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Dokumentenidentifikation DE19615044C2 21.01.1999
Titel Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Joghurt
Anmelder Kiesner, Christian, Dr.-Ing., 24103 Kiel, DE;
Hoffmann, Wolfgang, Dr., 24103 Kiel, DE
Erfinder Kiesner, Christian, Dr.-Ing., 24103 Kiel, DE;
Hoffmann, Wolfgang, Dr., 24103 Kiel, DE
Vertreter Niedmers & Seemann, 22767 Hamburg
DE-Anmeldedatum 17.04.1996
DE-Aktenzeichen 19615044
Offenlegungstag 02.01.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse A23C 9/12
IPC-Nebenklasse A23C 3/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Joghurt, bei dem über den gesamten Herstellungsprozeß des Joghurts der Temperatur-Zeit-Verlauf der Ausgangsmilch nur ein Maximum aufweist und bei dem eine Erhöhung der Trockenmasse der Milch durch Entspannungsverdampfung vorgenommen wird, wobei zunächst die Milch vorgewärmt wird und nachfolgend auf eine Maximaltemperatur erwärmt wird und schließlich einer Entspannungsverdampfung zur Abkühlung unterworfen und dabei aufkonzentriert wird.

Ein Verfahren dieser Art ist bekannt (Milchwissenschaft 26 (9), 1971, Seiten 533 bis 536).

Die industrielle Herstellung von Joghurt und Joghurterzeugnissen läuft üblicherweise nach folgendem Verfahren (siehe z. B. H. J. Klupsch: Saure Milcherzeugnisse, Milchmischgetränke und Desserts, Seiten 60-84 und 315-357, Verlag Th. Mann, Gelsenkirchen-Buer, 2. Aufl. 1992) ab: zunächst wird die vorgesehene rohe oder schon pasteurisierte Milch im Fettgehalt eingestellt. Um die spätere Wasserbindungsfähigkeit und damit die Festigkeit im stichfesten bzw. die Viskosität im gerührten Endprodukt zu erhöhen, erfolgt im nächsten Schritt meist eine Anhebung der Trockenmasse, wobei der Erhöhung des absoluten Caseinanteils die größte Bedeutung zukommt. Eine gleichmäßige Erhöhung aller Trockenmassebestandteile wird durch Eindampfen der Milch oder auch durch Zugabe von Milchkonzentraten erreicht, während bei Zusatz von Magermilchpulver nur die Bestandteile der fettfreien Milchtrockenmasse ergänzt werden. Die Joghurtkonsistenz kann auch gezielt durch Zufügen bestimmter Milcheiweißerzeugnisse verbessert werden. Für wärmebehandelte Joghurterzeugnisse oder Milchmischerzeugnisse aus Joghurt kann die Milch außerdem bestimmte Hydrokolloide oder auch Zucker enthalten.

Das Einbringen von Magermilchpulver, aber besonders auch das von speziellen Milcheiweißerzeugnissen oder Hydrokolloiden, erfordert eine geeignete Vorrichtung, um eine vollständige Dispersion in der Milch zu erreichen.

Oftmals ist anschließend noch eine Entgasung erforderlich. Die Zugabe von Konzentraten setzt eine vorangegangene Eindampfung voraus. Beim Eindampfen der gesamten Milch, z. B. im Fallstromverdampfer, wird diese zuerst hocherhitzt und dann unter Vakuum aufkonzentriert. Anschließend erfolgt hier, falls notwendig, noch eine Korrektur von Fett und Trockenmasse.

Nach Eindampfung, Konzentrat- oder Pulverzugabe wird die auf ca. 6-8°C gekühlte Joghurtmilch dann wärmebehandelt und homogenisiert. Dabei wird das Konzentrat auf ca. 85-95°C erhitzt und bis zu 30 min heißgehalten. Die Homogenisierung erfolgt vor der Erhitzung (septisch) oder nach der Heißhaltung (aseptisch) ein- oder zweistufig. Vor der Zudosierung der vorbereiteten Joghurtkultur ist eine Kühlung auf ca. 42-48°C erforderlich. Nicht selten wird die Prozeßmilch aber auch weiter auf ca. 6-8°C gekühlt und erst bei Bedarf wieder auf Bebrütungstemperatur von ca. 42-45°C angewärmt und mit der Kultur vermischt.

Nach der Kulturzugabe erfolgt die Bebrütung bis zum gewünschten pH-Wert. Bei stichfestem Joghurt geschieht diese erst nach Abfüllung in die Endverpackung, bei Rührjoghurt dagegen im sterilen Tank vor der Abfüllung. Hier wird die gebildete Gallerte meist noch einer Scherbeanspruchung unterworfen, um eine glattere Konsistenz zu erzielen, danach sofort auf ca. 20°C heruntergekühlt und erst dann abgefüllt. Die Packungen mit dem fertigen Endprodukt werden im Kühltunnel auf unter ca. 10°C gekühlt.

Die Beschreibung der Joghurtherstellung zeigt, daß bis zum fertigen Produkt zahlreiche energieverbrauchende Temperierschritte erfolgen müssen, damit nur die zugesetzten Milchsäurebakterien wirksam werden und das Endprodukt in der gewünschten Qualität entsteht. Vereinfachungen der derzeitigen Verfahren - ohne Qualitätsverlust - sind daher anzustreben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der thermischen Behandlungsschritte und damit den Energieaufwand erheblich zu reduzieren, wobei auch angestrebt ist, die Kosten für eine Anlage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden soll, zu minimieren, wobei das Verfahren gegenüber den bisherigen bekannten Verfahren zeitsparender ablaufen soll.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zur kontinuierlichen Herstellung des Joghurts die Joghurtkultur ausschließlich durch die Druckdifferenz zwischen dem Ausgang des Entspannungsbehälters und dem Kulturbehälter in die abgekühlte und aufkonzentrierte Milch eingebracht wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zur Ausbildung der Druckdifferenz zwischen dem Ausgang des Entspannungsbehälters und dem Kulturbehälter keine bisher übliche Dosierpumpe erforderlich ist, was aufgabengemäß zu einer Reduzierung des Energieaufwandes zur Durchführung des Verfahrens führt und aufgabengemäß auch die Anlagenkosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei gleichzeitiger Zeitersparnis bei dessen Ausführung vermindert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Anlage, mit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Joghurt hergestellt werden kann, besteht gemäß Fig. 1 aus folgenden Komponenten:

  • a) aus einem Erhitzer, in dem in mehreren Abteilungen durch indirekte Wärmeübertragung (über Platten-, Rohrbündel-, Spiralwärmeübertrager) das Aufheizen der kalten Ausgangsmilch auf die gewünschte Maximaltemperatur erfolgt. Die erste Abteilung 3 dient gleichzeitig als Brüdendampfkondensator, in der der im Entspannungsbehälter 8 gebildete Brüdendampf mittels kalter Ausgangsmilch niedergeschlagen wird. Das entstandene Kondensat wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe 18 abgepumpt. In der zweiten und dritten Abteilung 4, 6 wird die auf ca. 42 - 46°C vorgewärmte Ausgangsmilch auf die Maximaltemperatur mittels Heißwasser oder Dampf erhitzt. Dient Heißwasser als Wärmeträgermedium, wird dieses im getrennten Heißwasserkreislauf durch eine direkte Dampfinjektion 17 auf die gewünschte Temperatur eingestellt. Die Maximaltemperatur der Milch wird über ein Dampfregelventil im Heißwasserkreislauf eingestellt und geregelt. Zwischen der zweiten und dritten Abteilung kann darüber hinaus ein Heißhalter 5a eingebaut werden, so daß ein Heißhalten der Milch (für mind. 2 min) nach der zweiten Abteilung bei 90-95°C möglich ist. Das Heißhalten mit nahezu vollständiger Denaturierung der Molkenproteine beeinflußt Struktur und Viskosität des Endprodukts positiv;
  • b) aus einem Röhrenheißhalter 5b nach Erreichen der Maximaltemperatur, an dessen Ende unmittelbar vor dem Eintritt in den Entspannungsbehälter ein Druckhalteventil 7 zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes im gesamten Erhitzersystem arbeitet;
  • c) aus einem Entspannungsbehälter 8, in dem mittels der Vakuumpumpe 18 und dem Brüdendampfkondensator 3 über die Brüdendampfabsaugleitung ein Unterdruck eingestellt und aufrechterhalten wird. In dem Entspannungsbehälter erfolgt die Trennung der flüssigen Milchphase von dem durch Druckabsenkung (Entspannung) gebildeten Brüdendampf. Der Zulauf des Milch/Dampf-Gemisches (Zweiphasenströmung) kann sowohl tangential als auch axial ausgeführt werden (Fig. 2);
  • d) aus einem Behälter für die Joghurtbetriebskultur 9, der über eine Leitung mit dem Auslauf des Entspannungsbehälters verbunden ist;
  • e) aus einem statischen Mischer 10, der hinter dem Auslauf des Entspannungsbehälters eingebaut ist und in dem die Milchsäurebakterien der Betriebskultur gleichmäßig in der aufkonzentrierten Milch dispergiert werden;
  • f) aus einer Pumpe 11, die die aufkonzentrierte und mit Kultur versetzte Milch in den Puffertank fördert;
  • g) aus einem Puffertank 12 für die kurzfristige Zwischenstapelung der aufkonzentrierten und mit Kultur versetzten Milch;
  • h) aus einer Pumpe 13, die die aufkonzentrierte und mit Kultur versetzte Milch aus dem Puffertank zur Abfüllanlage fördert;
  • i) aus einer aseptisch arbeitenden Abfüllanlage 14, in der die aufkonzentrierte und mit Kultur versetzte Milch in die Endverpackung abgefüllt und diese dann verschlossen wird.

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, bei dem der Temperatur-Zeit-Verlauf über den gesamten Prozeß nur ein einziges Maximum aufweist und gleichzeitig eine die Joghurtkonsistenz fördernde Erhöhung der Trockenmasse durch Eindampfen der Joghurtmilch erfolgt.

Bei diesem Verfahren wird die für die Joghurtherstellung vorgesehene, im Fettgehalt eingestellte Ausgangsmilch im kontinuierlichen Durchfluß zunächst auf ca. 90-95°C angewärmt, bei dieser Temperatur mindestens 2 min heißgehalten und dann weiter auf 120-140°C erhitzt und für wenige Sekunden heißgehalten. Während des anschließenden Abkühlens auf 43-48°C erfolgt eine Entspannungsverdampfung bis in den Vakuumbereich, bei der durch Abzug des gebildeten Brüdendampfes eine Trockenmasseerhöhung der Milch stattfindet. Nach diesem Abkühlen wird der eingedickten Milch kontinuierlich ca. 3-8% einer Joghurtbetriebskultur zugegeben. Dies geschieht in der Weise, daß die in einem separaten sterilen Behälter befindliche Kultur in den Vakuumbereich des Entspannungsbehälters über eine separate Leitung zudosiert wird. Anschließend wird die mit Kultur versetzte Milch aus dem Vakuumbereich durch einen statischen Mischer gefördert, um eine gleichmäßige Verteilung der Milchsäurebakterien zu gewährleisten.

Bei der Herstellung von stichfestem Joghurt erfolgt danach über einen sterilen Ausgleichsbehälter die aseptische Abfüllung in die Endverpackung. Die Säuerung bis zu einem bestimmten pH-Wert läuft in der verschlossenen Endverpackung in dem für die Kultur vorgegebenen Temperaturbereich von ca. 42 bis 45°C ab. Bei Rührjoghurt schließt sich an den statischen Mischer dagegen ein Tank zur Bebrütung an, bevor später die Abfüllung in die Endverpackung folgt. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird ein kontinuierlicher, energiesparender und rekontaminationsfreier Prozeß realisiert. Durch die thermische Vorbehandlung der Ausgangsmilch mit Heißhaltung bei ca. 90-95°C und eine Maximaltemperatur zwischen 120 und 140°C wird eine sehr keimarme oder sogar keimfreie Milch erzeugt, die bei der nachfolgenden Entspannungsverdampfung und gleichzeitigen Abkühlung sowie der Kulturzugabe nicht mehr rekontaminiert wird. Bei aseptischer Abfüllung in eine sterile Endverpackung ist dann gewährleistet, daß bis zum Ende der Mindesthaltbarkeit des Joghurts kein Wachstum unerwünschter Mikroorganismen möglich ist.

Die für das Erhitzen der Ausgangsmilch auf die gewünschte Maximaltemperatur notwendige Energie wird weitgehend in den folgenden Verfahrensschritten verwertet. Dies gilt insbesondere für den Entspannungsvorgang, bei dem durch die Druckreduzierung zwangsläufig der Wärmeinhalt der vorher auf Maximaltemperatur erhitzten Milch für die Teilausdampfung des Milchwassers genutzt wird. Damit wird sowohl die technologisch notwendige Erhöhung der Trockenmasse als auch die erforderliche Abkühlung ohne zusätzlich Energiezufuhr erreicht. Die Wärmeenergie des nach der Phasenumwandlung gebildeten Brüdendampfes wird für die Vorwärmung der kalten Milch während der Aufheizphase genutzt. Damit wird eine weitere Energieeinsparung sowohl durch den Wegfall der für die Brüdenkondensation erforderlichen Kühlleistung als auch durch die Reduzierung der benötigten Energiezufuhr während des Aufheizvorganges erzielt.

Der Ansaugvorgang der Joghurtkultur erfolgt ausschließlich durch die Druckdifferenz zwischen dem Ausgang des Entspannungsbehälters und dem Kulturbehälter und benötigt somit keine zusätzliche Kulturspeisepumpe. Mit Hilfe eines einfachen Regelventils und einer Massenstrom-Registriereinrichtung kann die Dosierung der Kultur genau eingestellt und geregelt werden. Der Behälter für die Joghurtkultur wird durch einen nachlaufenden Kolbendeckel von oben luftdicht abgeschlossen. Damit wird sichergestellt, daß während der Dosierphase keine Außenluft angesaugt wird und der eingestellte Unterdruck im Entspannungsbehälter stabil bleibt.

Zum Herstellungsprozeß gehört darüber hinaus ein temperierter Brutraum, in dem die abgefüllten und verschlossenen Packungen verbleiben bis der Säuerungsprozeß bis zum gewünschten pH-Wert geführt hat. Für das Temperieren des Brutraumes wird eine Lüftungsanlage 20 eingesetzt, in der die Wärmeenergie des bei der Joghurtherstellung anfallenden Brüdendampfkondensates und des Überlaufs aus dem Heißwasserkreislauf zusätzlich genutzt wird. Die nachfolgende schnelle Kühlung des Joghurts nach der Bebrütung kann z. B. in einem Kühltunnel erreicht werden (in Fig. 1 nicht enthalten).

Bei einer Verwendung eines Hochdruckwärmeübertragersystems für die Vorwärmung der Ausgangsmilch 3, z. B. in Form eines Rohrwärmeübertragers 23, und dem Einsatz einer Hochdruckkolbenpumpe 22 im Zulaufbereich der Ausgangsmilch, besteht die Möglichkeit, sie durch einen entsprechenden Einbau eines Homogenisierventils 21 zu homogenisieren (Fig. 3).

Soll statt stichfestem Joghurt Rührjoghurt hergestellt werden, so bleiben die in a)-f) beschriebenen Komponenten unverändert. Die aufkonzentrierte und mit Kultur versetzte Milch wird dann aber nicht in einen Puffertank, sondern in einen beheizbaren Steriltank gefahren, in dem die Bebrütung bis zum gewünschten pH-Wert stattfindet. Nach mechanischer Scherbeanspruchung, um eine glatte Konsistenz zu erzielen, und Abkühlen auf ca. 20° C erfolgt dann die aseptische Abfüllung und weitere Kühlung auf unter 10°C.

Beispiel

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines stichfesten Vollmilchjoghurts (mind. 3,5% Fett) aus aufkonzentrierter Milch nach dem beschriebenen Verfahren.

Das produktführende System wurde vor dem Versuch dampfsterilisiert. Die vorgesehene Rohmilch wurde zunächst entrahmt und dann auf 3,15% Fett eingestellt. Der Eiweißgehalt lag bei 3,46%, die Trockenmasse bei 12,1 %. Die Milch wurde über eine Hochdruckkolbenpumpe mit 55 kg/h in einem Vorwärmer auf 93°C erhitzt, strömte dann in einen Röhrenheißhalter mit einer Verweilzeit von ca. 2 min und wurde anschließend in der nachgeschalteten Erhitzungsabteilung (Spiralwärmeübertrager) weiter auf ca. 121°C erhitzt. Nach 10 s im Heißhalterohr gelangte die Milch in das Entspannungsgefäß. Hier kühlte die Milch auf 48°C ab und gab gleichzeitig Wasser als Brüdendampf ab. Bei Verlassen des Entspannungsgefäßes war der Fettgehalt auf 3,51% Fett gestiegen, Eiweiß- und Trockenmassegehalt auf 3,89 bzw. 13,5%. Damit betrug die entzogene Wassermenge, bezogen auf die Ausgangswassermenge der Milch, ca. 11,8% und der Eindampfungs- oder Eindickungsgrad etwa 1,12. Um den gleichen Effekt über einen Zusatz von Magermilchpulver zu erzielen, hätten davon 1,3% in der Ausgangsmilch zugesetzt werden müssen. Diese hätte allerdings einen um 0,4% höheren Fettgehalt, also 3,55% aufweisen müssen, damit das Endprodukt 3,5% Fett erreicht.

Der eingedickten Milch, die mit 49 kg/h das Entspannungsgefäß verließ, wurde anschließend sofort mit 25 g/min (1,5 kg/h, also ca. 3%) 8°C kalte Betriebskultur kontinuierlich zudosiert.

Die Betriebskultur wurde in autoklavierter H-Vollmilch nach Vorschrift mit einer schnell säuernden, klassischen Joghurtkultur hergestellt (Joghurt 709 Visbyvac Serie 50, Fa. Wiesby, Niebüll).

Nach der Beimpfung der Milch passierte diese einen statischen Mischer, um eine gleichmäßige Verteilung der Kultur zu gewährleisten.

Die Joghurtmilch wurde dann über eine Leitung zu einer sterilen Abfüllbank mit keimfreier Raumluft geführt. Dort erfolgte über einen Dreiwegehahn die Abfüllung in Joghurtbecher (Polypropylen, 150 g Inhalt). Nach Verschließen der Becher durch aufgebördelte Alufolie wurden diese in einen Brutschrank mit 42°C gestellt. Nach ca. 2 : 45 Std. wurde die Bebrütung abgebrochen, nachdem bei 3 untersuchten Bechern der gewünschte pH-Wert von 4,60 erreicht war. Die Becher wurden für 3 Std. in Wasser von 5°C gestellt, dann in einem gleich temperierten Raum weiter gekühlt. Nach 24 Std. wurden bei 25 von 50 abgefüllten Bechern die pH-Werte gemessen. Sie lagen zwischen 4,30 und 4,45. Der Joghurt zeigte keine Molkenlässigkeit, war ausreichend stichfest und cremig. Sensorisch wies er keinerlei Fehler auf.

Bei einem erneuten Test nach 14 Tagen Lagerung bei 5°C war keine Reinfektion durch Hefen oder Schimmel erkennbar. Auch jetzt wurde keine Molkenlässigkeit festgestellt. Durch die Nachsäuerung ergab sich ein veränderter, aber sensorisch weiterhin fehlerloser Geschmack. Bezugszeichenliste 1Vorlaufbehälter

2positive Vorlaufpumpe

3Wärmerückgewinn-Abteilung I (Brüdendampfkondensator) (Erhitzer)

4Wärmerückgewinn-Abteilung II (Erhitzer)

5aVorheißhalter, mind. 2 min (Erhitzer)

5bHeißhalter (Erhitzer)

6Erhitzungsabteilung (Erhitzer)

7Druckhalteventil (Erhitzer)

8Entspannungsbehälter

9Kulturvorratsbehälter mit Dosierregeleinheit

10Dosiervorrichtung für Kultur mit statischem Mischer

11Pumpe zum Puffertank

12Puffertank

13Pumpe zur Abfüllmaschine

14aseptische Abfüllmaschine

15Heißwasserausgleichsbehälter

16Heißwasserumlaufpumpe

17Dampfinjektor

18Vakuumpumpe

19Brutraum

20Lüftungsanlage für den Brutraum

21Homogenisierventil

22Hochdruckkolbenpumpe

23 Röhrenbrüdenkondensator (Hochdruckausführung)

----Produktleitung

--------Wasser/Kondensat

.._.._..Dampf/Brüdendampf

........Luft

..._..._Kultur

Fruchtzubereitung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Joghurt, bei dem über den gesamten Herstellungsprozeß des Joghurts der Temperatur-Zeit-Verlauf der Ausgangsmilch nur ein Maximum aufweist und bei dem eine Erhöhung der Trockenmasse der Milch durch Entspannungsverdampfung vorgenommen wird, wobei zunächst die Milch vorgewärmt wird und nachfolgend auf eine Maximaltemperatur erwärmt wird und schließlich einer Entspannungsverdampfung zur Abkühlung unterworfen und dabei aufkonzentriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Herstellung des Joghurts die Joghurtkultur ausschließlich durch die Druckdifferenz zwischen dem Ausgang des Entspannungsbehälters und dem Kulturbehälter in die abgekühlte und aufkonzentrierte Milch eingebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlte, aufkonzentrierte und mit Joghurtkulturen versetzte Milch durch einen statischen Mischer geführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung der Ausgangsmilch in einem druckfesten Rohrwärmeübertrager erfolgt, und dabei homogenisiert wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung der Milch auf eine Temperatur von 90 bis 95°C über 2 bis 15 min., insbesondere über 5 bis 10 min., erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximaltemperatur zwischen 120 und 140°C liegt.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt stichfesten Joghurts die Abkühlung der Milch am Ort des Entspannungsschrittes durch Regelung des Unterdrucks auf eine Temperatur von 44 bis 48°C erfolgt, so daß nach der Zudosierung der Joghurtkultur und einer anschließenden Abfüllung in eine Endverpackung eine optimale Bebrütungstemperatur von 42 bis 45°C des Joghurts erreicht wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt rührfähigen Joghurts die Abkühlung der Milch am Ort des Entspannungsschrittes durch Regelung des Unterdrucks auf eine Temperatur im Bereich von 43 bis 46°C erfolgt, so daß nach der Zudosierung der Joghurtkultur und einer anschließenden Überführung in einen Steriltank eine optimale Bebrütungstemperatur von 42 bis 45°C erreicht wird.






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