DE2835519A1

DE2835519A1 - Verfahren zum konzentrieren fluessiger lebensmittel

Info

Publication number: DE2835519A1
Application number: DE19782835519
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Stephanus Maria Oyen; Henricus Alexis Corne Thijssen
Original assignee: Douwe Egberts Koninklijke Tabaksfabriek Koffiebranderijen Theehandel NV
Current assignee: Douwe Egberts Koninklijke Tabaksfabriek Koffiebranderijen Theehandel NV
Priority date: 1977-08-24
Filing date: 1978-08-12
Publication date: 1979-03-01
Also published as: ES472833A1; AU3923178A; NL7709338A; IT7826963A0; IT1098113B; PT68454A; ZA784789B; FR2400851A1

Description

10. August 1978 32 478 B

Douwe Egberts Konlnklijke Tabaksfabriek-Koffiebranderljen-Theehandel B.V. Slaehtedijk 16-19 - Joure - Niederlande

Verfahren zum konzentrieren flüssiger Lebensmittel

Bei flüssigen Lebensmitteln wie Säften und Extrakten pflanzlichen Ursprungs ist es oft gewünscht, ein Konzentrationsverfahren anzuwenden, damit Verpackungs-, Transport- und Lagerungskosten herabgesetzt und/oder die Haltbarkeit vergrössert und/oder weitere Verarbeitung vereinfacht werden. Beispiele sind allerhand, gegebenenfalls gegärte, Fruchtsäfte und Kaffee-Extrakt. Ein häufig angewendetes Konzentrationsverfahren umfasst den Gebrauch eines Verdampfers, der mit Dampf erhitzt wird, oft unter vermindertem Druck. Aus Gründen der Wärmewirt schaft werden bevorzugt Mehrfach-Verdampfer mit Dampfrekompression angewendet.

Eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren Ist, dass verhältnlsmässig flüchtige Aromabestandteile mit dem zu entfernenden Fasser mitverdampfen und verlorengehen» Allgemein bekannt Ist ein Verfahren, bei dem die flüchtigen Aromabestandteile zuerst aus der zu behandelnden Flüssigkeit entfernt werden durch Einwirkung von direktem Dampf. Die flüchtigen Aromabestandteile werden dann vom Dampf mitgenommen. Dieses Verfahren kann in machen Fällen mit Verhältnismassig wenig Dampf durchgeführt werden, so dass nach dessen Kondensation die Aromastoffe In verhältnismassig konzentriertem Zustand erhalten werden. Die erhaltenen wässrigen Losungen (gegebenenfalls Emulsion) der Aromastoffe ist

909809/0879

durchweg nicht mehr als 1-10$ der eingedampften Ausgangsflüssigkeit. Wenn man daher das Aromakonzentrat zu der eingedampften Ausgangsflüssigkeit gibt, wird diese nur wenig verdünnt.

Die vorerwähnte Behandlung mit direktem Dampf wird "Strippen" genannt.

Obiges gilt, wenn die zu gewinnenden Aromabestandteile eine grosse relative Flüchtigkeit besitzen, wie z.B. beim Strippen von Kaffee-Extrakt. Eine andere Situation ergibt sich, wenn die Aromabestandteile eine erheblich geringere relative Flüchtigkeit besitzen, wie z.B. bei vielen Fruchtsäften. Die dann benötigte Dampfmenge ist oft viel grosser, so dass zum Erhalten einer konzentrierten Aromalösung (oder -emulsion), die bei Zugabe zu der eingedampften Flüssigkeit diese nicht erheblich verdünnt, eine Weiterbehandlung der gestrippten Aromabestandteile nötig sein kann.

Nach dem Strippen kann noch eine weitere Konzentrierung der Aromabestandteile in einer Destillationskolonne erhalten werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass der mit Aromabestandteilen beladene Dampf direkt in eine solche Kolonne eingeführt oder zuerst kondensiert und danach eingeführt wird.

Zum Strippen und Destillieren kann eine Füllkörperkolonne (z.B. mit Raschigringen) oder eine Kolonne mit "Tellern" verwendet werden.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, Strippen und Destillieren in einer Destillationskolonne zu kombinieren, wobei der untere Teil der Kolonne als Stripper dient. Das bedeutet also, dass die Speisung direkt in die Destillationskolonne eingeführt wird.

Das Torbeschriebene wird in den nachfolgenden Beispielen noch näher verdeutlicht. Es kann auch auf folgende Literatur hingewiesen werden: allgemein über Destillieren, Rektifizieren, Strippen usw. Perry "Chemical Engineers Handbook", 5th ed. 1973, sections 13 und 18, Aromagewinnung insbesondere: J.L. Bomben, S. Bruin, H.A.C. Thijssen und E.L. Merson: "Aroma recovery and retention in concentration and drying of foods", "Advances in Food Research", volume 20-(1973), pg. 1-111.

Normalerweise werden die zwei Verfahren, die bei der Konzentration der diesbezüglichen flüssigen Lebensmittel eine Rolle spielen, nämlich die Aromagewinnung und die Eindampfung in technologischem Sinne, als zwei mehr oder weniger

909809/0879

getrennte Verfahren behandelt. Die Anmelderin hat nun gefunden, dass durch eine weitgehende Integration des Aromagewinnungs- und Eindampfprozesses eine wesentliche Energieersparnis erzielt werden kann.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Konzentrieren flüssiger Lehensmittel wie Säfte und Extrakte pflanzlichen Ursprungs, wobei das Eindampfen in einem mit Dampf erhitzten Mehrfach-Verdampfer kombiniert wird mit der Gewinnung flüchtiger Aromabestandteile durch Strippen, mit anschliessender Destillation mit Hilfe von direktem Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf für die Gewinnung der flüchtigen Aromabestandteile gänzlich aus dem sich im Verdampfer entwickelnden Dampf erhalten wird.

Die Gewinnung der Aromabestandteile erfolgt, wie oben schon gesagt, durch ein Strippverfahren, "bei dem die Aromabestandteile aus der zu konzentrierenden Flüssigkeit durch Dampf mitgenommen werden, worauf im allgemeinen ein Destillationsverfahren des erhaltenen Dampf-Aromagemisches folgt.

Die Gewinnung von Aromahestandteilen durch die Mitnahme dieser Bestandteile durch Dampf in einer "besonderen Strippkolonne kann nach einigen Ausführungsformen der Erfindung, wie aus dem Nachstehenden hervorgehen mag, auch dadurch erfolgen, dass man den Dampf aus einigen Verdampferkorpern (eines Mehrfach-Verdampfersystems), wo der Prozessstrom der einzudampfenden Flüssigkeit noch reich an Aromastoffen ist, separat auffängt.

Wir werden auch diese Weise der Mitnahme der Aromastoffe im Nachfolgenden unter den allgemeinen Begriff "Stripping" fallenlassen. Es wurde schon angedeutet, dass Stripping auch im unteren Teil einer Destillationskolonne stattfinden kann.

Die Integration von Eindampfung und Aromagewinnung, wie oben beschrieben, kann in vielen Weisen zustande gebracht werden. Es wird viel abhängen von der effektiven relativen Flüchtigkeit <ρζ ) der diesbezüglichen Aromabestandteile und der Vollständigkeit, mit der man die Gewinnung erfolgen lassen will. Für die Definition der effektiven relativen Flüchtigkeit wird auf Bomben et.al. (schon genannt) hingewiesen.

Bei einer erfindungsgemässen Vorzugsausführungsform wird der bei der Aromagewinnung erhaltene Kopfdampf völlig, wenigstens grösstenteils, wieder als Erhitzungsmedium beim Eindampfprozess verwendet. Wie auch aus dem Vorerwähnten folgt, kann der bei der Aromagewinnung erhaltene Kopfdampf sowohl aus dem

909809/0879

Stripper als auch aus der Destillationskolonne stammen.

Der Kopf dampf kan als Erhitzungsmedium bei der Konzentration der zu konzentrierenden Flüssigkeit angewendet werden, sowohl durch Verwendung "bei der Vorerhitzung der zu. konzentrierenden Flüssigkeit als auch durch Verwendung in einem oder mehreren der Verdampferkörper des Verdampfers.

Bei einer erfindungsgemässen Vorzugsausführungsform wird,in Gegenwart eines separaten Strippers, der Kopf dampf aus dem Stripper einem der Verdampferkörper zugeführt. Das darin entstehende Kondensat wird der Destillationskolonne zur weiteren Konzentration der Aromabestandteile zugeführt. Auf dem Wege vom Stripper zum Verdampferkörper kann der Dampf noch mit der Speisung der zu konzentrierenden Flüssigkeit in Wärmeaustausch gebracht werden, aber bei weitem der grösste Teil des Wärmeinhalts dieses Dampfes wird doch in einem Verdampferkörper dienen.

Bei einer anderen erfindungsgemässen Vorzugsausführungsform wird kein separater Stripper verwendet. Dabei wird Dampf (gegebenenfalls nach Kondensation wohl oder nicht als Erhitzungsmedium in einem folgenden Verdampferkörper verwendet) aus einem Prozessstrom derjenigen Verdampferkörper, in denen dieser Strom noch reich an Aromabestandteilen für Aromakonzentration ist, der Destillationskolonne für Gewinnung und Konzentration von Aromabestandteilen zugeführt.

Selbstverständlich wird stets das Kondensat des Kopfdampfes aus der Destillationskolonne, gegebenenfalls gebildet bei Verwendung dieses Dampfes als Erhitzungsmedium in einem oder mehreren der Verdampferkörper, als Rückfluss in dieser Kolonne verwendet.

Bei allen oben besprochenen Prozessen ist übrigens zu beachten, dass, in Gegenwart sehr flüchtiger Aromastoffe, die Inertgase, die, ursprünglich gelöst in der Speisung oder Durch Unterdruck in die Anlage durch Leckverluste hineingedrungen, aus dem ganzen System zu entfernen sind, noch genügend reich an diesen Aromastoffen sein können, um einen Kontakt dieser Gase mit der gekühlten konzentrierten Flüssigkeit in einer separaten Absorptionskolonne gewünscht zu machen. Auf diese Weise können die obengenannten, sehr flüchtigen Aromastoffe in die konzentrierte Flüssigkeit absorbiert werden und so erhalten bleiben.

Die Erfindung wird anhand einiger Beispiele mit zugehörigen Figuren erläutert. Zum richtigen Verständnis des Prozesses sind im Text und/oder in der Legende

909809/0879

-X-

zu jeder dieser Figuren die Werte der wichtigen Prozessparaineter angegeben, sowie auch die erreichte Dampfersparnis im Vergleich mit der Situation, "bei der in hergebrachter Weise die Aromagewinnung und die Konzentration der Flüs sigkeit integriert werden.

BEISPIEL 1

Konzentrierung von Fruchtsaft, "Concord grape juice", von 10-70% gelöstem Stoff, "basiert auf einer Wasserentfernungskapazität von 1000 kg/Stunde. Ausführung: Einkörper—Verdampfung in einem Fallstromverdampfer mit Aromagewinnung mittels einer Stripp- und Destillationskolonne.

Sehr flüchtige Aromabestandteile werden noch gewonnen (absorbiert) in einer Absorptionskolonne mit Hilfe von gekühltem Konzentrat. Aromas mit einer relativen Flüchtigkeit^ 3 werden zu 90% gewonnen. Das heisst, dass der wichtigste Aromabestandteil In Concord grape juice, Methyl-anthranilat mit einer relativen Flüchtigkeit von 3,33, nahezu völlig gewonnen wird (H.A.C. Thijssen, "Concentration processes for liquid foods containing volatile flavours and aromas", J. Fd. Technol. (1970) 5, 211-229). Die Integration des Aromagewinnungsprozesses mit dem Verdampfungsprozess derart, dass aller Dampf für Aromagewinnung dem Verdampfungsprozessteil dadurch entzogen wird, dass neben der Strippkolonne auch die Destillationskolonne mit direktem Dampf aus dem Verdampferkörper gespeist wird, ergibt eine Dampfersparnis von 195, also rund 200 kg/Stunde pro Tonner&apazltät Wasser entfernung. Auf diese Weise wird der Dampfverbrauch pro Tonnenkapazität Wasserentfernung 625 kg/Stunde; Differenz gegenüber der herkömmlichen Ausführung ca. 25$.

Strom Umschreibung Menge Temp. C

Legende

Nr. kg/Stunde

1 · Speisung zum Stripper - HO IO5O

- gelöster Stoff 117

- insgesamt 1167 5 Speisung wird aufgewärmt durch

a) Verwendung des Stripper-Kopfkondensators als (erster)

Speisungsvorwarmer 5 —^ 50

b) Verwendung des Kondensatkühlers (im Strom 17) als (zweiter) Speisungsvorwarmer 50—^ 62.

909809/0879

Strom
Nr.

Ums ehreibung

Menge kg/Stunde

Temp. °C

2 Bodenprodukt -vom Stripper zum Verdampferkörper (aroma-arm) 1197 68

Teil des Kopfproduktes des Verdampfers

als direkter Dampf zum Stripper (Strippdampf) 380 68 k Stripper-Kopf dampf (aromareich.) nach

zwischenzeitlicher Kondensation u.a. im Speisungsvorwärmer zur Destillationskolonne

Teil des Kopfproduktes des Verdampfers als direkter Dampf zur Destillationskolonne Kopfprodukt der Destillationskolonne zum Kondensator

Rückfluss zur Destillationskolonne Aromakonzentrat, nach Abkühlung 25 -> 5 C Bodenprodukt der Destillationskolonne (Wasser)

Bodenprodukt des Verdampfers, Speisung des Absorbers nach Rückkühlung 68—^5 C Bodenprodukt des Absorbers, Konzentrat Produktstrom

- Wasser

- gelöster Stoff

Nicht kondensierte Aromas + Inertgas zum Absorber

Kopfprodukt (inert) des Absorbers und Anschluss zum Vakuumsystem

1U Teil des Kopfproduktes des Verdampfers für Wiederverwendung zum Dampfrekompres-

sionssystem (Dampfejektor) 1*25 68

15 Frische Dampfspeisung über Dampfejektor zur Anlage (=Dampfverbrauch pro Tonnenkapazität Wasserentfernung) | 6251 170

16 Dampf vom Ejektor zum Verdampfer 1050 110

17 Kondensat vom Verdampfer zum Speisungsvorwärmer 1050 110

350	62
195	68
175	62
163	25
12	5
533	68
197	5
167	5
50(30$)	5
17(70Ϊ)	5
18	25
18	5

909809/087

BEISPIEL 2

Konzentrierung von Fruchtsaft von 10-70$ gelöstem Stoff, basiert auf einer Wasserentfernungskapazität von 1000 kg/Stunde.

Ausführung: Dreikörper-Verdampfung in Fallstromverdampfern mit Aromagewinnung; Speisung (Prozessflüssigkeitsstrom) im Gegenstrom mit Dampf (Erhitzungsmedium); Aromagewinnung mittels einer Stripp- und einer Destillationskolonne. Sehr flüchtige Aromabestandteile werlen noch gewonnen in einer Absorptionskolonne mit Hilfe von gekühltem Konzentrat. Aromas mit einer relativen Flüchtigkeit ^ werden zu 90% gewonnen. Das heisst, dass der wichtigste Aromabestandteil in z.B. Concord grape juice, Methyl-anthranilat mit einer relativen Flüchtigkeit von 3,33, nahezu völlig gewonnen wird (H.A.C. Thijssen, "Concentration processes for liquid foods containing volatile flavours and aromas", J. Fd. Technol. (19TO) 5, 211-229). Zur Vereinfachung wurden Wärmeaustauscher für Speisungsvorwärmung usw. nicht in das einschlägige Prinzipschema aufgenommen. Die Integration des Aromagewinnungsprozesses mit dem Verdampfungsprozess durch Speisung der Destillationskolonne mit direktem Dampf aus einem Verdampferkörper (zweiter Körper) und die Wiederverwendung des Stripperkopfproduktes als Erhitzungsmedium in einem Verdampferkörper (der zweite Körper ist zugleich der Kopfkondensator der Strippkolonne) ergibt eine Dampfersparnis von 350 + 195j also rund 550 kg/Stunde pro Tonnenkapazität Wasserentfernung. Auf diese Weise wird der Dampfverbraueh pro Tonnenkapazität Wasserentfernung ^20 kg/Stunde; Differenz gegenüber der herkömmlichen Ausführung ca. 55$.

Legende

Strom Umschreibung

1 Speisung zum Stripper - H_?0

- gelöster Stoff

- insgesamt

2 Bodenprodukt des Strippers zum Verdampfer, dritter Körper (aroma-arm)

3 Stripperkopfprodukt (aromareich) als Erhitzungsmedium zum zweiten Körper des

Verdampfers 350 62

k Dampf (Erhitzungsmedium) zum dritten Verdampfer (= Teil des Kopfproduktes des

zweiten Körpers) 125 52

909809/0879

Menge	Temp. °C
kg/Stunde
1050
117
1167	62
1197	68

-r-

Strom

Umschreibung

Menge
kg/Stunde

Temp. C

5 Kondensat des dritten Körpers des Verdampfers 125 52

6 Kopf produkt des dritten Körpers des

Verdampfers zum Kondensator I50 h2

T Bodenprodukt des dritten Körpers des

Verdampfers (Speisung des zweiten Körpers) 1(AT ^-2

8 Bodenprodukt des zweiten Körpers des

Verdampfers (Speisung des ersten Körpers) 727 52

9 Kopfprodukt des zweiten Körpers des

Verdampfers 320 52

10 Teil des Kopfproduktes des zweiten
Körpers des Verdampfers, direkter Dampf zur
Destillationskolonne 195 52

11 Speisung der Destillationskolonne (= Kondensat des zweiten Körpers des Verdampfers aus

dem Stripperkopfprodukt 350 52

12 Bodenprodukt der Destillationskolonne

(Wasser) 533 52

13 Kopfprodukt der Destillationskolonne zum

Kondensator 175 ^6

TU Rückfluss zur Destillationskolonne I63 25

15 Aromakonzentrat 12 5

16 Nicht kondensierte Aromas + Inertgas

zum Absorber 18 25

17 Bodenprodukt des ersten Körpers des Ver- I67 68 dampfers (Speisung des Absorbers); nach

Rückkühlung zu: 5

18 Kopfprodukt des ersten Körpers des Verdampfers 560 68

19 Teil des Kopf produktes (18) als direkter Dampf

zum Stripper 38o 68

20 Teil des Kopfproduktes (18) für Wiederverwendung zum Dampfkompressionssystem (Dampf-

. ejektor) I80 68

21 Frischdampfspeisung über Dampfejektor zur Anlage (= Dampfverbrauch pro Tonnenkapazi.-

tät Wasserentfernung) ^20 I70

909809/0879

Strom Umschreibung Menge Temp. C

Hr. kg/Stunde

22 Dampf vom Ejektor zum ersten Körper 600 110 des Verdampfers

23 Kondensat des ersten Körpers des Verdampfers 600 110

2k Bodenprodukt des Absorbers; Konzentrat

Produktstrom I67 5

- Wasser 50(30$)

- gelöster Stoff 117(70$) 25 Kopfprodukt des Absorbers (Inertgas)

und Anschluss zum Vakuumsystem 18 5

BEISPIEL 3

Ausführung: Dreikörper(gegenstrom)verdampfung in Fallstromverdampfern mit Aromagewinnung mittels des separaten Auffanges der Kopfprodukte aus jenen zwei Körpern der Eindampfanlage, wo der Prozessstrom noch reich an Aromabestandteilen ist, und das Konzentrieren dieser Aromas in einer Destillationskolonne. Sehr flüchtige Aromas werden noch gewonnen in einer Absorptionskolonne mit Hilfe von gekühltem Konzentrat. Aromas mit einer relativen Flüchtigkeit ^N 3 werden zu 75$ gewonnen. Zur Vereinfachung wurden Wärmeaustauscher für Speisungsvorwärmung usw. nicht in das einschlägige Prinzipschema aufgenommen. Die Integration des Aromakonzentrierungsprozesses mit dem Verdampfungsprozess durch Speisung der Destillationskolonne mit direktem Dampf aus einem Verdampf erkörper (erster Körper) und durch Verwendung des Kopfproduktes der Destillationskolonne seinerseits als Erhitzungsmedium in einem folgenden Verdampferkörper (der zweite Körper des Verdampfers ist zugleich der Kopfkondensator der Destillationskolonne) ergibt eine Dampfersparnis von 295, also rund 300 kg kg/Stunde pro Tonnenkapazität Wasserentfernung. Auf diese Weise wird der Dampfverbrauch pro Tonnenkapazität Wasserentfernung 3^0 kg/Stunde; Differenz gegenüber der herkömmlichen Ausführung von ca.

909809/0879

-χ-

Legende

Ums ehre ibung

2835519	Menge	Temp. °C
kg/Stunde
1050	50
117
II67
225	1*0
9^2	to
692	52

250

275

Speisung der Verdampfungsanlage -H₂O

- gelöster Stoff

- insgesamt

Kopfprodukt des dritten Körpers des Verdampfers über Kondensator zur Destillationskolonne

3 Bodenprodukt des dritten Körpers des Verdampfers (Speisung des zweiten Körpers)

k Bödenprodukt des zweiten Körpers des Verdampfers (Speisung des ersten Körpers) Kopfprodukt des zweiten Körpers des Verdampfers zum dritten Körper des Verdampfers als Erhitzungsmedium

Kondensat des dritten Körpers des Verdampfers aus dem Kopfprodukt des dritten Körpers, als Speisung zur Destillationskolonne Strom (2) + (6) als Speisung zur Destillationskolonne

Kopfprodukt des ersten Körpers des Verdampfers Teil des Kopfproduktes des ersten Körpers des Verdampfers als direkter Dampf zur Destillationskolonne

Bodenprodukt der Destillationskolonne Kopfprodukt der Destillationskolonne zum Kondensator (zweiter Körper des Verdampfers) Teil des Kondensats des zweiten Körpers des Verdampfers als Rückfluss zur Destillationskolonne

Aromakonzentrat;
Kühlung nach

i+ Nicht kondensierte Aromas + Inertgas zum Absorber

Bodenprodukt des ersten Körpers des Verdampfers zum Absorber; nach Rückkühlung zu

VT5	h5
525	68
295	68
758	68

263	62
12	62
	5
20	62
167	68
	5

909809/0879

Claims

AKSPRÜECHE

1. Verfahren aum Konzentrieren flüssiger Lebensmittel wie Säfte und Extrakte pflanzlichen Ursprungs» wobei das Eindampfen in einem mit Dampf erhitzten Mehrfach-Verdampfer kombiniert wird mit der Gewinnung flüchtiger Aroma-■fees-tandteile durch Strippen, mit ansehliessender Destillation» mit Hilfe von direktem Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf für die Gewinnung der flüchtigen Aromabestandteile gänzlich aus dem sich im Verdampfer entwickelnden Dampf erhalten wird.

2« Verfahren nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, dass der durch Strippen erhaltene Dampf vor der Destillation einem Xondensationsprozess unterzogen wird.

3- Verfahren nach Ansprüchen 1-2» dadurch gekennzeichnet, dass der heim Strippen und Destillieren als Kopfprodukt erhaltene Dampf ganz oder grösstenteils in einem oder mehreren der Verdampf erkorper als Erhitzungsmedium verwendet wird»

k* Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strippen in einem oder mehreren der Verdampferkorper durchgeführt wird, und in denjenigen, in denen der Prozessstrom, der zu konzentrierenden Flüssigkeit noch reieh an Aromahestandteilen ist.

ORiGiNAL INSPECTED