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Dokumentenidentifikation DE69005814T2 05.05.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0457794
Titel BEHANDLUNG VON NAHRUNGSMITTELN.
Anmelder Elopak Systems AG, Glattbrugg, CH
Erfinder CASTBERG, Helge, B., N-1410 Kolbotn, NO;
RYSSTAD, Gunnar, N-0475 Oslo, NO
Vertreter von Kreisler, A., Dipl.-Chem.; Selting, G., Dipl.-Ing.; Werner, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Fues, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Böckmann gen. Dallmeyer, G., Dipl.-Ing.; Hilleringmann, J., Dipl.-Ing.; Jönsson, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meyers, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Weber, T., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 69005814
Vertragsstaaten AT, CH, DE, DK, ES, FR, GB, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 06.02.1990
EP-Aktenzeichen 909026403
WO-Anmeldetag 06.02.1990
PCT-Aktenzeichen GB9000176
WO-Veröffentlichungsnummer 9009106
WO-Veröffentlichungsdatum 23.08.1990
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1991
EP date of grant 05.01.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.05.1994
IPC-Hauptklasse A23C 9/13
IPC-Nebenklasse A23C 9/152   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft die Behandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere die Behandlung von Molkereiprodukten mit Kohlendioxid.

Die Verwendung von CO&sub2; als Konservierungsmittel für Nahrungsmittelprodukte ist seit Jahrzehnten bekannt.

In jüngster Zeit steigt wieder das Interesse an der Lagerung von Rohmilch in einer CO&sub2;-Atmosphäre (siehe zum Beispiel den Artikel "The Use of Carbon Dioxide for the Preservation of Milk" von J.S. King und L.A. Mabbitt in Technical Series, Society for Applied Bacteriology, Nr. 22, Preservatives in the Food, Pharmaceutical and Environmental Industries, 1987, S. 35 bis 43). Kürzlich wurde die Lagerung von Molkereiprodukten wie Joghurt, Quark, portionsweise abgepacktem Käse, Dessertprodukten und Trockenmilch in einer Atmosphäre von nur CO&sub2; oder von mit anderen Gasen vermischtem CO&sub2; bis zu einem gewissen Grad im Handel eingesetzt. (Siehe den Artikel "Carbon dioxide - Its uses in the Dairy Industry" von H.G. Corinth in Deutsche Molkerei Zeitung 1982, Band 103, S. 942-952).

Ebenso bekannt ist die Karbonisierung von Milch mit Kohlensäure oder mit CO&sub2;-Gas zur Verlängerung der Lagerfähigkeit oder Haltbarkeitsdauer. In bezug auf die Karbonisierung mit Kohlensäure behandelt das Bundesdeutsche Patent 961856 die Lösung des Problems der Zubereitung einer nicht-absetzenden, kohlensäurehältigen, haltbaren Sauermilch und dies erfolgt durch Erwärmung frischer Milch auf eine ultrahohe Temperatur von 125ºC, wobei alle Mikroorganismen in der Milch abgetötet werden, Zugabe einer geeigneten Kultur als 0,5 bis 1 % Zugabe, Karbonisierung in einem süßen Zustand durch Sättigung bei +5ºC mit Kohlensäure zur Beseitigung des Sauerstoffs, Abfüllen in sterilisierte Flaschen und Verschließen, Einbringen der Flaschen in einen Raum, der auf 20ºC temperiert ist, und allmähliche Erhöhung der Temperatur bis, nach etwa 20 Stunden, so viel Milchsäure durch die Vermehrung der Milchsäurebakterien entstanden ist, daß die Milch in den Flaschen gerinnt. In bezug auf die Karbonisierung mit CO&sub2;-Gas beschreibt zum Beispiel der Artikel "CO&sub2; - Treatment of Milk for Condensation and Drying" von Thomas Eie, Gunnar Rysstad und Helge B. Castberg in Nordeuropaeisk Mejeritidsskrift Nr. 3-4/87, daß die Entwicklung der Gesamtzahl von Bakterien, psychrotrophen Bakterien, coliformen Bakterien wie auch Schimmel und Hefen, in Milch, die mit CO&sub2; (pH unter 6,0) nahezu gesättigt wurde, deutlich gehemmt war, wenn diese Milch bei 5 und 8ºC gelagert wurde. In einem anderen Beispiel beschreibt der Artikel "Unrefrigerated dahi can keep one month" in Indian Dairyman, Band 21, Nr. 9, S. 261-262, 1969, daß Forschungen zeigten, daß in Flaschen abgefülltes Dahi in einer lang haltbaren Qualität durch Verwendung bestimmter Stämme von Milchsäurebakterien hergestellt werden kann. Es wird auch die Herstellung von süßem Dahi, saurem Dahi, Acidophilusmilch und Joghurt beschrieben, die bei Raumtemperatur und bei 30ºC mehr als 10 Tage gelagert werden konnten. Es wird hinzugefügt, daß wenn die wärmebehandelte Milch vor der Beimpfung karbonisiert wurde, die nichtlaktischen Kontaminanten am Wachstum gehindert wurden, und daß durch eine solche Behandlung Dahi mehr als ein Monat ohne Kühlung aufbewahrt werden konnte. In der genauen Beschreibung des Verfahrens, in dem Milch guter Qualität 3 bis 5 Minuten gekocht und auf etwa 30 - 35ºC abgekühlt wird, 1,5 bis 2% eines aktiven und reinen Starters zugegeben werden und dann die Milch in gereinigte und sterilisierte Flaschen gefüllt wird, die dann mit sterilen Deckeln verschlossen werden, wird die Milch jedoch nach der Zugabe des Starters karbonisiert (indem CO&sub2; von einem Zylinder mit einem Druck von 60 lbs/Quadratzoll 1 Minute abgegeben wird).

Das indische Patent 140453 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Joghurt aus Milch, bei dem zunächst eine Standardisierung durch Zugabe von Magermilchpulver zu Standardmilch in einem Pasteuriseur durchgeführt wird und dann bei 85º bis 95ºC 30 Minuten pasteurisiert wird. Die Mischung wird bei einem Druck von 2.500 bis 3.000 lbs/Quadratzoll homogenisiert und sofort auf 28ºC abgekühlt. Die Mischung wird dann in einen Beimpfungstank gepumpt, in den 2,5 bis 3% einer Joghurtkultur eingespritzt werden. Dann wird die beimpfte Mischung durch Injizieren von CO&sub2;-Gas karbonisiert. Danach wird die karbonisierte Mischung in dem Tank bei 42ºC 3 bis 4 Stunden inkubiert. Dann wird entweder die inkubierte Mischung in ein anderes Gefäß gepumpt, in dem sie 10 Stunden bei 20ºC gehalten wird, oder die Inkubation wird in dem Beimpfungstank bei 42ºC länger fortgesetzt. Dann wird das Koagulat durch Rühren zerkleinert und das Produkt in Behälter verpackt. Bei einem dicken Joghurt erfolgt die Beimpfung alternativ zu Beginn des Inkubationsschrittes, und die Mischung wird zur Inkubation in Behälter abgefüllt.

Ein wesentliches mikrobiologisches Problem während der Lagerung von Joghurt ist das Hefe und Schimmelwachstum an der freien Oberfläche. In einem Artikel "Einfluß der Joghurtbegasung auf das Wachstum von Schimmel und Hefen" ("Effect of Gas-flushing of Joghurt on Mould and Yeast Growth") von Drs. E. Fluckinger und F. Walser in Molkereitechnik 1973, S. 47 bis 57, wurde die Begasung des Kopfraumes in der Lagerungspackung mit CO&sub2; zur Verringerung dieses Problems vorgeschlagen.

Der Artikel "Performance of yoghurt cultures in stored raw and pasteurized milks" in Cultured Dairy Products Journal, Band 19, Nr. 1, S. 24, 27, 28 und 33, 1984, beschreibt Veränderungen, die auftreten, wenn rohe und pasteurisierte Milch bei geringer Temperatur gelagert und dann zur Herstellung von Joghurt verwendet wird, und beschreibt auch die Wirkungen der Zugabe von Vollmilchpulver zur Erhöhung des Gesamttrockengehalts von Milch und gewisser Zusätze auf das Wachstum und die Säureproduktion durch Starterkulturen. In bezug auf die Verwendung von pasteurisierter Milch wurden Laborproben von pasteurisierter Milch, die über unterschiedliche Perioden (ein bis fünf Tage) bei niederer Temperatur (5-7ºC) gelagert worden waren, gezogen und zur Joghurtherstellung verwendet. Ein Satz der pasteurisierten Milchproben wurde keiner Wärmebehandlung unterzogen und der andere Satz wurde 10 Minuten auf 90ºC erwärmt. Beide Sätze wurden beimpft und dann 4 Stunden bei 44ºC inkubiert. Die Ergebnisse zeigten, daß bei gelagerter pasteurisierter Milch, die sofort ohne Wärmebehandlung beimpft wurde, die Starter langsam wuchsen und weniger Säure produzierten als bei frischen pasteurisierten Milchproben. Bei den Proben, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, war jedoch das Wachstum und die Säureproduktion bei der gelagerten pasteurisierten Milch geringfügig höher als bei frischer pasteurisierter Milch. Der Artikel beschreibt auch die Wirkungen der Zugabe von Zusatzmitteln zu gelagerter pasteurisierter Milch, mit dem Ziel, eine neuerliche Erwärmung zu vermeiden. Ein verwendeter Zusatzstoff war Natriumformat, das sich als erfolgreich erwies. Der andere verwendete Zusatzstoff war CO&sub2;-Gas. Proben von gelagerter pasteurisierter Milch in Flaschen, die mit Gummistopfen versehen waren, wurden über unterschiedliche Perioden von bis zu 60 Sekunden durch die Stopfen mit CO&sub2;-Gas begast. Nach der Begasung wurden die Milchproben mit einer Joghurtkultur beimpft und 4 Stunden bei 44ºC inkubiert, wobei die Stopfen durch sterile Baumwollpropfen ersetzt wurden. Nach der Begasung stieg der ursprüngliche Säuregrad der Milch bis zu 0,31 % an; während die Säureproduktion durch die Joghurtkulturen durch die CO&sub2;-Begasung ebenso erhöht wurde, wurde bei einer CO&sub2;-Begasung über 60 Sekunden ein Säuregrad von 0,8% verzeichnet. In dem Artikel wird geschlossen, daß es zu einem Anstieg in dem gesamten Säuregrad wie auch in dem entwickelten Säuregrad in den mit CO&sub2; begasten Proben kam, was darauf hinweist, daß die CO&sub2;-Atmosphäre die Starteraktivität stimuliert.

Joghurt ist ein das koagulierte Milchprodukt, das durch Milchsäurefermentation durch die Wirkung von Lactobacillus bulgaricus und Streptococcus thermophilus erhalten wird. Die Organismen sind thermophil und die optimale Wachstumstemperatur liegt bei 40-45ºC.

Das herkömmliche Herstellungsverfahren für Joghurt umfaßt eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur von bereits pasteurisierter Milch über einen Zeitraum und bei Temperaturen, die einen negativen Peroxidasetest der wärmebehandelten Milch ergeben. Eine solche Wärmebehandlung bei hoher Temperatur kann aus einer Chargenbehandlung bei 80-85ºC über 20-30 Minuten oder einer kontinuierlichen on-line Behandlung bei 90-95ºC über 3 Minuten bestehen, sowie dem Abkühlen auf eine Inkubationstemperatur von 43ºC, dem Beimpfen mit einem Joghurtstarters und der Inkubation über 4-5 Stunden. Die Inkubationstemperatur kann alternativ auch 30ºC über 12-14 Stunden betragen. Die Beimpfung erfolgt entweder durch Einbringen einer Starterkultur in einen Fermentationstank durch einen zu öffnenden Deckel oder von einem Startertank, in dem die Kultur zuvor mit Milch vermischt wird.

Die Inkubationszeit ist für die Entwicklung der richtigen Struktur und des Aromas des Joghurts entscheidend. Eine Verringerung der Inkubationszeit wäre für die Molkereien von großer Bedeutung, da dadurch der Energieverbrauch gesenkt, die Inkubationstanks besser genützt und die Produktion leichter geplant werden könnte.

Kommerzielle Starterlabors investieren viel Forschungsarbeit in die Verbesserung der Aktivität ihrer bakteriellen Starter, sowohl durch klassische Selektion als auch durch Gentechnologie.

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Verkürzung der Inkubationszeit während der Herstellung einer fermentierten Milch, insbesondere aus Milch, die einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterzogen wird, oder aus frischer Milch, die einer ersten Wärmebehandlung, insbesondere geringen Pasteurisierung, und später einer zweiten Wärmebehandlung, insbesondere einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur unterzogen wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Karbonisierung von Milch, indem die Karbonisierung gründlicher wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine bessere Anpassung der Art der Milchkarbonisierung an die Produktion von fermentierter Milch in großen Mengen.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung von Milch zu einer fermentierten Milch geschaffen, bestehend aus dem Zuleiten von Milch, Wärmebehandeln der Milch und anschließender Zugabe von Substanzen zu der wärmebehandelten Milch, wobei diese Substanzen CO&sub2;-Gas zur Karbonisierung der Milch und Starterkulturen zum Einleiten der Milchfermentation umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmebehandeln der Milch und der Zugabe der Substanzen die wärmebehandelte Milch neuerlich wärmebehandelt wird, wobei die Substanzen der wiederholt wärmebehandelten Milch zugegeben werden.

Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung von Milch zu einer fermentierter Milch geschaffen, bestehend aus dem Zuleiten von pasteurisierter Milch und anschließender Zugabe von Substanzen zu der Milch, wobei diese Substanzen CO&sub2;-Gas zur Karbonisierung der Milch und eine Starterkultur zum Anregen der Milchfermentation umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuleitung der pasteurisierten Milch und der Zugabe der Substanzen die pasteurisierte Milch über einen Zeitraum und bei Temperaturen wärmebehandelt wird, die einen negativen Peroxidasetest der wärmebehandelten Milch ergeben, wobei die Substanzen der wärmebehandelten Milch zugegeben werden.

Gemäß einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung von Milch zu einer fermentierten Milch geschaffen, bestehend aus dem Zuleiten von wärmebehandelter Milch in einen Fermentationstank, Einbringen von CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch zur Karbonisierung der wärmebehandelten Milch, und Zugabe einer Starterkultur in die Milch zum Anregen der Milchfermentation, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmebehandelte Milch über eine Leitung zu dem Tank geleitet wird und das CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch eingebracht wird, während diese durch die Leitung läuft.

Gemäß einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine fermentierte Milch geschaffen, die unter Verwendung eines Verfahren gemäß einem der drei vorangehenden Absätze hergestellt wurde.

Gemäß einem fünften Merkmal der Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die zur Umwandlung von Milch zu fermentierter Milch verwendet wird, bestehend aus ersten Einleitungsmittel zum Einbringen von CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch zur Karbonisierung der wärmebehandelten Milch, einem Fermentationstank und zweiten Einleitungsmitteln zum Einbringen einer Starterkultur in die Milch zum Anregen der Milchfermentation, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung von dem ersten Einleitungsmittel zu dem Fermentationstank zur Beförderung der karbonisierten Milch zu dem Tank verläuft.

Unter "fermentierter Milch" wird ein flüssiges Produkt verstanden, das von (modifizierter oder unmodifizierter) Milch durch ein Verfahren erhalten wird, in dem der Milch eine Bakterienkultur beigegeben wird und die Milch zu einem verzehrbaren Produkt fermentiert.

Die fermentierte Milch kann ausgewählt werden aus Buttermilch, Sauerrahm, Joghurt und Acidophilusmilch.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie die erforderliche Fermentationsdauer verkürzen und somit Einsparungen bei der Herstellung der fermentierten Milch ermöglichen kann, ohne eine signifikante Verschlechterung in den organoleptischen Eigenschaften der fermentierten Milch herbeizuführen.

Sie ist besonders für die Johghurtherstellung geeignet, bei der die Einleitung des Kohlendioxids in die Milch und dessen anhaltendes Verbleiben darin die Milch als Medium für den Joghurtstarter verbessert.

Wir haben gefunden, daß die Gegenwart des Kohlendioxids in der Milch das Wachstum der Joghurtbakterien stimuliert. Dies ist wahrscheinlich eine kombinierte Wirkung aus der Entfernung von Sauerstoff aus der Milch und somit Senkung des Redoxpotentials und einer direkten Stimulation der Joghurtbakterien durch das Kohlendioxid.

Niederländische Wissenschafter, F.M. Driessen, F. Kingma und J. Stadhouders berichteten bei einem Symposium über Milchsäurebakterien in Nahrungsmitteln - Genetik, Metabolismus und Anwendungen, in Wageningen, Holland, 1983, ein rasches B. cereus-Wachstum in der anfänglichen Anlaufphase der Joghurtinkubation bei 30ºC. Ein hoher O&sub2;-Gehalt verzögert das Wachstum der Joghurtbakterien und stimuliert B. cereus. Die gegenwärtige CO&sub2;-Behandlung der Milch könnte die B. cereus-Zellen vollständig hemmen.

Wir nehmen an, daß die Gegenwart von CO&sub2; im Joghurt, vorzugsweise in Kombination mit einer gasdichten Verpackung, eine gute Alternative zu der bekannten Begasung des Kopfraumes der Verpackung mit CO&sub2;-Gas sein könnte.

Das Merkmal, daß die Milch vor der Beimpfung karbonisiert wird, macht das vorliegenden Verfahren für die Anwendung bei der on-line Karbonisierung der Milch geeignet, wobei, im Vergleich zu der bekannten Karbonisierung im Tank, die Gleichmäßigkeit des Karbonisierungsgrades in der Milch sowie die Produktionsgeschwindigkeit von vollständig karbonisierter Milch verbessert wird, insbesondere da die Länge der Leitung, die sich stromabwärts der Stelle der CO&sub2;-Gaseinleitung erstreckt, ausreichend lang gewählt werden kann, um eine sehr gründliche Mischung und somit Karbonisierung zu erzielen. Diese Länge ist so bemessen, daß die Dauer, in der die karbonisierte Milch den Fermentationstank erreicht, zumindest zehn Sekunden, vorzugsweise zumindest dreißig Sekunden beträgt. In der Praxis beträgt die Länge zumindest zehn Meter, vorzugsweise zumindest dreißig Meter.

In einem bevorzugten Verfahren wird Joghurt aus pasteurisierter Milch, die mit CO&sub2; bei einer Konzentration von etwa 1200 ppm gesättigt ist, hergestellt. Wir haben gefunden, daß diese Verwendung von CO&sub2; das Wachstum des Joghurtstarters stimuliert, wodurch die Inkubationszeit um etwa 20% verringert wird; die Produktion der Hauptaromaverbindung in Joghurt, Acetaldehyd, erhöht wird; das Endprodukt einen angenehmen, perlenden Geschmack erhält; das Wachstum von mikrobiellen Verderbniserregern und pathogenen Mikroorganismen gehemmt und die Haltbarkeit des Produkts verlängert wird.

Für ein besseres Verständnis und zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden nun Beispiele mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:

Figur 1 eine Graphik der CO&sub2;-Gaskonzentration gegenüber der Zeit für CO&sub2;-behandelte Milch und Kontrollmilch in einer Joghurtproduktion kleinen Maßstabes zeigt,

Figur 2 eine Graphik der Gesamtkeimzahlkonzentration gegenüber der Zeit für diese Milcharten zeigt,

Figur 3 eine Graphik des pH gegenüber der Zeit für diese Milcharten zeigt,

Figur 4 eine Graphik der Acetaldehydkonzentration gegenüber der Zeit für diese Milcharten zeigt,

Figur 5 eine Graphik des Cocci-Prozentsatzes und Stäbchen-Prozentsatzes der Gesamtkeimzahl gegenüber der Zeit für diese Milcharten zeigt,

Figur 6 schematisch ein System für die Joghurtproduktion im industriellen Maßstab zeigt,

Figur 7 schematisch in genauerem Detail einen CO&sub2;-Infusionsabschnitt des Systems zeigt,

Figur 8 eine Graphik der Gesamtkeimzahlkonzentration gegenüber der Zeit für CO&sub2;-behandelte Milch und Kontrollmilch in der Produktion in industriellem Maßstab zeigt,

Figur 9 eine Graphik des pH gegenüber der Zeit für die letzeren Milcharten zeigt,

Figur 10 eine Graphik der Gesamtkeimzahlkonzentration gegenüber der Zeit für CO&sub2;-behandelte Milch und Kontrollmilch in der Acidophilusmilchproduktion in kleinem Maßstab zeigt,

Figur 11 eine Graphik des Prozentsatzes von Lb.acidophilus und B.bifidum gegenüber der Zeit für die letzere CO&sub2;-behandelte Milch zeigt, und

Figur 12 eine Graphik der Prozentsätze von Lb.acidophilus und B.bifidum gegenüber der Zeit für die Kontrollmilch zeigt.

BEISPIEL I Milchbehandlung

Dieses Beispiel beschreibt ein Laborexperiment, das eine Herstellung von Joghurt aus pasteurisierter Kuhvollmilch in kleinem Maßstab vorsieht.

Pasteurisierte Kuhvollmilch wurde mit getrocknetem Magermilchpulver zur Erhöhung der Gesamttrockenmasse auf 2,5% (gemäß der gesetzlichen Vorschrift Norwegens für die Joghurtherstellung) angereichert.

Die Milch wurde auf 60ºC temperiert, bei 18ºkp/cm² homogenisiert und bei 90ºC 35 Sekunden in einem Plattenwärmeaustauscher wärmebehandelt. Beim Auslaß betrug die Temperatur der Milch 12ºC.

Die Milch wurde in zwei Behälter aufgeteilt, von welchen jeder 30 Liter der wärmebehandelten Milch enthielt. In die Milch wurde CO&sub2;-Gas bei 12ºC durch Gasverteilungsdüsen im Boden eines der beiden Behälter gespritzt. Nach dieser Karbonisierung betrug die CO&sub2;-Konzentration in der Milch 1288 ppm (mit einem Beckman Infrared Analyzer gemessen). Die CO&sub2;-Konzentration in der (nicht CO&sub2;-behandelten) Kontrollmilch betrug 30 ppm.

Die CO&sub2;-behandelte Milch und die Kontrollmilch wurden auf 42ºC, eine bevorzugte Inkubationstemperatur zur Joghurtherstellung, temperiert. Beide Milcharten wurden mit 2% eines im Handel erhältlichen Joghurtstarters B3 von Chr. Hansen's Laboratories A/S in Boge Alle 10-12, Postfach 407, 2970 Horsholm, Dänemark, beimpft.

Die beimpfte, CO&sub2;-behandelte Milch und die beimpfte Kontrollmilch ohne CO&sub2; wurden in 1 Liter Glasbehälter gefüllt und bei 42ºC 5 Stunden inkubiert. Die Behälter waren mit Aluminiumfolie verschlossen und daher während der Fermentation nicht luftdicht.

Jede Stunde wurden Proben für folgende Analysen gezogen:

- CO&sub2;-Gehalt

- Gesamtlebendkeimzahl

- pH

- flüchtige Aromastoffe

- Gleichgewicht zwischen Stäbchen (Lactobacillus) und Cocci (Streptococcus).

Beobachtungen während der Inkubation CO&sub2;-Gehalt

Die CO&sub2;-behandelte Milch enthielt ursprünglich 1288 ppm CO&sub2;. Der Temperaturanstieg von 12ºC auf 42ºC verursachte eine Abnahme dieses Gehalts auf 1033 ppm.

Ergebnisse der CO&sub2;-Messungen in den Milcharten während der Fermentation sind in Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.

Die offensichtlich geringere Produktion von CO&sub2; während der Fermentation in der mit CO&sub2; behandelten Milch im Vergleich zur Kontrollmilch ist wahrscheinlich ein Zeichen für die Übersättigung und Verdampfung von CO&sub2; in der CO&sub2;-behandelten Milch.

Gesamtlebendkeimzahl

Die Stimulierung von Joghurtbakterien durch CO&sub2; wurde durch Messung des Bakterienwachstums während der Inkubation gezeigt. Figur 2 zeigt die Gesamtzahl der Bakterien in der CO&sub2;-behandelten Milch und der Kontrollmilch.

Diese beiden Parameter zeigen die anregende Wirkung von CO&sub2; deutlich. Die Inkubationszeit konnte in diesem Beispiel von 5 auf 4 Stunden gesenkt werden, wenn die Milch mit CO&sub2; behandelt wurde.

pH

Die Entwicklung des pH in beiden Milcharten ist in Figur 3 dargestellt.

Der kontinuierlich größere Säuregrad nach bestimmten Zeiten bei der CO&sub2;-behandelten Milch im Vergleich zur Kontrollmilch zeigt neuerlich die Stimulation der Joghurtbakterien durch das CO&sub2;.

Flüchtige Aromastoffe

Acetaldehyd ist der hauptsächliche flüchtige Aromastoff, der in Joghurt produziert wird, und eine hohe Produktion dieser Verbindung ist wesentlich, um dem Produkt seinen charakteristischen Geschmack zu verleihen. Die Produktion von Acetaldehyd in der CO&sub2;-behandelten Milch und in der Kontrollmilch ist in Figur 4 dargestellt (durch Gaschromatographie analysiert).

Die Ergebnisse zeigen eine raschere und höhere Maximalproduktion von Acetaldehyd in der CO&sub2;-behandelten Milch im Vergleich zur Kontrollmilch.

Gleichgewicht zwischen Stäbchen und Cocci

Das Gleichgewicht zwischen Cocci und Stäbchen ist ein wichtiger Qualitätsparameter für Joghurt. Ein zu geringer Cocciwert führt zu einer unzureichenden Aromaproduktion, während ein zu hoher Stäbchenwert eine erhöhte Produktion der D(-)-Milchsäure bewirkt, die aus Ernährungsgründen unerwünscht ist. Die Ergebnisse sind in Figur 5 dargestellt und zeigen, daß die CO&sub2;-Behandlung von Milch zur Joghurtproduktion das Gleichgewicht zwischen Cocci und Stäbchen im Vergleich zu der Kontrollmilch nicht verändert. Bei beiden Milcharten wird ein optimales Verhältnis erzielt.

BEISPIEL II

Die Qualität des CO&sub2;-behandelten Joghurts und des Kontrolljoghurts, die nach der Beschreibung von Beispiel I hergestellt wurden, wurde während einer Lagerdauer von 2 Monaten bewertet.

Nach 1 Tag, 1 Woche, 2 Wochen, 3 Wochen und 2 Monaten wurden Proben für folgende Analysen gezogen:

- sensorische Beurteilung

- pH

- Gesamtlebendkeimzahl

- flüchtige Aromastoffe

- Festigkeit und Viskosität

Sowohl bei dem CO&sub2;-behandelten Joghurt als auch bei dem Kontrolljoghurt wurden in der sensorischen Beurteilung hohe Werte erzielt. Das CO&sub2;-behandelte Joghurt war jedoch frischer und perlender als die Kontrolle.

Die Viskosität war bei dem CO&sub2;-Joghurt etwas größer als bei der Kontrolle. Hefe und Schimmel wurden in keiner der Proben nachgewiesen (CO&sub2;-behandelt oder Kontrolle).

Für eine Joghurtproduktion im vollen Maßstab ist eine Veränderung des obenbeschriebenen Verfahrens im Laborexperiment erforderlich. Je größer das Verfahren angelegt ist, das kontinuierlich on-line ist, desto besser, da die Einsparungen bei den Kosten und dem Zeitaufwand größer sind.

BEISPIEL III

Das vorliegende Beispiel beschreibt die Joghurtproduktion in vollem Maßstab mit einem Verfahren, bei dem CO&sub2; kontinuierlich eingeleitet wird und bei dem eine Kontrolle ohne CO&sub2; verwendet wird.

Figur 6 zeigt ein System zur Produktion im vollen Maßstab, und Figur 7 zeigt einen Systemabschnitt zur CO&sub2;-Einleitung.

Milchvorbehandlung

Pasteurisierte Vollmilch wurde mit 3% Trockenmagermilch angereichert, auf 88ºC erwärmt und vakuumentlüftet, wobei ihre Temperatur auf 80ºC sank. Die Milch wurde dann in einen Ausgleichsbehälter 1 geleitet und einem Heizabschnitt 2A eines Plattenwärmeaustauschers 2 und einer Haltezelle 3 zugeführt, in der eine Wärmebehandlung bei 95ºC 6 Minuten stattfand, und dann wurde die Milch in einem Kühlabschnitt 2B des Austauschers 2 auf 42ºC gekühlt, mit einem Intervall, in dem die Milch bei 85ºC in einem Zweistufenhomogenisator 8 bei 200 kp/cm² homogenisiert wurde.

CO&sub2;-Einschluß

Nach der Temperierung auf 42ºC wurde die Milch in einer geschlossenen Leitung 6 zu Fermentationstanks 5 aus rostfreiem Stahl geleitet, von welchen jeder eine Kapazität von 4000 Litern aufwies.

CO&sub2; wurde bei einem CO&sub2;-Einspritzabschnitt 4 in der Leitung 6 durch Düsen 7 aus rostfreiem Stahl in die Milch gespritzt. Der Durchmesser der Leitung 6 betrug 2,5 Zoll, und die Milch lief mit einer Geschwindigkeit von 7500 l/Std. hindurch.

Nach der CO&sub2;-Einspritzung wurde die Milch durch 50m der Leitung 6 geleitet, bevor sie in den Fermentationstank gelangte. Während dieser Beförderung wird aufgrund der Länge der Leitung zwischen dem Abschnitt 4 und jedem Tank 5 eine gute Verteilung des CO&sub2;-Gases in der Milch erleichtert.

Beimpfung und Inkubation

2500 Liter der CO&sub2;-behandelten Milch und 2500 Liter Kontrollmilch wurden in die jeweiligen Fermentationstanks 5 geleitet.

0,5 kg DVS-Kultur (Chr. Hansen's 180) wurden jedem Tank über einen zu öffnenden Deckel 9 beigegeben und die Milch 5 Minuten für eine gute Verteilung der Kulturbakterien gerührt.

Während der Fermentation wurden alle 0,5 Stunden Proben für Analysen gezogen. Der CO&sub2;-Gehalt in der CO&sub2;-behandelten Milch betrug unmittelbar nach dem Rühren 1800ppm.

Die Ergebnisse der Keimzählung und pH-Probennahme sind in Figur 8 bzw. Figur 9 dargestellt.

BEISPIEL IV

Dieses Beispiel zeigt die Wirkung der CO&sub2;-Behandlung von Milch vor der Fermentation mit einer Kultur bestimmter Darmbakterien zur Herstellung von Acidophilusmilch.

Kultur

Die in diesem Experiment verwendete Kultur war eine AB-Kultur, wieder von Chr. Hansen's Laboratories A/S. Die Kultur besteht aus zwei hochkonzentrierten Bakterien, Lactobacillus acidophilus und Bifidobacterium bifidum. Beide Organismen sind bestimmte Darmbakterien und besitzen nachweislich eine günstige Wirkung auf die menschliche Ernährung und Gesundheit.

Milchbehandlung

Pasteurisierte Kuhvollmilch wurde bei 200 kp/cm² homogenisiert und bei 95ºC 5 Minuten wärmebehandelt. Die Milch wurde auf 37ºC temperiert und CO&sub2;-Gas wurde durch eine Milchcharge, wie oben bei dem Laborexperiment von Beispiel I beschrieben, gespritzt; eine Kontrollcharge der Milch wurde nicht karbonisiert.

Inkubation

Die CO&sub2;-behandelte Milch und die Kontrollmilch wurden mit konzentrierter AB-Kultur beimpft, in 500 ml Glasbehälter verteilt und bei 37ºC inkubiert. Alle 2 Stunden wurden Proben für bakteriologische Analysen gezogen.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der bakteriologischen Untersuchungen zeigten ein besseres bakterielles Wachstum in der CO&sub2;-behandelten Milch im Vergleich zu der Kontrollmilch, wie in Figur 10 dargestellt, in der die Gesamtkeimzahl gegen die Zeit aufgetragen ist.

Zusätzlich wurde in der CO&sub2;-behandelten Milch eine höhere Anzahl von B. bifidum beobachtet und ein optimales Verhältnis von 34% B. bifidum und 66% Lb. acidophilus darin nachgewiesen, wie in Figur 11 dargestellt, die das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Bakterienarten zu bestimmten Zeitpunkten während der Fermentation der CO&sub2;-behandelten Milch wiedergibt. Das Wachstum von B. bifidum erschien jedoch in der Kontrollmilch zu gering, wie in Figur 12 dargestellt ist, die das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Bakterienarten zu bestimmten Zeitpunkten während der Fermentation der Kontrollmilch wiedergibt.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Umwandlung von Milch in eine fermentierte Milch, bestehend aus dem Zuleiten von Milch, Wärmebehandeln der Milch und anschließender Zugabe von Substanzen zu der wärmebehandelten Milch, wobei diese Substanzen CO&sub2;-Gas zur Karbonisierung der Milch und eine Starterkultur zum Anregen der Milchfermentation umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmebehandeln der Milch und der Zugabe der Substanzen die wärmebehandelte Milch neuerlich wärmebehandelt wird, wobei die Substanzen der wiederholt wärmebehandelten Milch zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zweite Wärmebehandlung der Milch über einen Zeitraum und bei Temperaturen erfolgt die einen negativen Peroxidasetest der wiederholt wärmebehandelten Milch ergeben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchen die Zugabe des CO&sub2;-Gases vor der Zugabe der Kultur erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner bestehend aus dem Abkühlen der wiederholt wärmebehandelten Milch vor deren Karbonisierung.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die wiederholt wärmebehandelte Milch durch eine Leitung (6) zu einem Fermentationstank (5) geleitet und das CO&sub2;-Gas in die wiederholt wärmebehandelte Milch eingebracht wird, während diese die Leitung (6) passiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem nach dem Einbringen des CO&sub2;-Gases die karbonisierte Milch einen Zeitraum von zumindest zehn Sekunden benötigt, um durch die Leitung (6) zu dem Tank (5) zu fließen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Zeitraum zumindest 30 Sekunden beträgt.

8. Verfahren zur Umwandlung von Milch in fermentierte Milch, bestehend aus dem Zuleiten von pasteurisierter Milch und anschließender Zugabe von Substanzen zu der Milch, wobei diese Substanzen CO&sub2;-Gas zur Karbonisierung der Milch und eine Starterkultur zum Anregen der Milchfermentation umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zuleitung der pasteurisierten Milch und der Zugabe der Substanzen die pasteurisierte Milch über einen Zeitraum und bei Temperaturen wärmebehandelt wird, die einen negativen Peroxidasetest der wärmebehandelten Milch ergeben, wobei die Substanzen der wärmebehandelten Milch zugegeben werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Zugabe des CO&sub2;-Gases vor der Zugabe der Kultur erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner bestehend aus dem Abkühlen der wärmebehandelten Milch vor deren Karbonisierung.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, bei welchem die wärmebehandelte Milch durch eine Leitung (6) zu einem Fermentationstank (5) geleitet und das CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch eingebracht wird, während diese die Leitung (6) passiert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem nach dem Einbringen des CO&sub2;-Gases die karbonisierte Milch einen Zeitraum von zumindest zehn Sekunden benötigt, um durch die Leitung (6) zu dem Tank (5) zu fließen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der Zeitraum zumindest 30 Sekunden beträgt.

14. Verfahren zur Umwandlung von Milch in eine fermentierte Milch, bestehend aus dem Zuleiten von wärmebehandelter Milch in einen Fermentationstank (5), Einbringen von CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch zur Karbonisierung der wärmebehandelten Milch und Zugabe einer Starterkultur in die Milch zum Anregen der Milchfermentation, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmebehandelte Milch über eine Leitung (6) zu dem Tank (5) geleitet wird und das CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch eingebracht wird, während diese die Leitung (6) passiert.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Kultur nach der Zuleitung des CO&sub2;-Gases in die Milch eingebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem die zugeleitete Milch pasteurisierte Milch ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei welchem die wärmebehandelte Milch vor dem Einbringen des CO&sub2;-Gases abgekühlt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei welchem nach dem Einbringen des CO&sub2;-Gases die karbonisierte Milch einen Zeitraum von zumindest zehn Sekunden benötigt, um durch die Leitung (6) zu dem Tank (5) zu fließen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der Zeitraum zumindest 30 Sekunden beträgt.

20. Vorrichtung zur Verwendung in der Umwandlung von Milch in fermentierte Milch, bestehend aus ersten Einleitungsmittel (4) zum Einbringen von CO&sub2;-Gas in die wärmebehandelte Milch zur Karbonisierung der wärmebehandelten Milch, einem Fermentationstank (5) und zweiten Einleitungsmitteln (9) zur Einbringen einer Starterkultur in die Milch zum Anregen der Milchfermentation, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (6) von dem ersten Einleitungsmittel (4) zu dem Fermentationstank (5) zur Beförderung der karbonisierten Milch zu dem Tank (5) verläuft.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welchem das zweite Einleitungsmittel (9) stromabwärts des ersten Einleitungsmittels (4) liegt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, ferner bestehend aus einem Heizelement (2A) stromaufwärts des ersten Einleitungsmittels (4) zur Wärmebehandlung der Milch.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, ferner bestehend aus einem Kühlelement (2B) stromabwärts des Heizelements (2A) und stromaufwärts des ersten Einleitungsmittels (4) zum Abkühlen der wärmebehandelten Milch.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei welchem die Länge der Leitung (6) von dem ersten Einleitungsmittel (4) zu dem Tank (5) zumindest zehn Meter beträgt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welchem die Länge zumindest dreißig Meter beträgt.







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