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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfüllen von Getränken in Behälter, insbesondere in Kunststoffbehälter, sowie eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
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Das sterile und schonende Abfüllen von Getränken, insbesondere von Fruchtsäften, erfolgt nach dem Stand der Technik durch kaltaseptische Verfahren oder durch Heißabfüllung.
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Die kaltaseptische Abfüllung erfordert höchste hygienische und damit sehr kostenintensive Produktionsbedingungen (Reinraumtechnik). Obwohl diese Art der Abfüllung seit Jahren auf dem Markt ist, gibt es immer noch Probleme mit der Sterilität der Säfte, so dass eine 100%ige Keimfreiheit bei Anwendung des kaltaseptischen Verfahrens nicht gewährleistet ist. Außerdem wird der schnelle Produkt- und Formatwechsel durch aufwendige Umstellarbeiten und dem jeweiligen „Sterilfahren” der Anlagen erschwert, so dass die Anlage in ihrer Kapazität nicht effektiv genutzt werden kann. Zum einen werden erhebliche Mengen Reinigungsmedien gebraucht und zum anderen die Maschinen durch An- und Abfahren gestresst. Die Reinigungs- und Umrüstzeit bei kaltaseptischer Abfüllung ist ca. 25% höher als bei Heißabfüllung.
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Im Gegensatz dazu ist bei einer Heißabfüllung der Fruchtsäfte das Abtöten sämtlicher Keime im Saft durch die Erhitzung (Pasteurisierung) gewährleistet. Allerdings bereitet die Anwendung dieses Verfahrens Schwierigkeiten beim Abfüllen von Fruchtsäften in Kunststoffflaschen oder -beutel, insbesondere Kunststoffbeutel aus Polyethylen. Aufgrund der im Vergleich zu Glasflaschen geringeren Hitzebeständigkeit der Kunststoffe ist ein Befüllen von Fruchtsäften mit hohen Temperaturen, die in der Regel ca. 90°C betragen, mit dem Risiko einer Verformung oder sogar einer Leckage des Kunststoffbeutels verbunden. Beispielsweise kann bei der Verwendung von Kunststoffbeuteln, an deren Boden eine Zapfeinheit zur Entnahme des abgefüllten Fruchtsaftes aus dem Beutel angebracht ist, bei einer dauerhaften Hitzebelastung, die über 45°C hinausgeht, eine Dichtheit der Zapfeinheit nicht gewährleistet werden. Außerdem wirkt sich eine zu lange Heißhaltung auf die Qualität der Fruchtsäfte aus, da wertvolle Inhaltsstoffe zerstört werden und der Geschmack und das Aussehen des Fruchtsaftes leiden.
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Ein weiteres Problem bei der Heißabfüllung ist die Zunahme des Volumens der Flüssigkeit durch Erhitzung. Dies ist insbesondere beim Abfüllen von Fruchtsäften in Kunststoffbeutel nachteilig, die heiß in einem Umkarton eingebracht werden. Der Umkarton für diesen Kunststoffbeutel muss ganz bestimmte Anforderungen erfüllen. Ist er beispielsweise zu klein, passt der Kunststoffbeutel nicht hinein. Ist er zu groß, rutscht der Kunststoffbeutel beim Transport hin und her und kann sich an den Klebekanten des Umkartons aufschneiden und auslaufen.
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Ferner kommt es zu einer Verformung des Umkartons, wenn der befüllte Kunststoffbeutel im erhitzten Zustand in einen Umkarton, der an die Dimensionen des Kunststoffbeutels angepasst ist, abgegeben wird. Aufgrund der guten Isolation des Umkartons benötigt der Fruchtsaft ca. 24 Stunden bis zur endgültigen Abkühlung in einem einzeln stehenden Umkarton.
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Bei einer Palettisierung der Umkartons würde die Abkühlung des Fruchtsaftes sogar mehrere Tage dauern. Dieser langsame Abkühlungsprozess ist mit einem weiteren Verlust der Qualität des Fruchtsaftes verbunden.
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Alternativ könnten die Kunststoffbeutel an Luft gekühlt werden und erst nach dem vollständigen Abkühlen in die Umkartons abgegeben werden. Diese Lösung ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass der Abfüllvorgang vom Verpackungsvorgang getrennt werden muss, so dass eine Lagerung der im heißen Zustand sehr empfindlichen Kunststoffbeutel notwendig ist. Ferner ist es denkbar, die Kunststoffbeutel unmittelbar nach dem Befüllen mit dem heißen Fruchtsaft in ein kaltes Wasserbad zu geben. Dies ist allerdings mit erheblichen Kosten für das Wasser verbunden. Außerdem müssen die Kunststoffbeutel vor der Verpackung erst getrocknet werden, weil der Umkarton sonst sofort aufweichen würde.
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DE 32 10 341 A1 offenbart eine Pasteurisieranlage für Flüssigkeiten, bei der die Flüssigkeiten mittels Wärmetauschern erhitzt, in einer Fülleinrichtung in Gefäße gefüllt und dort abgekühlt werden. Eine Heißhaltung der Flüssigkeiten nach dem Abfüllen ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren angegeben werden, mit dem Getränke in einen Kunststoffbeutel steril und schonend abgefüllt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen des Unteranspruchs 2.
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Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Abfüllen eines Getränkes in Kunststoffbeutel mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 vorgesehen, aufweisend die Schritte
- (a) kontinuierliches Befüllen von Kunststoffbeuteln mit einer auf eine vorgegebene Befüllungstemperatur erhitzten Menge des Getränkes;
- (b) Halten der befüllten Kunststoffbeutel in der Heißhalteeinrichtung bei der Befüllungstemperatur jeweils für einen vorgegebenen ersten Zeitraum, um eine Sterilisation des Getränkes zu bewirken, wobei die befüllten Kunststoffbeutel mit der Befüllungstemperatur in die Kühleinrichtung eintreten; und
- (c) Abkühlen der befüllten Kunststoffbeutel in der Kühleinrichtung auf eine vorgegebene Temperatur jeweils in einem vorgegebenen zweiten Zeitraum, indem die Kunststoffbeutel einen Kühlmittelstrom passieren; und
- (d) Trocknung der befüllten Kunststoffbeutel der Vorrichtung mit einem Luftstrom von oben und von unten mittels Gebläse in der Gebläsekammer;
wobei der Kühlmittelstrom im Kreislauf geführt wird und das Kühlmittel nach dem Passieren der befüllten Kunststoffbeutel in einen Wärmetauscher eintritt, dort die von den befüllten Kunststoffbeuteln aufgenommene Wärme an zu erhitzendes Getränk abgibt und anschließend erneut zur Abkühlung weiterer Kunststoffbeutel rückgeführt wird; und
wobei die befüllten Kunststoffbeutel auf einem Transportband durch eine gemeinsame Einrichtung, aufweisend die Heißhalteeinrichtung, die Kühleinrichtung und die Gebläsekammer, transportiert werden.
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Vorzugsweise ist das Kühlmittel eine Flüssigkeit, besonders bevorzugt Wasser. Zweckmäßigerweise wird das Kühlmittel zu einer Austragseinrichtung geführt, die eine Vergrößerung der Oberfläche des Kühlmittels bewirkt (Zerstäuben). Geeignete Austragseinrichtungen sind beispielsweise flächig austragende Düsen, flächige oder runde Sprühkegel ausbildende Düsen oder Einrichtungen, die einen Tropfenvorhang ausbilden. Das Kühlmittel fällt aus der Austragseinrichtung nach unten und trifft dabei auf den befüllten Kunststoffbeutel, läuft von diesem ab, wird in einer Sammeleineinrichtung aufgefangen und zu einem Wärmetauscher geführt. Dort wird die Wärme von dem in dem Kunststoffbeutel befindlichen Getränk aufgenommen, auf einen Getränkestrom übertragen, der erhitzt und anschließend in Kunststoffbeutel gefüllt werden soll.
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Kühlmittel, das nach dem Passieren des Kühlmittelstromes auf der Oberfläche des befüllten Kunststoffbeutels verblieben ist, wird mittels eines Luftstroms abgeblasen. Anschließend kann der trockene Kunststoffbeutel in einen Karton eingebracht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das kontinuierliche sterile und schonende Befüllen von Kunststoffbeuteln mit Getränken, vorzugsweise Fruchtsäften. Aufgrund der Abkühlung der heißen Kunststoffbeutel mittels des im Kreislauf geführten Kühlmittels wird eine rasche Verringerung der Temperatur des Kunststoffbeutels auf eine Temperatur erreicht, bei der der befüllte Kunststoffbeutel in einen Umkarton verpackt werden kann, ohne dass eine Verformung oder Beschädigung des Umkartons oder des Kunststoffbeutels befürchtet werden muss. Infolge der Kreislaufführung des Kühlmediums kann die von den befüllten Kunststoffbeuteln abgegebene Wärme genutzt werden, um das abzufüllende Getränk zu erwärmen; ferner wird das Kühlmittel nicht verbraucht.
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Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum kontinuierlichen Befüllen von Kunststoffbeuteln mit einem Getränk besitzt
- – eine Einrichtung zum Einbringen vorgegebener Mengen des erhitzten Getränkes in Kunststoffbeutel (Abfüllanlage);
- – ein Transportband, auf das die befüllten Kunststoffbeutel aufgebracht werden;
- – eine Heißhalteeinrichtung, um die Temperatur des erhitzten Getränkes nach dem Einbringen in den Kunststoffbeutel für einen vorgegebenen ersten Zeitraum aufrechtzuerhalten;
- – eine Kühleinrichtung, aufweisend eine tunnelförmige Kühlstrecke mit einer Eintrittsöffnung, über die die befüllten Kunststoffbeutel mittels des Transportbandes in die Kühleinrichtung eingeführt werden, einer Austrittsöffnung, über die die befüllten Kunststoffbeutel mittels des Transportbandes die Kühleinrichtung verlassen, einen Vorlauf, zumindest eine Austragungseinrichtung, eine Sammeleinrichtung und einen Rücklauf für ein Kühlmittel, wobei die Austragseinrichtung oberhalb des Transportbandes an der Decke der tunnelförmigen Kühlstrecke und die Sammeleinrichtung unterhalb des Transportbandes am Boden der tunnelförmigen Kühlstrecke angeordnet sind, so dass das Kühlmittel, das der Austragungseinrichtung mittels des Vorlaufs zugeführt wird und aus dieser tropfenförmig austritt, nach unten auf die befüllten Kunststoffbeutel fällt, anschließend in die Sammeleinrichtung und von dort in den Rücklauf gelangt;
- – einen Kühlmittelkreislauf, der neben dem Vorlauf, der zumindest einen Austragungseinrichtung, der Sammeleinrichtung und dem Rücklauf, die in der Kühleinrichtung ausgebildet sind, einen Wärmetauscher umfasst, dem das Kühlmittel, das über den Rücklauf die Kühleinrichtung verlässt, zum Abkühlen des Kühlmittels und zum Erhitzen des Getränkestromes im Gegenstromverfahren zugeführt wird;
- – eine Gebläsekammer, die zumindest ein Gebläse aufweist, das einen Luftstrom von oben und von unten auf die befüllten Kunststoffbeutel bläst, wodurch eine Trocknung der befüllten Kunststoffbeutel erreicht wird;
wobei die Heißhalteeinrichtung, die Kühleinrichtung und die Gebläsekammer in einer gemeinsamen Einrichtung ausgebildet sind, wobei die Heißhalteeinrichtung die Heißhaltezone, die Kühleinrichtung die Kühlzone und die Gebläsekammer die Trocknungszone der gemeinsamen Einrichtung bilden und wobei die einzelnen Zonen einen durchgehenden Tunnel bilden, so dass die befüllten, heißen Kunststoffbeutel in die Eintrittsöffnung der gemeinsamen Einrichtung eintreten, die Heißhaltezone, die Kühlzone und die Trocknungszone passieren und die gemeinsame Einrichtung über deren Austrittsöffnung verlassen.
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Die Kühleinrichtung sollte am Ausgang der Heißhalteeinrichtung angeordnet sein.
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Das Gebläse kann an der Austrittsöffnung der Kühleinrichtung angeordnet sein, so dass der Luftstrom Kühlmittel von der Oberfläche des befüllten Kunststoffbeutels abblasen kann. Zweckmäßigerweise ist ferner eine Verpackungseinrichtung zum Einbringen der befüllten Kunststoffbeutel in Kartons vorgesehen, die am Ende des Transportbandes angeordnet ist.
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Für das vorgeschlagene Verfahren besonders geeignete Kunststoffbeutel sind Kunststoffbeutel aus Polyethylen. Bevorzugte Kunststoffbeutel haben ein Fassungsvermögen von drei, fünf, zehn oder zwanzig Liter des Getränkes. Das Verfahren und die Vorrichtung sind zur Abfüllung von Getränken in Kunststoffbeutel und deren Verpackung in Umkartons geeignet. Beispielsweise können ohne weiteres 300 bis 500 Kunststoffbeutel in einer Stunde befüllt, abgekühlt, getrocknet und verpackt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind besonders zur Herstellung von sogenannten Bag-in-Box-Produkten geeignet, wobei der das Getränk enthaltende Kunststoffbeutel (bag) in einem in der Regel quaderförmigen Umkarton (box) enthalten ist.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrensablaufs; und
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2 eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Nach 1 und 2 wird der Fruchtsaft mittels einer Fruchtsaftpumpe 21 über eine Leitung zur Zuführung von Fruchtsaft 1 mit einer Temperatur, die zwischen 15 und 20°C liegt, einem Wärmetauscher 23 in einer Erhitzerstation 2 zugeführt. Im Wärmetauscher 23 wird der Fruchtsaft im Gegenstromprinzip zu dem erwärmten Kühlmittel geführt, wodurch das Kühlmittel abgekühlt und der Fruchtsaft vorgewärmt wird (beispielsweise 38°C). Der vorgewärmte Fruchtsaft verlässt den Wärmetauscher 23 und wird über eine Verbindungsleitung 5 einem Erhitzer 24 in einer Erhitzerstation 2 zugeführt, in der der Fruchtsaft durch Wärmeaustausch mit einem Medium zum Erhitzen, das dem Erhitzer 24 über eine gesonderte, ausschließlich für das Medium vorgesehene, Leitung 25 zugeführt wird, auf eine Temperatur von 90°C erhitzt wird. Der erhitzte Fruchtsaft wird dann über eine Zuführleitung 3 zu zwei parallel betriebenen Abfüllanlagen 4 geführt und dort in Kunststoffbeutel gefüllt. Die verschlossenen, befüllten Kunststoffbeutel 15 werden über Förderbänder auf ein Transportband 6 überführt, das die befüllten Kunststoffbeutel 15 durch die Heißhalteeinrichtung 7, die Kühleinrichtung 8 und die Gebläsekammer 9 zu einem Förderband 10 (Abgabeband) führt. Die Laufrichtung des Transportbandes 6 ist durch Pfeil A gekennzeichnet.
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Die befüllten Kunststoffbeutel 15 werden mittels des Transportbandes 6 durch die Heißhalteeinrichtung 7 geführt, in der sie die Befüllungstemperatur (90°C) beibehalten. Die Länge der Heißhalteeinrichtung 7 und die Geschwindigkeit des Transportbandes 6 bestimmen den ersten Zeitraum, d. h die Zeit zur Sterilisation des abgefüllten Fruchtsaftes. Der erste Zeitraum sollte in Abhängigkeit von der notwendigen Heißhaltezeit zwischen 3 und 8 Minuten betragen und kann über die Geschwindigkeit des Transportbandes 6 reguliert werden.
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Unmittelbar an die Heißhalteeinrichtung 7 schließt sich die Eintrittsöffnung des Tunnels (Kühlstrecke) der Kühleinrichtung 8 an. Die befüllten Kunststoffbeutel 15 verlassen die Heißhalteeinrichtung 7 mit der Befüllungstemperatur (90°C) und treten mit dieser Temperatur in die Kühleinrichtung 8 über deren Eintrittsöffnung ein. In der Kühleinrichtung 8 werden die befüllten Kunststoffbeutel 15 auf eine vorgegebene Temperatur (hier: 35 bis 40°C) abgekühlt, so dass die befüllten Kunststoffbeutel 15 an der Austrittsöffnung des Tunnels der Kühleinrichtung 8 die vorgegebene Temperatur aufweisen. Die Länge des Tunnels (Kühltunnel) der Kühleinrichtung 8, die Geschwindigkeit des Transportbandes 6 sowie die Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels bestimmen die Länge des zweiten vorgegebenen Zeitraums, d. h. die Zeit, die benötigt wird, um die befüllten Kunststoffbeutel 15, die den erhitzten Fruchtsaft enthalten, von der Befüllungstemperatur auf die vorgegebene Temperatur abzukühlen. Die Länge der Kühlstrecke beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform 6 m.
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Die Kühleinrichtung 8 weist einen Vorlauf 11, eine Austragungseinrichtung 12, eine Sammeleinrichtung 13 und einen Rücklauf 14 für das Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, auf. Vorlauf 11, Austragungseinrichtung 12, Sammeleinrichtung 13 und Rücklauf 14 sind Bestandteile des Kühlmittelkreislaufes.
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Das Kühlmittel tritt über den Vorlauf 11 in die Kühleinrichtung 8 ein und wird über die Austragungseinrichtung 12 auf die befüllten Kunststoffbeutel 15 gesprüht. Von dort läuft das Kühlmittel in die Sammeleinrichtung 13, beispielsweise eine Edelstahlwanne, in der es aufgefangen und über den Rücklauf 14 aus der Kühleinrichtung 8 geführt wird. In einer Ausführungsform liegt die Vorlauftemperatur des Kühlmittels zwischen 25 und 30°C oder im Falle der in 1 gezeigten Ausführungsform bei 35,6°C, die Rücklauftemperatur des Kühlmittels liegt zwischen 30 und 50°C. Die befüllten Kunststoffbeutel 15 werden durch den Kontakt mit dem Kühlmittel auf die vorgegebene Temperatur (35 bis 40°C) abgekühlt und verlassen den Tunnel über die Austrittsöffnung der Kühleinrichtung 8.
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Das Kühlmittel wird mittels einer Kühlmittelpumpe 22 von dem Rücklauf 14 über die Rücklaufleitung 16 an den Wärmetauscher 23 in der Erhitzerstation 2 rückgeführt. Die Erhitzerstation 2 weist einen Wärmetauscher 23 auf, in dem das erwärmte Kühlmittel im Gegenstromprinzip zu dem Furchtsaft geführt wird, der über die Leitung zur Zuführung von Fruchtsaft 1 in die Erhitzerstation 2 eintritt. Dabei wird das Kühlmittel auf die Vorlauftemperatur (25 bis 30°C oder im Falle der in 1 gezeigten Ausführungsform 35,6°C) abgekühlt, während der Fruchtsaft erwärmt wird. Mittels des Wärmetauschers 23 können vorzugsweise 30 bis 50% der Wärme des Kühlwassers zur Erwärmung des kalten Fruchtsaftes eingesetzt werden. Bei dem Wärmetauscher 23 handelt es sich beispielsweise um einen Plattenwärmetauscher.
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Das abgekühlte Kühlmittel wird nach dem Verlassen des Wärmetauschers 23 und der Erhitzerstation 2 über die Vorlaufleitung 17 dem Vorlauf 11 zugeführt, wodurch eine geschlossene Kreislaufführung des Kühlmittels erreicht wird. Der geschlossene Kühlmittelkreislauf wird somit von dem Vorlauf 11, der Austragungseinrichtung 12, der Sammeleinrichtung 13, dem Rücklauf 14, der Rücklaufleitung 16, dem Wärmetauscher 23 und der Vorlaufleitung 17 gebildet.
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Die abgekühlten, befüllten Kunststoffbeutel 15, die die Austrittsöffnung der Kühleinrichtung 8 verlassen, treten in den Tunnel der Gebläsekammer 9 ein. Die Gebläsekammer 9 weist ein oder mehrere Gebläse 19 auf, das einen Luftstrom von oben und von unten auf die befüllten Kunststoffbeutel 15 bläst, wodurch eine Trocknung der befüllten Kunststoffbeutel 15 erreicht wird.
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Nach dem Verlassen der Gebläsekammer 9 werden die trocknen, abgekühlten und befüllten Kunststoffbeutel 15 auf ein Förderband 10 überführt, einer Verpackungseinrichtung 20 zugeführt, dort in Umkartons verpackt und anschließend einer Einrichtung 18 zum Kennzeichnen der verpackten befüllten Kunststoffbeutel 15, beispielsweise durch Bedrucken der Kartons, zugeführt.
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Die Heißhalteeinrichtung 7, die Kühleinrichtung 8 und die Gebläsekammer 9 sind in einer gemeinsamen Einrichtung (sogenanntes Tunnelsystem) ausgebildet, wobei die Heißhalteeinrichtung 7 dann die Heißhaltezone, die Kühleinrichtung 8 die Kühlzone und die Gebläsekammer 9 die Trocknungszone der gemeinsamen Einrichtung bilden. In diesem Fall bilden die einzelnen Zonen einen durchgehenden Tunnel, so dass die befüllten, heißen Beutel in die Eintrittsöffnung der gemeinsamen Einrichtung eintreten, Heißhaltezone, Kühlzone und Trocknungszone passieren und die gemeinsame Einrichtung über deren Austrittsöffnung verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leitung zur Zuführung von Fruchtsaft
- 2
- Erhitzerstation
- 3
- Zuführleitung
- 4
- Abfüllanlage
- 5
- Verbindungsleitung
- 6
- Transportband
- 7
- Heißhalteeinrichtung
- 8
- Kühleinrichtung
- 9
- Gebläsekammer
- 10
- Förderband
- 11
- Vorlauf
- 12
- Austragungseinrichtung
- 13
- Sammeleinrichtung
- 14
- Rücklauf
- 15
- befüllte Kunststoffbeutel
- 16
- Rücklaufleitung
- 17
- Vorlaufleitung
- 18
- Einrichtung zur Kennzeichnung
- 19
- Gebläse
- 20
- Verpackungseinrichtung
- 21
- Fruchtsaftpumpe
- 22
- Kühlmittelpumpe
- 23
- Wärmetauscher
- 24
- Erhitzer
- 25
- gesonderte Leitung