Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schonende Pasteurisierung von Milch – mit Mikrowellen

19.11.2013
Um die Haltbarkeit frischer Milch zu erhöhen und pathogene Keime abzutöten, wird Milch üblicherweise erhitzt.

Das schonendste Verfahren ist die Pasteurisierung, bei der die Milch zunächst durch aus dem Produktabfluss zurückgewonnene Wärme auf 68 °C vorgewärmt und dann, in einer separaten Einheit, für ein paar Sekunden auf 72 °C erhitzt wird.


Im Labor wird die mit Mikrowellen pasteurisierte Milch untersucht. © Fraunhofer IGB

Ein großer Teil der in der Milch enthaltenen Mikroorganismen wird hierbei abgetötet, so dass sie gekühlt bis zu 10 Tage haltbar ist. Derzeit wird die Milch meist über Plattenwärmetauscher erhitzt, in denen vorgewärmte Milch im Gegenstrom zu heißem Wasser oder Dampf geführt und hierbei auf die gewünschte Pasteurisierungstemperatur gebracht wird.

Beim anschließenden Abkühlen der pasteurisierten Milch wird die Wärme für die Vortemperierung kalter Milch zurückgewonnen. Die Wärmetauscher haben allerdings Nachteile: Die Erhitzungszeit ist lang und auf ihren großen Oberflächen lagert sich ein Belag ab, Fouling genannt, so dass sich die Wärmeübertragung verschlechtert. Sie müssen daher regelmäßig gereinigt werden. Hierbei werden Energie, Wasser und Reinigungsmittel verbraucht.

Im EU-Projekt MicroMilk haben verschiedene Partner unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein System entwickelt, das die Haltbarmachung von Milch und Milchprodukten mit Mikrowellen ermöglicht. Ein Prototyp für die kontinuierliche Mikrowellenpasteurisierung mit einem Durchsatz von 400 Liter Milch pro Stunde wurde in eine existierende Pasteurisierungsanlage der Versuchsmolkerei an der Universität Hohenheim integriert. Im Probebetrieb zeigte sich ein großer Vorteil:

Da die Wärmetauscherfläche und damit das Fouling entfällt, konnten die Betriebszeiten zwischen den Reinigungen der Anlage verlängert und Wasser gespart werden. Ein weiterer Pluspunkt: Die Erhitzung der Milch für die Pasteurisierungsstufe von 68 °C auf die erforderlichen 72 °C erfolgt nicht nur wesentlich gleichmäßiger, sondern auch dreimal schneller als mit einem Plattenwärmetauscher. Durch diese extrem schnelle, quasi sprunghafte Erwärmung (»flash heating«) ist die Milch insgesamt nur kurze Zeit den hohen Temperaturen ausgesetzt.

»Ein Großteil der wertvollen und hitzeempfindlichen Inhaltsstoffe, vor allem Milchproteine und Vitamin B, bleibt so erhalten«, erläutert Dr. Ana Lucia Vásquez, die das Projekt am IGB koordiniert. »Vielversprechend ist zudem, dass wir mit der Mikrowellenpasteurisierung auch viskose Produkte mit einem hohen Gehalt an Feststoffen, beispielsweise Molkekonzentrat, behandeln können«, betont Vásquez. »Denn die bestehenden Anlagen sind sehr foulinganfällig und müssen oft gereinigt werden.«

Kernstück des Mikrowellenverfahrens und Ergebnis umfangreicher Simulationen ist ein Kompaktreaktor, der in verschiedene Kompartimente unterteilt ist. Jedes Kompartiment ist mit einem eigenen Magnetron, welches die elektromagnetischen Wellen erzeugt, ausgerüstet. Die Mikrowellen werden in einen Hohlleiter eingekoppelt, der gleichzeitig als Reaktionsraum fungiert. Durch diesen Reaktionsraum fließt die Milch in einer speziellen Rohrleitung, deren Material die Mikrowellen nicht absorbiert, aber hitzebeständig und druckstabil ist. »Während dieser Passage wird die Milch direkt erwärmt und, anders als beim Plattenwärmetauscher, nicht von außen nach innen, sondern volume-trisch: Treffen die elektromagnetischen Wellen auf die polaren Moleküle der Milch, setzen sie diese über das gesamte Volumen in Schwingung, wobei homogen Wärme frei wird«, erklärt Vásquez das Prinzip.

Um die Wirtschaftlichkeit unter Beweis zu stellen und das System zur Marktreife zu bringen, soll das Verfahren nun im Folgeprojekt MicroMilk-Demo in zwei Anlagen im Industriemaßstab erprobt werden. Für kleinere Molkereien soll ein flexibles Mikrowellenpasteurisierungssystem, das nicht rund um die Uhr laufen muss, um wirtschaftlich zu arbeiten, in bestehende Anlagen mit Wärmeplattentauschern integriert werden. Die Anlage wird für einen Durchfluss von 2000 Liter pro Stunde ausgelegt. Die Mikrowelleneinheit ist speziell für die Erhitzung der Milch auf 72 °C, die Pasteurisierungsstufe, vorgesehen und wird den konventionellen Plattenwärmetauscher und den dazugehörigen Heizkreislauf ersetzen. Die Regenerationsstufe für die Wärmerückgewinnung dagegen bleibt unverändert. »Damit rechnet sich auch für geringere Milchmengen eine eigene Pasteurisierungsanlage, denn der separate energieaufwendige Heizkreislauf für die Pasteurisierungsstufe entfällt«, so IGB-Expertin Vásquez.

Zum anderen soll eine Mikrowellenpasteurisierungsanlage mit einem Durchfluss von 1000 Liter pro Stunde gebaut und erprobt werden, um speziell hochviskose Produkte wie Kondensmilch und Molkekonzentrate, sowie Produkte mit einem hohen Feststoffanteil wie Fruchtjoghurt, Fruchtsaft und Fruchtpüree zu behandeln. Diese Anlage soll ohne jegliche Plattenwärmetauscher für die Erhitzungsstufen auskommen und Milchprodukte um eine große Temperaturspanne – insgesamt 60 °C – erwärmen.

Das Projekt »MicroMilk-Demo – Demonstration of a novel microwave processing application for nutritional and shelf stable milk«, bei dem sich die Firmen C. Van’t Riet Dairy Technology (Niederlande), Dantech UK Ltd. (Großbritannien), Malthe Winje Automasjon AS (Norwegen) und Schwarzwaldmilch GmbH Freiburg (Deutschland) neben den Forschungsinstitutionen Universtität Hohenheim und Fraunhofer IGB einbringen, wird seit September 2013 im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU gefördert (Grant Agreement No. 606321).

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.micromilk.fraunhofer.eu/
http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2013/micro-milk.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Elektrodenmaterialien aus der Mikrowelle
18.10.2017 | Technische Universität München

nachricht Metallisches Fused Filament Fabrication - Neues Verfahren zum metallischen 3D-Druck
12.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz