DE3844748C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren von insbesondere in Behältern befindlichen Lebensmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren von insbesondere in Behältern befindlichen Lebensmitteln, mit Kammern für Erwärmung, Sterilisieren und Abkühlen unter Einführen von Wasserdampf in wenigstens eine dieser Kammern.

Bei einem bekannten vertikal bauenden Verfahren (DE-AS 16 17 987) wird der entsprechende Wasserdampfdruck in getrennten Kolonnen durch hydrostatischen Wasserdruck erhalten, die Beaufschlagung wird mehrmals wiederholt. Wasser und Wasserdampf haben aber unterschiedliche Wärmeübergangszahlen. Dies macht das Verfahren weniger sicher und von der technischen Seite her komplizierter. Beim Durchgang von Lebensmitteln durch vertikale Kolonnen wird der Druck zudem völlig abhängig von der Wassersäulenhöhe ständig geändert.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich ein gleichmäßigeres Produkt ergibt und eine Sterilisation direkt mit Dampf ebenso wie Druckerhöhungsschwankungen vermieden werden.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren von in Behältern befindlichen Lebensmitteln, wobei die Behälter durch horizontale Kammern für Erwärmen, Sterilisieren und Abkühlen geführt werden und die Kammern durch auf- und abfahrbare Trenntüren voneinander getrennt werden, das sich auszeichnet durch die Maßnahmen des Anspruchs 1.

Beim Horizontaltransport gemäß der Erfindung befinden sich die Lebensmittel in ihren Behältern immer im Wasser und immer unter dem gleichen Druck, der sich mit Hilfe der hydrostatischen Gefäße konstant einstellt. Somit ist das Wärmeübertragungsmedium immer nur Wasser, was zu einem gleichmäßigen Wärmeübergang im Verlauf des Sterilisationsprozesses führt.

Um mit der Sterilisierung die Mikroorganismen, beispielsweise Clostridium Botulinum, zu vernichten, d. h. ausgesprochene "Nahrungsmittelgiftmörder", werden die Lebensmittel der Erhitzung bei einer Wassertemperatur bis 120°C unterworfen, was einem Druck von ca. 2 bar entspricht.

Ist andererseits die Konserve nach der Sterilisierung nicht genug abgekühlt, kann sie sich deformieren, öffnen oder kann, wenn Druckschwankungen auftreten, brechen. Häufig tritt dies bei Sterilisiervorrichtungen, besonders in der Übergangsphase von der Erhitzung zur Abkühlung ein, wobei es sehr schwer ist, den konstanten Druck zu regulieren.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung werden diese Schwankungen einerseits, Druckveränderungen während des Prozesses andererseits, vermieden, weil die erhöht angeordneten hydrostatischen Gefäße immer den gleichen Druck in der kontinuierlich arbeitenden Horizontalvorrichtung aufrecht erhalten.

Gelöst wird dies Problem auch nicht mit einem anderen Verfahren vertikaler Bauart (DE-PS 21 44 778), wo der Betriebsdruck zwar ebenfalls mittels hydrostatischen Drucks, aber in einem hohen Vertikalgefäß reguliert wird, was neben einer groben Wassermenge eine Reihe getrennter Vertikalkolonnen erforderlich macht. Nach der bekannten Konstruktion baut diese groß, schwer und teuer. Bei Durchgang der Lebensmittel durch die Vertikalkolonnen ändert sich ständig der hydrostatische Druck, außerdem lösen sich Dampf und Wasser als Wärmeübertragungsmedium ab. Beides kann zu zusätzlichen Schwierigkeiten im technologischen Verfahren, wegen der Änderung des Drucks einmal, wegen der Änderung des Wärmeübertragungsmediums zum anderen, führen. Dabei ist noch das Transportband, das Lebensmittel durch die Vertikalkolonnen transportiert, sehr lang und verlangt einen erheblichen Energieaufwand. Das Gewicht und der Preis des Verfahrens sind stark erhöht.

Gegenüber diesem bekannten Stand der Technik wird durch das Verfahren nach der Erfindung wesentlich weniger Wasser benötigt, zwei verhältnismäßig dünne Rohre liefern den konstanten Druck (2 bar) mit Hilfe der entsprechend (20 m) hoch angeordneten hydrostatischen Gefäße. Es sind nur horizontale Transportbänder und diese sehr kurzer Bauart erforderlich. Deren Energieverbrauch ist gering. Sie sind nur kurzzeitig im Betrieb, wenn die Lebensmittelchargen von der einen zur anderen Kammer überführt werden. Es gibt immer nur ein Wärmeübergangsmedium, nämlich Wasser, folglich hat man es immer nur mit ein und der gleichen Wärmeübergangszahl zu tun; der technologische Prozeß ist ausgeglichen, die Ausführung vereinfacht.

Eine bekannt gewordene Vorrichtung zum Sterilisieren von Lebensmitteln (DE-PS 28 46 895) besteht aus einem groben Topf mit horizontalem Tellerteil. Diesem werden die Lebensmittel in geöffneten Gefäßen spiralartig zugeführt. Die Sterilisierung wird bei Wechselwirkung von Vakuum und überhitztem Wasserdampf unter Druck durchgeführt. Nach beendigter Sterilisierung werden die Lebensmittel aus der auf dem Horizontalteller ausgebildeten Spirale ausgetragen, das Verschließen erfolgt unter aseptischen Bedingungen, bevor die Lebensmittel die Vorrichtung verlassen. Dieses Verfahren ist ziemlich kompliziert, weil die die Lebensmittel enthaltenden Gefäße erst am Ende des Prozesses verschlossen werden, wodurch es schwerfällt, die Sterilität sicher zu garantieren, die aber von größter Bedeutung für den gesamten Prozeß ist. Außerdem darf der Wasserdampf keine zusätzlichen Bestandteile zur Kesselwasserenthärtung enthalten, weil er ja in direkten Kontakt mit den Lebensmitteln kommt. Der Erfolg hängt hier von mehreren technischen Begrenzungen ab. Die Vorrichtung ist unvermeidlich kompliziert und teuer. In der Vorbereitungsphase werden die Gefäße mit Lebensmitteln gefüllt, danach werden sie sterilisiert, verlassen die Sterilisierungseinrichtung und werden somit unter aseptischen Bedingungen verschlossen, die Vorrichtung wird entleert und in die Vorbereitungsphase gebracht. Ein Gefäßinnendruck wird zwar vermieden, weil dieses nicht geschlossen ist. Die technischen Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung aseptischer Bedingungen in dem Abschnitt der Vorrichtung, wo diese geschlossen werden, sind aber zu grob.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird demgegenüber auch jede Wartezeit vermieden, weil das kontinuierliche Verfahren schneller abgewickelt werden kann, da alle drei Phasen, nämlich Vorbereitung, Sterilisierung und Abkühlung gleichzeitig in drei nachgeschalteten Kammern ablaufen.

Weiterhin treten in die Horizontalvorrichtung gemäß der Erfindung bereits hermetisch verschlossene Gefäße mit Lebensmitteln ein, so daß keine zusätzliche Verseuchungsgefahr heraufbeschworen wird. Außerdem ist der Lineartransport bedeutend einfacher, verglichen mit dem Spiralteller begrenzter Kapazität, der wechselweise, zunächst in Abfüllrichtung und dann in Entleerungsrichtung rotiert.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, die deren Prinzip deutlich werden läßt, soll nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Diese stellt einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform der Horizontalvorrichtung für kontinuierliche Lebensmittelsterilisierung dar.

Im kontinuierlichen Sterilisierungsprozeß, der laufend in den Kammern 1, 2 und 3 abläuft, befinden sich gleichzeitig drei verschiedene Lebensmittelchargen, von denen die erste sich in der Vorbereitungsphase, die zweite in der Sterilisierungsphase und die dritte in der Abkühlphase befinden. Alle drei Phasen werden untenstehend getrennt beschrieben.

Die Aufwärmkammer 2 soll zunächst auf Betriebstemperatur gebracht werden, was man wie folgt erreicht: zuerst werden mit Hilfe von Elektromotoren 5 mit Untersetzergetriebe 6 beide Trenntüren 4 abgesenkt; danach wird die Kammer 2 aus dem hydrostatischen Gefäß 3 über eine Leitung 7 und durch Öffnung des Ventils 27 mit Wasser gefüllt. Infolge des hydrostatischen Drucks wird gleichzeitig auch das Aufwärmungshauptgefäß 18 gefüllt, in welchem eine geringere Luftmenge zum Druckausgleich unter der beispielsweise flexiblen Membranfeder zurückbleibt.

Dabei schließt der hydrostatische Druck, der durch Wirkung des erhöht angeordneten Gefäßes 8 verursacht wird, beide Türen 4 hermetisch. Jetzt wird die Umlaufpumpe 17 eingeschaltet; Kesseldampf wird durch die Heizdampfdüse 11 zugeführt, so daß Wasser über das Rohr 20 tangential in die Kammer 2 eingeführt wird. Die gewünschte Temperatur wird mit Hilfe der üblichen Temperaturregelautomatik erhalten, welche die Dampfzufuhr über die Düse 11 steuert. Es kann nicht zur Wasserverdampfung kommen, weil das hydrostatische Gefäß 8 den Betriebsdruck bei Sättigungstemperatur an der Grenzlinie hält. Um mit der Sterilisierung die Mikroorganismen, beispielsweise Clostridium Botulinum, zu vernichten, werden die Lebensmittel der Erhitzung bei Wassertemperaturen bis 120°C, was einem Druck von 2 bar entspricht, unterworfen.

Die Vorkammer 1 wird gefüllt, nachdem die Aufnahmekammer 2 auf Betriebstemperatur (Sterilisierungstemperatur) gebracht wurde. Die Vorkammer 1 wird mittels eines in dieser angeordneten endlosen Horizontalförderers 23 mit der vorbereiteten Lebensmittelcharge 21 gefüllt, die Eingangstür 22 geschlossen. Die in dieser Vorberei­ tungskammer zurückgebliebene Luft wird allmählich mittels Wasser nach oben verdrängt und über das Entlüftungsventil 16 abgelassen. Das in die Vorkammer 1 strömende Wasser soll warm sein, damit später beim Öffnen der Trenntür 4 die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Kammern um so niedriger ist. Dieses Warmwasser kommt aus dem Hilfsheizgefäß 10, welches vermittels der Dampfdüse 11 erwärmt wird. Es handelt sich bei der Erhitzung des Gefäßes 18 wie des Gefäßes 10 um Dampf, der aus ein und der gleichen Leitung abgezweigt wurde. Zum Schutz gegen hydraulische Stöße dient zum Druckausgleich in den Kammern 1 und 2 das Ausgleichsgefäß 15, das ebenfalls mit Wasser gefüllt ist; das Restluftkissen macht den hydraulischen Stoß gegen Ende des Füllvorgangs zunichte. Alles ist jetzt zur Übertragung der Lebensmittelcharge 21 in die nächste Phase, die Sterilisierungsphase in der Kammer 2, bereit.

Die erste Überführung der Lebensmittelcharge in die Phase der Sterilisierung wird ausgeführt, nachdem der Druckausgleich in den Kammern 1 und 2 ähnlich wie bei einem U-Boot hergestellt ist. Wird die erste Trenntür 4 mittels eines Elektromotors 5 mit Untersetzergetriebe 6 geöffnet, werden die Lebensmittel 21 durch beide Förderer 23 aus der Vorkammer 1 in die Aufwärmkammer 2 transportiert. Nach dieser Überführung der Lebensmittelcharge 21 wird die erste Trenntür 4 geschlossen, hernach das Wasser aus der Vorkammer 1 vermittels des Ventils 28 abgelassen, vorher jedoch das Einlaufventil 26 geschlossen. Während der Entleerung kommuniziert das Entlüftungsventil 16 mit der Umgebungsluft und erleichtert die Wasserausströmung aus der Kammer 1. Nachdem die gesamte Wassermenge abgelaufen ist, kann die Eingangstür 22 wieder geöffnet werden, um mit einer weiteren Lebensmittelcharge neu beaufschlagt zu werden.

Die Lebensmittelsterilisierung erfolgt nun in der Heizkammer 2; die erforderliche Temperatur wird mittels der Dampfdüse 11 und der Umwälzpumpe 17 erhalten. Die entstehenden Luftkissen machen zusammen mit der Wirkung der flexiblen Feder, beispielsweise Membran, alle Druckschwankungen zunichte, die infolge des thermodynamischen Expansionsprozesses, der Kondensation, des Mischens, wenn der Dampf mit erhöhter Temperatur und Druck aus der Düse 11 ins Wasser mit niedrigerer Temperatur und Druck direkt einperlt, entstehen. Inzwischen erhält man einen konstanten Druck aufgrund des erhöht angeordneten hydrostatischen Gefäßes während des gesamten Prozesses. Der Höhenunterschied zwischen der Anordnung der beiden hydrostatischen Gefäße 8 und 12 beträgt etwa 1 m zugunsten des Gefäßes 8.

Die Füllung der Kammer 3 mit Wasser erfolgt, nachdem die erforderliche Sterilisierungszeit in der Aufwärmkammer 2 vergangen ist, wobei die Vorbereitungskammer 1 schon früher mit Lebensmitteln und warmem Wasser gefüllt wurde. Um Heißwasser in der Kammer 2 zu erhalten, wird die Kammer 3 zuerst mit Heißwasser aus dem Hilfsheizgefäß 10 über das Rohr 25 und Einlaufventil 26 gefüllt. Die Heißwasserfüllung oder der Druckausgleich in den Kammern 1 und 3 können während des kontinuierlich ablaufenden Prozesses durchgeführt werden.

Die zweite Überführung der eingedosten Lebensmittel erfolgt nach dem Druckausgleich in sämtlichen drei Kammern. Beide Trenntüren 4 öffnen gleichzeitig mittels des Elektromotors 5 mit Untersetzergetriebe 6. Gleiche horizontale Endlosförderer wie in der Kammer 1 sind auch in den Kammern 2 und 3 vorhanden. Sind beide Türen 4 geöffnet, so werden alle drei Förderer 23 eingeschaltet und die schon vorbereitete Lebensmittelcharge 21 tritt aus der Vorwärmkammer 1 in die Aufheizkammer 2 ein, die bereits sterilisierte Charge aus der Aufheizkammer 2 geht in die Kühlkammer 3. Ist die Überführung der Lebensmittel beendet, so werden beide Trenntüren 4 geschlossen. Dabei spielt das zweite Abgleichgefäß 15 mit Entlüftungsventil 16 die gleiche Rolle wie das Ab- oder Ausgleichsgefäß 15 beim Füllen der Vorkammer 1.

Die Abkühlung der unter Druck befindlichen Lebensmittelcharge in der Kammer 3 beginnt mit Öffnung des Einlaßventils für Kaltwasser 29, welches das Rückschlagventil 14 und das Ventil 27 durchströmt, wobei das Einlaßventil 26 dann zunächst beschlossen wird. Das Kühlwasser strömt weiter über das Rohr 13 ins zweite hydrostatische Gefäß 12, welches etwas niedriger, beispielsweise um einen 1 m, als das hydrostatische Gefäß 8 angeordnet ist.

Auf diese Weise erzielt man eine ganz geringe Druckdifferenz zwischen den Kammern 3 und 2 und sichert die Dichtung an der zweiten Trenntür 4. Man vermeidet so auch eine Vermischung des Heißwassers zur Sterilisierung mit dem Kühlwasser, wozu es sonst kommen könnte, wenn die zweite Tür 4 nicht hermetisch abgeschlossen wäre. Nun läuft Kaltwasser unter Druck weiter zu, dies wird durch das hydrostatische Gefäß 12 sichergestellt. Eine Wölbung der Lebensmittelgefäße, die immer noch warm sind und unter Druck stehen, wird verhindert. Am Druckgefäß 12 ist ein Überlauf vorhanden.

Wird die Temperatur in den Lebensmittelgefäßen allmählich gesenkt, so sinkt dadurch auch der Innendruck; die Abkühlung kann mit Hilfe des Strömungskühlwassers, ohne das andere hydrostatische Gefäß 12 fortgesetzt werden. Zu diesem Zweck wird das Auslaufventil 30 geöffnet, nachdem zunächst das Ventil 27 geschlossen wurde.

Der Austrag der sterilisierten Lebensmittel wird durchgeführt, nachdem die notwendige Abkühlzeit abgelaufen ist. Dann schließt das Eingangskühlwasserventil 29; es öffnet das Auslaßventil 28, das zur Kühlkammer 3 gehört. Der Wasserablauf aus dem Kammer 3 entspricht dem Wasserablauf aus der Vorkammer 1; das Entlüftungsventil 16 des anderen Ausgleichgefäßes 15 kommuniziert dann mit der Umgebungsluft und erleichtert so den Wasserablauf. Ist das Wasser aus der Kammer 3 völlig abgelaufen, kann man die Austragstür 24 öffnen; mit Hilfe des Förderers 23 wird die abgekühlte Lebensmittelcharge ausgetragen.

Der kontinuierliche Sterilisierungsprozeß wiederholt sich der Reihenfolge nach in der beschriebenen Weise. Bei Betriebsunterbrechung der gesamten Vorrichtung schließen alle Ventile 27; die Vorrichtung wird dann durch Öffnen aller Auslaufventile 28 entleert.

Die gleiche Vorrichtung läßt sich natürlich auch für Pasteurisierung anwenden, hierbei sind dann niedrigere Arbeitstemperaturen und Drucke anzuwenden.

Es sei noch erwähnt, daß das Wasser im Verlauf des kontinuierlichen Verfahrens in allen drei Kammern ständig ausgetauscht wird. Auf diese Weise wird der Sterilisierungsprozeß durch den Gebrauch des gleichen Wassers nicht gefährdet, das beim Lecken irgend eines der Lebensmittelgefäße oder auf andere Weise verseucht werden könnte.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung werden Druckveränderungen während des Prozesses durch die erhöht (bis zu 20 m) angeordneten hydrostatischen Gefäße vermieden, die immer den gleichen Druck in der kontinuierlichen Horizontalvorrichtung aufrecht erhalten. Es sind also nur drei Kammern mit endlos umlaufenden Förderern, gegeneinander durch Trenntüren getrennt, erforderlich, von denen die erste der Vorbereitung, die zweite der Sterilisierung in Warmwasser unter Druck - Wasser erwärmt durch Wasserdampf - und die dritte zur Abkühlung in Kaltwasser unter Druck dient, wobei der Betriebsdruck durch erhöht angeordnete hydrostatische Kammern dauernd aufrecht erhalten wird.

Beim Verfahren nach der Erfindung, wo die eingedoste Lebensmittelcharge drei aufeinanderfolgende horizontale Bereiche durchläuft, wird der Betriebsdruck (des Wassers) gemäß der Dampfdruckkurve durch dauernd wirkenden konstanten hydrostatischen Druck auf die Bereiche gemäß der Dampfdruckkurve gehalten, was bei einem Druck von 2 bar einer Temperatur von 120°C etwa entspricht. Alle drei Phasen, nämlich Vorbereitung, Erhitzen und Kühlen laufen gleichzeitig ab.

Claims (9)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren von in Behältern befindlichen Lebensmitteln, wobei die Behälter durch horizontale Kammern für Erwärmen, Sterilisieren und Abkühlen geführt werden und die Kammern durch auf- und abfahrbare Trenntüren voneinander getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein dauernd aufrecht zu erhaltender konstanter Betriebsdruck durch erhöht angeordnete hydrostatische Kammern (8, 12) gesichert wird und das sterilisierende Erwärmen ausschließlich in unter Druck stehendem heißen Wasser durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) für das Erwärmen mit der Kammer (8) für erhöhten hydrostatischen Druck verbunden wird, welche mittels einer Leitung mit einem Hilfserwärmungsgefäß (10), das mittels einer Dampfdüse erwärmt wird, verbunden wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (3) für das Abkühlen mit einer zweiten hydrostatischen Kammer (12) über ein mit Rückschlagventil (14) versehenes Rohr verbunden wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehendenn Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (21) für das Erwärmen über ein Umlaufpumpe (17) mit dem Haupterwärmungsgefäß (18) in Verbindung gesetzt wird, welches mit einer flexiblen Membranfeder (19) versehen ist und über eine Dampfdüse (11) erhitzbar ist, derart, daß heißes Wasser über einen Eintrittsstutzen (20) tangential in die Kammer (1) für das Sterilisieren einläuft.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißwasser aus dem Hilfserhitzungsgefäß (10) unter Kommunizieren über ein Rohr (25) und Einlaufventile in die Kammern (1) und (3) strömt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatischen Kammmer (8; 12) etwa 20 m über den horizontal hintereinander angeordneten Kammern (1, 2, 3) angeordnet werden und daß das die Kühlkammer beaufschlagte Gefäß (12) niedriger, insbesondere 1 m niedriger als das die Kammern (1) und (3) beaufschlagende Gefäß (8) angeordnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehhenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Phasen, nämlich Vorbereitung, Sterilisierung und Abkühlung gleichzeitig in den drei einander nachgeschalteten Kammern ablaufen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Druckausgleich in den Kammern (1) und (3) jeweils ein mit Wasser gefülltes Ausgleichsgefäß (15) mit Entlüftungsventil (16) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Lebensmittelsterilisierung in der Heizkammer (2) entstehende Luftkissen zusammen mit einer flexiblen Membranfeder (19) alle Druckschwankungen zunichte machen, die infolge des thermodynamischen Expansionsprozesses im Hauterwärmungsgefäß (18) entstehen.