Verfahren zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft, sowie Anlage zur Durchführung des VerfahrensProcess for clarifying liquids, in particular raw juice, and system for carrying out the process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klärung von Flüssigkeiten, insbesondere Rohsaft aus Obst, Trauben, Beeren oder anderen Früchten und Gemüsen oder Wein, mittels Querstromfiltration und Vorschönung.The invention relates to a method for clarifying liquids, in particular raw juice from fruit, grapes, berries or other fruits and vegetables or wine, by means of cross-flow filtration and pre-finishing.
Mit der Vorschönung von Säften durch Zugabe von Schö- nungsmitteln soll die nachfolgende Trubseparation er¬ leichtert werden und alle Trübungen verursachenden Sub¬ stanzen so weit entfernt werden, dass Nachtrübungen zu einem späteren Zeitpunkt nicht mehr auftreten. Aus- serdem soll durch die Vorschönung eine Verbesserung der sensorischen Eigenschaften des Saftes und eventuell auch Farbauf ellungen erreicht werden.With the pretreatment of juices by adding fining agents, the subsequent sediment separation is to be facilitated and all substances causing opacification are removed so far that subsequent opacification no longer occurs at a later point in time. In addition, the pretreatment is intended to improve the sensory properties of the juice and possibly also color fading.
Bei einem bekannten Vorschönungsverfahren wird dem Roh¬ saft Gelatine als Schönungsmittel zugegeben, bevor er in den Batch-Tank einer Querstromfiltrationsanlage zur Klärung eingeleitet wird. Gelatine wird als Schönungs¬ mittel verwendet, um die im Rohsaft enthaltenen Poly- phenole selektiv mindestens teilweise zu binden und die Filtrationseigenschaften zu verbessern. Ferner ist es bekannt, als weiteres Schönungsmittel Bentonit in Kombination mit Gelatine dem Rohsaft beizugeben. Ben¬ tonit hat die Eigenschaft, die im Rohsaft enthaltenen, Nachtrübungen verursachenden Eiweiss-Moleküle zu bin¬ den.In a known pre-finishing process, gelatin is added to the raw juice as a fining agent before it is introduced into the batch tank of a crossflow filtration system for clarification. Gelatin is used as a fining agent in order to selectively bind at least partially the polyphenols contained in the raw juice and to improve the filtration properties. It is also known to add bentonite in combination with gelatin to the raw juice as a further fining agent. Ben¬ tonit has the property of binding the protein molecules contained in the raw juice which cause night turbidity.
Ein weiteres, bekanntes Schönungsverfahren besteht dar¬ in, dass dem Rohsaft Bentonit und Gelatine in einer
im Förderstrom des Rohsaftes angeordneten Mischdüse zugeführt werden. Darauf flockt der Schönungstrub in der Leitung und im nachfolgenden Flotationstank aus. Im Flotationstank wird der Schönungstrub anstelle des konventionellen Sedimentierens mittels Flotation ent¬ fernt. Als Flotationsgas wird N2 oder Luft verwendet.Another known fining process consists in that the raw juice bentonite and gelatin in one Mixing nozzle arranged in the flow of raw juice are supplied. Then the fining block in the line and in the subsequent flotation tank flocculates. In the flotation tank, the fining slurry is removed by means of flotation instead of conventional sedimentation. N2 or air is used as the flotation gas.
Diese bekannten Schönungsverfahren haben den Nachteil, dass der Kostenaufwand' durch die erforderlichen, hohen Schönungsmittel-Zugaben sehr hoch ist. Bei kombinierter Gelatine-Bentonit-Schönung ist auch der Investitions¬ und Arbeitsaufwand so hoch, dass die Rentabilität des nachfolgenden Querstromverfahrens fraglich wird. Aus- serdem besteht immer noch Unsicherheit bezüglich even¬ tueller Nachtrübungen. Hinzu kommen Entsorgungsprobleme für das Retentat wegen der zu hohen Bentonitmengen. Auf¬ grund des hochen Schönungstrubgehalts wird auch die Ausbeute in der Querstromfiltrationsanlage vermindert. Es besteht die Gefahr, dass die Retentat-Kanäle in den Modulen der Querstromfiltrationsanlage verstopfen. We¬ gen zu hohem Bentonit-Gehalt ergibt sich auch ein ver¬ minderter Flux in den Membranen und die Gefahr von ir¬ reversiblen Verstopfungen der Membranen in der Querstrom- filtrationsanlage.These known Schönungsverfahren have the disadvantage that the cost 'by the required high fining agent additions is very high. In the case of combined gelatin-bentonite fining, the investment and work involved are so high that the profitability of the subsequent crossflow process becomes questionable. In addition, there is still uncertainty regarding possible night haze. There are also disposal problems for the retentate due to the excessive amounts of bentonite. Due to the high fining content, the yield in the crossflow filtration system is also reduced. There is a risk that the retentate channels in the modules of the crossflow filtration system become blocked. Because of the high bentonite content, there is also a reduced flux in the membranes and the risk of irreversible blockages of the membranes in the crossflow filtration system.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Zugabemengen von Schönungsmitteln zu verringern, um dadurch die Ren¬ tabilität der Anlage zu erhöhen und die Qualität des Produkts zu verbessern.The invention is therefore based on the object of avoiding the disadvantages mentioned and reducing the amounts of fining agents added, in order thereby to increase the profitability of the system and to improve the quality of the product.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rohsaft im Durchlaufverfahren zunächst mit wenigstens einem ersten Schönungsmittel und nach ei¬ ner Verweilzeit mit mindestens einem weiteren Schönungs¬ mittel vermischt wird und anschliessend mittels Ultra¬ oder Mikrofiltration geklärt wird.
Um den Gehalt an phenolischen Substanzen im Rohsaft zu reduzieren, besteht das erste Schönungsmittel aus einem Polyphenole bindenden Mittel wie Gelatine, Ei- weiss, Kasein oder Kaliumkaseinat. Vorzugsweise wird hochbloomige Gelatine mit mindestens 160 Bloom verwen¬ det.According to the invention, this object is achieved in that the raw juice is first mixed in a continuous process with at least one first fining agent and after a dwell time with at least one further fining agent and then clarified by means of ultra or microfiltration. To reduce the content of phenolic substances in the raw juice, the first fining agent consists of a polyphenol binding agent such as gelatin, egg white, casein or potassium caseinate. High-bloom gelatin with at least 160 bloom is preferably used.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die Verweilzeit nach der Zugabe des ersten Schönungsmit- tels mindestens 5 Minuten.According to a further feature of the invention, the residence time after the addition of the first fining agent is at least 5 minutes.
Zur Entfernung von Eiweissbruchstücken, die sich in dem mit dem ersten Schönungsmittel vermischten Rohsaft befinden und Nachtrübungen verursachen, besteht das zweite Schönungsmittel aus einem eiweissbindendem bzw. eiweissstabilisierenden Mittel wie Bentonit, Natrium- bentonit oder Mischbentonit.The second fining agent consists of a protein-binding or protein-stabilizing agent such as bentonite, sodium bentonite or mixed bentonite in order to remove fragments of protein which are in the raw juice mixed with the first fining agent and cause subsequent clouding.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Zudosierung des ersten und des zweiten Schönungs- mittels kontinuierlich und punktuell an jeweils einer Stelle in den Förderstrom des Rohsaftes erfolgt.Another feature of the invention is that the first and second fining agents are metered in continuously and selectively at one point in each case into the feed stream of the raw juice.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der gemäss dem Verfahren vorgeschönte Rohsaft vor der Ultra- oder Mikrofiltration zur weiteren Reaktion in einen Batch-Tank eingebracht.In a preferred embodiment of the invention, the raw juice pre-embellished according to the method is introduced into a batch tank for further reaction prior to ultra- or microfiltration.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver¬ fahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rohsaft in einer Mischdüse oder einer Förderpumpe mit dem ers¬ ten Schönungsmittel vermischt und über eine Leitung einem oder mehreren Verweiltanks zugeführt wird, an die sich eine weitere Mischdüse oder einer Förderpumpe für die Zudosierung des zweiten Schönungsmittels an-
schliesst, und danach der vorgeschönte Rohsaft einer Ultra- oder Mikrofiltrationseinrichtung zugeführt wird.The system for carrying out the method according to the invention is characterized in that the raw juice is mixed with the first fining agent in a mixing nozzle or a feed pump and is fed via a line to one or more holding tanks to which a further mixing nozzle or a feed pump for add the second fining agent closes, and then the pre-treated raw juice is fed to an ultra or microfiltration device.
Vorteilhafterweise entspricht der Schlankheitsgrad der Verweiltanks einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, das grösser ist als 4.The degree of slenderness of the holding tanks advantageously corresponds to a ratio of length to diameter which is greater than 4.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die aus der ersten Mischdüse, den Verweiltanks und der zweiten Mischdüse bestehende Vorschönungsanlage dem Batch-Tank der Ultra- oder Mikrofiltrationseinrichtung vorgeschal¬ tet.In one embodiment of the invention, the pre-finishing system consisting of the first mixing nozzle, the dwell tanks and the second mixing nozzle is connected upstream of the batch tank of the ultra or microfiltration device.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins¬ besondere darin, dass der gemäss dem Verfahren vorge¬ schönte und geklärte Saft in hohem Masse trubstabil ist. Es hat sich herausgestellt, dass der Verbrauch an Schönungsmittel sehr gering ist. Vor allem ist nur noch eine geringe Bentonit-Zugabe erforderlich. Dadurch wird der erzielbare Konzentrationsfaktor, der durch das Bentonit reduziert wird, nur sehr wenig verringert, so dass die Ausbeute im Vergleich mit den konventionel¬ len Verfahren, die relativ hohe Bentonit-Zugaben erfor¬ dern, verbessert wird. Da Bentonit eine Gelschicht auf den Membranen der Ultra- oder Mikrofiltrationsanlage bildet, wird durch die Verringerung der Bentonit-Zugabe auch ein höherer Membran-Flux erzielt. Durch den gerin¬ gen Bentonit-Gehalt im Retentat der Ultra- oder Mikro¬ filtrationseinrichtung treten keine Probleme mehr auf bei der Entsorgung des Retentats. Die für die erfindungs- gemässe Vorschönung erforderliche zusätzlich Apparatur zur Ultra- oder Mikrofiltrationseinrichtung ist relativ einfach und ermöglicht eine kontinuierliche Arbeitsweise.The advantages achieved by the invention are, in particular, that the juice pre-cleaned and clarified according to the method is to a high degree stable against turbidity. It has been found that the consumption of fining agents is very low. Above all, only a small addition of bentonite is required. As a result, the achievable concentration factor, which is reduced by the bentonite, is reduced only very slightly, so that the yield is improved in comparison with the conventional methods, which require relatively high additions of bentonite. Since bentonite forms a gel layer on the membranes of the ultra or microfiltration system, a higher membrane flux is also achieved by reducing the addition of bentonite. Due to the low bentonite content in the retentate of the ultrafiltration or microfiltration device, there are no longer any problems when disposing of the retentate. The additional apparatus for the ultra or microfiltration device required for the pretreatment according to the invention is relatively simple and enables continuous operation.
Die Erfindung ist in der folgenden. Beschreibung und der einzigen Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.
Mit einer Zuführleitung 1 wird der Rohsaft in eine Misch¬ düse 2 eingeleitet. In der Mischdüse 2 wird über eine Leitung 3 dem Rohsaft das erste Schönungsmittel, das aus einer Gelatine-Lösung besteht, kontinuierlich zu¬ dosiert. Anstelle von Gelatine können auch andere, Po- lyphenole bindende Schönungsmittel, wie z.B. Einweiss, Kasein, Kaliumkaseinat, verwendet werden. Die Mischdüse 2 kann z.B. aus einem statischen Mischer oder einer Injektordüse bestehen. In dem verengten Durchlaufguer- schnitt der Injektor-Mischdüse 2 herrschen hohe Turbu¬ lenzen, die eine gute Durchmischung des Rohsaftes mit dem Schönungsmittel gewährleisten.The invention is in the following. Description and the only drawing that illustrates an embodiment, explained in more detail. The raw juice is introduced into a mixing nozzle 2 with a feed line 1. The first fining agent, which consists of a gelatin solution, is continuously metered into the raw juice in the mixing nozzle 2 via a line 3. Instead of gelatin, it is also possible to use other fining agents which bind polyphenols, such as, for example, protein, casein, potassium caseinate. The mixing nozzle 2 can consist, for example, of a static mixer or an injector nozzle. There is high turbulence in the narrow flow cross section of the injector mixing nozzle 2, which ensures good mixing of the raw juice with the fining agent.
Von der Mischdüse 2 wird der mit Gelatine vermischte Rohsaft über eine Leitung 4 einem Verweiltank 5 an sei¬ ner Unterseite zugeführt. Dem Verweiltank 5 sind noch zwei weitere Verweiltanks 5 nachgeschaltet, wobei je¬ weils eine Leitung 6 vom oberen Ende des vorhergehenden Verweiltanks 5 zum unteren Ende des nächsten Verweil¬ tanks 5 führt. Die Verweiltanks 5 sind relativ schlank gebaut. Der Schlankheitgrad entspricht vorzugsweise einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, das grösser als 4 ist. Anschliessend an die Verweiltanks 5, in denen der Rohsaft mit dem ersten Schonugnsmittel während einer Verweilzeit von ca. 5 bis 15 Minuten reagieren kann, durchläuft der vorgeschδnte Rohsaft eine weitere Misch¬ düse 7. An dieser Stelle wird dem Rohsaft das zweite Schönungsmittel über eine Leitung 8 punktuell und kon¬ tinuierlich zugeführt, das aus Bentonit, Natriumbento- nit oder Mischbentonit besteht. Es können auch andere, eiweissbindende bzw. eiweissstabilisierende Schönungs¬ mittel verwendet werden.
Der vorgeschönte Rohsaft wird anschliessend von der Mischdüse 7 über eine Leitung 9 einen Batch-Tank 10 einer Ultra- oder Mikrofiltrationseinrichtung 11 ein¬ geleitet. Im Batch-Tank 10 und in der Ultra- oder Mi- krofiltrationsanlage 11 findet eine weitere Reaktion des Rohsaftes mit den Schönungsmitteln statt. Anschlies¬ send wird die Flüssigkeit mit Hilfe einer Kreislaufpum¬ pe 12 in einem retentatseiytigen Kreislauf 13 der Ultra¬ oder Mikrofiltrationseinrichtung 11 umgewälzt und ver- lässt durch eine Leitung 14 die Permeatseite als trub- stabiler Klarsaft. Die Rückführung des Retentates in den Batch-Tank 10 erfolgt durch die Leitung 15. Die Schönungsmittel können wegen ihrer Teilchengrösse nicht durch die Membranen der Ultra- oder Mikrofiltration 11 hindurchtreten und verbleiben deshalb auf der Re- tentatseite weiterhin wirksam. Infolge des ständigen Durchlaufes des Rohsaftes durch die aus der Mischdüse 2, den Verweiltanks 5 und der Mischdüse 7 bestehende Vorschönungsanlage ist ein kontinuierlicher oder semi¬ kontinuierlicher Betrieb der Anlage auf einfache Art und Weise möglich.From the mixing nozzle 2, the raw juice mixed with gelatin is fed via a line 4 to a retention tank 5 on its underside. The dwell tank 5 is followed by two further dwell tanks 5, a line 6 leading from the upper end of the previous dwell tank 5 to the lower end of the next dwell tank 5. The retention tanks 5 are relatively slim. The degree of slenderness preferably corresponds to a ratio of length to diameter which is greater than 4. Following the dwell tanks 5, in which the raw juice can react with the first preservative for a dwell time of about 5 to 15 minutes, the pre-dried raw juice passes through a further mixing nozzle 7. At this point, the raw juice is the second fining agent via a line 8 punctually and continuously supplied, which consists of bentonite, sodium bentonite or mixed bentonite. Other, protein-binding or protein-stabilizing fining agents can also be used. The pre-embellished raw juice is then introduced from the mixing nozzle 7 via a line 9 to a batch tank 10 of an ultra or microfiltration device 11. A further reaction of the raw juice with the fining agents takes place in the batch tank 10 and in the ultra or micro filtration system 11. Subsequently, the liquid is circulated with the aid of a circulation pump 12 in a retentate-sensitive circuit 13 of the ultra or microfiltration device 11 and leaves the permeate side as a cloudy stable clear juice through a line 14. The retentate is returned to the batch tank 10 through line 15. Because of their particle size, the fining agents cannot pass through the membranes of ultra- or microfiltration 11 and therefore remain effective on the retentate side. As a result of the continuous passage of the raw juice through the pretreatment system consisting of the mixing nozzle 2, the dwell tanks 5 and the mixing nozzle 7, continuous or semi-continuous operation of the system is possible in a simple manner.
Um ein Zerschlagen durch Scherkräfte und hohe Turbu¬ lenzen einer Pumpe zu vermeiden, sollten die durch Schö¬ nungsmittel und Saftkomponenten gebildeten Komplexe mittels einer auf dem Verdrängerprinzip arbeitenden Pumpe zur Ultra- oder Mikrofiltrationseinrichtung ge¬ fördert werden, beispielsweise durch eine Mono- oder Sinuspumpe.In order to avoid shattering due to shear forces and high turbulence of a pump, the complexes formed by beauty agents and juice components should be conveyed to the ultra or microfiltration device by means of a pump working on the displacement principle, for example by a mono or sine pump.
Die Sicherheit hinsichtlich Stabilität des mit der vor¬ liegenden Anlage geklärten Saftes wird dadurch zusätz¬ lich verbessert.The security with regard to the stability of the juice clarified with the present system is thereby additionally improved.
Eine weitere mögliche Massnahme zur Begünstigung der Stabilität des geklärten Saftes, wird in der Anordnung einer Einrichtung erzielt, die aus ccsn Batch-Tank 10
ständig Tr b und damit auch Schönungstrub entfernt. Als Einrichtung eignet sich dafür besonders gut eine zweite, zweckmässigerweise wesentlich kleinere Querstrom-Mem- branfiltrations-Anlage, ausgerüstet mit Mikro- oder Grobfiltrationsmembranen, welche mit Retentat aus dem Batch-Tank 10 gefahren wird, wobei das Permeat wieder in den Batch-Tank 10 zurückgeführt wird.Another possible measure to favor the stability of the clarified juice is achieved by arranging a device that consists of a ccsn batch tank 10 Tr b constantly removed and thus also Schönungstrub. A second, expediently much smaller cross-flow membrane filtration system, equipped with micro- or coarse filtration membranes, which is carried out with retentate from the batch tank 10, the permeate being returned to the batch tank 10, is particularly well suited for this purpose is returned.
Eine Alternative ist die Zentrifuge, die analog der zweiten Querstrom-Membranfiltration-Anlage geschaltet wird, d.h. welcher Retentat aus dem Batch-Tank 10 zu¬ geführt und die von Tr b wenigstens teilweise befreite Flüssigkeit wieder in den Batch-Tank 10 zurückgeführt wird.An alternative is the centrifuge, which is switched analogously to the second cross-flow membrane filtration system, i.e. which retentate is fed from the batch tank 10 and the liquid at least partially freed from Tr b is fed back into the batch tank 10.
Um den Betrieb der Anlage zu vereinfachen und gleich¬ zeitig den Schönungsmittelbedarf zu minimieren, wird die Menge den bzw. der ersten Schönungsmittel, z.B. Gelatine in der Leitung 3 zweckmässigerweise in Abhängigkeit von der Wirkung der Schönung geregelt.In order to simplify the operation of the system and at the same time to minimize the need for fining agents, the amount of the first fining agent (s), e.g. Gelatin in line 3 is expediently regulated depending on the effect of fining.
In Abhängigkeit der Wirkung der ersten Schönungsmittel- Dosierung lassen sich auch noch weitere Schönungsmittel- Dosierungen, z.B. Bentonit durch die Leitung 8, bestim¬ men und regeln.Depending on the effect of the first fining agent dosage, further fining agent doses, e.g. Bentonite through line 8, determine and regulate.
Bei Veryendung von z.B. Gelatine als erstes Schönungs¬ mittel, lässt sich die Wirkung der Schönung z.B. mit¬ tels einer Filtration 19 der Probestrom vorzugsweise in der Leitung 18 und einer nachfolgenden Trübungsmes¬ sung innerhalb der Regeleinrichtung 16 bestimmen. Die Zugabe von Bentonit mittels der Leitung 8 lässt sich z.B. mit einem einfachen Rechner innerhalb der Regeleinrichtung 17 bestimmen.
When ending e.g. Gelatin as the first fining agent, the effect of fining can be e.g. by means of a filtration 19, preferably determine the sample stream in the line 18 and a subsequent turbidity measurement within the control device 16. The addition of bentonite via line 8 can e.g. determine with a simple computer within the control device 17.