein Vorspannen mit Dampf den Vorteil haben kann, dass das System vorgewärmt wird. Inertgase wie beispielsweise Stickstoff oder CO₂ können hingegen den Vorteil haben, dass vorzugsweise kein weiterer Sauerstoffeintrag in das Produkt erfolgt. Dies wiederum kann sich auf die Reaktionen im Produkt auswirken. Prinzipiell können wahlweise nur der Reaktor und/oder alle weiteren Anlagenteile wie z. B. die Wärmetauscher mit dem selben Überdruck und oder unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden. Dabei können die Drücke entweder durch Prozesse im System aufgebaut werden (bspw. Befüllen) und/oder vor-während- oder nach dem hauptsächlichen Reaktionsprozess durch zusätzliche Prozesse (bspw. Vorspannen mit Dampf) eingestellt werden.
Sollte eine Heizung in den Reaktorbehälter und/oder die Umwälzleitung integriert werden, sollte diese, vor allem wenn größere Temperaturdifferenzen zur Erreichung der eigentlichen Zieltemperatur überwunden werden müssen, vorteilhafterweise in der Leistung variabel sein. Dabei kann die Heizleistung während des Erhitzens der Kwass-Würze (KWK) in Abhängigkeit der Temperatur und/oder der Zeit erhöht werden, wobei insbesondere eine Dampfheizung verwendet werden sollte. Durch das Steigen der Heizleistung soll die Temperaturdifferenz zwischen der Kwass-Würze (KWK) im Überdruck(koch)gefäß und der Heizflächentemperatur möglichst gering gehalten werden. Dies ermöglicht eine besonders schonende Aufheizung im Reaktorbehälter. Zum Aufheizen kann beispielsweise eine Dampfheizung mit so genannter gleitender bzw. dynamischer, flexibler Dampfregulierung verwendet werden. Falls ein Vorwärmen des Produktes vorzugsweise so erfolgt, dass die Temperaturdifferenz zur Zieltemperatur sehr gering- oder nicht vorhanden ist, kann wahlweise auf eine Leistungsregulierung der Heizung verzichtet werden. Dies kann die Kosten für eine derartige Installation ggf. verringern.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens umfasst ein Überdruck(koch)gefäß und eine Heizeinrichtung welche sich entweder vor- und/oder im Reaktor bzw. in einer Umwälzleitung am Reaktor befindet. Zudem sollte das System über eine Druck- und/oder Temperatursteuerung/Regelung verfügen, die vorzugsweise über mindestens ein Stellglied in dem Überdruck(koch)gefäß derart eingestellt werden kann, dass ein Sieden des Produktes vermieden wird.
Vorteilhafterweise ist dem Überdruck(koch)gefäß ein Wärmetauscher und/oder eine Heizvorrichtung vorgeschaltet bzw. in dessen Umpumpvorrichtung integriert, die zum Vorwärmen und/oder Heißhalten des Kwass-Würzekonzentrates (KWK) dienen.
Nach dem Überdruckkochgefäß ist vorzugsweise ein weiterer Wärmetauscher zum Kühlen angeordnet, wobei die Abwärme des nachgeschalteten Wärmetauschers vorzugsweise als Aufwärmenergie für den vorgeschalteten Wärmetauscher verwendet werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn das Überdruckkochgefäß ein Rührwerk mit drucksicherer Dichtung und/oder eine Umwälzleitung mit entsprechender Pumpe umfasst. Vorzugsweise ist eine im Reaktor befindliche Heizeinrichtung (bzw. eine in der Umwälzleitung befindliche Heizeinrichtung) derart ausgebildet, dass sie Dampf als Heizmedium verwendet und die Heizleistung, also die Temperatur des Heizmediums in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Inhaltstemperatur einstellbar ist. Vorteilhafterweise sind zur Druckregelung und zur Temperaturregelung in dem Überdruckkochgefäß zum Beispiel Druck- und Temperatursensoren angeordnet. Als Stellglieder zum Einstellen des Druckes können vorteilhaftsweise Ventile vorgesehen werden, die ein exaktes Einstellen des Überdruckes ermöglichen. Diese sollten zudem gewährleisten, dass der Druck z. B. bei Ablassen des Produktes, konstant gehalten werden kann. Des Weiteren sollte mindestens ein Gasableitventil integriert werden, um zu gewährleisten, dass ein zu hoher Überdruck bei Bedarf abgeführt werden kann. Das Gasableitventil kann zudem bei Bedarf zum anfänglichen Aufbau eines Überdruckes genutzt werden, indem es während des Befüllvorgangs bis zum erreichen des gewünschten Überdruckes geschlossen bleibt.
Die Vorrichtung wird insbesondere zum Erhitzen und/oder Heißhalten von Flüssigkeit bzw. Flüssigkeitskonzentraten verwendet. Dadurch sollen bestimmte Inhaltsstoffe wie Farb- und/oder Aromakomponenten gebildet bzw. angereichert werden, welche das Produkt aufwerten sollen. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung und das Verfahren zur thermischen Behandlung von Getränkekonzentraten, doch auch weitere Applikationen wie z. B. die Herstellung von Fleischaroma, Karamellzucker und/oder Zuckercouleur, sowie die Sterilisation bestimmter Stoffe können mit Hilfe einer derartigen Anlage vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme folgenden Figuren näher erläutert. Grundsätzlich sollen die Ausführungsbeispiele die Erfindung illustrieren, sie sind jedoch keinesfalls einschränkend zu verstehen.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Überdruckkochgefäßes gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit vor- und nachgeschalteten Wärmetauschern.
2A zeigt den Befüllungsvorgang der schematisch dargestellten Vorrichtung aus 2.
2B zeigt die thermische Behandlung der schematisch dargestellten Vorrichtung aus 2.
2C zeigt den Entleerungsvorgang der schematisch dargestellten Vorrichtung aus 2.
3 zeigt die Viskosität eines Kwass-Würzekonzentrates in Abhängigkeit der Temperatur
4 zeigt das aus der Thermodynamik bekannte Phasenübergangsdiagramm von Wasser zur Illustrierung der Ermittlung des benötigten Drucks bei angestrebter Temperatur.
1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein Überdruckkochgefäß 1. Das Überdruckkochgefäß ist als im Wesentlichen zylinderförmiger Hochdruckbehälter aus Edelstahl ausgebildet. Vorteilhaftsweise sollte der Behälter eine Isolation aufweisen. Für einen wirtschaftlichen Prozess zur Erzeugung von Aromen und Farbstoffen in der Kwasswürze wird insbesondere Konzentrat aufgrund des kleineren Volumens und der Anreicherung der Inhaltsstoffe erwärmt. Das Überdruckkochgefäß 1 umfasst den Zu-/Ablauf 5 mit einer entsprechenden Leitung, in der wahlweise eine Pumpe 10 angeordnet seien kann. Auch wenn hier nur ein Zu-/Ablauf 5 vorgesehen ist, könnten der Zulauf und der Ablauf auch getrennt ausgebildet sein. So kann die Befüllung beispielsweise auch über die Umpumpleitung U in den oberen Behälterbereich erfolgen.
Weiter umfasst das Überdruckkochgefäß 1 wahlweise einen Rührer 2, der von einem Motor 4 angetrieben wird und an dessen Rührerachse vorzugsweise mehrere Rührflügel 13 angeordnet sind. Es ist vorteilhaft, wenn die Rührerachse exzentrisch angeordnet ist, so dass eine bessere Durchmischung des Inhalts realisiert werden kann. Der Rührer 2 weist eine drucksichere Dichtung 3, hier eine Gleitringdichtung 3 auf, die über eine Wasserzu- und -abfuhr (Wasserspülung) verfügt. Somit können hohe Drücke in dem Überdruckkochgefäß 1 realisiert werden. Das Rührwerk ist vorzugsweise frequenzgesteuert, wobei der Motor 4 mit einer Systemsteuerung 90 verbunden sein kann. Anstelle des Rührwerks oder zusätzlich zu dem Rührwerk kann eine Homogenisierung und Durchmischung auch ausschließlich und/oder zusätzlich durch Umpumpen erfolgen. Dabei ist es vorteilhaft das Konzentrat zum Umpumpen von einem unteren Punkt am Behälterboden abzuziehen und in einen oberen Bereich in den Behälter einzufüllen. Dementsprechend werden zum Umpumpen beispielsweise die Ventile 22 und 99 geöffnet, wohingegen die Ventile 77 und 88 geschlossen werden. Die Umwälzung erfolgt dann beispielsweise mit Hilfe der Pumpe 10 über die Umwälzleitung U.
Bei Bedarf können vor-während und/oder nach dem Prozess beispielsweise zusätzlich weitere Zusatzstoffe in das Produkt eindosiert werden und/oder eine zusätzliche thermische Behandlung des Produktes erfolgen. Die entsprechenden Vorrichtungen und weitere Armaturen und Apparaturen, wie Temperiervorrichtungen, Dosage-Mess- und/oder Regeltechnik können dabei an verschiedenen Stellen platziert werden und sind hier als schwarze Kästen dargestellt (30).
Die Erhitzung und/oder Heißhaltung des vorzugsweise vorgewärmten Produktes kann beispielsweise über eine Heizfläche 12 und/oder wahlweise über eine Heizvorrichtung 66, welche sich in der Umwälzleitung U befinden kann, erfolgen. Hier sind beide Heizeinrichtung beispielhaftshalber als Dampfheizungen ausgebildet. Die Wärmetauscherflächen 12 befinden sich vorzugsweise innerhalb des Gefäßes 1 und stehen somit im direkten Kontakt mit dem Produkt. Bei dieser Ausführungsform weist die Wärmetauscherfläche der Heizeinrichtung vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf und ist insbesondere taschenförmig ausgebildet. Diese Art der Installation kann den Wärmeübergang verbessern, da die Druckgefäße teilweise eine dicke Wandung aufweisen und somit den Wärmeübergang bei einer äußeren Anbringung der Heizvorrichtung erschwert bzw. verschlechtert werden würde. Zudem kann durch die gewellte Oberfläche eine bessere Durchmischung gewährleistet- und das Fouling verringert werden. Die Heizeinrichtung 66, welche sich beispielsweise in der Umlaufleitung U befindet, ist vorzugsweise als dampfbeheizter Doppelrohr-Rohrbündel und/oder Plattenwärmetauscher ausgebildet. Beide dargestellten Heizeinrichtungen weisen Zuführleitungen 15 für das Heizmedium (hier Dampf), sowie Ableitungen 16 für das Heizmedium (Kondensat) auf. Der Energieerzeuger (hier Dampferzeugungseinrichtung) wird schematisch mit 17 dargestellt. Die Heizeinrichtungen sind wahlweise so ausgebildet, dass die Heizleistungen variiert werden können. Das bedeutet, dass die Heizleistungen, beispielsweise durch Erhöhen der Temperatur des Heizmediums-, hier der Dampftemperatur bzw. Druck-, erhöht werden können. Die Heizleistungen können beispielsweise in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Inhaltstemperatur eingestellt werden. Dabei kann beispielsweise entweder ein festes Aufwärmprogramm für die Heizleistung eingegeben werden, oder aber die Temperatur kann über einen Temperatursensor 18 gemessen werden, wobei dann die Heizleistung, d. h. die Temperatur des Dampfes in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur (vorzugsweise der Kerntemperatur) des Inhalts eingestellt wird. Die Heizeinrichtung(en), d. h., hier die Dampferzeugungseinrichtung(en), ist vorzugsweise ebenfalls mit der Systemsteuerung 90 verbunden. Somit wird ermöglicht, dass beispielsweise während des Erhitzens des Inhalts die Heizleistung erhöht werden kann, so dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen Heizfläche und Inhalt möglichst während des gesamten Prozesses gering gehalten werden kann. Eine solche dynamische bzw. gleitende, flexible Dampfregulierung ermöglicht ein schonendes Aufwärmen des Inhalts. Sie ist besonders für den Fall geeignet, indem keine oder nur eine geringe Vorwärmung des Produktes erfolgt und eine große Temperaturdifferenz () zur Zieltemperatur überwunden werden muss. Heizvorrichtungen mit konstanter Leistung sind meistens dann vorzuziehen, wenn nach dem Befüllen des Reaktors nur eine geringe weitere Aufheizung erfolgen soll (kleines ΔT).
Ferner umfasst das hier dargestellte Überdruckkopfgefäß eine Drucksteuerung/Regelung 9, die in der Systemsteuerung 90 integriert sein kann. Über die Drucksteuerung/Regelung 9 kann über mindestens ein Stellglied in dem Überdruckkochgefäß 1 ein Überdruck eingestellt werden, derart, dass der erwärmte Inhalt nicht siedet. Zum Erzeugen des Überdrucks ist dazu z. B. ein Gas-Dampfanschluss mit einem Regelventil 19 vorgesehen, wobei der Anschluss mit einer Dampferzeugungseinrichtung und/oder einer Versorgung für Vorspanngas, z. B. Stickstoff und/oder CO₂ verbunden ist. Durch Öffnen des Regelventils 19 kann der Druck im Überdruckkochgefäß 1 erhöht und/oder eingestellt werden. Für die Druckregelung kann zum Beispiel dazu ein Drucksensor 8 im Gefäß 1 vorgesehen sein, der ebenfalls mit der elektronischen Drucksteuerung/Regelung 9 verbunden seien kann. Hier am oberen Ende des Gefäßes 1 befindet sich vorzugsweise auch eine Überdrucksicherung mit einer Gas-Dampfableitung 11, in der ein Ventil, insbesondere Regelventil 20 angeordnet ist. Mit 23 ist eine Absperrklappe bezeichnet und mit 24 ein Überdrucksicherheitsventil. Auch eine Vakuumklappe 25 ist in der Ableitung 11 vorgesehen. Durch Verschließen der Ableitung 11 (insbesondere durch Schließen des Regelventils 20 und 23) kann durch Einbringen des zu erwärmenden Inhalts (und/oder durch Erwärmen des Inhalts) der Druck im Gefäß 1 gesteigert werden. Dabei kann auch das Ventil 20 über die Drucksteuerung 9 angesteuert werden.
Die Vorrichtung kann weiter eine Eingabeeinrichtung aufweisen (nicht dargestellt) über die unterschiedliche Prozessparameter wie beispielsweise die maximale Erwärmtemperatur T1, ΔT etc. eingegeben werden können. Weiterhin kann z. B. ein entsprechender Solldruck in das System eingegeben werden, der so hoch ist, dass der Inhalt im Gefäß 1 bei der eingestellten Maximaltemperatur T1 nicht siedet. Ein solcher Wert kann beispielsweise näherungsweise der Wasserdampftafel entnommen werden [vgl. 4]. Es ist auch möglich, nur eine entsprechende Maximaltemperatur einzugeben, wobei die entsprechenden Druckwerte dann durch die Steuerung 90 ermittelt werden. Über einen Soll-Istwert-Vergleich kann beispielsweise der gewünschte Druck bei- oder vor Beginn des Erhitzungsprozesses eingestellt werden.
Die Vorspannung des Behälters vor dem Befüllen hat den Vorteil, dass schon im vorgeschalteten Wärmetauscher und/oder weiteren Heizvorrichtungen hohe Temperaturen eingestellt werden können (die bei atmosphärischem Druck bereits über den Siedetemperaturen von Wasser liegen), ohne dass es zu einem Sieden und/oder Anbrennen des Produktes kommt. Das Vorspannen und Leerdrücken des Behälters mit Dampf hat den Vorteil dass der Behälter vorgewärmt wird bzw. erwärmt bleibt und die Luft bereits entsprechend mit Wasser gesättigt ist, so dass kein (oder nur sehr wenig Wasser) während dem Prozess aus dem Produkt entweicht. Inertgase wie beispielsweise Stickstoff und CO₂ haben hingegen den Vorteil, dass das Produkt keinem zusätzlichen Sauerstoffeinfluss ausgesetzt wird, der das Produkt ggf. unerwünscht beeinflussen könnte.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Temperatur gemessen wird (z. B. mit Temperatursensor 18) und der Druck in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur (z. B. über 19 und 20) angepasst wird.
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei werden Pumpen, Armaturen, Mess- und Regeltechnik sowie die Temperiervorrichtungen in der Wärmeschaukel etc. zur Vereinfachung nicht dargestellt. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, kann dem Überdruck(koch)gefäß 1 ein Wärmetauscher 6, vorzugsweise ein Plattenwärmetauscher und/oder Rohrbündelwärmetauscher vorgeschaltet werden. Über diesen Wärmetauscher kann z. B. die Kwass-Würze bzw. das Kwass-Würzekonzentrat (KWK) vorerwärmt werden. Zur exakten Temperatureinstellung und/oder weiteren Aufheizung kann dem Wärmetauscher beispielsweise eine weitere Dampfheizung 66 nachgeschaltet werden. Diese befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Befüllleitung, welche gleichzeitig als Umpumpleitung dienen kann. Weiter ist dem Gefäß 1 ein weiterer Wärmetauscher 7 nachgeschaltet, der beispielsweise die Kwass-Würze bzw. das Kwass-Würzekonzentrat (KWK) nach der thermischen Behandlung im Gefäß 1 abkühlt. Auch dieser Wärmetauscher kann als Platten- und/oder Rohrbündel-Wärmetauscher ausgelegt sein. Um die Effizienz der Anlage zu erhöhen, sind hier beide Wärmetauscher über eine so genannte Wärmeschaukel miteinander verbunden. Vorteilhafterweise sollte mindestens ein Speichertank für das Wärmetauschermedium in der Leitung zwischen dem Wärmetauscher 6 und 7 angeordnet sein. Wird eine nahezu geschlossene Wärmeschaukel angestrebt, sollte dieser Speichertank entweder in zwei separate und isolierte Teilbereiche aufgeteilt werden, oder, wie in der Zeichnung dargestellt, vorzugsweise zwei separate und isolierte Speichertanks verwendet werden. Vorzugsweise sollte das Wärmeträgermedium keinen Phasenübergang erfahren, so dass ggf. auch ein entsprechender Überdruck [vgl. 4] im System der Wärmeschaukel eingestellt werden muss. Um die Energieverluste, welche beispielsweise durch die Abstrahlung der Wärme erfolgen, auszugleichen, sollte vorzugsweise mindestens eine Heiz und/oder Temperiervorrichtung in die Wärmeschaukel integriert werden. Diese wird jedoch zur Vereinfachung weder graphisch dargestellt noch im folgenden Text näher beschrieben.
Wärmeschaukeln können den Bedarf an Primärenergie reduzieren. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn kein weiteres Heißwasser für den Prozess benötigt wird. Da der Brüden welcher bei der Eindampfung von Konzentrat entsteht meistens ausreicht um den Heißwasserbedarf der Betriebe zu decken, erscheint daher eine derartige Installation in vielen Betrieben als sinnvoll, ist jedoch nicht zwangsweise Notwendig.
2A illustriert schematisch den Befüllvorgang der in 2 vereinfacht dargestellten Anlage. Wie gezeigt, kann die Vorwärmung des Konzentrates (KWK) von beispielsweise 65°C auf 130°C dadurch erfolgen, dass ein heißes Wärmetauschermedium das Produkt in einem Wärmetauscher 6, beispielsweise im Gegenstrom, erhitzt. Dabei wird das Wärmetauschermedium, welches sich zuvor in einem vorzugsweise isolierten Speichertank X befindet, beispielsweise von 132°C auf 67°C abgekühlt und dabei vollständig in den isolierten Speichertank Y gepumpt. Das 130°C heiße Produkt wird vor dem Befüllen vorzugsweise in einer weiteren, dem Wärmetauscher nachgeschalteten Heizvorrichtung K, mittels Sattdampf auf die Zieltemperatur von beispielsweise 135°C erhitzt, bevor die Charge, wahlweise von oben, in den ebenfalls isolierten Drucktank 1 eingeleitet wird. Um ein Sieden und Anbrennen des Produktes zu verhindern, sollte das gesamte hier beschriebene, produktseitige System vorzugsweise bereits vor der Befüllung über einen derartigen Überdruck vorgespannt sein, dass es nicht zu einem Phasenübergang des im Produkt enthaltenen Wassers kommt [vgl. 4] (Bsp. 3,5 bar). Dieser Druck sollte während des gesamten Prozesses aufrechterhalten werden. Die dargestellte Wärmeschaukel muss entsprechend der Temperaturdifferenzen (und natürlich nach der Menge des zu temperierenden Mediums) ausgelegt werden. Ein annähernd geschlossenes System, wie in dargestellt, benötigt vorzugsweise eine annähernd gleiche Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen Produkt und Wärmetauschermedium in beiden Wärmetauschern 6 & 7. Ist dies nicht möglich, muss eine weitere Aufheizung oder Abkühlung des Wärmetauschermediums erfolgen oder ein Teil des Mediums abgeführt und/oder ersetzt werden. Des Weiteren gilt zu beachten, dass bei einem derartiges System immer Wärmeverluste entstehen, die es entsprechend auszugleichen gilt. Wie bei dem Produkt auch, sollte in einer derartigen und einfachen Wärmeschaukel vorzugsweise kein Phasenübergang des Wärmeträgermediums erfolgen. Um dies zu gewährleisten kann es daher sinnvoll sein, den Druck des Wärmeträgermediums entsprechend so zu erhöhen, dass es nicht zu einem Sieden des Wärmeträgers kommt. Dennoch sollte der Überdruck in der Wärmeschaukel geringer sein als im produktführenden System, damit eine Produktsicherheit bei Leckage gewährleistet werden kann, denn dieses so genannte positive Druckgefälle verhindert, dass es bei Undichtigkeiten zu einem Eindringen des Wärmetauschermediums in das Produkt kommt. Weil eine Druckerhöhung im Wärmeträgerkreislauf tendenziell den apparativen Aufwand der Anlage Erhöht kann wahlweise auch ein anderes Wärmetauschermedium gewählt werden, welches keinen Phasenübergang bei derartigen Temperaturen erfährt (z. B. Öl oder Glycerin). Vorzugsweise sollte es jedoch Lebensmittelecht sein.
Nach dem Befüllen erfolgt die eigentliche thermische Behandlung, die vorzugsweise 5 bis 40 Minuten dauert und bei einem derartigen Überdruck erfolgen sollte, dass es nicht zu einem Sieden des Produktes kommt (beispielsweise 3,5 bar). Dabei wird das vorzugsweise vorgeheizte Konzentrat (KWK) beispielsweise auf einer Kerntemperatur von 135°C gehalten und/oder erhitzt. Zu diesem Zweck sollte der Druckbehälter 1 zumindest eine Isolation aufweisen und vorzugsweise ähnlich ausgestattet sein wie in 1 beschrieben. Wahlweise können auch weitere Heizeinrichtungen wie Heiztaschen und/oder Durchlaufkühler dazu verwendet das Produkt auf die angestrebte Temperatur zu erhitzen. Eine Homogenisierung kann beispielsweise durch Umpumpen des Produktes und/oder mit Hilfe eines Rührwerkes erreicht werden. Der Prozess der thermischen Behandlung ist vereinfacht in 2B dargestellt.
Nach der thermischen Behandlung folgt das Entleeren des Konzentratkochers, welches schematisch in 2C dargestellt wird. Dabei wird das heiße Konzentrat (KWK) über dem nachgeschalteten Wärmetauscher 7, hier von 135°C auf 70°C, abgekühlt. Um ein Sieden des Produktes zu vermeiden, wird der Überdruck im Reaktorbehälter konstant bei 3,5 bar gehalten, wobei der Überdruck wahlweise alleine-, oder in Kombination mit einer Pumpe dazu genutzt werden kann, das Konzentrat aus dem Behälter zu entleeren. Um das Konzentrat abzukühlen wird das Wärmetauschermedium aus Tank Y in Tank X geleitet, so dass es sich, beispielsweise im Gegenstrom, von 67°C auf 132°C im Wärmetauscher 7 erhitzt. Anschließend kann eine neue Charge auf die gleiche Weise behandelt werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit den 1 bis 2C zur thermischen Behandlung von Kwass-Würze, hier Kwass-Würzekonzentrat (KWK) detaillierter erläutert. Das Kwass-Würzekonzentrat wird insbesondere durch Verdampfen der vorher erzeugten Kwass-Würze hergestellt.
Die Kwass-Würze wird in bekannter Weise z. B. aus Rohstoffen wie Roggen, Gerste, Weizen, Mais, Buchweizen, Buchweizenerzeugnisse, Reis, Reiserzeugnisse, Kartoffel, Kartoffelerzeugnisse etc. hergestellt. Die Rohstoffe werden ggf. zunächst vermälzt und/oder geschrotet. Das Verfahren zur Herstellung der Kwass-Würze entspricht dabei im Wesentlichen dem Sudhausprozess zur Herstellung von Bier-Würze. Insbesondere findet ein Maischprozess der mit Wasser vermischten Rohstoffe statt. Anschließend erfolgt ein Abläutern/Filtrieren der Kwass-Würze aus der Maische, wonach die Kwass-Würze wahlweise gekocht und dann wie zuvor erläutert, konzentriert, d. h. im Teilvakuum eingedampft, wird.
Das Kwass-Würzekonzentrat passiert zunächst mit z. B. 40–90°C den vorgeschalteten Wärmetauscher 6 und wird dabei insbesondere auf eine Temperatur von 50 bis 140°C vorzugsweise auf 95 bis 135°C vorgeheizt. Durch das Erhitzen wird die Viskosität des hoch viskosen Konzentrats erniedrigt. Das vorerwärmte Konzentrat wird dann beispielsweise über die Umwälzleitung U und bei Bedarf über die Pumpe 10 (1) bei offenem Einlassventil 99 (und geschlossenem Ventil 22 und 88) in das Gefäß 1 eingepumpt, bis ein bestimmter Füllstand erreicht ist, wobei das verbleibende Kopfraumvolumen möglichst gering seien sollte. Dazu kann beispielsweise ein nicht dargestellter Füllstandsmesser in den Behälter 1 vorgesehen werden. Bereits bei der Befüllung sollte im gesamten System ein entsprechender Überdruck, beispielsweise mit Hilfe des Regelventils 19, eingestellt werden, so dass es nicht zu einem Sieden des im Produkt enthaltenen Wassers kommt. Während des Einfüllens des Konzentrats sollte der zuvor eingestellte Überdruck im Behälterinneren vorzugsweise konstant gehalten werden. Dazu wird das Ventil 19 nach dem Vorspannen zunächst geschlossen. Der zunehmende Überdruck, welcher durch die Befüllung des Behälters entsteht, wird dann beispielsweise über das Regelventil 20 abgelassen. Eine weitere Möglichkeit den Druck vor der thermischen Behandlung aufzubauen, ist die Gasableitung durch alle entsprechenden Ventile zu verhindern, bis der angestrebte Druck durch den Befüllvorgang aufgebaut worden ist. Diese Variante ist jedoch nicht zu bevorzugen, da das Vorwärmen nicht auf Temperaturen von über 100°C erfolgen kann, ohne dass es zu einem Sieden kommt. Alle für den Prozess benötigten Ventile können beispielsweise über die Steuerung 9 bzw. über die Systemsteuerung 90 angesteuert werden. Ist eine ausreichende Menge von Konzentrat in das Gefäß 1 eingebracht worden, kann das Ventil 77 geschlossen und das Ventil 22 geöffnet werden. Nun kann wahlweise eine Umwälzung des Behälterinhaltes im Kreislauf über die Umlaufleitung U erfolgen. Dabei kann das Produkt beispielsweise auf der Zieltemperatur gehalten, oder erhitzt werden, indem die Heizfläche und/oder die Durchlaufheizung 66 entsprechend geregelt werden. Dazu werden die mit dem Dampferzeuger 17 verbundenen Dampfzuleitungen 15 sowie die Dampfableitungen 16 entsprechend geöffnet bzw. geschlossen, und/oder ein entsprechender Druck bzw. Temperatur entsprechend eingestellt. Wahlweise wird hier eine dynamische Dampfregelung vorgenommen. Das heißt, dass hier die Heizleistung in Abhängigkeit der Zeit und/oder in Abhängigkeit der mit dem Temperatursensor 18 gemessenen Temperatur des Inhalts im Gefäß 1 während des Erhitzens erhöht wird. Somit kann sichergestellt werden, dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Kwass-Würzekonzentrat (KWK) in dem Gefäß 1 und der Oberfläche der Heizeinrichtungen 12 und/oder 66 insbesondere kleiner als 10°C ist. Weil das Konzentrat vorzugsweise vorerwärmt ist und somit die Viskosität erniedrigt wurde, kann außerdem wahlweise von Anfang an der Motor 4 des Rührwerkes 2 mittels der Systemsteuerung 90 angesteuert werden, so dass der Inhalt im Gefäß 1 zusätzlich und/oder ausschließlich zum Umpumpen gerührt wird. Somit kann eine Homogenisierung und/oder ein schonendes Erwärmen auf die Zieltemperatur sichergestellt werden. Die Kwasswürze sollte jedoch vorzugsweise nicht über 165°C erhitzt werden.
Nachdem sich die gewünschten Farb- und/oder Aromastoffe gebildet haben und/oder das Produkt möglichst steril geworden ist, d. h., nach einer vorbestimmten Zeit, insbesondere nach 5 bis 30 Minuten, wird das Konzentrat aus dem Gefäß 1 entleert. Dazu wird das Ventil 22 in der Ableitung 5 geöffnet, wobei das Entleeren wahlweise mit Hilfe einer Kreiselpumpe und/oder des eingestellten Überdrucks erfolgen kann. Dazu wird entsprechend das Ventil 99 geschlossen und Ventil 88 geöffnet. Wesentlich ist jedoch, dass auch beim Entleeren ein Überdruck in dem Gefäß 1 aufrechterhalten wird, damit das Konzentrat bzw. das im Produkt enthaltene Wasser nicht an den Wänden des Gefäßes 1 siedet oder anbrennt. Es ist daher vorteilhaft, wenn der Inhalt des Gefäßes 1 über das Ausdrücken von Gas und/oder Dampf bei geöffnetem Ventil 19 erfolgt.
Das heiße Konzentrat wird anschließend mit Hilfe des dem Gefäß 1 nachgeschalteten Wärmetauscher 7 beispielsweise auf 40 bis 70°C abgekühlt und weiter verarbeitet bzw. eingelagert. Wie zuvor erläutert, kann die Abwärme die bei diesem Prozess entsteht wahlweise zum Vorwärmen des Konzentrats der nächsten Charge verwendet werden.
3 zeigt ein Diagramm, welches empirisch für ein Kwass-Würzekonzentrat erstellt wurde. Auf der X-Achse ist dabei die Zeit, auf der Y-Achse die Viskosität, die Rührgeschwindigkeit und die Temperatur aufgetragen. Die Graphik wurde mit Hilfe eines so genannten Rotationsviskosimeter erstellt. In diese Apparatur wird dabei eine bestimmte Menge an Konzentrat eingefüllt und das Produkt mit konstanter Geschwindigkeit gerührt. Über den Rührwiderstand kann dann automatisch die Viskosität des Produktes errechnet werden. Durch die Erhöhung der Produkttemperatur wird die Viskosität und damit der Rührwiderstand entsprechend zeitlich verändert. Das dargestellte Diagramm kann z. B. dafür herangezogen werden, um zu ermitteln, wie warm das Produkt sein sollte, um in einer Kreiselpumpe pumpfähig zu sein. Gibt der Pumpenhersteller beispielsweise an, dass seine Pumpen nur bis 1500 mPaxs problemlos funktionieren, sollte die Produkttemperatur mindestens 60°C oder höher sein.
4 illustriert den Phasenübergang von Wasser. Wie in der Darstellung gezeigt wird, erfolgt der Phasenübergang bei reinem Wasser unter atmosphärischen Bedingungen (1 bar Druck) bei 100°C von flüssig (Wasser) zu gasförmig (Wasserdampf). Bei etwa 2,7 bar Druck erfolgt dieser Phasenübergang bei etwa 130°C. Weil es jedoch nicht zu einem Phasenübergang des im Produkt enthaltenen Wassers kommen soll, sollte der Überdruck erfindungsgemäß so gewählt werden, dass kein Phasenübergang erfolgen kann, also der Systemdruck beispielsweise 3,2 bar beträgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht nur zur thermischen Behandlung von Kwass-Würzekonzentrat (KWK) geeignet, sondern auch zur Behandlung von anderen (Getränke)konzentraten die hochviskos sind und/oder leicht anbrennen. Insbesondere ist die Vorrichtung auch zum Herstellen von Aromen und/oder Farbstoffen in der Lebensmittelindustrie geeignet. So ist eine Applikation zur Herstellung Fleischaroma, Karamellzucker, Zuckercouleur etc. denkbar. Die Vorrichtung kann auch für die Sterilisation von empfindlichen Produkten wie Zuckersirup, in denen beispielsweise hitzebeständige Sporen enthalten sein können, verwendet werden.

Claims

Verfahren zur thermischen Behandlung von Kwass-Würze, insbesondere in Form von Kwass-Würzekonzentrat (KWK), dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt in ein Überdruckgefäß (1) eingeleitet und erhitzt wird, wobei ein Überdruck in dem Behälter (1) derart eingestellt wird, dass die Kwass-Würze nicht siedet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einleiten der Kwass-Würze in den Überdruckbehälter die Kwass-Würze (KWK) vorerhitzt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur von 95 bis 140°C.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kwass-Würze (KWK) insgesamt auf eine Temperatur ≥ 100°C, vorzugsweise ≥ 140°C erhitzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kwass-Würze während des Erhitzens gerührt und/oder umgepumpt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausleiten der Kwass-Würze der Überdruck im Überdruckgefäß (1) gehalten wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Überdruckkochgefäß (1) ausgeleitete Kwass-Würze mittels Wärmetauscher abgekühlt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Kühlung des Konzentrates entstehende Abwärme zum Vorheizen der folgenden Charge(n) Kwass-Würze (KWK) oder zum Aufheizen anderer Produktionsbereiche verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Überdrucks beim Einfüllen der Kwass-Würze (KWK) durch Schließen der Gasableitung(en) (11) und/oder Vorspannen mit Gas und/oder Dampf erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung wahlweise variabel ist und insbesondere die Heizleistung während des Erhitzens der Kwass-Würze in Abhängigkeit der Temperatur der Kwass-Würze und/oder der Zeit erhöht wird, und wobei insbesondere eine Dampfheizung verwendet wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst ein Überdruckgefäß (1), eine Heizeinrichtung (6, 12, und/oder 66) und eine Drucksteuerung/Regelung (9), die über mindestens ein Stellglied (19, 20) in dem Überdruckkochgefäß (1) einem Überdruck einstellt, derart, dass der erwärmte Inhalt nicht siedet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Überdruckgefäß (1) ein vorgeschalteter Wärmetauscher (6) zur Vorwärmung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Überdruckkochgefäß (1) ein weiterer Wärmetauscher (7) zum Kühlen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des nachgeschalteten Wärmetauschers (7) als Aufwärmenergie für den vorgeschalteten Wärmetauscher (6) verwendet wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Rührwerk (2, 4) mit drucksicherer Dichtung (3) umfasst.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Umwälzleitung (U) mit entsprechender Pumpe (10) umfasst.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung der Heizeinrichtungen wahlweise variabel sind und die Heizeinrichtung Dampf als Heizmedium verwenden und die Heizleistung in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Inhaltstemperatur einstellbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Überdruckkochgefäß (1) ein Drucksensor (8) und ein Temperatursensor (18) angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Stellglied ein Ventil (19) zum Vorspannen des Überdruckkochtopfs (1) mit Vorspanngas und/oder Dampf zum Erzeugen des Überdrucks umfasst und/oder mindestens ein Gasableitventil (20).
Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 18 zum Erhitzen von Flüssigkeiten oder Flüssigkeitenkonzentraten zur Herstellung von Aromen und Farbstoffen, insbesondere zur Herstellung von Fleischaroma, Kwasswürzearoma, Karamellzucker, Zuckercouleur, sowie zur Sterilisation von flüssigen Produkten.