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 BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten
18.07.2018 | BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH

nachricht Neues Verfahren verbessert Haltbarkeit der Beschichtung auf Werkzeugen
12.07.2018 | Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics