TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur UHT-Erhitzung eines trinkfähigen Lebensmittelprodukts auf pflanzlicher Basis unter sterilen Bedingungen. Das Lebensmittelprodukt bildet in Form eines eingesetzten Rohprodukts vorzugsweise eine homogene Mischung aus einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, und mindestens einem pflanzlichen Substrat, bei dem es sich beispielsweise um Mandeln, Hafer oder Soja handeln kann. Bei der homogenen Mischung handelt es sich um eine sogenannte kontinuierliche Phase. Der kontinuierlichen Phase ist wenigstens eine feste Beimengung, eine sogenannte disperse Phase, additiv zugegeben. Die disperse Phase geht mit der kontinuierlichen Phase in der Regel eine stoffliche Lösung ein. Bei der festen Beimengung kann es sich beispielsweise um Calciumcarbonat oder eine andere für den Verzehr geeignete Mineralie handeln. Das Rohprodukt wird bis zur Herstellung eines trinkfähigen Fertigprodukts in der nachstehend genannten Reihenfolge einer Wärmebehandlung wenigstens durch eine Vorwärmung, eine Vorerhitzung, eine Hocherhitzung, eine Heißhaltung und eine Kühlung unterzogen und erfährt im Verlauf der Wärmebehandlung eine Homogenisierung, vorzugsweise unter aseptischen Bedingungen. Die Wärmebehandlung erfolgt jeweils im indirekten Wärmeaustausch zwischen einer produktseitigen Rohrinnenströmung und einem rohraußenseitigen Wärmeträgermedium. Darüber hinaus ist Gegenstand der Erfindung eine UHT-Anlage, mit der das Verfahren durchgeführt wird.

Das Verfahren und die UHT-Anlage sind in besonderer Weise dazu geeignet und ausgelegt, ein trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis, wie beispielsweise eine sogenannte Mandel-, Hafer- oder Sojamilch, wärmetechnisch zu behandeln und herzustellen, wobei bekannt ist, dass diese Lebensmittelprodukte besondere Anforderungen an eine UHT-Erhitzung stellen. Dem Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis können wenigstens eine feste Beimengung oder auch anders aggregierte Beimengungen beigemisch sein. Mandel-, Hafer- oder Soja- milch können beispielsweise durch Calcium angereichert sein und bilden damit eine Alternative zur herkömmlichen Kuhmilch.

Die vorliegende Erfindung ist im Grundsatz auf die wärmetechnische Behandlung und Herstellung trinkfähiger Lebensmittelprodukte auf pflanzlicher Basis im vorgenannten Sinne anwendbar; sie wird in der nachfolgenden Beschreibung und anhand eines Anwendungsbeispiels, nämlich einer mit Calcium angereicherten Mandelmilch, qualitativ und quantitativ konkretisiert.

Die Calcium-Anreicherung in den trinkfähigen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis erfolgt, um den natürlich hohen Anteil an Calcium in Kuhmilch nachzustellen. Schon im kalten Zustand bleibt das Calcium nicht vollständig in Lösung, sondern fällt bei längerer Verweilzeit und ohne Rühren aus der stofflichen Lösung aus.

Kuhmilch hat im Vergleich zu Mandelmilch einen Calciumgehalt von ca. 1000 - 1200 mg/Liter (je nach Fütterung bzw. Saison). Das Calcium in Kuhmilch ist jedoch zu einem bedeutenden Anteil in den Kasein-Mizellen (Protein) der Milch gebunden und daher stabil in Lösung. Deshalb ist die im Rahmen der Erfindung beschriebene Problematik ein exklusives Problem von trinkfähigen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis. Die genaue Löslichkeit von Calcium in wässriger Lösung ist neben der Temperatur sehr stark von der Präsenz weiterer Mineralstoffe, u.a. Magnesium oder Phosphor, abhängig. Es ist jedoch in der Literatur bestätigt, dass die Löslichkeit mit steigender Temperatur generell abnimmt (Morse, J. W., Arvidson, R. S., and Lüttge, A. Chem Rev. 2007 Feb;107(2): 342-381 ; Calcium Carbonate Formation and Dissolution).

STAND DER TECHNIK

Es sind UHT-Anlagen der gattungsgemäßen Art zur Erhitzung von Mandelmilch, die mit Calcium angereichert ist, bekannt, in denen es bei einer Erhitzung des Produkts auf maximal ca. 140 °C in relativ kurzer Zeit, beispielweise in einer maximalen möglichen Produktionszeit von ca. 2,5 Stunden, in den zur Erhitzung ein- gesetzten sog. Rohrbündel-Wärmeaustauschern oberhalb einer Temperatur von ca. 110 °C zu einem erhöhten Produkt-Fouling kommt. Unter Produkt-Fouling versteht man die Belagbildung bzw. die Ablagerungen auf produktbeaufschlagten Erhitzerflächen der Wärmeaustauscher, im vorliegenden Falle auf der Innenseite der produktführenden Rohrleitungen, im ungünstigsten Falle ein Anbrennen des Produkts. Durch das Produkt-Fouling verschlechtert sich der Wärmeübergang signifikant, bestimmt durch die sogenannte Wärmeübergangszahl oder den sogenannten -koeffizienten, in diesem Bereich und damit zwangsläufig auch der Wärmedurchgang, bestimmt durch die sogenannte Wärmedurchgangszahl oder den sogenannten -koeffizienten, vom rohraußenseitigen Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasserdampf oder Heißwasser, zum rohrinnenseitigen Produkt. Diese Verringerung bildet sich über eine Temperaturdifferenz (das sog. Delta-T; AT) im Rohrbündel-Wärmeaustauscher ab, die erforderlich ist, um die notwendige Wärme vom Wärmeträgermedium zum Produkt zu übertragen.

Die im Vergleich zur Behandlung von Kuhmilch deutlich schnellere Belagbildung bei mit Calcium angereicherter Mandelmilch ist durch die Ausfällung von Calcium aus der stofflichen Lösung bei ansteigender Temperatur bedingt, da die Löslichkeit von Calcium mit ansteigender Temperatur abnimmt. Das ausgefällte Calcium, aber auch sonstige additive Beimengungen wie beispielsweise andere (Mineral)- Stoffe neigt bzw. neigen zur Sedimentation an der Rohrinnenwandung. Schon im kalten Zustand bleibt das Calcium nicht vollständig in Lösung, sondern fällt bei längerer Verweilzeit, wenn nicht gerührt wird, aus. Das vorgelegte Rohprodukt wird daher in der Regel stetig gemischt, um Sedimentation zu verhindern und eine homogene Verteilung im UHT-Verfahren zu fördern.

Bei einem sogenannten Rohrbündel-Wärmeaustauscher bildet eine Anzahl parallel geschalteter Innenrohre, die in einem speziellen Rohrbelegungsmuster angeordnet sind, einen vom Produkt durchströmten gemeinsamen Innenkanal, wobei die Innenrohre in ihrer Gesamtheit von einem Mantelrohr umschlossen sind, das innenseits einen vom Wärmeträgermedium beaufschlagten Außenkanal ausbildet. Der schnelle Aufwuchs der Belagbildung in den produktbeaufschlagten Innenrohren lässt sich einerseits über den schnell ansteigenden Gegendruck und anderer- seits über die vorstehend genannte Temperaturdifferenz in dem/den Rohrbündel- Wärmeaustauscher/n der Vorerhitzung und/oder Hocherhitzung erkennen.

In den in Rede stehenden UHT-Anlagen des Standes der Technik ist auf Grund der vorstehend thematisierten Nachteile und der bisherigen Erfahrungen nach einer Produktionszeit von maximal 2,5 Stunden entweder eine sterile Zwischenreinigung der UHT-Anlage (ca. 1 Stunde Zeitverlust) oder eine Hauptreinigung der UHT-Anlage mittels einer sog. CIP-Reinigung (CIP: cleaning in place) mit Säu- re/Lauge und anschließender Wassersterilisation notwendig (Zeitverlust ca. 4 Stunden), bevor ein weiterer Produktionszyklus gestartet werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine UHT-Anlage der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik beseitigen, wodurch einerseits eine Standzeitverlängerung im Produktionszyklus und andererseits unter Einbeziehung von Spül- und Reinigungsmaßnahmen, denen eigenständige erfinderische Merkmale zukommen, eine höhere Produktionsleistung in einem vorgegebenen Zeitraum sichergestellt sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine UHT-Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Nebenanspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der UHT- Anlage sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Weiterhin wird ein trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis, wie mit Calcium angereicherte Mandelmilch, angegeben, die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und mittels der erfindungsgemäßen UHT-Anlage herstellbar ist.

Ausgehend von den gattungsbildenden Merkmalen einer UHT-Erhitzung besteht der erfinderische Grundgedanke darin, das Produkt-Fouling, d.h. die Entstehung des Belags und die Geschwindigkeit des Aufwuchses des Belags auf den produktführenden Wandungen der Wärmeaustauscher in den kritischen Bereichen der UHT-Erhitzung, zu hemmen. Dies gelingt dadurch, dass die Substrate und oder die ausgefällten Beimengungen, die den Belag bzw. die Anlagerungen bilden, so in der Trägerflüssigkeit in Schwebe gehalten werden, dass sie nicht miteinander konglomerieren und sich nicht an den Wänden der produktführenden Innenrohre ablagern bzw. ansetzen.

Die sterilen Bedingungen, die für die Herstellung des trinkfähigen Lebensmittelprodukts auf pflanzlicher Basis gefordert werden, werden in an sich bekannter Weise durch die Realisierung eines produktspezifischen Temperaturprofils im UHT-Verfahren sichergestellt. Hierzu gehört eine Vorwärmung des eingesetzten Rohprodukts, ggf. in mehreren Stufen, eine sich anschließende Vorerhitzung und eine Hocherhitzung in Verbindung mit einer Heißhaltung mit jeweils einem UHT- Profil (spezieller Temperatur-Zeit-Verlauf) und eine nachfolgende Kühlung, ggf. ebenfalls in mehreren Stufen, auf Lagerungs- oder Abfülltemperatur. Im Verlauf der Wärmebehandlung wird das Rohprodukt einer Homogenisierung unterzogen. Erfolgt die Homogenisierung im Verlauf der Kühlung, d.h. stromabwärts der Hocherhitzung und Heißhaltung, dann handelt es sich um eine Homogenisierung unter aseptischen Bedingungen. Die Ausfällung der wenigstens einen Beimengung aus der Trägerflüssigkeit, im Ausführungsbeispiel des Calciums aus der Mandelmilch, vollzieht sich in der Hocherhitzung und ggf. bereits in der sich an die Vorwärmung anschließende Vorerhitzung, die vorstehend als kritischer Bereich bezeichnet wurden, wenn dort die Ausfällungstemperatur erreicht wird. Bei mit Calcium angereicherter Mandelmilch liegt die Ausfällungstemperatur oberhalb von ca. 110 °C.

Ein erstes Lösungselement der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zumindest in einem Bereich der Wärmebehandlung, in dem oberhalb einer Ausfällungstemperatur die wenigstens eine Beimengung beginnt, aus der stofflichen Lösung, dem Rohprodukt, auszufallen, der produktseitigen Rohrinnenströmung einerseits im Zuge einer Druckerhöhung mittels einer Druckerhöhungspumpe eine erste pulsierende Strömung aufgeprägt wird. Diese erste pulsierende Strömung überlagert sich andererseits einer zweiten pulsierenden Strömung innerhalb der produktseitigen Rohrinnenströmung, die aus der Homogenisierung mittels eines Homogenisa- tors, der vorzugsweise unter aseptischen Bedingungen arbeitet, resultiert, weil die Druckerhöhungspumpe gegen den Homogenisator fördert.

Bei der Druckerhöhungspumpe kann es sich um translatorisch oder auch rotativ arbeitende Verdrängerpumpen jedweder Art handeln. Ein wesentliches Eignungskriterium für eine diesbezügliche Druckerhöhungspumpe ist die Erzeugung einer steuerbaren pulsierenden Volumenstromlieferung und die Erzeugung eines an sich für UHT-Anlagen unüblich hohen Systemdruckes insbesondere im kritischen Bereich der UHT-Anlage, beginnend am Ausgang der Druckerhöhungspumpe. Der erforderliche unüblich hohe Systemdruck ist vor allem einem weiteren erfindungsgemäßen Lösungsmerkmal geschuldet, das nachstehend thematisiert wird.

Ein weiteres Lösungselement besteht darin, dass im kritischen Bereich die Turbulenz der Rohrinnenströmung gegenüber Auslegungen nach dem Stand der Technik zusätzlich forciert wird, indem dort die Rohrinnenströmung auf eine hochturbulente Strömung mit einer Reynolds-Zahl oberhalb von 30.000 ausgelegt ist (Re> 30.000). Durch diese forcierte Turbulenz wird infolge des dreidimensionalen Strömungsfeldes, die eine verstärkte Querbewegung in der Rohrinnenströmung bewirkt, die Belagbildung und die Geschwindigkeit seines Aufwuchses signifikant reduziert. Es hat sich gezeigt, dass zur Erfüllung der vorstehend thematisierten Erfordernisse die Reynolds-Zahl bevorzugt in einem Wertebereich zwischen 35.000 und 80.000 (35.000 < Re < 80.000) und insbesondere bevorzugt zwischen 50.000 und 80.000 (50.000 < Re < 80.000) auszulegen ist.

Es wird zur Sicherstellung der hochturbulenten Strömung weiterhin vorgeschlagen, die erforderliche Reynolds-Zahl im Bedarfsfall durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit oberhalb von 2,5 m/s sicherzustellen (c* > 2,5 m/s), bevorzugt oberhalb von 3,0 m/s. Diese Notwendigkeit stellt sich dann ein, wenn durch die Bemessung der die Rohrinnenströmung ausbildenden Rohrgeometrie (relativ kleine Rohrinnendurchmesser) im kritischen Bereich die erforderliche Reynolds- Zahl mit den üblichen Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von unterhalb 2 m/s nicht erreichbar ist. Anlagen nach dem Stand der Technik sind im kritischen Bereich mit Strömungsgeschwindigkeiten in der Regel von unterhalb 2 m/s ausge- legt. Der unüblich hohe Systemdruck sorgt für die Ausprägung der erfindungsgemäßen Merkmale im kritischen Bereich, und zwar einerseits der hochturbulenten Strömung und andererseits der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit.

Es hat sich als besonders zielführend mit Blick auf die Hemmung der Belagbildung herausgestellt, wenn volumenstrombezogene erste Pulsationsmaxima der ersten pulsierenden Strömung und volumenstrombezogene zweite Pulsationsmaxima der zweiten pulsierenden Strömung unterschiedlich groß sind. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn volumenstrombezogene erste Pulsationsmaxima der ersten pulsierenden Strömung eine erste Pulsationsfrequenz und volumenstrombezogene zweite Pulsationsmaxima der zweiten pulsierenden Strömung eine zweite Pulsationsfrequenz aufweisen und die erste und die zweite Pulsationsfrequenz unterschiedlich groß sind. Eine Kombination der beiden vorstehend vorgeschlagenen Auslegungskriterien (Pulsationsmaxima und Pulsationsfrequenz) ist besonders wirksam mit Blick auf die Hemmung der Belagbildung und die Reduzierung der Geschwindigkeit von dessen Aufwuchs.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die erste Pulsationsfrequenz der ersten pulsierenden Strömung kleiner als die zweite Pulsationsfrequenz der zweiten pulsierenden Strömung ist. Bei der Herstellung von mit Calcium angereicherter Mandelmilch ergeben sich besonders gute Ergebnisse, wenn sich die erste Pulsationsfrequenz zur zweiten Pulsationsfrequenz wie 3 zu 5 verhält (erste Pulsationsfre- quenz/zweite Pulsationsfrequenz = 3/5).

Die Hemmung der Belagbildung und der Geschwindigkeit seines Aufwuchses mit den erfindungsgemäßen verfahrenstechnischen Merkmalen zeitigt eine Standzeit der erfindungsgemäßen UHT-Anlage, betrieben mit dem erfindungsgemäßen UHT-Verfahren und beispielhaft angewendet auf mit Calcium angereicherte Mandelmilch (nachfolgend als Rohprodukt bezeichnet), die mit mehr als 8 Stunden deutlich höher liegt als die mit UHT-Anlagen des Standes der Technik erreichbaren Standzeiten (max. ca. 2,5 Stunden). Bei UHT-Anlagen nach dem Stand der Technik ist nach der genannten Standzeit von 2,5 Stunden eine Zwischen- oder chemische Hauptreinigung erforderlich, um die Wärmedurchgangsbedingungen auf den Anfangszustand des Produktionszyklusses zurückzuführen. Eine Standzeit von mehr als 8 Stunden ist allerdings nur realisierbar, wenn für diesen Produktionszeitraum eine hinreichende Menge an Rohprodukt bereitgestellt und in der UHT-Anlage vorgelegt werden kann.

Die wenigstens eine Beimengung zu trinkfähigen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis, beispielsweise Mandel-, Hafer- und Sojamilch, kann bei der sogenannten Ausfällungstemperatur in der Hocherhitzung und ggf. bereits in der Vorerhitzung aus der stofflichen Lösung ausfallen. Bei mit Calcium angereicherter Mandelmilch ist die Ausfällungstemperatur oberhalb von ca. 110 °C, im sog. kritischen Bereich, verortet und dient als Kriterium für die Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale. Bei anderen trinkfähigen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis ist der diesbezügliche kritische Bereich bei einer entsprechenden oder auch einer davon abweichenden Ausfällungstemperaturen zu verorten.

Unter den Rahmenbedingungen im Hinblick auf die mengenmäßige Bereitstellstellung von Rohprodukt nach dem Stand der Technik schlägt die Erfindung nach Verarbeitung der üblichen Bereitstellungsmengen an Rohprodukt mit dem erfindungsgemäßen UHT-Verfahren einen erfindungsgemäßen Spül- und Reinigungsvorgang vor, der die bisherige Zwischen- oder chemische Reinigung vermeidet bzw. gleichwirkend ersetzt.

Diese Lösung, der eine eigenständige erfinderische Bedeutung zukommt, besteht darin, dass bei Erreichen

• einer vorgegebenen Druckdifferenz, bezogen auf einen Anfangsdruck am Ausgang der Druckerhöhungspumpe, und

• einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen Rohprodukt und einem separatem Wärmeträgermedium in der Hocherhitzung bzw. im kritischen Bereich, bezogen auf eine Anfangstemperaturdifferenz, folgende Schritte (i) bis (iv) vorgesehen sind:

(i) erstes Ausschieben des Fertigprodukts aus der UHT-Anlage in einen außerhalb der UHT-Anlage angeordneten Steriltank mittels Wasser; (ii) zweites Ausschieben einer Mischphase aus Fertigprodukt und Wasser mittels einer sich anschließenden definierten Menge Wasser an dem Steriltank vorbei in einen Gully;

(iii) Zirkulieren von Wasser in der mit Roh- und/oder Fertigprodukt kontaminierten UHT-Anlage über eine Zirkulationszeit, die sich aus dem vollständigen Abbau der Druckdifferenz auf den Anfangsdruck und der Temperaturdifferenz auf die Anfangstemperaturdifferenz ergibt und

(iv) Überführen der UHT-Anlage in eine erneute Produktionsbereitschaft für eine bereitgestellte Batch-Menge Rohprodukt.

Bei dem verwendeten Wasser kann es sich um Frischwasser besonderer Qualität, aber auch im Regelfall um Wasser ohne besondere Anforderungen an Qualität und Reinheit handeln, weil dieses Wasser bei der Durchführung der Schritte (i) bis (iv) die UHT-Erhitzung mit dem Temperaturprofil des Produktionszyklusses durchläuft und damit in der Anlage sterilisiert wird.

Die Produktionszeit des Rohprodukts mit ca. 2,5 Stunden ist bei dem Anwendungsbeispiel der mit Calcium angereicherten Mandelmilch durch die Batch- Menge des bereitgestellten Rohprodukts determiniert. Innerhalb dieser Zeit steigen der Druck am Ausgang der Druckerhöhungspumpe (Druckdifferenz bezogen auf einen Anfangsdruck) und es stellt sich eine Temperaturdifferenz im kritischen Bereich ein, die gegenüber einer Anfangstemperaturdifferenz erhöht ist. Das bedeutet, dass es bereits eine deutliche Belagbildung im kritischen Bereich der UHT- Anlage (> 110 °C) gibt, die dort den Wärmedurchgang bzw. die Wärmedurchgangszahl signifikant verringert. Um die Erhitzungstemperatur nach wie vor zu realisieren, steigt daher die wärmeträgerseitige Temperatur, erkennbar durch erhöhten Dampfeinsatz.

Nach Ende der Produktion erfolgt ein erstes Ausschieben des Rohprodukts aus der UHT-Anlage mit Wasser in einen Steriltank (Produkt wird mit Wasser aus der Anlage ausgeschoben). Durch die strömungstechnische Gestaltung der Wärmeaustauscher, vorzugsweise Rohrbündel-Wärmeaustauscher, wird im Zuge eines sich anschließenden zweiten Ausschiebens eine Mischphase aus Ausschub- wasser und Restprodukt minimiert, wodurch Produktverluste somit auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Nach dem zweiten Ausschieben der Mischphase wird eine definierte Menge Wasser am Steriltank vorbei in einen Gully geschoben.

Anschließend geht die Anlage in Zirkulation („Wasser-Umlauf ¹ ), d.h. es wird Wasser in der UHT-Anlage zirkuliert, wodurch die UHT-Anlage steril und in stetiger Produktionsbereitschaft bleibt. Die hierfür benötige Zirkulationszeit liegt erfahrungsgemäß bei weniger als 30 Minuten. Die erforderliche Zirkulationszeit bestimmt sich aus dem Grad der Reinigung der UHT-Anlage. Sie endet, wenn die Druckdifferenz auf den Anfangsdruck und die Temperaturdifferenz auf die Anfangstemperaturdifferenz (zwei Kenngrößen für die Verschmutzung der UHT- Anlage). abgebaut sind, d.h. wenn der kritische Bereich vollständig vom Belag abgereinigt ist (Ausgangszustand wie nach einer chemischen Anlagenreinigung, z.B. CIP-Reinigung).

Der Spül- und Reinigungsvorgang wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens dadurch weiter optimiert,

• dass im Verlauf des Zirkulierens der zirkulierte Volumenstrom Wasser schrittweise über die Druckerhöhungspumpe in Verbindung mit dem Homogenisator reduziert wird,

• dass dabei die Abnahme der Druckdifferenz und der Temperaturdifferenz überwacht und jeweils maximale Gradienten ermittelt werden und

• dass das Zirkulieren unter den Zirkulationsbedingungen am Optimum der ermittelten Maxima bis zum Erreichen des Anfangsdruckes und der Anfangstemperaturdifferenz fortgeführt wird.

Durch das schrittweise Reduzieren des Volumenstroms Wasser im Verlauf des Zirkulierens wird außerdem eine sich über die Zeit geringfügig ändernde Pulsationsfrequenz der ersten und der zweiten pulsierenden Strömung erzeugt (variierendes Strömungsprofil mit verschiedenen ersten und zweiten Pulsationsfrequenzen und volumenstrombezogene erste und zweite Pulsationsmaxima), wobei sich diese Variationen positiv auf die Lösung des Belages auswirken. Es wird die Abnahme der Druckdifferenz und der Temperaturdifferenz überwacht und es werden die jeweils maximalen Gradienten dieser Abnahmen ermittelt. Am Optimum der ermittelten Maxima ist die „optimale Pulsationsfrequenz“ erreicht. Durch die Überwachung des Abbaus der Druck- und der Temperaturdifferenz während des Zirkulierens kann diese optimale Pulsationsfrequenz ermittelt und zu weiteren Regelungseingriffen herangezogen werden. An der Stelle der größten Gradienten des Abbaus der Druck- und Temperaturdifferenz kann davon ausgegangen werden, dass das in diesem Moment vorliegende Strömungsprofil die Lösung des Belags optimal verstärkt. Dieser ideale Punkt kann sowohl bei maximalem als auch bei reduziertem Zirkulations-Volumenstrom liegen oder kann je nach Art und Resilienz des Belags variieren. Zudem wird durch die Reduktion des Volumenstroms des zirkulierten Wassers auch der Energieeinsatz weiter reduziert, sodass die UHT- Anlage den Anforderungen an eine effiziente Prozessanlage gerecht wird.

Zusammengefasst ergeben sich folgende Vorteile mit dem erfindungsgemäßen Spül- und Reinigungsvorgang in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der UHT-Anlage:

Das UHT-Verfahren wird den Anforderungen einer modernen, zukunftsausgerichteten UHT-Applikation für die Herstellung eines trinkfähigen Lebensmittelprodukts auf pflanzlicher Basis unter sterilen Bedingungen in jeder Hinsicht gerecht, weil

• das vorgeschlagene UHT-Verfahren eine maximale Produktqualität (Sensorik,

Stabilität, Haltbarkeit) auch bei langen Produktionszyklen garantiert, die deutlichen über dem Stand der Technik liegen;

• eine signifikante Effizienzsteigerung durch den Wegfall von Reinigungs- und Sterilisationsschritten gegeben ist;

• der Energiebedarf, dem aus Sicht des Anlagenbetreibers eine stetig wachsende Bedeutung zukommt, deutlich gesenkt wird, da die Anzahl von Reinigungen und der damit verbundenen Neusterilisationen deutlich reduziert wird und darüber hinaus der Volumenstrom beim Wasserumlauf reduziert werden kann (Themen: steigende Energiepreise; Reduktion von Emissionen; Erwerb von CO2- Zertifikaten; angestrebte Klimaneutralität als Unternehmensphilosophie aber auch als Werbeträger). Die gattungsbildenden Merkmale der UHT-Anlage, wie sie im Oberbegriff des Nebenanspruchs angegeben sind, sind grundsätzlich bekannt. Die Betriebsparameter sind jeweils abhängig vom herzustellenden Produkt, seiner Rezeptur und von den spezifischen Betriebsparameter der in der UHT-Anlage eingesetzten Komponenten und Aggregationen. So genügt es beispielsweise, wenn in UHT-Anlagen nach dem Stand der Technik zur Erzeugung des Volumenstroms durch die in Reihe geschalteten Wärmeaustauscher und zur Überwindung der Druckverluste eine geeignete Fördereinrichtung, in der Regel eine Kreiselpumpe, eingesetzt wird.

Die UHT-Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen UHT-Verfahrens setzt die verfahrenstechnischen Lösungsmerkmale konsequent in gegenständliche Merkmale um. Die UHT-Anlage stellt in an sich bekannter Weise die zu fordernden sterilen Produktionsbedingungen durch die Realisierung eines produktspezifischen Temperaturprofils sicher. Hierzu gehört, die nachfolgende Aufzählung ist beispielhaft gewählt und nicht zwingend, eine Vorwärmzone, die wenigstens einen ersten und erforderlichenfalls einen zweiten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone aufweist. Dieser wenigstens eine Wärmeaustauscher ist im Regelfall, wie auch alle anderen Wärmeaustauscher der UHT-Anlage, als Rohrbündel-Wärmeaustauscher ausgeführt und wird vorzugsweise regenerativ betrieben. Anschließend folgt, in Strömungsrichtung des Rohprodukts gesehen, eine Vorerhitzerzone, die wenigstens einen vorzugsweise über einen separaten Heißwasserkreis betriebenen dritten Wärmeaustauscher der Vorerhitzerzone aufweist, eine Hocherhitzerzone, die wenigstens einen über einen separaten Heißwasserkreis betriebenen Wärmeaustauscher der Hocherhitzerzone aufweist, eine Heißhalterzone, die wenigstens einen Heißhalter aufweist, eine Kühlzone, die wenigstens einen vorzugsweise regenerativ betriebenen Wärmeaustauscher sowie erforderlichenfalls mit Direktwasser (Kühlwasser und ggf. Eiswasser) beaufschlagte Wärmeaustauscher der Kühlzone aufweist, und im Verlauf der Wärmebehandlung ein Homogenisator.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung sind, ausgehend von den gattungsbildenden Merkmalen der UHT-Anlage, folgende Kennzeichenmerkmale vorgesehen: • es ist ein Vorlaufbehälter vorgesehen, der mit dem ersten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone über eine Zulaufleitung, in der eine Fördereinrichtung, vorzugsweise eine Kreiselpumpe, angeordnet ist, fluidgängig verbunden ist;

• eine Zulaufleitung für Wasser mündet oberstromig der Fördereinrichtung in die Zulaufleitung ein;

• der Vorlaufbehälter ist fluidgängig in ein Zirkulationsleitungssystem eingebunden, das die Wärmeaustauscher und den Heißhalter bis zu einem Steriltank und einen den Steriltank im Bypass umgehenden, zum Vorlaufbehälter führenden fünften Leitungsabschnitt und die Zulaufleitung umfasst;

• unterstromig des ersten Wärmeaustauschers der Vorwärmzone ist eine Druckerhöhungspumpe und unterstromig des ersten Wärmeaustauschers der Kühlzone ist der Homogenisator angeordnet.

Zur Realisierung des Spül- und Reinigungsvorganges der UHT-Anlage mit Wasser über das Zirkulationsleitungssystem schlägt die Erfindung vor, dass im Einmündungsbereich des fünften Leitungsabschnitts in den Vorlaufbehälter aus dem fünften Leitungsabschnitt eine Ablaufleitung zu einem Gully ausmündet.

Zur Erzeugung einer wirksamen ersten pulsierenden Strömung ist die Druckerhöhungspumpe beispielsweise als Kolbenpumpe mit beispielsweise drei einfachwirkenden Kolben ausgebildet. Die Druckerhöhungspumpe arbeitet in Reihe auf den Homogenisator, der, wie dies ebenfalls vorgesehen ist, eine zweite pulsierende Strömung durch Ausbildung beispielsweise als Kolbenpumpe mit beispielsweise fünf einfachwirkenden Kolben erzeugt. Anstelle von Kolbenpumpen können auch andere translatorisch oder rotativ arbeitende Verdrängerpumpen mit mehrfacher, zeitlich versetzter Volumenstromlieferung vorgesehen werden.

Um die verfahrenstechnischen Anforderungen strömungsmechanisch zu erfüllen, ist weiterhin vorgesehen, dass die Druckerhöhungspumpe für einen Gegendruck ausgelegt ist, der die Reynoldszahl der Ansprüche 1 oder 2 oder die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Ansprüche 3 oder 4 sicherstellt, und dass die produktbeaufschlagten Bereiche der UHT-Anlage zwischen der Druckerhöhungspumpe und dem Homogenisator für diesen Gegendruck ausgelegt sind. Die dies- bezüglich erforderlichen Gegendrücke liegen erfahrungsgemäß im Bereich von 30 bis 100 bar.

Der zielführende erfinderische Lösungsgedanke ist die Erzeugung einer „pulsierenden Strömung“ durch den Einsatz von zwei Pumpen in Reihe, eine Druckerhöhungspumpe und ein Homogenisator, die die eingangs definierten Eignungskriterien aufweisen, vorzugsweise drehzahlregelbare translatorisch oder rotativ arbeitende Verdrängerpumpen und hier vorzugsweise Kolbenpumpen mit jeweils mehreren einfachwirkenden Kolben, wobei die Druckerhöhungspumpe vorzugsweise beispielsweise mit 3 Kolben und die zweite Pumpe, der Homogenisator, vorzugsweise beispielsweise mit 5 Kolben arbeiten. Die „pulsierende Strömung“ sorgt für eine hohe Verwirbelung innerhalb des kritischen Bereichs und ermöglicht damit das „Mitreißen“ der abgelagerten wenigstens einen Beimengung. Die 3-Kolben Maschine ist mit größeren Kolben und größerem Kolbenhub als die 5-Kolben Maschine ausgestattet, sodass ein Kolbenhub der 3-Kolben Maschine ein größeres Volumen fördern kann als der Kolbenhub der 5-Kolben Maschine. Die Maschinen laufen zur Erfüllung der Kontinuitätsbedingung mit Blick auf einen gleichen mittleren Volumenstrom bei näherungsweise gleichen Drehfrequenzen. Dennoch erzeugen die Maschinen naturgemäß keinen vollständig kontinuierlichen Durchfluss, sondern fördern jeweils mit unterschiedlichen Pulsationsmaxima. Diese sind bei der 3- Kolben Maschine verschieden von jenen bei der 5-Kolben Maschine. Die pulsierende Strömung wird originär von der 3-Kolben Maschine erzeugt, weil diese gegen die 5-Kolben Maschine fördert. Da die Pulsationsmaxima, wie angesprochen, nicht gleich sind, entsteht eine Pulsation innerhalb des Volumenstroms.

Die hohen Fließgeschwindigkeiten, wie erfindungsgemäß zur Erzeugung der erforderlichen Reynolds-Zahl vorgesehen, die über das im Stand der Technik übliche Maß hinausgehen, sorgen in Verbindung mit der niedrigen Viskosität des Wassers für eine hohe Turbulenz der Strömung. Die damit erreichte Querbewegung (dreidimensionales Strömungsfeld) der Flüssigkeit verstärkt den Effekt des „Mitreißens“ bzw. Lösens des (vorrangig) mineralischen Foulings. Das Wasser enthält beim Eintritt in die UHT-Anlage keine Beimengung, beispielsweise kein Calcium, weshalb die in der Anlage abgelagerte Beimengung im Wasser in Lösung gehen kann und damit über das Wasser im Verlauf des Reinigungsund Spülvorgangs ausgetragen wird.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, dass die Rohrbündel-Wärmeaustauscher jeweils Innenrohre aufweisen, die die Merkmale des Gegenstandes der Druckschrift EP 1 567 818 B1 aufweisen. Wenigstens auf der Oberfläche der Innenwand der Innenrohre sind schraubengangförmige, erhabene oder vertiefende Profilierungen ausgebildet. Diese Maßnahme dient der Turbulenzerhöhung gegenüber dem Glattrohr und erzeugt, bei hinreichender Bemessung insbesondere der erhabenen Profilierungen, eine im Rahmen der Turbulenz gewünschte Strömungskomponente in Umfangsrichtung. Aus der Wärmeübertragungstechnik ist bekannt, den Wärmeübergang im Vergleich zum sog. Glatt-Rohr durch Profilierung der wärmeübertragenden Rohrinnen- und Rohraußenfläche zu verbessern. Hierzu werden die vorgenannten schraubengangförmigen Vertiefungen durch Umformtechniken in die Rohrwand eingebracht, wodurch zur Erzeugung dieser gewünschten Makro- Rauhigkeits-Strukturen keine zusätzliche Materialdicke erforderlich ist. Dies bedeutet, dass eine außenseitig angebrachte Vertiefung innenseitig eine entsprechende Erhöhung darstellt. Die so verformten dünnwandigen Rohre werden als sogenannte Drallrohre bezeichnet. Die aus der vorgenannten Druckschrift bekannte Wendelung der Innenrohre (Tiefe und der Winkel der Wendelung) ist in allen Wärmeaustauschern zur Erhöhung der Turbulenz und dem durch diese induzierten reduzierten Produkt-Fouling auf die hohen erfindungsgemäßen Strömungsgeschwindigkeiten und weiteren Lösungsmerkmale abgestimmt.

Das vorgeschlagene Verfahren und die UHT-Anlage eignen sich besonders für die Herstellung eines trinkfähigen Lebensmittelprodukts auf pflanzlicher Basis unter sterilen Bedingungen, wie mit Calcium angereicherte Mandelmilch. Diese Mandelmilch besteht aus der kontinuierlichen Phase, die aus einer homogenen Mischung aus einer Trägerflüssigkeit und mindestens einem pflanzlichen Substrat besteht, wobei das pflanzliche Substrat aus in einer dafür vorgesehenen Flüssigkeit, wie Wasser, aufgeweichten und dann gepressten oder zermahlenen Mandeln hergestellt ist und das pflanzliche Substrat in die Trägerflüssigkeit, wie Wasser, mit einem Trockenmassegehalt von vorzugsweise 5 bis 10 % eingemischt und homogen verteilt ist, und der dispersen Phase, die wenigstens aus einer festen Beimengung besteht, mit vorzugsweise 1 .800 bis 2.000 mg Calciumcarbonat/Liter kontinuierliche Phase, wobei die disperse mit der kontinuierlichen Phase eine stoffliche Lösung in Form des Rohprodukts eingeht, und hergestellt durch Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder durch Wärmebehandlung in der UHT-Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18.

Die Mandelmilch hat vorzugsweise einen Trockenmassegehaltvon ca. 5% - (10%) (vgl. Kuhmilch: ca. 13% inkl. 3.5% Fett). Die Mandelmilch ist homogen und vor Calcium-Anreicherung lagerstabil und weist nur eine minimale Calcium- Sedimentation auf. Das Produkt Mandelmilch ist neben der „reinen“ Variante auch in verschiedenen Geschmacksrichtungen verfügbar, u.a. Schokolade. Der pH- Wert der Mandelmilch liegt im leicht alkalischen Bereich (7,3 - 7,6; leichte Reduktion während der Lagerung bis hin zum Ende der Produkthaltbarkeit). Ein Trockenmassegehalt von 10 bis 18 % sind bei Mandel-, Hafer- und Soja-„Milchen“ allerdings nicht unüblich.

Für die vorgenannten und auch andere trinkfähige Lebensmittelprodukte auf pflanzlicher Basis können die für die Mandelmilch im Ausführungsbeispiel spezifizierten Merkmale in einem weiten Bereich nach Menge und Art des pflanzlichen Substrats sowie auch die Beimengungen nach Menge und Art signifikant variieren. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und die UHT-Anlage zu seiner Durchführung kommen auch bei diesen trinkfähigen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis in besonderer Weise zum Tragen. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausführungsformen realisiert ist, wird in der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der UHT-Anlage, mit der das erfindungsgemäße UHT-Verfahren durchführbar ist, dargestellt und nachfolgend nach Aufbau und Funktion beschrieben. Es zeigen

Figur 1 in schematischer Darstellung einen relevanten Teilbereich einer erfindungsgemäßen UHT-Anlage, der auf wesentliche Merkmale reduziert ist;

Figur 2 in schematischer Darstellung der erfindungsgemäße Produktionszyklus zur Herstellung des Fertigprodukts FP mit der UHT-Anlage gemäß Figur 1;

Figur 3 in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße erste Ausschieben des Fertigprodukts FP aus der UHT-Anlage gemäß Figur 1;

Figur 4 in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße zweite Ausschieben der Mischphase aus der UHT-Anlage gemäß Figur 1 in Verbindung mit einem Nachlauf einer bestimmten Menge Wasser;

Figur 5 in schematischer Darstellung das erfindungsgemäße Zirkulieren des Wassers im Rahmen des erfindungsgemäßen Reinigungs- und Spülvorganges in der UHT-Anlage gemäß Figur 1 und

Figur 6 eine vereinfachte grafische Darstellung der Merkmale der ersten und der zweiten pulsierenden Strömung im Rahmen der UHT-Anlage gemäß Figur 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

UHT-Anlage

Ein in Figur 1 dargestellter Teilbereich 100 einer UHT-Anlage (UHT: Ultra-Hoch- Temperatur) besteht, ausgehend von einer Zulaufleitung 13, in der ein zu behan- delndes Rohprodukt RP, beispielsweise ein zu behandelndes trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis, wie im vorliegenden Falle mit Calcium angereicherte Mandelmilch, eine Rohrinnenströmung RS ausbildet, in der dargestellten Strömungsrichtung in an sich bekannter Weise aus einer Vorwärmzone VWZ, einer Vorerhitzerzone VEZ, einer Hocherhitzerzone HZ, einer Heißhalterzone HHZ und einer Kühlzone KZ. Die Zonen weisen zwecks Wärmebehandlung W des Rohprodukts RP bis zu einem Fertigprodukt FP an einem Austritt 13a zu einem nicht dargestellten Steriltank in Reihe geschaltete Wärmeaustauscher 1-4 und 6-8 auf, die vorzugsweise als sogenannte Rohrbündel-Wärmeaustauscher ausgebildet sind. Die Anzahl der Wärmeaustauscher ist beispielhaft und vereinfachend gewählt; hinter jedem dieser schematisch dargestellten Wärmeaustauscher kann sich in der realen Ausgestaltung der UHT-Anlage auch mehr als ein Wärmeaustauscher verbergen.

Bei dem jeweiligen Rohrbündel-Wärmeaustauscher handelt es sich vorzugsweise um eine Ausführung, wie sie in der DE-U-94 03 913 (Prinzip Tuchenhagen Dairy Systems GmbH, Ahaus) beschrieben ist und bei der mehrere parallel geschaltete Innenrohre 20 vorzugsweise in Gestalt eines speziellen Rohrbelegungsmusters vorgesehen sind, die, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, von dem Rohprodukt RP durchflossen werden, während ein Wärmeträgermedium Wm1 , Wm2, in der Regel Heißwasser oder Dampf, im Ringspaltraum (Außenkanal) eines Mantelrohres (Außenmantel), welches die parallel geschalteten Innenrohre 20 in ihrer Gesamtheit umgibt, im Gegenstrom strömt. Die Innenrohre 20 weisen vorzugsweise die Merkmale des Gegenstandes der EP 1 567 818 B1 auf.

Im Ausführungsbeispiel weist die Vorwärmzone VWZ zur Vorwärmung VW beispielsweise einen ersten und einen zweiten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone 1 , 2 auf, die beide vorzugsweise regenerativ mit einem regenerativen Wärmeträgermedium Wm1 (vorzugsweise Wasser) betrieben werden. In den Wärmeaustauschern 1 und 2 erfolgt eine stufenweise Vorwärmung VW des Rohprodukts RP auf Temperaturen von ca. 75 °C und ca. 90 °C. Anschließend folgt eine Vorerhitzerzone VEZ mit einem dritten Wärmeaustauscher der Vorerhitzerzone 3, der vorzugsweise über einen separaten Heißwasserkreis beaufschlagt ist und das Roh- Produkt RP auf eine Temperatur von ca. 120 °C erhitzt. In der realen Ausführung besteht der dritte Wärmeaustauscher der Vorwärmzone 3 beispielsweise aus drei separaten Wärmeaustauschern. In der sich anschließenden Hocherhitzerzone HZ ist wenigstens ein Wärmeaustauscher der Hocherhitzerzone 4 vorgesehen, der vorzugsweise in einen separaten Heißwasserkreis eingebunden ist und das Rohprodukt RP durch Hocherhitzung HE auf eine Temperatur von ca. 140 °C erhitzt. In einem Heißhalter 5 der Heißhalterzone HHZ findet eine Heißhaltung HH des Rohprodukts RP bei der Temperatur von ca. 140 °C für eine bestimmte Zeit statt. Der Heißhalterzone HHZ schließt sich die Kühlzone KZ an, in der das Rohprodukt RP eine Kühlung K zum trinkfertig sterilisierten Fertigprodukt FP auf eine Temperatur von ca. 70 °C und schließlich ca. 20 °C erfährt. Hierzu sind beispielsweise ein regenerativ betriebener erster Wärmeaustauscher der Kühlzone 6 und erforderlichenfalls ein mit Kühlwasser beaufschlagter zweiter Wärmeaustauscher der Kühlzone 7 und ebenfalls erforderlichenfalls ein mit Eiswasser beaufschlagter dritter Wärmeaustauscher der Kühlzone 8 vorgesehen. Der zweite und der dritte Wärmeaustauscher der Kühlzone 7 und 8 sind hier nur beispielhaft genannt. Die UHT-Anlage kann anwendungsbedingt auch nur mit einem der beiden oder ohne diese beiden betrieben werden.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone 1 , 2 ist über einen ersten und einen zweiten Leitungsabschnitt 13.1 , 13.2 eine Druckerhöhungspumpe 9, vorzugsweise eine translatorisch oder rotativ arbeitende Verdrängerpumpe und hier vorzugsweise eine Kolbenpumpe mit drei (n=3) einfachwirkenden ersten Verdrängern 9a, eine sogenannte 3-Kolben Maschine, vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel (UHT-Erhitzung von mit Calcium angereicherter Mandelmilch) für einen unüblich hohen maximalen Gegendruck von 80 bar ausgelegt ist. Abhängig von der Dimensionierung der Innenrohre im kritischen Bereich kann der maximale Gegendruck in einem Bereich zwischen 30 und 100 bar ausgelegt sein.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauscher der Kühlzone 6, 7 ist über einen dritten und einen vierten Leitungsabschnitt 13.3, 13.4 ein Homogenisator 10 vorgesehen, der in dieser Anordnung stromabwärts der Hocherhitzung HE und Heißhaltung HH unter aseptischen Bedingungen arbeitet. Im Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise eine Kolbenpumpe mit fünf (n=5) einfachwirkenden zweiten Verdrängern 10a, eine sogenannte 5-Kolben Maschine, vorgeschlagen. Die Anzahl der Kolben ist generell von dem zu fördernden Volumenstrom abhängig und kann von der im Ausführungsbeispiel gewählten Anzahl nach oben oder unten abweichen. Die Druckerhöhungspumpe 9 fördert gegen den Homogenisator 10, weshalb die produktbeaufschlagten Bereiche der UHT-Anlage 100 zwischen der Druckerhöhungspumpe 9 und dem Homogenisator 10 für einen Anlagendruck in Höhe der vorerwähnten 80 bar ausgelegt sind.

Die UHT-Anlage 100 weist einen Vorlaufbehälter 11 mit einer Rühr- und Mischeinrichtung 11c auf, der mit dem ersten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone 1 über die Zulaufleitung 13, in der eine Fördereinrichtung 12, vorzugsweise eine Kreiselpumpe, angeordnet ist, fluidgängig verbunden ist. Eine Zulaufleitung für Wasser 14 mündet oberstromig der Fördereinrichtung 12 in die Zulaufleitung 13 ein, über die im Bedarfsfall Wasser FW zugeführt wird. Der Vorlaufbehälter 11 verfügt weiterhin über einen Eintritt zum und einen Austritt vom Vorlaufbehälter 11a, 11b, über die das Rohprodukt RP zu- und abgeführt werden kann. Der Vorlaufbehälter 11 ist fluidgängig in ein Zirkulationsleitungssystem eingebunden, das die Wärmeaustauscher 1-4 und 4-8 und den Heißhalter 5 bis zu dem nicht dargestellten Steriltank und einen den Steriltank im Bypass umgehenden und über einen Eintritt 13b zum Vorlaufbehälter 11 führenden fünften Leitungsabschnitt 13.5 und die Zulaufleitung 13 umfasst. Im Zirkulationsleitungssystem sind die vorstehend beschriebene und unterstromig des ersten Wärmeaustauschers der Vorwärmzone 1 angeordnete Druckerhöhungspumpe 9 und der unterstromig des ersten Wärmeaustauschers der Kühlzone 6 vorgesehene, aseptisch arbeitende Homogenisator 10 eingebunden.

Im Einmündungsbereich des fünften Leitungsabschnitts 13.5 in den Vorlaufbehälter 11 mündet aus dem fünften Leitungsabschnitt 13.5 eine Ablaufleitung zu einem Gully 15 für Restprodukt RM aus. Verfahren

Mit der vorstehend beschriebenen UHT-Anlage 100 (Figur 1) kann mit dem nachstehend noch beschriebenen Verfahren ein trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis, das eingesetzte Rohprodukt RP, einer UHT-Erhitzung zur Herstellung eines trinkfähigen Fertigprodukts FP unterzogen werden. Die nachstehende Verfahrensbeschreibung stützt sich auf konkrete Prozessdaten, die bei der Herstellung und Behandlung einer mit Calcium angereicherten Mandelmilch gewonnen wurden.

Das eingesetzte Rohprodukts RP besteht aus einer kontinuierlichen Phase TF+TM und einer dispersen Phase B. Die kontinuierliche Phase TF+TM bildet eine homogene Mischung aus einer Trägerflüssigkeit TF, vorzugsweise Wasser, und mindestens einem pflanzlichen Substrat TM, wobei das pflanzliche Substrat TM aus in einer dafür vorgesehenen Flüssigkeit, wie Wasser, aufgeweichten und dann gepressten oder zermahlenen Mandeln hergestellt ist. Das pflanzliche Substrat TM ist in der Trägerflüssigkeit TF mit einem Trockenmassegehalt von vorzugsweise 5 bis 10 % eingemischt und vorzugsweise homogen verteilt. Die disperse Phase B besteht aus wenigstens einer festen Beimengung B, die beispielsweise mit 1800 bis 2000 mg Calciumcarbonat der kontinuierlichen Phase TF+TM zugegeben ist (RP = (TF + TM) + B). Die disperse Phase B geht mit der kontinuierlichen Phase TF+TM in der Regel eine stoffliche Lösung in Form des Rohprodukts RP ein.

Das Rohprodukt RP wird im Vorlaufbehälter 11 vorgelegt und dort mittels der Rühr- und Mischeinrichtung 11c stetig umgerührt (Figuren 1 und 2). Im Produktionszyklus (Figur 2) wird das Rohprodukt RP aus dem Vorlaufbehälter 11 mittels der Fördereinrichtung 12 abgeführt und über die Zulaufleitung 13 dem ersten Wärmeaustauscher der Vorwärmzone 1 zugeführt.

Das Rohprodukt RP erfährt im Zuge seiner Behandlung bis zu einem trinkfähigen Fertigprodukt FP die Wärmebehandlung W jeweils im indirekten Wärmeaustausch zwischen der produktseitigen Rohrinnenströmung RS des jeweiligen Innenrohres 20 und dem rohraußenseitigen Wärmeträgermedium Wm1 , Wm2. Die Wärmebehandlung W besteht, in der nachstehend genannten Reihenfolge, wenigstens aus der Vorwärmung VW mit den vorzugsweise regenerativ betriebenen Wärmeaustauschern der Vorwärmzone 1 und 2, der Vorerhitzung VE mit dem vorzugsweise mit einem separaten Heißwasserkreis betriebenen Wärmeaustauscher der Vorerhitzerzone 3, der Hocherhitzung HE mit dem vorzugsweise mit einem separaten Heißwasserkreis betriebenen Wärmeaustauscher der Hocherhitzerzone 4, der Heißhaltung HH mit dem Heißhalter 5 und der Kühlung K mit den Wärmeaustauschern der Kühlzone 6, 7 und 8, wobei der mindestens eine Wärmeaustauscher 6 vorzugsweise regenerativ und die Wärmeaustauscher 7 und 8 mit Direktwasser, beispielsweise Kühlwasser und Eiswasser, betrieben werden. Im Verlauf der Kühlung K erfolgt eine Homogenisierung HG in dem Homogenisator 10 (Figuren 1, 2), die im Ausführungsbeispiel unter aseptischen Bedingungen durchgeführt wird.

Zumindest in dem kritischen Bereich der Wärmebehandlung W, in dem oberhalb einer Ausfällungstemperatur Ta die wenigstens eine Beimengung B, im vorliegenden Anwendungsbeispiel das Calcium, beginnt, aus der stofflichen Lösung RP auszufallen (siehe Figur 1, 2; Bereich ist näherungsweise markiert), wird der Rohrinnenströmung RS einerseits im Zuge einer Druckerhöhung mittels der Druckerhöhungspumpe 9 eine erste pulsierende Strömung PS1 aufgeprägt, die sich einer zweiten pulsierenden Strömung PS2 innerhalb der Rohrinnenströmung RS, resultierend aus der Homogenisierung HG mittels des Homogenisators 10, überlagert (Figur 1, 2). Für Calcium liegt die Ausfällungstemperatur Ta oberhalb von ca. 110 °C. Eine weitere erfinderische verfahrenstechnische Maßnahme besteht darin, dass im kritischen Bereich die Rohrinnenströmung RS andererseits auf eine Reynolds-Zahl Re oberhalb von 30.000 (Re > 30.000), bevorzugt in einem Wertebereich zwischen 35.000 und 80.000 (35.000 < Re < 80.000) und besonders bevorzugt zwischen 50.000 und 80.000 (50.000 < Re < 80.000) ausgelegt ist.

In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, falls die geometrischen Abmessungsverhältnisse der Innenrohre 20 ein Erreichen der erforderlichen Reynolds- Zahl Re mit den im Stand der Technik üblichen Strömungsgeschwindigkeiten (unterhalb c = 2 m/s) nicht möglich machen (wegen Re proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und dem Rohrinnendurchmesser), dass die erforderliche Reynolds-Zahl Re im Bedarfsfall durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit c* oberhalb von 2,5 m/s (c* > 2,5 m/s, bevorzugt oberhalb von 3 m/s (c* > 3 m/s), sichergestellt ist.

Tabelle - Rohrbelegungsmuster a mit einem ersten Rohrinnendurchmesser

Rohrbelegungsmuster b mit einem zweiten Rohrinnendurchmesser (erster Rohrinnendurchmesser kleiner zweiter Rohrinnendurchmesser)

Der vorstehende Sachverhalt wird durch die vorstehende Tabelle, in der wesentliche Daten für die UHT-Erhitzung von Mandelmilch mit Calcium-Anreicherung durch die einzelnen Wärmeaustauscher, die sich hinter den in Figur 1 schematisch dargestellten Wärmeaustauschern 3 und 4 der Vorerhitzer- VEZ und Hocherhitzerzone HZ verbergen, aufgelistet sind, zeigt, dass für Strömungsgeschwindigkeiten c = 2,33 m/s, die bereits deutlich über den üblichen Strömungsgeschwindigkeiten des Standes der Technik unterhalb von c = 2 m/s liegen, eine hinreichend hochturbulente Strömung im Innenrohr 20 vorliegt. Für den Wärmeaustauscher mit dem ersten Rohrbelegungsmuster a im Wärmeaustauscher 3 ergäbe sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit von gleich oder unterhalb c = 2 m/s eine Reynolds-Zahl Re unterhalb von 30.000 (Re < 30.000), demnach eine nicht hinreichende hochturbulente Strömung. Daher wird hier das erfindungsgemäße Merkmal der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit angewendet. Für den Wärmeaustauscher mit dem ersten Rohrbelegungsmuster a im Wärmeaustauscher 4 ergäbe sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit von gleich oder unterhalb c = 2 m/s eine Reynolds-Zahl Re von ca. Re = 37.000 gegenüber ca. Re = 56.500 (Re = 37.000 versus 56.500), demnach eine zwar notwendigerweise hohe, nicht aber im Vergleich zum vorhergehenden Wärmeaustauscher mit dem zweiten Rohrbele- gungsmuster b eine hinreichend hohe Turbulenz der Rohrinnenströmung RS. Dieser Mangel wird im Sinne der vorgeschlagenen Erfindung durch Auslegung des Wärmeaustauschers 4 mit dem ersten Rohrbelegungsmuster a mit einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit c* = 3,05 m/s behoben.

Die Ausfällungstemperatur Ta ist in der Hocherhitzung HE einschließlich der Heißhaltung HH und ggf. bereits in der Vorerhitzung VE oberhalb von ca. 110 °C verortet und dient als Kriterium für die Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale des Anspruchs 1 .

Während der Produktfahrt, die in Figur 2 dargestellt ist, steigt durch Belangbildung, vorzugsweise in den kritischen Bereichen der UHT-Anlage 100 (oberhalb von ca. 110 °C), der Druckverlust, der sich durch eine Änderung eines Anfangsdruckes p9 am Ausgang der Druckerhöhungspumpe 9, im Ausführungsbeispiel von 22 auf 35 bar, mithin mit einer Druckdifferenz Ap = 13 bar bemerkbar macht. Im selben Zeitraum erhöht sich in der Hocherhitzerzone HZ, und zwar im Wärmeaustauscher der Hocherhitzerzone 4, eine Anfangstemperaturdifferenz ATo zwischen Rohprodukt RP und separatem Wärmeträgermedium Wm2 von ATo = 0,4 °C auf eine Temperaturdifferenz AT = 1 ,9 °C. Das weist darauf hin, dass es eine signifikante Belagbildung im kritischen Bereich gibt.

Nach Maßgabe des vorstehend beispielhaft angegebenen Sachverhalts (Ap = 35- 22 =13 bar; AT - ATo = 1 ,9 - 0,4 = 1 ,5 °C) schlägt die Erfindung nach Maßgabe der im Ausführungsbeispiel gewonnenen Erkenntnisse zur Einleitung eines Spül- und Reinigungsvorganges folgende verfahrenstechnische Maßnahmen vor:

Bei Erreichen

• einer vorgegebenen Druckdifferenz Ap, bezogen auf einen Anfangsdruck p9 am Ausgang der Druckerhöhungspumpe 9, und

• einer vorgegebenen Temperaturdifferenz AT zwischen Rohprodukt RP und separatem Wärmeträgermedium Wm2 in der Hocherhitzung HE, bezogen auf eine Anfangstemperaturdifferenz ATo, sind folgende Schritte (i) bis (iv) vorgesehen: Produktausschub - Figur 3

(i) Erstes Ausschieben A1 des Fertigprodukts FP aus der UHT-Anlage 100 in einen außerhalb der UHT-Anlage 100 angeordneten Steriltank mittels Wasser FW. Das Wasser FW wird über die Zulaufleitung für Wasser 14 der Zulaufleitung 13 oberstromig der Fördereinrichtung 12 zugeführt und das Fertigprodukt FP verlässt über den Austritt 13a den Teilbereich der UHT- Anlage 100. Die Druckerhöhungspumpe 9 und der Homogenisator 10 sind erfindungsgemäß im Betrieb.

Ausschub Mischphase und treibendes Wasser FW - Figur 4

(ii) Zweites Ausschieben A2 einer Mischphase aus Fertigprodukt FP und Wasser FW mittels einer sich anschließenden definierten Menge Wasser FW an dem Steriltank vorbei in einen Gully über die Ablaufleitung zum Gully 15. Das Wasser FW wird über die Zulaufleitung für Wasser 14 zugeführt und die Mischphase und die definierte Menge Wasser FW verlassen als Restprodukt RM über den fünften Leitungsabschnitt 13.5 und die Ablaufleitung zum Gully 15 den Teilbereich der UHT-Anlage 100. Die Druckerhöhungspumpe 9 und der Homogenisator 10 sind erfindungsgemäß im Betrieb.

Zirkulieren (Umlauf) mit Wasser FW - Figur 5

(iii) Zirkulieren Z von Wasser FW in der mit Roh- und/oder Fertigprodukt RP, FP kontaminierten UHT-Anlage 100 über eine Zirkulationszeit At, die sich aus dem vollständigen Abbau der Druckdifferenz Ap auf den Anfangsdruck p9 und der Temperaturdifferenz AT auf die Anfangstemperaturdifferenz ATo ergibt. Das Wasser FW wird über die Zulaufleitung 13 und den ersten bis fünften Leitungsabschnitt 13.1 bis 13.5 über den Vorlaufbehälter 11 zirkuliert. Die Druckerhöhungspumpe 9 und der Homogenisator 10 sind erfindungsgemäß im Betrieb, sodass das zirkulierende Wasser FW über die nach wie vor in Betrieb befindliche Wärmebehandlung W zumindest in den Zonen außerhalb der mit Direktwasser (separates Kühlwasser; separates Eiswasser) betriebenen Kühlung eine fortlaufende Sterilisierung erfährt. Überführen der UHT-Anlage in eine erneute Produktionsbereitschaft - Figur 5 Figur 1

(iv) Überführen UE der UHT-Anlage 100 in eine erneute Produktionsbereitschaft für eine bereitgestellte Batch-Menge Rohprodukt RP. Die UHT- Anlage 100 wird vom Vorlaufbehälter 11 aus mit Rohprodukt RB beschickt. Die Druckerhöhungspumpe 9 und der Homogenisator 10 sind erfindungsgemäß im Betrieb.

Figur 6 zeigt qualitativ das Zusammenspiel der Druckerhöhungspumpe 9 mit dem Homogenisator 10. Ein mittlerer Volumenstrom Q der Rohrinnenströmung RS (Q(RS)), wie er durch die Fördereinrichtung 12 aus dem Vorlaufbehälter 11 in die UHT-Anlage 100 näherungsweise kontinuierlich gefördert wird, ist auf der Ordinate und die Zeit t ist auf der Abszisse aufgetragen. Die Druckerhöhungspumpe 9 erzeugt mit einer ersten Pulsationsfrequenz f1 , resultierend aus beispielsweise n = 3 einfachwirkenden ersten Verdrängern 9a (siehe Figur 1), die stark vereinfacht dargestellte erste pulsierende Strömung PS1 , die sich dem mittleren Volumenstrom Q(RS) überlagert (RS + PS1 ). Die erste pulsierende Strömung PS1 habe die volumenstrombezogenen ersten Pulsationsmaxima (+/-) x1 . Der Homogenisator 10 erzeugt mit einer zweiten Pulsationsfrequenz f2, resultierend aus beispielsweise n = 5 einfachwirkenden zweiten Verdrängern 10a, die stark vereinfacht dargestellte zweite pulsierende Strömung PS2, die sich dem mittleren Volumenstrom Q(RS) überlagert (RS + PS2). Die zweite pulsierende Strömung PS2 habe die volumenstrombezogenen zweiten Pulsationsmaxima (+/-) x2. Das Ergebnis des Zusammenspiels zwischen der quasi kontinuierlichen originären Rohrinnenströmung RS, die überlagert ist von der ersten und der zweiten pulsierenden Strömung PS1 , PS2, eine resultierende pulsierende Rohrinnenströmung (Q(RS) + PS1 + PS2), entzieht sich den Möglichkeiten einer vereinfachenden Darstellung in Figur 6. Ihre Existenz und Wirksamkeit ist durch den vorstehend beschriebenen Praxisbetrieb der erfindungsgemäßen UHT-Anlage 100 belegt.

Verwendung

Das Verfahren und die UHT-Anlage 100 sind in besonderer Weise dazu geeignet, ein trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis FP unter sterilen Bedingungen, wie mit Calcium angereicherte Mandelmilch, herzustellen. Diese Mandelmilch besteht aus der kontinuierlichen Phase TF+TM, die aus einer homogenen Mischung aus einer Trägerflüssigkeit TF und mindestens einem pflanzlichen Substrat TM besteht, wobei das pflanzliche Substrat TM aus in einer dafür vorgesehenen Flüssigkeit, wie Wasser, aufgeweichten und dann gepressten oder zermahlenen Mandeln hergestellt ist und das pflanzliche Substrat TM in die Trägerflüssigkeit TF, wie Wasser, mit einem Trockenmassegehalt von vorzugsweise 5 bis 10 % eingemischt und homogen verteilt ist, und der dispersen Phase B, die wenigstens aus einer festen Beimengung B besteht, mit vorzugsweise 1 .800 bis 2.000 mg Calciumcarbonat/Liter kontinuierliche Phase, wobei die disperse mit der kontinuierlichen Phase eine stoffliche Lösung in Form des Rohprodukts RP eingeht.

BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN

100 Teilbereich einer UHT-Anlage

1 (regenerativer) erster Wärmeaustauscher der Vorwärmzone

2 (regenerativer) zweiter Wärmeaustauscher der Vorwärmzone

3 Wärmeaustauscher der Vorerhitzerzone

(mit separatem Heißwasserkreis)

4 Wärmeaustauscher der Hocherhitzerzone

(mit separatem Heißwasserkreis)

5 Heißhalter

6 (regenerativer) erster Wärmeaustauscher der Kühlzone

7 zweiter Wärmeaustauscher der Kühlzone (mit separatem Kühlwasser)

8 dritter Wärmeaustauscher der Kühlzone (mit separatem Eiswasser))

9 Druckerhöhungspumpe

9a erster Verdränger (dreimal einfachwirkend)

10 Homogenisator anordnungsabhängig aseptisch oder nicht aseptisch arbeitend

10a zweiter Verdränger (fünfmal einfachwirkend)

11 Vorlaufbehälter

11a Eintritt zum Vorlaufbehälter

11b Austritt vom Vorlaufbehälter

11c Rühr- oder Mischeinrichtung

12 Fördereinrichtung

13 Zulaufleitung

13a Austritt

13b Eintritt

13.1 erster Leitungsabschnitt

13.2 zweiter Leitungsabschnitt

13.3 dritter Leitungsabschnitt

13.4 vierter Leitungsabschnitt

13.5 fünfter Leitungsabschnitt

14 Zulaufleitung für Wasser

15 Ablaufleitung zum Gully

20 Innenrohr A1 erstes Ausschieben

A2 zweites Ausschieben

B Beimengung (z.B. Calcium)

FP Fertigprodukt, sterilisiert, homogenisiert = trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis (z.B. Mandelmilch mit Calcium-Anreicherung)

FW Wasser

HE Hocherhitzung

HG Homogenisierung

HZ Hocherhitzerzone

HH Heißhaltung

HHZ Heißhalterzone

K Kühlung

KZ Kühlzone

PS1 erste pulsierende Strömung (Druckerhöhungspumpe 9)

PS2 zweite pulsierende Strömung (Homogenisator 10)

Q Volumenstrom (mittlere Rohrinnenströmung)

Re Reynolds-Zahl

RM Restprodukt (Mischphase; Wasser)

RP Rohprodukt, unbehandelt = trinkfähiges Lebensmittelprodukt auf pflanzlicher Basis, unbehandelt

RS Rohrinnenströmung

Ta Ausfällungstemperatur (z.B. > 110 °C für Calcium in Mandelmilch)

TF Trägerflüssigkeit (z.B. Wasser)

TM pflanzliches Substrat (z.B. zermahlene Mandelkerne)

AT Temperaturdifferenz (Hocherhitzung: Rohprodukt/separates Wärmeträgermedium)

ATo Ausgangstemperaturdifferenz

(Hocherhitzung: Rohprodukt/separates Wärmeträgermedium)

UE Überführen

VE Vorerhitzung

VEZ Vorerhitzerzone

VW Vorwärmung

VWZ Vorwärmzone

W Wärmebehandlung

Wm1 regeneratives Wärmeträgermedium

Wm2 separates Wärmeträgermedium

Z Zirkulieren c* erhöhte Strömungsgeschwindigkeit f1 erste Pulsationsfrequenz f2 zweite Pulsationsfrequenz n Anzahl p9 Anfangsdruck (am Ausgang der Druckerhöhungspumpe 9)

Ap Druckdifferenz (bezogen auf Gegendruck p9) t Zeit

At Zirkulationszeit x1 volumenstrombezogenes erstes Pulsationsmaxima x2 volumenstrombezogenes zweites Pulsationsmaxima