Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Ver- fahrens.

Stand der Technik Die herkömmliche Erzeugung von milchbasierten Gelsystemen mit hohem Trockensubstanzgehalt findet sich beispielsweise in der Hartkäseherstellung. Die Käsereimilch wird dabei in einem ersten Schritt nach möglicherweise bereits vorab erfolgter thermischer Vorbehandlung der Milch (z. B. Pasteurisation, Fett-und Proteingehaltseinstellung, Zusatz von Salzen, Farbstoffen), mit sogenannten Starterkulturen (Mikroorganismenmischkulturen) versetzt, welche insbesondere Milchsäurebakterien beinhalten. Diese erzeugen im sogenannten Fermentations- oder Säuerungsschritt Milchsäure, welche zur pH-Absenkung der Käsereimilch führt. Die pH-Absenkung auf Werte < ca. 6 ist Voraussetzung für die Dicklegung der Milch und die optimale Wirkung des Labenzyms (Chymosin). Nach der Säue- rungsaktion erfolgt die Zugabe von Labferment/Chymosin (Enzym). Dies bewirkt die Dicklegung der Käsereimilch, das heißt, die Ausbildung einer Kaseingelstruk- tur.

In einem weiteren Prozeßschritt gemäß herkömmlicher Verfahrensweise wird der sog. Käsebruch (Kaseingel) in würfel-bzw. quaderförmige Stücke geschnitten, um den Abfluß von Molke zu erleichtern. Es wird bewußt Wert darauf gelegt, daß bei diesen Schneidevorgängen möglichst wenig"Feingut" (sog. Käsestaub) erzeugt wird. Derartiges Feingut repräsentiert im herkömmlichen Prozeß nicht mehr gelbildungsfähiges Material, das die Ausbildung einer kontinuierlichen Struktur des Produktes beeinträchtigen kann. Nach weitgehender Molkedrainage wird der Käsebruch in Formen gefüllt und dort unter definierten Druck und Temperaturbedingungen über mehrere Stunden sukzessive weiterkomprimiert.

Dabei erfolgt die weitere Drainage von Molke bis der Endtrockenstoffgehalt bzw. die Endstruktur erreicht ist. Bei den meisten Hartkäsen erfolgt in einem nächsten Schritt das Salzen. Dabei finden diffusionsgesteuerte Transportvorgänge des Salzes in den Käse bzw. Wasser aus dem Käse auf einer mehrstündigen Zeitskala statt. Beim abschließenden Reifen erfolgt einerseits die Aromabildung auf Basis der ablaufenden mikrobiologischen Reifungsvorgänge. Verbunden damit erfolgt der Abschluß der Struktur-bzw. Texturausbildung.

Als besonders zeitaufwendige Prozeßschritte gelten in der beschriebenen Hart- käseherstellung : - die Molkendrainage nach Schneiden des Käsebruchs - die Druckverfestigung des in Formen gefüllten Käsebruchs unter weiter- gehender Molkedrainage -die diffusionsgesteuerte Aufnahme von Salz im Salzbad.

Die Summe aller dieser Vorgänge nimmt bei der Hartkäseherstellung typischer- weise 5 bis 24 Stunden in Anspruch. Der Abfluß von Molke aus dem gebildeten Kaseingelgerüst erfolgt gezielt weitgehend, da zum Teil der Einschluß der Molkenproteine zu Inhomogenitäten bzw. Textur-oder Konsistenz-und Aromafehlern im fertigen herkömmlichen Produkt führen kann.

Für die Herstellung von enzyminduzierten, milchbasierten Gelstrukturen mit ho- hem Trockensubstanzgehalt (35 bis 55 Prozent) sind bislang keine Verfahren be- kannt, welche vom Endprodukttrockenstoffgehalt ausgehen, und unter derartigen Bedingungen ein mikrohomogenes elastisches Gelgerüst kontinuierlich erzeugen lassen.

Aus der DE 36 36 625 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines fermentierten Milcherzeugnisses vorbekannt, wobei Milch einer Ultrafiltration unterzogen wird und das erhaltene Retentat fermentiert wird. Das mit einem Eiweißgehalt von 5 bis 8 %, einem Fettgehalt von 0,5 bis 5 % und einem Stickstoffgasgehalt von maximal 7 mg/kg versehene Retentat wird auf ein ph von 4,4-4, 7 gesäuert, wonach das erhaltene Produkt derartigen Scherkräften unterzogen wird, das eine homogene Masse erhalten wird mit einer Festigkeit von 10 bis 25, ausgedrückt in mm Ein- dringtiefe pro 10 Sekunden eines kegelförmigen Körpers mit einem Scheitelwinkel von 90° und einer Masse von 54,8 g.

Aus der AT 273638 ist ein Verfahren zur vorzugsweise kontinuierlichen Käseher- stellung aus Milch vorbekannt, nach welchem die Milch auf einen Feststoffgehalt von 13 bis 60 Gew. -% entwässert und zur Kaltbehandlung mit Lab abgekühlt wird, wonach Lab zugesetzt, die Milch zum Gerinnen aufgewärmt, die gebildete Masse in Stücke geteilt und gegebenenfalls vorliegende Molke entfernt wird, woraufhin die zum Gerinnen zu bringende Milch nach der Kaltbehandlung mit Lab auf die Gerinnungstemperatur direkt, entweder durch Einleitung von Dampf oder elek- trisch durch Hochfrequenzbestrahlung, erhitzt wird. Die auf die Gerinnungstem- peratur erhitzte Milch wird in einer Gerinnungskammer zum Gerinnen gebracht, um eine zusammenhängende Masse zu bilden. Die Temperatur der Käsemasse in der Gerinnungskammer wird je nach Art des herzustellenden Käses bei einem auf die Synärese geeigneten Wert gehalten. Die Milch kann auch direkt erhitzt wer- den, die während der Entwässerung auf eine Konzentration eingeengt wird, bei welcher deren Feststoffgehalt nach Entfernung der kristallisierten Lactose dem Feststoffgehalt der zu erhaltenden Käsemasse entspricht, wodurch die Verfah- rensstufe der Molkeabtrennung nach der Verfahrensstufe des Gerinnens entfallen kann.

Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorausgesetzten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Nachteile des Standes der Technik restlos beseitigt werden und die Verfahrensweise erheblich beschleunigt abläuft. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur industriellen An- wendung geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zu schaffen.

Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Ausbildung einer mikrohomogenen Gelstruktur mit Endtrockensubstanzgehalt von 35 bis 55 Prozent innerhalb eines Zeitraumes von zwei bis zehn Minuten. Der anschließende Ausformprozeß benö- tigt maximal weitere zehn Minuten. Eine Molkendrainage erfolgt nicht. Somit ent- stehen auch keine Molkenproteinverluste. Der Einbau der Molkenproteine in die Kaseingelstruktur kann aufgrund der intensiven Scherströmung im Gelbildungs- schritt (ausgeführt in einem später beschriebenen Gelbildungsreaktor) derart mi- krohomogen erfolgen, so daß keine Texturinhomogenitäten und daraus resultie- rende Textur-und bzw. Konsistenzfehler resultieren.

Die durch Scherkrafteinwirkung beschleunigte Gelreaktion läßt innerhalb von zwei bis zehn Minuten ein sehr kompaktes, elastisches und formbares Gel erzeugen.

Bei herkömmlichen Verfahren nimmt der Gelbildungs-und Aufkonzentrationspro- zeß bis zum Erreichen der ausgeformten Produktstruktur Zeitspannen von > fünf bis acht Stunden in Anspruch.

Im einzelnen besteht das erfindungsgemäße Verfahren aus folgenden Prozeß- schritten : a) Vorkonzentration der Milch-bzw. Milchproteindispersion b) Ansäuren/Fermentieren c) Pasteurisation d) Einmischung von Labenzym/Chymosin e) Gelbildungsreaktion im Hochscherströmungsfeld f) Kontinuierliches Ausformen des Gels g) Schneiden und Verpacken h) Reifen (z. B. auch Folienreifung) Im folgenden werden diese Prozeßteilschritte detailliert beschrieben.

Zu a) Der Konzentrationsschritt kann sowohl mittels Membranverfahren (Mikro- /Ultrafiltration), Vakuumverdampfung als auch durch Einmischen von Milchpulver mittels Dispergiervorrichtung oder mittels einer Kombination dieser drei Teilschritte erfolgen. Die einzustellende Feststoffkonzentration beträgt vorzugsweise 35 bis 55 Gewichtsprozent.

Zu b) Beim Ansäuern bzw. der Fermentation mit Starterkulturen (Milchsäurebakterien) ist die hohe Trockenstoffkonzentration zu berücksichtigen. Überraschenderweise konnten Starterkulturen gefunden werden, welche in der Lage sind, unter entspre- chenden Konzentrationsbedingungen effizient, das heißt innerhalb von zwei bis vier Stunden eine pH-Absenkung auf Werte unter 6 zu erreichen. Eine bevorzugte alternative, chemische Art der Ansäuerung geschieht mittels Glucono-8-Lacton (GDL), welches bei Zugabe nicht spontan sauer reagiert, sondern sich gleichmä- ßig einmischen läßt und danach erst über einen definierten Zeitraum die Säuerung über die GDL-Konzentration steuerbar auslöst. Damit werden lokale Übersäue- rungen mit Verlust der Proteinfunktionalität im Hinblick auf die Gelbildung vermie- den. zu c) Im erfindungsgemäßen Verfahren wird gegebenenfalls die Wärmebehandlung in einem vorgeschalteten, oder nach der Fermentation erfolgenden Pasteurisations- schritt variiert (z. B. > 70° C/< 20 Sekunden). Dies schafft die Möglichkeit den Denaturierungsgrad des Molkenproteinanteils gezielt zu beeinflussen und damit einen ebenso gezielten Einfluß auf die Eigenschaften der resultierenden Gel- struktur zu nehmen.

Zu d) Die kontinuierliche mikrohomogene Einmischung von Labenzym in das wärmebe- handelte, gesäuerte Konzentrat erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe statischer Mischelemente direkt in die Produktrohrleitung, in welche das Lab- enzym/Chymosin kontinuierlich zudosiert wird.

Zue) Der Gelbildungsreaktor wird erfindungsgemäß bevorzugt als sog. kontinuierlicher Engspaltreaktor ausgeführt. Der enge Spalt wird gebildet zwischen einem Ge- häuse mit mehreren zylindrischen Bohrungen bzw. einer zylindrischen Bohrung und in diesen Bohrungen (bzw. Bohrung) rotierenden Element (en). Die rotierenden Elemente besitzen vorzugsweise wandschabende Aufbauten (z. B.

Messer, Schaber, helikale Schneckenbänder). In einer speziellen Ausführungsform mit zwei rotierenden Elementen und aufgesetzten helikalen Schneckenbändern wird ein Engspalt-Doppelschneckenextruder ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform kann ein rotierendes Element mit Wandschabern und gegebenenfalls Förderelementen (z. B. mitrotierende angestellte Strömungsleitbleche) ausgestattet sein. Von entscheidender Wichtigkeit sind im erfindungsgemäßen Gelbildungsreaktor : a) die über den gesamten Gelbildungsreaktor lokal weitestgehend konstante ausgeprägte Scherbeanspruchung mit Schergeschwindigkeiten von ca. 50 bis 1000 1/s ; b) das enge Verweilzeitspektrum im Gelbildungsreaktor bei mittleren Verweil- zeiten von 0,5 bis 5 Minuten ; c) der optimiert schnelle und gleichmäßige lokale Wärme-und Stoffübergang (für Gelbildungs/Enzymreaktion).

Diese Kriterien werden vom erfindungsgemäß entwickelten Engspaltgelbildungs- reaktor optimal abstimmbar erfüllt.

Zuf) Die Ausformung der im Gelreaktor gebildeten Gelmatrix erfolgt am Austritt des Engspaltgelbildungsreaktors in einer ohne Absätze bzw. Kanten ausgebildeten konischen Auslaufzone, welche sich in einem Ausformrohr fortsetzt. Durch Wand- reibung bzw. Hydrostatik (bei Senkrechtführung) wird in einem Ausformrohr Druck aufgebaut. Dieser führt zur verbesserten Verdichtung und homogenen Strukturbil- dung.

Die Ausformung der Gelmatrix erfolgt in einem von den Prozeßparametern ab- hängigen Zeitfenster erfindungsgemäß derart, daß das Gel glatt und ohne Bruch Formdüse und Ausformrohr passiert. Dies setzt voraus, daß die Gelbildung im Gelbildungsreaktor noch nicht soweit vorangeschritten ist, daß das Gel eine Stei- figkeit erreicht, welche die bruchfreie Passage des Formschrittes nicht mehr ge- währleisten läßt. Andererseits muß die Gelbildung bereits soweit vorangeschritten sein, daß nach dem Formschritt kein Zerfließen der Gelmatrix mehr unter dem Eigengewicht des Produktes erfolgt.

Zu g) Die ausgeformte Gelmatrix kann geschnitten bzw. geformt und verpackt werden.

Zu h) Der Reifungsvorgang kann sowohl in der Verpackung (Folienreifung) als auch ent- sprechend herkömmlichem Verfahren wie bei Hartkäse in klimakontrollierten Rei- fungskammern erfolgen oder auch gänzlich entfallen.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 be- schrieben.

Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 5 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile Eine erfindungsgemäße Vorrichtung baut robust und ermöglicht im industriellen Bereich innerhalb kürzester Zeit die kontinuierliche, im Vergleich zum Stand der Technik sehr schnelle Herstellung von Proteingelsystemen, insbesondere von milchbasierten Gelsystemen bei der Produktion von Käse oder käseartigen Mas- sen.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 6 bis 21 beschrieben.

In der Zeichnung ist die Erfindung-teils schematisch-beispielsweise veran- schaulicht. Es zeigen : Fig. 1 in Form eines Blockdiagramms einen beispielsweise erfinderischen Verfahrensablauf, und Fig. 2 einen schematischen Längsquerschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Übersicht des Verfahrensschemas. In einem Schritt wird ein Milchkonzentrat bzw. Milchproteinkonzentrat hergestellt. Dies erfolgt beispiels- weise mittels Membranverfahren 1 (Ultrafiltration, Mikrofiltration) und/oder Vaku- umverdampfung 2. Zusätzlich wird das Einmischen von Milchpulver 3 in Betracht gezogen. Dieses Milch-bzw. Milchproteinkonzentrat wird mittels Pumpe 4 einem Fermentationsbehälter 5 zugeführt. Im Fermentationsbehälter 5 erfolgt unter Zu- gabe von Starterkulturen 6 die Initiierung einer Säuerungsreaktion (Milchsäurebil- dung durch Milchsäurebakterien).

Im Fermentationsbehälter 5 kann alternativ eine chemische Ansäuerung des Kon- zentrates mittels Glucono-8-Lacton (GDL) erfolgen. Für die fermentative Ansäue- rung werden Starterkulturen eingesetzt, welche möglichst kurze Fermentations- zeiten in Anspruch nehmen.

Dem Fermentationsschritt nachgeschaltet kann ein Pasteurisationsschritt in einem Schabewärmetauscher 7 oder mittels alternativer Erhitzung (Ohmsche Verfahren, Mikrowelle) sein, sofern z. B. eine selektive Abtötung von Milchsäurebakterien er- folgen soll. Ferner kann in diesem Schritt eine Beeinflussung der Molkenprotein- struktur durch den Wärmeeintrag realisiert werden. Dies hat zur Folge, daß ein unterschiedlicher"Einbau"der Molkenproteine in das Kaseingelgerüst erfolgt, was zu unterschiedlicher Textur des Endproduktes gezielt beiträgt. Das angesäuerte und gegebenenfalls pasteurisierte Konzentrat wird dann mittels Pumpe 8 kontinu- ierlich einem als Hochschergelierungsreaktor ausgebildeten Gelbildungsreaktor 9 zugeführt. Vor Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 wird dem Proteinkonzentrat- hauptstrom eine Enzymlösung 10 kontinuierlich zudosiert und im Hauptstrom mittels eines statischen Mischers 11 homogen eingemischt. Die Verweilzeit des Konzentrats nach Einmischung der Enzymlösung 10, welche die Gelbildung zu initiieren beginnt, bis zum Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 wird erfindungsge- mäß in Abstimmung mit der Art des Enzyms sowie dem über die Ansäuerung ein- gestellten pH-Wert und die Temperatur (bevorzugt zwischen 40 und 42° C) auf 0,5 bis drei Minuten eingestellt. Im Gelbildungsreaktor 9 erfolgt im engen (1-10 mm) Rotationsströmungsspalt eine ausgeprägte Scherbeanspruchung des gebildeten Konzentrates. Die Gelbildungsreaktion wird dabei durch die Scherung gezielt angeregt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Gelbildungsreaktors 9. Dieser ist bevorzugt in vier Zonen (I-IV) eingeteilt. Der Innenraum trägt das Bezugs- zeichen 12.

Zone I ist eine Verweil-/Mischzone, in welche das Konzentrat in Richtung des Pfeiles eintritt (A). Hier bewirken auf der rotierenden Welle 13 montierte Einbauten 14 (Stifte, Blattelemente, Schaufeln) eine intensive Vermischung des Konzentrates mit dem vor Eintritt in den Gelbildungsreaktor 9 zudosierten Chymosin.

In Zone II erfolgt die intensive Scherbehandlung im konzentrischen Zylinderspalt 15a. Diese Zone II kann gegebenenfalls auch mit wandschabenden Einbauten in Form von Schabemessern 15b oder helikalen Schnecken-/Wendelelementen 15c versehen sein, und besitzt einen Temperiermantel 21, welcher mit einem Temperierfluid 22 (z. B. Wasser) auf +/-0, 5° C genau geregelt kontinuierlich durchströmt wird.

Zone III bezeichnet die Austrittszone aus dem Gelbildungsreaktor 9. Hier verjüngt sich der rotierende Einbau derart, daß Strömungstotzonen vermieden werden.

Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß sowohl das rotierende Teil 16 als auch das Gehäuse 17 eine konzentrische, konisch verjüngende Form ausbilden.

Das aus dem Gelbildungsreaktor 9 austretende gelierte Stoffsystem B wird in der Zone IV, welche nicht Teil des Gelbildungsreaktors 9 ist, in Strangform ausge- formt. Zone IV besteht bevorzugt aus einem waagerecht angeordneten Austritts- rohr/-kanal 18, einem 90° C Rohr-/Kanalbogen mit großem Radius (R>5D) 19 und einem senkrecht angeordneten Endrohr/-kanalstück 20. Letzteres hat bevorzugt eine Länge von 10-60xD, um einen hydrostatischen Druckaufbau zu gewährlei- sten, welcher zur die Struktur vergleichmäßigenden Verfestigung des Gelstranges beiträgt.

Grundsätzlich können Zonen 1-111 des Gelbildungsreaktors 9 auch auf bis zu drei separaten Wellen in ebenso separaten getrennt temperierten Gehäusen angeord- net sein.

Die in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste 1 Ultrafiltration, Mikrofiltration, Membranverfahren 2 Vakuumverdampfung 3 Milchpulver 4 Pumpe 5 Fermationsbehälter, Fermentationsvorrichtung 6 Starterkulturen 7 Pasteurisierungsbehälter, Pasteurisierungsvorrichtung, Schabewärmetauscher 8 Pumpe 9 Gelbildungsreaktor, Hochschergelierungsreaktor 10 Enzymlösung 11 Mischer, statischer 12 Innenraum des Gelbildungsreaktors 9 13 Welle 14 Einbauten 15 Schabemesser, Scherelement 15a Zylinderspalt, konzentrischer 15b Schabemesser, Scherelement 15c Schnecken-NVendelelemente, Scherelemente 16 Teil, rotierendes 17 Gehäuse 18 Austrittsrohr, Austrittskanal 19 Radius 20 Kanalstück, Rohr 21 Temperiermantel 22 Temperierfluid A Richtungspfeil, Förderungsrichtung B Stoffsystem, das aus Gelbildungsreaktor austritt I Verweil-/Mischzone II Zone der intensiven Scherbehandlung, Hochscherzone 111 Austrittszone IV Ausformungszone Literaturverzeichnis DE 36 36 625 A1 AT 273638 Deutsche Molkerei-Zeitung, 1967, S. 704-707