Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erhöhte Produktqualität und verlängerte Anlagenstandzeiten für Milchprodukte durch Integration einer Mikrowellenerhitzung in Fouling-sensitiven Bereichen des Erhitzungsapparats

Während des Pasteurisierens und Sterilisierens von Milch- und Molkenprodukten bildet sich in kontinuierlich betriebenen, indirekten Anlagensystemen durch Reaktion von Inhaltsstoffen mit der Wand ein sog. Fouling, eine unerwünschte Produktansatzschicht. Aus dieser Foulingschicht können sich einerseits Teile herauslösen und zu einer Verunreinigung der jeweiligen Produkte führen, andererseits steigt der Anlagendruck und eine Reinigung wird nötig. Die Reinigung reduziert dabei nicht nur die Standzeit, d. h. die reine Produktionszeit, der Erhitzungsanlagen, sondern verursacht insbesondere für KMU auch erhebliche Kosten für Wasser, Reinigungsmittel, Mischphasen, Abwasser und Energie. Es besteht daher Bedarf für ein kontinuierliches Erhitzungsverfahren, bei dem das Medium nicht über eine heiße Wand erhitzt wird, so dass die Ansatzbildung reduziert oder vermieden werden kann. Hierfür könnte sich in besonderer Weise eine Mikrowellenerhitzung eignen.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Prozessführungsstrategie für die Mikrowellenerhitzung von Fouling-sensitiven Milchprodukten.

2015 wurden in Deutschland 3,4 Mio. Tonnen UHT-Milch produziert. 30 % des Energieverbrauchs der Molkereien entfällt auf die Reinigung ihrer Produktionsanlagen; dieser Schritt trägt zudem am stärksten zum Nährstoffeintrag in die Umwelt bei. Eine Verlängerung der Standzeit würde die Produktions- und Reinigungskosten der Hersteller deutlich reduzieren und die Nachhaltigkeit der Produktion verbessern. Zusätzlich eröffnet die Nutzung der neuen Prozessführungsstrategie für KMU die Möglichkeit, neue Fouling-sensitive proteinangereicherte Drinks zu entwickeln und zu vermarkten, die außerhalb der Kühlkette gelagert werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Rekonstituiertes Magermilchkonzentrat (MMK) wurde mittels Mikrowellentechnologie (MW) sowie mittels Doppelrohrwärmetauscher auf 110-125 °C erhitzt und das Potential zur Reduktion thermophiler Endosporen darin untersucht. Das mittels MW direkt erhitzte MMK zeigte 90 % weniger Ansatzbildung, geringere Farbveränderungen und etwa 20 bis 40 % weniger Molkenproteindenaturierung. Eine Reduktion von thermophilen Endosporen um 0,5-3 log10 Stufen war im Bereich von 110 – 125 °C mit Heißhaltezeiten von 5-270 s möglich.

Des Weiteren wurde ein neuer Prozess, um H-Milch mit hohem nativem Molkenprotein- und Thiamingehalt herzustellen, getestet. Dazu wurde pasteurisierte Magermilch mittels Mikrofiltration (Porengröße 0,1 µm) in Permeat (reich an Molkenproteinen und Thiamin) und Retentat (3-fach konzentriert, reich an Mikroorganismen, Sporen, Casein und Plasmin) getrennt. Die Permeatphase wurde schonend mittels Mikrowellentechnologie auf 85 und 120 °C erhitzt (5 s Heißhaltezeit) und das Retentat wurde nach einem herkömmlichen Prozess bei UHT Bedingungen mit langer Vorheißhaltezeit indirekt erhitzt (Customized phase treatment, CPT). Beide Phasen wurden nach dem Erhitzen gemischt und steril in Flaschen abgefüllt. Es wurden direkt und indirekt erhitzte H-Milch als Referenz hergestellt, die über einen Lagerzeitraum von 6 Monaten bei 20 und 30 °C analysiert wurde. Die Ergebnisse zeigten eine vergleichbare Haltbarkeit der neuartigen Milch mit indirekter H-Milch bei reduzierter Partikelbildung, Lactulosegehalt, Thiaminverlust und Molkenproteindenaturierung. Direkt mittels Dampfinjektion erhitzte H-Milch zeigte eine verkürzte Haltbarkeit (2 bis 3 Monate) aufgrund erhöhter Plasminaktivität im Produkt. Sensorische Analysen ergaben einen signifikant anderen Geschmack der mit der neuen Technologie CPT erhitzten Milch im Vergleich zu indirekt und direkt erhitzter H-Milch mit reduziertem Kochgeschmack und -geruch.