Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kon¬ zentraten aus wasserhaltigen Flüssigkeiten, insbesondere für die Getränkeerzeugung, durch Ausfrieren wenigstens eines Teiles des Wassers und Abscheiden des aus dem Wasser gebil- deten Eises von der Restflüssigkeit.

Es ist bekannt, daß bei der Abkühlung wasserhaltiger Flüs¬ sigkeiten, z. B. von Bier, Wein, Fruchtsäften, Zuckerlö¬ sungen usw. ein Teil des in der Flüssigkeit enthaltenen Was- sers zu Eis erstarrt, während der Rest der Flüssigkeit noch seinen flüssigen Aggregatszustand beibehält. Trennt man die¬ ses Eis vom Rest der Flüssigkeit ab, so bleibt ein Konzen¬ trat mit geringerem Wassergehalt, aber erhöhtem Anteil an den übrigen Ausgangsbestandteilen, auch des allenfalls vor- handenen Alkohols zurück. Ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art wird bisher im wesentlichen als diskontinuier¬ liches Verfahren ausgeführt, wobei die zu konzentrierende Flüssigkeit in einem Behälter bis zur Eisabscheidung gekühlt und dann z. B. in einer Zentrifuge vom gebildeten Eis ge- trennt wird. Bei dieser Vorgangsweise ergibt sich ein großer Anlagenau wand und es ist eine Steuerung und Überwachung des Verfahrens durch das Bedienungspersonal notwendig. Die ange¬ strebte Konzentration der Flüssigkeit wird häufig nicht ge¬ nau erreicht. Überdies ist das Verfahren bisher für viele Flüssigkeiten nicht oder nur bedingt geeignet. Z. B. ist es bisher nicht möglich, nach den bekannten Verfahren Konzen¬ trate aus Milch und anderen Emulsionen zu gewinnen oder es wird der Versuch einer entsprechenden Konzentrierung durch

erhebliche Qualitätsminderungen erkauft. Hier erfolgt die Herstellung von Konzentraten bisher fast ausschließlich durch Eindampfen unter Erwärmung, was etwa bei Milchkonzen¬ traten zur Folge hat, daß das Konzentrat charakteristisch nach gekochter bzw. sogar leicht angebrannter Milch schmeckt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art anzugeben, bei dem die angestrebte Konzentration der Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Vorgang vorgenom¬ men wird, dem auch bisher für die Gefrierkonzentration nicht oder nur bedingt geeignete Flüssigkeiten unterworfen werden können, wobei es möglich sein soll, das Verfahren weitgehend zu automatisieren und die gewünschte bzw. angestrebte Kon- zentration unter selbsttätiger Steuerung zu erreichen.

Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß die wasserhaltige Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Vor¬ gang mittels eines Förderers in Längsrichtung durch ein Rohr oder einen Kanal gefördert und dabei zunächst in einer Kühl¬ zone bis zum Ausfrieren des Wassers gekühlt wird, wonach die Flüssigkeit mit den gebildeten und gegebenenfalls mittels des Förderers wenigstens zum Teil von der Rohr- oder Kanal¬ wandung abgestrei ten Eiskristallen durch eine Abscheide- zone geführt wird, in der die Flüssigkeit abgeleitet und an den Eiskristallen haftende Flüssigkeitsreste unter Durchsau¬ gen oder Durchblasen von Luft durch die weitergeförderten Eiskristalle abgetrennt werden, wonach die Eiskristalle aus¬ geschieden werden.

Der entscheidene Vorteil des er indungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es kontinuierlich abläuft, daß die Flüs¬ sigkeit während der Abkühlung und bis zum Abscheidevorgang mittels des Längsförderers in Bewegung gehalten wird - sich also nicht unmittelbar in einem großem Behälter befindet - weshalb keine Entmischung der Flüssigkeit stattfindet, so

daß auch empfindliche Flüssigkeiten der Konzentration unter¬ worfen werden können und daß schließlich in noch zu beschreibender Weise relativ einfach regelnd und automatisch in den Verfahrensablauf eingegriffen werden kann, um die gewünschte Konzentration der Flüssigkeit zu erreichen. Nach Durchführung des Verfahrens liegen zwei getrennte Medien vor, und zwar ein die Restflüssigkeit darstellendes Konzen¬ trat und nahezu reines Wasser in Form der im Luftstrom von Rückständen der Restflüssigkeit nahezu befreiten Eis- kristalle, so daß mit den Eiskristallen praktisch keine wertvollen Bestandteile der Flüssigkeit verlorengehen. Wenn kohlensäurehältige Getränke dem Verfahren ausgesetzt werden, kann es zu einem Abscheiden des ursprünglich in Lösung vor¬ handenen C0 ₂ kommen. Die erhaltenen Konzentrate können, wenn trinkfertige Getränke der Konzentration unterworfen werden, in kleineren Gebinden aufbewahrt und versandt sowie für den Gebrauch mit Wasser bzw. C0 ₂ -hältigem Wasser wieder verdünnt werden. Dabei ist zu beachten, daß die Lagerfähigkeit der Getränkekonzentrate sich durch die Erhöhung des Alkohol- und Zuckergehaltes gegenüber dem Ausgangsprodukt verbessert, so daß Konzentrate, die mindestens 20 Vol-% Alkohol enthalten, praktisch ohne Sterilisation oder die Zugabe keimtötender Mittel sehr lange Zeit lagerfähig bleiben. Das erfindungs¬ gemäße Verfahren kann auch für die Konzentration von Frucht- saften, Zucker-Arbmalösungen usw., die nachträglich zu Ge¬ tränken verarbeitet werden sollen, eingesetzt werden. Das Verfahren bietet sich auch als alternatives Verfahren bei der Herstellung alkoholischer Getränke mit höherem Alkohol¬ gehalt an, so daß etwa Bier- oder Weinkonzentrate mit ge- genüber dem Ausgangsprodukt erhöhtem Alkoholgehalt und einem erhöhten Anteil an Inhaltsstoffen als Getränk für sich oder als neue Getränkezuτat hergestellt und eingesetzt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für die Her¬ stellung von Konzentraten aus Milch und anderen Emulsionen geeignet, wenn bestimmte Verfahrensbedingungen eingehalten werden .

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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft als mehr¬ stufiges Verfahren ausgeführt, wobei der beschriebene Vor¬ gang bis zum Erreichen einer gewünschten Konzentration der Restflüssigkeit wiederholt wird. Es ist dabei möglich, eine die beschriebenen Einrichtungen aufweisende Anlage zwei- oder mehrmals mit der höher konzentrierten Flüssigkeit zu beschicken oder, was für die Kontinuität vorteilhafter sein wird, mehrere mit Längsförderer, Kühlzone, Abscheider und Abtrenneinrichtung für die Eiskristalle versehene Anlagen- stufen hintereinander zu schalten. Bei mehrstufiger Anord¬ nung wird auch eine Regelung leichter als bei einer ein¬ stufigen Anlage möglich. Vorteilhaft wird die Abkühltempe¬ ratur bei einem Folgevorgang gegenüber dem vorhergehenden Vorgang herabgesetzt. Bevor man die Flüssigkeit dem kon- tinuierlichen Verfahren unterzieht, kann man sie schon bis in die Nähe des Ge rierpunktes vorkühlen. Für diese Vorküh¬ lung wird vorteilhaft auch das im kontinuierlichen Verfahren abgeschiedene Eis eingesetzt. Im mehrstufigen Verfahren kann man das verwendete Kühlmedium im Gegenstrom zu der konzen- trierenden Flüssigkeit durch die einzelnen Stufen leiten.

Bei der Herstellung eines Konzentrates aus Bier läßt sich in einem mehrstufigen Verfahren eine Reduktion des Volumens auf 1/5 des Ausgangsvolumens erreichen, wobei je nach Biersorte ein Alkoholgehalt bis zu 24 Vo.1-% auftritt. Wenn man in der ersten Stufe in der Kühlzone eine Wandtemperatur von -18°C wählt, kann man diese Temperatur bis zur letzten Stufe bis zum -25 ^β C absenken. Trotz der hohen Konzentration gehen keine wertbestimmenden Bestandteile des Ausgangsproduktes (Restextrat, Alkohol, Hopfenbittersto fe, Aromastoffe usw.) verloren. Bei der Herstellung von Konzentraten wird man die Konzentration bis an physikalisch mögliche bzw. wirtschaft¬ lich sinnvolle Grenzen heran jeweils aufgrund der ge¬ wünschten Eigenschaften des Endproduktes wählen. Bei Ge- tränken können die Konzentrate in einem Abfüllbetrieb zu entsprechend verdünnten Getränken verarbeitet und in

Fässern, Dosen, Flaschen usw. verpackt bzw. sogar bis zu Erreichen einer festen Konsistenz tiefgekühlt und in tief¬ gekühlter Form versandt werden. Man kann die Konzentrate auch in sogenannten Postraix-Anlagen unmittelbar an der Aus- gabestelle des Getränkes mit Wasser oder kohlensäurehalti¬ gem Wasser verdünnen.

Gegenüber der bekannten Herstellung von Konzentraten durch Eindampfen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Geschmacksbeeinträchtigungen des Konzentrates weit¬ gehend vermieden und flüchtige Bestandteile der Ausgangs¬ flüssigkeit, etwa Alkohol und ätherische Öle, nicht verlo¬ rengehen bzw. gesondert aufgefangen und später wieder zugesetzt werden müssen. Der Energieeinsatz ist beim erfin- dungsgemäßen Verfahren überdies geringer als beim Ein¬ dampfen.

Es wurde schon darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich auch für die Herstellung von Konzentraten aus Milch und anderen Emulsionen und wasserhaltigen Flüssig¬ keiten eignet, bei denen bisher eine Konzentration nur durch Eindampfen möglich war. Bei der Herstellung eines Milchkon¬ zentrates wird vorzugsweise so vorgegangen, daß die gege¬ benenfalls auf einem relativ niedrigen Fettgehalt einge- stellte, homogenisierte und pasteurisierte Milch zunächst bis in die Nähe des Gefrierpunktes vorgekühlt und dann in einem mehrstufigen Verfahren bei geringer Untertemperatur der Rohrwandung gegenüber der durchgeleiteten Milch dem KonzentrationsVorgang durch Ausfrieren des Wassers unterwor- fen wird. In jeder Stufe wird dabei vorzugsweise die Abkühl¬ temperatur gegenüber der vorhergehenden Stufe nur geringfü¬ gig, z. B. um 1°C herabgesetzt. Dadurch sowie durch die ständige Weiterförderung der der Konzentration unterworfenen Milch in kleinen Portionen mittels des Förderers wird die Bildung von Fett- oder Eiweißklumpen im Konzentrat vermie¬ den. Das erhaltene Milchkonzentrat hat gegenüber durch Ein-

dampfung erhaltenen Produkten wesentlich verbesserte Ge- schmackseigenschaften.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens wird die Flüssigkeit durch ein vom Ein¬ laß zum Auslaß ansteigendes, den Längsförderer aufnehmendes Rohr durch Kühl- und Abscheiderzone geleitet. Dabei ergibt sich der Vorteil des geringen Platzbedar es der Anlage. Ent¬ scheidend ist aber, daß es bei der genannten Anordnung des Rohres kaum zu einer Eisabscheidung an der Rohrwandung kommt, da die entstehenden Eiskristalle leichter als das ge¬ bildete Konzentrat sind und schon durch ihren Auftrieb das Bestreben haben, im Rohr gegen den Auslaß zu aufzusteigen. Solche Eiskristalle lassen sich auch leicht von der Rohrwan- düng abstreifen. Eine möglichst gleichmäßige und wirksame Abkühlung der Flüssigkeit kann dadurch erhalten bzw. be¬ schleunigt werden, daß diese Flüssigkeit durch einen den Längsförderer aufnehmenden Ringspalt ^" zwischen einem stehend angeordneten Außenrohr und einem Innenrohr geleitet Wird, wobei sowohl das Außen- als auch das Innenrohr gekühlt wer¬ den.

Bei der Durchführung eines mehrstufigen Verfahrens können zwei oder mehrere Abscheider mit gekühltem, stehendem Rohr mit Längsförderer und Abscheidezone nebeneinander angeordnet werden, wobei die Eiskristalle an jedem Rohr gesondert abge¬ schieden werden, wogegen die in einem Rohr vorkonzentrierte Flüssigkeit jeweils den Einlaß des nächsten Rohres zugeführt wird.

Vorteilhaft wird als Längsförderer ein Schneckenförderer verwendet.

Um eine weitgehend automatische Regelung des Verfahrensab- laufes zu ermöglichen, werden für den Ablauf des Verfahrens kennzeichnende Parameter, z. B. die Flüssigkeitstemperatur

an mehreren Stellen des Durchlaufweges, die Flüssigkeits¬ durchsatzmengen am Einlaß der Kühlzone bzw. Kühlzonen und an der Abscheidezone bzw. den Abscheidezonen sowie die Reinheit der abgeschiedenen Eiskristalle von der der Konzentration unterliegenden Flüssigkeit erfaßt und der Ver ahrensablauf wird nach diesen Parametern durch Einstellung der Kühllei¬ stung, der Durchsatzmenge und der Abtrennung am Abscheider geregelt, wobei die Abtrennung auch von der Stärke des durchtretenden Luftstromes abhängt, der dann entsprechend geregelt wird. Die Reinheit der Eiskristalle kann einfach dadurch überwacht werden, daß der elektrische Leitwert die¬ ser Kristalle bzw. des aus ihnen gewonnenen Schmelzwassers bestimmt wird, wobei reine Eiskristalle einen niedrigen elektrischen Leitwert haben und sich der Leitwert mit zu- nehmender Verunreinigung durch die Restflüssigkeit erhöht. Falls es aufgrund des Verfahrensablau es besonders bei ra¬ schem Verfahrensablauf und hoher Endkonzenträ ion der Flüs¬ sigkeit erwünscht oder notwendig ist, eine gewisse Verun¬ reinigung der Eiskristalle durch anhaftende Flüssigkei ts- reste in Kauf zu nehmen, kann man die Eiskristalle durch eine weitere Abscheidezone führen, dort oberflächlich ab¬ schmelzen lassen und dieses noch Flüssigkeitsreste ent¬ haltende Schmelzwasser neuerlich der Konzentration unterwer¬ fen.

Es empfiehlt sich, von Haus aus die Kühlleistung so einzu¬ stellen, daß die in einem Durchlauf gewünschte Konzentra¬ tion aufgrund dieser Kühlleistung in einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge vorgenommen werden kann. Feinstufige Re- gelungen beim Verfahrensablauf werden, da die Kühlleistung meist einer gewissen Regelungsträgheit unterliegt, vorteil¬ haft zumindest vorwiegend durch Einstellung der Förderge¬ schwindigkeit des Längs örderers geregelt.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten An-

lagen veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine einstufige Anlage mit den zugehörigen Regelein¬ richtungen im Schema und

Fig. 2 eine mehrstufige Anlage, ebenfalls im Schema, wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Regeleinrich¬ tungen weggelassen wurden.

Nach Fig. 1 ist eine Zuleitung 1 vorgesehen, die beispiels¬ weise an einen großen Vorratsbehälter 2 anschließt und über die der Gesamtanlage eine dem Konzentrationsver ahren zu un¬ terwerfende Flüssigkeit, beispielweise Bier oder ein sonstiges Getränk, zugeführt wird. Innerhalb der Anlage ist ein Rohr 3 mit einer als Längsförderer dienenden Förder¬ schnecke - vorgesehen, die von einem Motor 5 angetrieben wird.

Das Rohr 3 führt zunächst durch eine Kühlzone 6, in der das Rohr 3 und damit die in ihm weiter beförderte Flüssigkeit einer starken Kühlung unterworfen wird. Auch die über 1 zu- laufende Flüssigkeit kann, allenfalls unter Verwendung des aus der Anlage abgeschiedenen Eises gut vorgekühlt werden. Die Kühlzone 6 wird von einem Kühlaggregat 7 über ein in Rohren 8 geführtes Kühlmedium versorgt. Nach Verlassen der Kühlzone 6 wird die nun Eiskristalle enthaltende Flüssigkeit in einen Abscheider 9 geführt, in dem das Rohr 3 oben und unten Perforierungen 10, II aufweist und ein in einen Sam¬ melbehälter 12 führender Anschluß vorhanden ist. Der Sam¬ melbehälter 12 steht mit einer Vakuumpumpe 13 in Verbindung, die in ihm einen Unterdruck erzeugt, so daß Luft durch die Perforierung 10 eintritt und mit dieser Luft auch die im

Rohr 3 befindliche Flüssigkeit, soferne sie nicht von selbst durch die Perforierung 11 abfließt, von den Eiskristallen ab und ebenfalls in den Behälter 12 gesaugt wird. Es wurde angedeutet, daß der Behälter 12 einen Rohranschluß la für eine folgende Anlagen- bzw. Verfahrensstufe aufweisen kann, in der der beschriebene Vorgang bei niedrigerer Kühltempe-

ratur wiederholt wird. Aus der Abscheidezone 9 führt das Rohr 3 mit dem Schneckenförderer 4 zu einem Auslaß 1 für die abgeschiedenen Eiskristalle.

Vor dem Einlaß der Kühlzone 6 und im Einlaß des Behälters 12 sind Mengenfühler 15, 16 für die durchströmende Flüssig¬ keitsmenge vorgesehen. Zumindest die Kühlzone 6 besitzt am Ein- und Auslaß Temperaturfühler 17 zur Bestimmung der Ein- und Austrittstemperatur der Flüssigkeit. Im Auslaß 14 ist ein Leitwertfühler 18 vorgesehen, der den elektrischen Leit¬ wert der Eiskristalle bzw. des aus ihnen gebildeten Schmelz¬ wassers ermittelt. Die Fühler 15 bis 18 stehen mit einer zentralen Steuereinheit 19 in Verbindung, die aus den über die Fühler 15 bis 18 ermittelten Parametern Steuersignale für den Motor 5 bzw. die Vakuumpumpe 13 und gegebenenfalls das Kühlaggregat 7 ermittelt. Beim Kühlaggregat 7 ist es möglich, dadurch eine Regelung vorzunehmen, daß .dieses Kühl¬ aggregat 7 einen größeren Vorrat eines Kühlmediums, z. B. eine Sole, abkühlt. Die Sole wird auf einer vorbestimmten Tieftemperatur gehalten. Durch Regelung der Umlaufgeschwin¬ digkeit dieser Sole in den Rohren 8 und durch die Kühlzone 6, etwa durch Einstellung der Drehzahl einer Umwälzpumpe, kann die Abkühltemperatur für die durch die Kühlzone ge¬ führte Flüssigkeit zusätzlich bestimmt bzw. beeinflußt wer- den.

In Fig. 2 wurden die ebenfalls vorhandenen Anlagenteile 7, 8 und die Steuereinrichtung 19 mit den Fühlern 15 bis 18 nicht dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzt die Anlage drei aufeinanderfolgende Stufen 20, 21, 22, an die im Bedarfsfall noch weitere Stufen anschließen können. Für die der Konzentration zu unterwer ende Flüssigkeit ist wieder ein Vorratsbehälter 23 mit anschließender Zuflu߬ leitung 24 vorgesehen. Die Leitung 24 mündet in ein stehend angeordnetes Rohr 25 der Stufe 20, das in seinem unteren Be¬ reich in eine Kühlzone 26 eintaucht und am unteren Ende mit

Ausnahme der Öffnung zum Rohr 24 und einer abgedichteten Öffnung zur Durchführung eines gegen die Kühlzone 26 offenen Rohres 27 geschlossen ist. Die Flüssigkeit wird im Ringspalt 28 zwischen den Rohren 25 und 27 geführt. Das Rohr 27 wird, ebenso wie die Kühlzone 26, vom Kühlmedium durchströmt oder bildet bei Verdamp ungskühlung einen Verdampfer eines Kühl¬ aggregates. Die Kühlaggregats- bzw. sonstige Kühlleitungs- anschlüsse wurden nicht dargestellt.

Im Ringspalt 28 ist ein Schneckenförderer 29 vorgesehen, der von einem Motor 30 angetrieben wird und die Flüssigkeit bzw. die sich bildenden Eiskristalle von unten nach oben durch das Rohr 25 fördert.

Oben schließt an die Kühlzone 26 eine Abscheiderzone 31 an, in deren Bereich das .Rohr 25 wieder Perforierungen 32 auf¬ weist. Die Abscheiderzone 31 besitzt einen Einlaß 33 und einen Auslaß 34- für durchgesaugte oder durchgeblasene Luft.

Beim Erreichen der Abscheiderzone 31 fließt zunächst der größere Teil der Flüssigkeit über die Perforierung 32 in ein Anschlußrohr 35 ab, das zum Einlaß der nächsten Anlagenstufe 21 führt, die vollkommen gleich wie die Stufe 20 aufgebaut ist. Das Auslaßrohr 35a der Stufe 21 führt zum Einlaß der Stufe 22 und das Aulaßrohr 35b der Stufe 22 zum Einlaß einer weiteren Stufe oder zu einem Sammelbehälter für die kon¬ zentrierte Flüssigkeit. Innerhalb der Stufe 31 wird über 33 - 34 Luft über die mittels des Förderers 29 weiter nach oben geförderter Eiskristalle geblasen, so daß diese ober- flächlich zur Abschmelzung gebracht und Reste der noch an¬ haftenden, zu konzentrierenden Flüssigkeit mit dem Schmelz¬ wasser abgeschieden und in die Leitung 35 geleitet werden. Der Förderer 29 wirft schließlich die Eiskristalle in einen Auslaß 36, von wo sie zu einem Sammler geleitet und gege- benenfalls bei der Kühlung der im Behälter 23 befindlichen bzw. durch die Leitung 24 geführten Flüssigkeit eingesetzt

werden. Wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wur¬ de, wird die Temperatur der Flüssigkeit an den Leitung 24, 35, 35a, 35b sowie gegebenenfalls jeweils am Einlaß der Ab¬ scheiderzone 31 erfaßt. Der elektrische Leitwert der über 36 abgeführten Eiskristalle wird ebenfalls erfaßt. Auch Mengen¬ fühler analog zum Fühler 16 sind vorhanden und mit der ge¬ meinsamen Steuereinrichtung verbunden.