DE2517928A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von konzentriertem extrakt - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von konzentriertem Extrakt.
• Die Erfindung betrifft die Herstellung von konzentrierten Extrakten von wasserhaltigen Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Erzeugnissen durch Wasserentziehung, insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, von konzentrierten Extrakten von pflanzlichen Stoffen, wie Fruchtsäfte und Aufgüsse von Körnern, Blättern oder aussersten Blume.nspitzen, z.3. Aufgüsse von Tee und insbesondere Kaffee.
• Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von konzentrierten Extrakten von Tee und Kaffee in pulverförmigem oder körnigem Zustand bekannt. Diese Verfahren ergeben jedoch nicht vollständgg befriedigende Ergebnisse, insbesondere weil sie sehr verwickelt sind und/oder das Produkt brutalen physikalischen oder chemischen Sinlrirkungen aussetzen, welche es verschlechtern, indem sie einen Aromaverlust erzeugen, welcher später durch Zusatz von zusätzlichen Bestardteilen ausgeglichen werden muss.
• Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gegenstand, welche besser als die bisher bekannten den Erfordernissen der Praxis entsprechen, insbesondere indem sie die obigen Nachteile weitgehendst in Fortfall britzgen.
• Hierfür schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von konzentrierten Extrakten unter Rühlung des Produkts auf eine solche Temperatur, dass nur das Wasser gefriert, vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf das Gefrieren wenigstens einer der nachstehenden aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge folgt : Abtropfen des das Eis enthaltenden Gemischs, Einspritzen des das Eis enthaltenden Gemischs unter niedrigem Druck in eine Zentrifuge, Zentrifugierung des das Eis enthaltenden Gemischs in einer dunnen Schicht, Auspressen des das Eis enthaltenden Gemischs unter hohem Druck ( welcher hoher als der Einspritzdruck ist), wobei Jeder dieser Arbeitsgänge von dem Auffangen der aus dem Gemisch entweichenden Flüssigkeit begleitet ist, und dass die aufgefangene Flussigkeit thermisch konzentriert wird.
• Die Zahl der Arbeitsgänge hängt weitgehend von der Art des Ausgangsnahrungsmittels ab. In dem Fall von Kaffee wird man im allgemeinen dazu geführt, alle oben aufgezählten Arbeitsgänge zu Lonutzen. Dagegen kann eine einfachere Folge in dem Fall von Pruchtsaften und insbesondere von gewissen alkoholisierten Getrunken verwendet werden.
• Die Die Arbeitsgänge müssen im allgemeinen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre erfolgen. Die schliessliche Konzentration erfolgt im allgemeinen im Vakuum, wobei die Dampfe aufgefangen und zu dem wasserhaltigen Produkt zurückgeschickt werden, um Aroma- und Duftverluste zu vermeiden. Die nicht oxydierende Atmosphare kann Stickstoff oder Kohlensauregas oder ein neutrales Gas sein.
• Der schliesslicheArbeitsgang der thermischen Konzentration wird in den meisten Fallen so weit geführt, dass man einen pulverformigen oder schuppenförmigen Extrakt erhält. Die Erwärmung erfolgt zweckmässig durch Wärmeentwicklung in der Masse der Substanz selbst, z.B. durch dielektrische Verluste durch Verwerdung von Hochfrequenz oder durch Mikrowellen.
• Da die Erwärmung durch Mikrowellen kostspielig ist, kann sie benutzt werden, um eine Abschlussphase zu bilden, wahrend die Vortrockung durch Erwärmung mit Hochfrequenz erfolgt.
• Die durch das erfindunggema"sse Verfahren erzielten günstigen Ergebnisse können wenigstens teilareise dædurch erklärt werden, dass das Wasser von Beginn der Arbeitsfolge an in den Zustand von Kristallen gebracht wird, welche nur sehr wenig der 3estandteile des zu erhaltenden Extrakts ( Esser.-zen und Trockenprodukte) einschliessen, und dass diese Kristalle bis zu einem fortgeschrittenen Stadium der Trennung unversehrt bleiben, was das Ausziehen der Bestandteile des Extrakts wesentlich erleichtert, ohne diesen zu verschlechtern. Das aufgefangene Eis wird übrigens zweckmässig wieder zu der Zubereitung des wasserhaltigen Ausgangsprodukts zurückgeführt, um die noch in diesem enthaltenen Aromen oder Dürfte weitgehend zurückzugewinnen. Hierdurch kann die Ausbeute hoch sein.
• Die Erfindung hat. ferner eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemassen Verfahrens mit einer Gefriervorrichtung, welche aus dem wasserhaltigen Produkt einen Sorbett bildet, in welchem das Wasser sich im Zustand von Xristallen befindet, Mitteln zur Scheidung des Sorbetts in Eis und in dem Extrakt beiziialtende Produkte, welche Mittel zum quasi statischen Abtropfen, Mittel zum Einspritzen unter geringem Druck in eine Zentrifuge in dünner Schicht, und/oder Itittel zum Extrahieren unter hohem Druck sowie Mittel zum Auffangen von Flüssigkeit umfassen, und Mitteln zur thermischen Konzentration der aufgefangenen Blüssigkeit zum Gegenstand.
• Die Erfindung ist nachstehend unter Bezagnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert Fig. 1 ist eine sehr schematische Seitenansieht der gesamten Anlage.
• Fig. 2 ist ein vereinfachter Schnitt, welcher einen Teil der Anlage in grossem Maßstab zeigt.
• Die dargestellte Anlage ist zur Behandlung eines durch ein bekanntes Verfahren zubereiteten Kaffeeaufgusses bestimmt, welchem man eine moglichst hohe Konzentration an Trookensubstanz und Essenzen gibt. Dieses wasserhaltige Produkt ist in einem Gefäss 10 eingelagert, von wo es eine Pumpe 11 in die eigentliche Anlage leiten kann. Diese Anlage-enthält nacheinander eine Gefriervorrichtung A, eine Vorrichtung B zur Scheidung des von der Gefriervorrichtung gelieferten Sorbetts in Bis und in zu konzentrierende Produkte und schliesslich eine Trockenvorrichtung C. Diese Vorrichtungen sind nachstehend nacheinander beschrieben.
• Die Gefriervorrichtung A wird durch ein lotrechtes zylindrisches Gefäss 12 gebildet, in welches der Aufguss durch eine Pumpe 11 geschickt wird. Dieses Gefäss ist mit Kühlorganen, z.B. einer Rohrschlange oder einen Doppelmantel, und Äjitteln zur Regelung der Temperatur versehen, welche gestatten, nach Einbringung einer Aufgussmenge in die Gefriervorrichtung 12 diesen bis auf eine Temperatur und mit einer Geschwindigkeit abzukühlen, welche so gewählt sind, dass das Wasser des Ausgangsaufgusses in den Zustand von Kristallen übergeht, wobei es eine möglichst geringe knge der festen Stoffe und der Essenzer einschliesst. Diese Werte werden natürlich entsprechend der Art des Produkts gewaMt, wobei es Jedoch wohlverstanden ist, dass die Endtemperatur stets unter 0°C und niemals unter -10° C liegt.
• Die Gefriervorrichtung A enthält einen von einem Motor 13 angetriebenen (nicht, dargestellten) Rührer, welcher das Produkt wahrend seines Gefrierens durchrührt und die Wand abschabt, um von dieser die Kristalle abzulösen, sodass ein Sorbett entsteht, in welchem die Eiskristalle oder -Schuppen möglichst wenig Essenzen und feste Stoffe zurückhalten.
• Ein Ventil 14 ermöglicht die Regelung der Speisung der Anlage. Der Sorbett wird von der Gefriervorrichtung A unter sehr geringem Druck durch die Pumpe 11 in die Scheidevorrichtung B gedrückt.
• Die erste Stufe der dargestellten Scheidevorrichtung ist dazu bestimmt, den Sorbett praktisch ohne dynamische Beanspruchung abzutropfen. Diese Stufe wird durch einen doppelwandigen Kegel 15 gebildet, wobei zur VereirLfachung nur eine einzige Wand in Fig. 2 dargestellt ist. Die Innenwand enthält Löcher von einigen Zehntel Millimetern (kleiner als O,3mm), um die Essenzen und die festen Stoffe geringer Korngrösse in den Zwischenringraum durchtreten zu lassen, wo sie in Porn einer beladenen Flüssigkeit aufgefangen werden. Ein Elektromotor 16 versetzt einen an der Innenwand anliegenden schaber 17 und eine Schnecke 18 in Umdrehung, welche den Sorbett zu dem Ende kleinen Durchmessers des 17Eegels vorschiebt. Diese Schnecke ist zweckaässig rohrförmig und enthält kleine Löcher, welche ebenfalls das Auffangen der beladenen Xlüssigkeit ernöglichen, welche in einer Leitung 19 über eine Drehdichtung gesammelt wird. Um die Verschlechterung der Essenzen durch Oxydation und insbesondere das Kleben der Kristalle und Schuppen zu verhindern, wird in der ganzen Vorrichtung eine indifferente htm.osphare unter geringem Druck hergestellt. So leitet z.B. eine Leitung 20 ein insifferentes Gas (z.3. Stickstoff) in den Kegel 15. Es kann auch eine Entnahmeleitung vorgesehen werden, um eine Spülung der gesamten Vorrichtung B vorzunehnen.
• Eine Rutsche 21 schliesst den Teil kleineren Durchmessers des Abtropfl-egels 15 an einen Zylinder 22 für die Einspritzung unter geringem. Druck an. In diesen Z-linder ist ein Tauchkolben 23 eingebaut, welcher zwischen einer (in Fig. 2 dargestellten) ruckwartigen Stellung, in welcher er die Mündung der Rutsche 21 in den Zylinder 22 frigibt, und einer vorderen Stellung verschieblich ist, in welcher sich sein rechtes Ende in der ITahe eines Einspritzkopfs 24 befindet. In dem Kopf 24 ist ein kegelstumpfförmiger Durchlass 25 ausgebildet, welchen ein durch einen Arbeitszylinder 27 mit geringem Hub gesteuertes Ventil 26 schliessen kann. Der Zylinder 22 ist mit kleinen Löchern versehen, welche die flüssigen und pulverförmigen Produkte in Form einer beladenen Flüssigkeit oder eines Schlamms durchlassen sollen. Er wird von einem an den Einspritzkopf 24 angeschlossenen Auffangmantel 28 umgeben, dessen linker Endabschnitt eine oder mehrere Öffnungen fur den Austritt des Extrakts enthalt. Eine Zentrifuge zur Aufnahme des von dem Einspritzkopf kommenden Sorbetts umfasst einen Körper 30 und in diesem eine Trommel 29, welche sich an dem Einspritzkopf 24 und dem anteil 28 dreht. Der Körper 30 gleitet an zu dem Zylinder 22 parallelen Stangen und ist mit Mitteln zur Erzeugung einer Translationsbewegung versehen, welche bei der dargestellten Ausführungsform durch eine Mutter 31 gebildet werden, welche für eine Translationsbewegung mit dem Körper 30 verbunden aber frei drehbar und auf eine feste GewindesrindPl 32 aufgeschraubt ist. Ein Motor 33 ermöglicht den Antrieb der Trommel 29. Dieser Motor oder ein anderer ermöglicht, die iautter 31 über ein Untersetzungsgetriebe (und gegebenenfalls ein Umsteuergetriebe) in Umdrehung zu versetzen und dem Körper 30 und der in ihm enthaltenen Trommel 29 eine Translationsbewegung zu erteilen.
• Eine durch einen Druckmittelarbeitszylinder 35 betätigte Platte 34 verschliesst das rechte ne der Zentrifuge (wie in Fig. 2 angegeben), wenn die rechte Kammer des Arbeitszylinders 35 unter Druck gesetzt wird Die Vorrichtung B arbeitet folgendermassen.
• In seinem Anfangs zustand befindet sich der Kolben 23 in seiner urückgezogenen Stellung, wie in Fig. 2 dargestellt, das Ventil 26 ist offen, und die Zentrifuge befindet sich in ihrer äussersten linken Stellung und ist durch die Platte 34 geschlossen. Der Zylinder wird von den Kegel A aus mit Sorbett gefüllt, welcher durch sein durch die Schraube 18 unterstütz tes Eigengewicht abfliesst. An den Kolben 36 des Tauchkolbens 23 wird ein hydraulischer Betätigungsdruck angelegt, um den Tauchkolben nach vorwärts zu verschieben. Von Beginn seines Vor schubs an verschliesst der Kolben die ündung der Rutsche 21, wodurch jeder Rückfluss zu dem Kegel A verhindert wird. Da sich die Zentrifuge in ihrer linken Stellung befindet und durch die Platte 34 geschlossen ist, wird der Sorbett leicht zusammengedrückt, so dass feste Produkte geringer Korngrösse und Essenzen durch die Öffnungen des Zylinders 22 abfliessen. Die so erhaltene beladene Flüssigkeit tritt durch die oeffnungen des Mantels 28 und hierauf durch die kleiren oeffnungen der Trommel 29 der Zentrifuge, bevor sie in dem Körper 30 gesammelt und durch einen biegsamen Verbinder 39 entnommen wird. Der Tausch kolben kann natürlich durch ein anderes Organ zur Einspritzung unter geringem Druck ersetzt werden, z.B. eine Schnecke.
• Dann wird der Motor 33 in Betrieb gesetzt, so dass die Trommel 29 der Zentrifuge in Umdrehung versetzt wird. Gleichzeitig wird der Zentrifugenkörper nach rechts verschoben. Die Vorschubsgeschwindigkeit der Trommel ist mit der des Tajejikolbens 23 durch eine nicht dargestellte Regelanlage synchronisiert. Die Drehzahl der Trommel ist so gewahlt, dass die Eiskristalle nich beschädig werden. Nach Maßgabe der Verschiebung der Zentrifuge und der von dieser initgenommenen Platte 34 nach rechts gelangt der Sorbett (oder ein zusatzlicher ausgedrückter Teil der Essenzen) durch den Durchlass 25 und den Zwischenraum zwischen dem Einspritzkopf 24 und der Platte 34 in die Zentrifuge, wo er sich in einer dünnen Schicht (von einigen Millimetern) verteilt.
• Wenn die Zentrifuge an ihrem (in wig. 2 strichpunktiert angedeuteten) rechten Hubende ankommt, schliessa gleichzeitig der Arbeitszylinder 27 das Ventil 26, und der Tauchkolben 23 geht nach links zurück, um die Zufuhr des nach sten Einsatzes zu gestatten, worauf die Verschiebung der Zentrifuge umgekehrt wird. Die Zentrifuge geht also nach links. zu rück, wobei sie von der durch den Arbeitszyliiider 35 zurückgedrückten Platte 34 begleitet wird. Während dieser Beweguiig schabt der an seinem Umfang mit einem elastischen Belag veroohene Einspritzkopf 24 die Trommel 29 ab und löst die Eiskristalle ab, welche in den Raum zwischen dem Kopf 24, der Trommel 29 und der Platte 34 fallen. In diesem Stadium werden die Kristalle einem hohen Druck ausgesetzt, welcher sie zu Eisklumpen zusammenbackt und gleichzeitig den Rest der zurückgehaltenen Flüssigkeit austreibt. Diese Flüssigkeit nimmt auch die Trockensubstanz mit.
• Wenn die Zentrifuge so den grossten Teil ihres Rückgangs (z.B. Dreiviertel) durchlaufen hat, wird der Arbeitszylinder 35 schnell nach hinten zurückgeführt (in Fig. 2 nach rechts). Die Platte 34 weicht zurück und öffnet die Zentrifuge. Während des Restes des Ruckgangs der Zentrifuge wirft der Einspritzkopf 24 das Eis aus, welches in einen.Auffangbehälter 40 fällt. Dieses Eis kann zur Zubereitung einer neuen Aufgusemenge benutzt werden, um die Essenzen oder Trockenprodukte zurückzugewinnen, welche es noch enthalten kann.
• Wie man sieht, wird in der Vorrichtung B der Sorbett nacheinander einen statischen Abtropfen in dem Kegel 15, hierauf einer Einspritzung unter niedrigem Druck (welcher bei einem besonderen Beispiel etwa 500 g/cm2 beträgt), hierauf einem Zentrifugieren und schliesslich einem Ausschleuderen unter hohem Druck (von z.B. 4 kg/cm2) unterworfen. Hierdurch werden allmIhlich durch eine illner kräftigere Wirkung die j Essenzen und die festen Produkte von dem Eis geschieden, welches im Zustand von Kristallen und Schuppen bis zu einem vorgeschrittenen Stadium der Scheidung, praktisch bis zum schließlichten Ausschleudern, belassen werden kann. Da das Zentrifugieren allmählich und stets in dünner gleichmässiger Schicht erfolgt, ist seine Wirksamkeit hoch. Die Anlage bleibt trotzdem sehr einfach. Schliesslich ist die auf zuwendende Kälteleistung offenbar erheblich kleiner als bei dem früheren Verfahren, welches ein Gefrieren der Wasser des Ausgangsaufgusses mit einer nachfolgenden Zerkleinerung erforderte.
• Die Vorrichtung C, welche die auf gefangene Flüssigkeit in den Zustand von Trockensubstanz überführen soll, kenn auf bekannte Weise ausgebildet sein und z.B. durch einen Tunnel 41 gebildet werden, in welchem ein Teilvakuum aufrechterhalten wird, und in welchem ein Förderer, z.B. ein Förderband 42, die Flüssigkeit, welche es in dünner Schicht empfängt, vor Heizmitteln vorbeiführt. Die Vorrichtung C vereinigt jedoch zeckmässig, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei zarten von aufeinanderfolgenden verschiedenen Heizmitteln, welche nacheinander auf das Produkt einwirken. Das letzte Heizmittel wird durch einen Sender 43 von Mikrowellen gebildet, welcher den Vorteil hat, Wärme praktisch gleichmässig in der Masse der Substanz zu entwickeln, aber den Nachteil besitzt, teuer zu sein. Das Vorwärmmittel zur Austreibung des grössten Teils der Feuchtigkeit ist anders ausgebildet und hat z.B. die Form eines mit dielektrischen Verlusten bei Hochfrequenz arbeitenden Ofens 44.
• Die Flüssigkeit wird dem Tunnel allmählich durch eine gegebenenfalls mit einem Regelventil 46 versehene leitung 45 zugeführt. Die in der Ieitung 45 enthaltene Flüssigkeit bildet einen Stöpsel und ermöglicht die Aufrechterhaltung des Vakuums in dem Tunnel mittels einer Pumpe 47. Diese ist zweckmässig mit Fallen versehen, welche eine Rückführung der Aromen zu dem Gefäß 10 ermöglichen.
• Eine Anlage der obigen Art kann auch, gegebenenfalls nach Vereinfachung, zur Herstellung von Treckenextrakten von Fruchtsäften, insbesondere von Säften von Südfrüchten, und allgemeiner von Säften benutzt worden, welche mit einem hohen Wasseranteil Essenzen und Trockenprodukte enthalten.

Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung von konzentrierten Extrakten von wasserhaltigen Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten durch Wasserentziehung mit Ä?okühlung des 'rodukts auf eine solche Temperatur, dass das Wasser zu Schuppen oder Kristallen gefriert, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gefrieren aufein'ndrrfolgende Arbeitsgänge zum Einspritzen des das Eis enthaltenden Gemische unter niedrigem Druck in eine Zentrifuge, zum Zentrifugieren des das Eis enthaltenden Gemischs in dünner Schicht, und zum Ausdrücken des das Eis enthaltenden Gemischs unter einem hohen Druck folgen, wobei jeder dieser Arbeitsgänge von dem Auffangen der aus dem Gemisch entreichenden Flüssigkeit begleitet ist, und dass die aufgefangene Flüssigkeit therlsisch konzentriert ird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geiennzeichnet, dass es das Abtropfen des das Eis enthaltenen Gemischs vor der Einspritzung wnfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von pflanzlichen Extrakten, dadurch gekenzeichent, daß die Arbeitsgänge in einer nicht oxydierenden Atmosphäre vorgenommen werden, und dass die schliessliche Konzentration im Vakuum erfolgt, wobei die Dümpfe aufgefangen und zu den wasserhaltigen Ausgangsprodukten zurückgeleitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Konzentration fortgeführt wird, bis man ein pulverförmiges oder schuppenförmiges Ibctrakt erhalt, und zwar gegebenenfalls durch Ervrärmung durch dielektrische Verluste mit Hochfrequenz oder/und mit Mikrowellen.

5. Vorrichtung zur Herstellung von konzentrierten Extrakten von wasserhaltigen Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten durch Wasserentziehung, gekennzeichnet durch eine Gefriervorrichtung (A), welche aus dem wasserhaltigen Produkt einen Sorbett bildet, in welchem sich das Wasser im Zustand von Kristallen befindet, Mittel zur Scheidung des Sorbetts in Eis und in in den Extrakt beizubehaltende Produkte, welche außer gegebenenfalls Llitteln (15) zum quasi statischen Abtropfen Mittel (22, 23) zum Sinspritzen in eine Zentrifuge (29, 30) in dünner Schicht und Mittel zum Extrahieren unter hohem Druck sowie Mittel zum Auffangen dar aus dem Sorbett entweichenden Flüssigkeit umfassen, und Mittel (C) zur thermischen Konzentration der aufgefangenen Flüssigkeit.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheidemittel durch einen doppelwandigen Kegel (15), dessen innenwand kleine Löcher aufweist, gebildete Abtropfinittel umfassen, wobei der Kegel mit Sorbett gespeist wird und mit einem Organ versehen ist, z.B. einer in Umdrohrrng versetzten, in der Achse des Kegels angeordneten Schraube (18), welche rohrförmig sein und kleine Löcher enthalten kann, um den Sorbett zu dem durch die kleine Basis des Kegels gebildeten LUigang desselben vorzuschieben, wobei die Flüssigkeit durch diese Löcher abtropft.

7. Vorrichtung nach Anspuch 5 oder 6, dadurch gekenzeichnet, dEssdie Mittel zum ninspritzen und Zeftrifugieren einen festen Zylinder (22) umfassen, welcher hinten gespeist wird und vorne durch einen mit Verschlußmitteln (26) versehenen Einspritzkopfk (24) in die Trommel (29) einer zu dem Zylinder gleichachsigen Zentrifuge mündet, welcher eine Translationsbewelng längs des Zylinders erteilt werden kann, so dass nacheinander ihre gesamte Längsabwicklung an der Stelle des Einspritzkopfs vorbeiläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkopf (24) einen solchen Durchmesser hat, dass er die Innenwand der Trommel der Zentrifuge abschabt, und dass die Zentrifuge gegenüber dem Einspritzkopf durch eine Platte (34) mit einem Arbeitszylinder (35) geschlossen ist, welcher die Andrückung der Platte an den Körper der Zentrifuge gestattet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge mit Antriebsrnitteln versehen ist, mittels welcher sie axial nacheinander in einem ersten Sinn viährend der Einspritzung des Sorbetts in die Zentrifuge und hierauf in entgegengesetztem Sirup verschoben werden kann, um das von dem Einspritzkopf abgeschabte Eis zwischen diesem und der Platte (34) zu verdichten, und dass der Antriebsarbeitszylinder dieser Platte durch Mittel zur Synchronisierung mit der Verschiebung der Zentrifuge gesteuert wird, derart, dass der Rückgang der Platte und die Öffnung der Zentrifuge erfolgen, wenn diese einen bestimmten Teil ihres Rückgangs durchlaufen hat.

L e e r s e i t e