| Dokumentenidentifikation |
DE10135079C2 25.09.2003 |
| Titel |
Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Zuckerkristallen ohne Fäden und Vorrichtung zur Durchführung desselben |
| Anmelder |
Pfeifer & Langen, 50667 Köln, DE |
| Erfinder |
Bruhns, Martin, Dr., 50189 Elsdorf, DE; Huwer, Thomas, 52457 Aldenhoven, DE; Kohnke, Jürgen, Dr., 50996 Köln, DE; Zingsheim, Oliver, Dr., 50354 Hürth, DE |
| Vertreter |
Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln |
| DE-Anmeldedatum |
19.07.2001 |
| DE-Aktenzeichen |
10135079 |
| Offenlegungstag |
06.02.2003 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
25.09.2003 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
25.09.2003 |
| IPC-Hauptklasse |
C13F 1/02
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| Beschreibung[de] |
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur chargenweisen
Herstellung von Zuckerkristallen ohne Fäden mit Kristallgrößen über 5 mm,
vorzugsweise über 8 mm durch Verdampfungskristallisation in einem
Kristallisationsbehälter, wobei zwischen den wachsenden Zuckerkristallen und der
übersättigten Zuckerlösung eine Relativbewegung hergestellt wird, welche die
wachsenden Zuckerkristalle in der Schwebe hält, sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
Bei besonderen Anwendungen des Zuckers kommt es darauf an, dass sich der
Zucker langsam auflöst und sich erst langsam eine hohe Konzentration bzw. der
süße Geschmack einstellt. Hierfür wird nach wie vor Kandiszucker mit
Kristallgrößen über 5 mm, vorzugsweise sogar über 8 mm eingesetzt.
Zuckerkristalle mit Kristallgrößen über 5 mm, vorzugsweise über 8 mm wurden
in der Vergangenheit überwiegend durch Kristallisation an Fäden hergestellt,
welche in übersättigte Zuckerlösungen eingebracht, ein langsames und
gleichmäßiges Wachsen der Zuckerkristalle ermöglichen. Die Fäden verblieben dabei
jedoch in den Zuckerkristallen, was von Verbrauchern als störend empfunden
wurde. Für Kandis ohne Fäden sind daher seit ca. 100 Jahren verschiedene
Herstellungsverfahren entwickelt und eingesetzt worden; vgf. AT 35 841.
Bei der Verdampfungskristallisation von Zucker aus übersättigten Lösungen
entstehen je nach Verfahrensbedingungen mehr oder weniger feinkörnige
Produkte und unter gewissen Bedingungen feste Agglomerate von Kristallen
verschiedener Größe, die mechanisch aufgebrochen grobkörnig anfallen. Diese
Produkte zerfallen aber beim Gebrauch rasch in die kleineren und verschieden
großen Zuckerkristalle, was wiederum vom Verbraucher als störend empfunden
wird.
Aus der Patentliteratur der Jahre 1896 bis 1910 sind eine Reihe von mehr oder
weniger aufwendigen und umständlichen Verfahren zur Herstellung von Kandis
bekannt, d. h. grobkristallinem Zucker. Eine Zusammenfassung dieser
Patentliteratur findet sich in der Zeitschrift des Vereins der deutschen Zuckerindustrie
62 (Nr. 12), Seiten 1212 bis 1228 aus dem Jahre 1912. Später hinzugekommen
ist noch das deutsche Patent DE 239 906 C, welche eine Bodenausbildung für
Kristallisationsgefäße beschreibt. Hierbei wird durch einen mechanischen Rührer am
Boden des Kristallisationsgefäßes die übersättigte Zuckerlösung von oben nach
unten befördert und derartig in das Gemisch aus Zuckerlösung und Kristallen
eingeführt wird, das die Zuckerkristalle aufgewirbelt beständig in Bewegung
gehalten werden und wodurch die Reibung an den Gefäßwänden verringert wird.
Dieses Verfahren wird im Prinzip noch heute zur Herstellung von Zuckerkristallen
ohne Fäden verwendet, jedoch gelingt es hiermit nur außerordentlich schwierig,
Kristallgrößen über 5 mm zu erzeugen.
Da die spezifische Oberfläche der Kristalle (Fläche/Kristallmasse) mit
zunehmendem Kristalldurchmesser abnimmt, nehmen die Schwierigkeiten der
Steuerung der Kristallisation mit der Kristallgröße zu. Der Wasserentzug aus der
Lösung, durch den die Übersättigung als Triebkraft der Kristallisation erzeugt wird,
sollte nicht größer sein als die bei der gegebenen Kristalloberfläche mögliche
Kristallisationsrate. Bei den bestehenden Verfahren wird das Gleichgewicht nicht
eingehalten. Dadurch entstehen unerwünschte Kristallkeime, die die Ausbeute
an großen Kristallen verringern und deren Qualität mindern.
Weiterhin ist das Verfahren nach Wulf und Bock bekannt, bei dem eine längere,
flache Wanne mit Impfkristallen in schaukelnder Bewegung gehalten wird. Die
Ausbeute beträgt aber nur 18 bis 20% der eingebrachten Zuckermenge; vgl.
Technologie des Zuckers, M. & H. Schaper Hannover, 1968, Seiten 491 und 492.
Aus der DD 294 731 A5 ist ein Verfahren zur Herstellung von fadenlosem Kandis
bekannt, bei welchem eine außerhalb des Kristallisationsgefäßes kontinuierlich
regenerierte, ständig übersättigte heiße Saccharoselösung im Kreislauf geführt
wird, wobei während des Kristallisierungsvorganges bei konstanter Temperatur
Impfkristalle im Gleich- oder Gegenstrom zugegeben werden. Die in der im
Kreislauf geführten Saccharoselösung wachsenden Saccharosekristalle werden
nach Erreichen der gewünschten Kristallgröße abgetrennt. Auch dieses
Verfahren führt aufgrund der mechanischen Belastung der Zuckerkristalle nur zu
Kristallgrößen von 5 mm und somit nicht zu den gewünschten Kristallgrößen.
Auch das Verfahren gemäß DE 11 72 200 B führt nur zu Kristallkonglomeraten
und nicht zu den gewünschten großen Kristallen.
Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung
von Zuckerkristallen ohne Fäden mit Kristallgrößen über 5 mm, vorzugsweise
über 8 mm zur Verfügung zu stellen, bei dem durch Verdampfungskristallisation
in einem Kristallisationsbehälter zwischen den wachsenden Zuckerkristallen und
der übersättigten Zuckerlösung eine Relativbewegung hergestellt wird, welche
die wachsenden Zuckerkristalle in der Schwebe hält, jedoch durch weitere
Maßnahmen dafür gesorgt wird, dass der Kristallisationsprozess so gesteuert wird,
dass Störungen durch eben diese Keimbildung minimiert werden, damit die
eingebrachten Zuckerkristalle sicher die Größe erreichen, die sonst nur in
schlechten Ausbeuten erreichbar war.
Die Aufgabe wird jetzt dadurch gelöst, dass die Relativbewegung hergestellt wird
ohne mechanisch bewegte Teile im Kristallisationsbehälter durch einen
aufwärtsgerichteten Strom der Zuckerlösung, wobei die durch Verdampfung aus
dem System abgeführte Wassermenge gesteuert wird durch die Wärmezufuhr in
die Zuckerlösung und die Wärmezufuhr so gesteuert wird, dass die
Übersättigung der Zuckerlösung erhalten bleibt.
Vorzugsweise wird dabei dafür gesorgt, dass in der Zuckerlösung neugebildetes
Feinkorn abgetrennt wird und somit nicht das weitere Wachstum der großen
Zuckerkristalle stören kann.
Da die Oberfläche der wachsenden Zuckerkristalle zunehmend größer wird,
wächst auch die Menge des aus der Lösung entfernten Zuckers. Dies wird
vorzugsweise dazu ausgenutzt, die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, in dem
die Geschwindigkeit des aufwärtsgerichteten Stromes der Zuckerlösung mit
zunehmender Größe der wachsenden Zuckerkristalle erhöht wird.
Um die Übersättigung in der Lösung als Triebkraft für die Kristallisation aufrecht
zu erhalten, muss Wasser aus der Lösung entfernt werden. Vorzugsweise erfolgt
dies beim erfindungsgemäßen Verfahren durch Verdampfung bei Unterdruck.
Die durch die Verdampfung verbrauchte. Wärmemenge wird durch
entsprechende Wärmezufuhr in die Zuckerlösung geliefert, wobei ein geringer Teil auch
durch die freiwerdende Kristallisationswärme zur Verfügung steht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren dient vorzugsweise eine
Vorrichtung bestehend aus
- a) einem senkrecht stehenden Kristallisationsbehälter mit
- b) einer unteren Zuführung für die übersättigte Zuckerlösung,
- c) einem beheizbaren Siebboden,
- d) einem Überlauf in ein Auffanggefäß mit größerem Durchmesser als der
Kristallisationsbehälter, welcher Einbauten zur Strömungsberuhigung aufweist,
- e) einer Rückführleitung mit Pumpe für die Zuckerlösung vom Auffanggefäß zur
unteren Zuführung des Kristallisationsbehälters,
- f) einer Abführung im oberen Teil des Auffanggefäßes für Wasserdampf
- g) einer Zuführöffnung im oberen Teil des Auffanggefäßes für Impfkristalle
- h) eine Entleerungsöffnung oberhalb des Siebbodens für die fertigen
Zuckerkristalle
- i) Mess- und Steuerungseinrichtungen für Temperatur, Wärmezufuhr und
Fließgeschwindigkeit der Zuckerlösung.
Der erfindungsgemäße Kristallisationsbehälter weist am oberen Ende ein
Überlauf auf in ein Auffanggefäß mit einem größeren Durchmesser als der
Kristallisationsbehälter, was bereits zu einer Verlangsamung der
Strömungsgeschwindigkeit führt. Durch Einbauten zur Strömungsberuhigung führt dies zu einer
Sedimentation von neugebildetem Feinkorn, welches sich am Boden des
Auffanggefäßes sammeln kann und somit nicht mehr das Kristallwachstum der
großen Zuckerkristalle stören kann.
Durch Messung der Temperatur, der Wärmezufuhr und der Fließgeschwindigkeit
der Zuckerlösung ist es möglich, das gesamte System so zu steuern, dass in
möglichst kurzer Zeit ungestört große Zuckerkristalle mit Kristallgrößen über 5 mm
und auch deutlich über 8 mm entstehen können, so dass Kristallgrößen zur
Verfügung gestellt werden, die sonst nur in schlechten Ausbeuten erzielt werden
konnten.
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| Anspruch[de] |
- 1. Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Zuckerkristallen ohne Fäden mit
Kristallgrößen über 5 mm, vorzugsweise über 8 mm durch
Verdampfungskristallisation in einem Kristallisationsbehälter, wobei zwischen den wachsenden
Zuckerkristallen und der übersättigten Zuckerlösung eine Relativbewegung
hergestellt wird, welche die wachsenden Zuckerkristalle in der Schwebe hält,
dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung hergestellt wird ohne
mechanisch bewegte Teile im Kristallisationsbehälter durch einen
aufwärtsgerichteten Strom der Zuckerlösung, wobei die durch Verdampfung aus dem
System abgeführte Wassermenge gesteuert wird durch die Wärmezufuhr in
die Zuckerlösung und die Wärmezufuhr so gesteuert wird, dass die
Übersättigung der Zuckerlösung erhalten bleibt.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Strom
der übersättigten Zuckerlösung neugebildetes Feinkorn abgetrennt wird.
- 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Geschwindigkeit des aufwärtsgerichteten Stroms der Zuckerlösung mit
zunehmender Größe der wachsenden Zuckerkristalle erhöht wird.
- 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verdampfung des Wassers bei Unterdruck erfolgt.
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Ansprüchen 1 bis 4
bestehend aus
- a) einem senkrecht stehenden Kristallisationsbehälter mit
- b) einer unteren Zuführung für die übersättigte Zuckerlösung,
- c) einem beheizbaren Siebboden,
- d) einem Überlauf in ein Auffanggefäß mit größerem Durchmesser als der
Kristallisationsbehälter, welcher Einbauten zur Strömungsberuhigung
aufweist,
- e) einer Rückführleitung mit Pumpe für die Zuckerlösung vöm Auffanggefäß
zur unteren Zuführung des Kristallisationsbehälters,
- f) einer Abführung im oberen Teil des Auffanggefäßes für Wasserdampf
- g) einer Zuführöffnung im oberen Teil des Auffanggefäßes für Impfkristalle
- h) eine Entleerungsöffnung oberhalb des Siebbodens für die fertigen
Zuckerkristalle
- i) Mess- und Steuerungseinrichtungen für Temperatur, Wärmezufuhr und
Fließgeschwindigkeit der Zuckerlösung.
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