Getränkeabfüllmaschine: Schaumarme Füllung für Saft mit Fruchtfleisch

Schaumbildung bei Getränkeabfüllmaschinen verstehen

Das Entfernen von Schaum bleibt für Hersteller von nicht kohlensäurehaltigen Getränken, insbesondere bei Produkten mit Fruchtfleisch, ein echtes Problem. Das Problem entsteht durch mehrere Faktoren, darunter natürliche Substanzen in den Zutaten selbst, die starke Bewegung während des Abfüllprozesses sowie die Dicke oder Fließfähigkeit der Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Fruchtfleischgehalt. Eine wissenschaftliche Studie, die letztes Jahr von Labbe und Team in Frontiers on Robotics and Artificial Intelligence veröffentlicht wurde, hat zudem etwas Interessantes gezeigt. Sie fanden heraus, dass die Höhe, aus der diese dickflüssigeren Flüssigkeiten eingefüllt werden, sowie die Fließgeschwindigkeit etwa 42 Prozent der in ihnen eingeschlossenen Luft ausmachen, was offensichtlich beeinflusst, wie viel Schaum sich letztendlich bildet.

Schaumbildung bei Fruchtsäften: Ursachen und Lösungen beim Abfüllen nicht kohlensäurehaltiger Getränke

Fruchtsäfte enthalten Proteine und Pektine, die als natürliche Schäumbildner wirken. Bei der Bewegung in Abfüllmaschinen stabilisieren diese Luftblasen zu anhaltendem Schaum. Effektive Lösungen beinhalten:

• Modifizierte Füllventilkonstruktionen die Scherkraft minimieren
• Temperaturregulierte Füllkammern , idealerweise bei 10–15 °C für die meisten Säfte gehalten
• Vakuumunterstützte Entgasung systeme, die gelufte Luft vor dem Abfüllen entfernen

Diese Maßnahmen reduzieren die Schaumbildung an der Quelle und verbessern die Füllgenauigkeit sowie die Effizienz der Produktionslinie.

Die Auswirkung von Fruchtfleisch und Viskosität auf die Schaumbildung während des Abfüllens

Ein Fruchtfleischgehalt über 12 % erhöht die Viskosität um 300–500 mPa·s, wodurch turbulente Strömung entsteht, die Luft einschließt. Um dies auszugleichen, setzen Hersteller folgende Maßnahmen ein:

• Düsen mit großem Durchmesser (40-60 mm für sämige Säfte im Vergleich zu 25 mm für klare Flüssigkeiten)
• Stufenweise Geschwindigkeitserhöhung mit einstellbaren Durchflussraten (0,5–2,0 m/s)
• Gefüllzyklen mit Impulssteuerung die es ermöglichen, dass sich der Schaum zwischen den Phasen zersetzt

Dieser Ansatz gewährleistet gleichmäßige Befüllungen auch bei anspruchsvollen Rezepturen wie Mangos oder Zitrusnektaren.

Die Rolle von Rühren und Luftbeimischung bei der Bedienung von Getränkeabfüllanlagen

Moderne Systeme reduzieren Turbulenzen durch gezielte Steuerung:

1. Befüllung von unten verfahren, die die Fallhöhe minimieren
2. Laminarstrahl-Düsen reduzierung der Reynolds-Zahlen um 65–80 %
3. Vorspülen mit Stickstoffabdeckung zur Verdrängung von Sauerstoff in Behältern

Zusammen ermöglichen diese Innovationen eine Füllhöhenvariation von <2 % bei Getränken mit hohem Fruchtfleischgehalt, wie z. B. solchen mit 15–20 % Fruchtanteil.

Tabelle der wichtigsten Innovationen:

Parameter	Traditionelle Systeme	Fortgeschrittene Niedrigschaum-Systeme	Verbesserung
Füllgeschwindigkeit (Flaschen/Minute)	120-150	80-100	+25 % Ausbeute
Schaumhöhenreduzierung	30-40MM	5 bis 8 mm	83 % weniger
Pulpaufnahme	8%	22%	175 % Zunahme

Integrierte Strategien zur Schaumminderung beim Abfüllen von pulpy- oder hochviskosen Säften

Moderne Anlagen zum Abfüllen von Erfrischungsgetränken verwenden mehrere ausgeklügelte Methoden, um Schaumprobleme bei dickflüssigen oder pulpy Getränken zu bewältigen. Bei Säften mit einem Pulp-Gehalt von bis zu 15 % oder Produkten mit einer hohen Viskosität über 1.500 mPa·s kombinieren Hersteller häufig spezielle Geschwindigkeitsregelventile mit Düsen, die für gleichmäßige Strömungsmuster ausgelegt sind, um eingeschlossene Luftblasen zu minimieren. Eine wirksame Methode besteht darin, die Fülldüse von unten in die Flasche einzuführen und sie während des Befüllens mit etwa 0,3 bis 0,5 Metern pro Sekunde langsam nach oben zu bewegen. Dadurch werden Turbulenzen im Vergleich zum einfachen Eingießen von oben um etwa 40 % reduziert. Bei zitrusbasierten Getränken hilft insbesondere die Aufrechterhaltung einer Temperatur im Trichterbereich zwischen 4 und 10 Grad Celsius, übermäßiges Verschäumen zu verhindern, da kühlere Temperaturen die Oberflächenspannung der Flüssigkeit natürlicherweise erhöhen.

Wie die Low-Foam-Fülltechnologie Überlaufen minimiert und Füllgenauigkeit sicherstellt

Präzise volumetrische Sensoren erreichen eine Füllgenauigkeit von ±0,5 %, selbst bei heterogenen Mischungen wie Mangonektar. Gewichtsbasierte Rückkopplungsschleifen passen die Füllparameter dynamisch in Echtzeit an und kompensieren Schwankungen der Fruchtfleischdichte. Dadurch werden Unterfüllungen, die die Haltbarkeit beeinträchtigen, sowie Überfüllungen vermieden, die in herkömmlichen Anlagen bis zu 2,5 % des Produkts pro Linienstunde verschwenden.

Vergleich traditioneller und Low-Foam-Füllsysteme in Abfüllbetrieben

Parameter	Traditionelle Schwerkraftfüller	Fortgeschrittene Niedrigschaum-Systeme
Maximale unterstützte Viskosität	800 cP	3.500 cP
Schaumreduzierung	10-15%	85 bis 90%
Pulpaufnahme	5%	18%
Füllgeschwindigkeit (BPM)	30 bis 40	22-35

Mechanische Schaumkontrolle im Vergleich zu chemischen Entschäumern in der Getränkeproduktion

Da heutzutage immer mehr Verbraucher Inhaltsstoffe vermeiden, die als „Schaumhemmer“ gekennzeichnet sind (laut einer IFST-Studie aus dem vergangenen Jahr etwa 72 %), suchen Lebensmittelhersteller zunehmend nach mechanischen Lösungen. Ein gängiger Ansatz ist die Vakuumentgasung, bei der rund 95 % der Luftblasen bereits vor dem Abfüllen entfernt werden. Es gibt außerdem eine interessante Technologie, bei der Ultraschallsensoren direkt an den Düsen angebracht werden. Diese erkennen, sobald sich Schaum bildet, und stoppen den Fluss unverzüglich. Der größte Vorteil? Dank dieser Methoden müssen Unternehmen keine silikonbasierten Zusätze mehr verwenden, die manchmal das Geschmacksprofil beeinträchtigen – besonders wichtig bei empfindlichen Fruchtkombinationen, bei denen bereits geringste Veränderungen für anspruchsvolle Gaumen von Bedeutung sind.

Fortgeschrittene Füllventil- und Düsenkonstruktion für schaumanfällige Anwendungen

Optimierte Füllventile für viskose Flüssigkeiten oder Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen (z. B. Saft mit Fruchtfleisch)

Die heutige Abfülltechnik verfügt über fortschrittliche mehrstufige Ventile, die Produkte mit einem Fruchtfleischanteil von bis zu 25 % verarbeiten können. Die Konstruktion beinhaltet abgewinkelte Dichtungen und erweiterte Kanäle im gesamten System, wodurch vermieden wird, dass sich Fasern im Laufe der Zeit ansammeln. Diese Anordnung gewährleistet gute Durchflussraten von etwa 30 bis 50 Litern pro Minute und reduziert gleichzeitig schädigende Scherkraft um rund 40 Prozent. Viele Ingenieure setzen heute bei der Entwicklung neuer Systeme auf die numerische Strömungsmechanik (CFD). Solche Simulationen helfen ihnen, die Oberflächenkontakte innerhalb der Maschine präzise abzustimmen – ein entscheidender Vorteil bei zähflüssigen Fruchtsäften, die dazu neigen, an allen Oberflächen haften zu bleiben.

Innovationen im Düsendesign zur Reduzierung von Turbulenzen beim Abfüllen von Säften

Laminarstrahl-Düsen mit internen Strömungsgeradeausrichtern halten die Reynolds-Zahlen unter 2.000 – entscheidend für schaumempfindliche tropische Mischungen. Eine Studie aus dem Jahr 2024 im Bereich Getränkeengineering zeigte, dass geteilte Strömungskonfigurationen die turbulente kinetische Energie beim Befüllen von Mangopulpe um 68 % senken, während gleichzeitig eine Füllgenauigkeit von ±0,5 % bei Geschwindigkeiten von bis zu 200 Behältern/Minute gewährleistet bleibt.

Präzisionsengineering der Füllventilkonstruktion zur Schaumkontrolle und Produktsicherstellung

Das geschlossene Druckregelsystem hält während des gesamten Prozesses eine Genauigkeit von etwa 0,02 bar aufrecht, was besonders bei der Herstellung schaumiger Produkte wie milchbasierten Smoothies von großer Bedeutung ist. Die Anlage verwendet eine zweistufige Dichtungstechnologie, die verhindert, dass Luft beim Verschließen der Behälter eingeschlossen wird. Zudem sorgen spezielle verschleißfeste Materialien dafür, dass dimensionsbezogene Veränderungen unter 0,1 mm bleiben, selbst nach rund 10.000 Stunden Dauerbetrieb. Tests zeigen, dass keramikbeschichtete Ventilsitze Rückstände von Proteinen um etwa 90 % im Vergleich zu herkömmlichen Edelstahlteilen reduzieren, besonders deutlich bei der Sojamilchproduktion, wo Ablagerungen ein erhebliches Problem darstellen können.

Füllgeschwindigkeit und Maschinensteuerung optimieren, um Schaumbildung zu minimieren

Durchsatz und Schaumreduzierung bei der Optimierung der Füllgeschwindigkeit ausbalancieren

Die richtige Füllgeschwindigkeit zu finden, bedeutet, den optimalen Kompromiss zwischen ausreichender Geschwindigkeit und der Kontrolle lästiger Blasenbildung zu erreichen. Wenn Hersteller ihre Durchflussrate von 2 Metern pro Sekunde auf nur 1,5 m/s verringern, reduzieren sie laut dem Beverage Production Report 2024 die Schaumbildung um etwa 41 %. Allerdings gibt es hier stets einen Kompromiss, da diese langsamere Methode die Menge des in einem bestimmten Zeitraum abgefüllten Produkts beeinträchtigt. Eine bessere Lösung könnten schrittweise Fließverfahren sein, bei denen die Bediener zunächst sanft mit etwa 0,8 m/s beginnen, sodass es kaum zu Spritzen kommt, und dann nach Bedarf schrittweise bis auf etwa 1,3 m/s erhöhen. Diese Methode erzielt ebenfalls beeindruckende Ergebnisse – eine Füllgenauigkeit von etwa 92 %, während immerhin rund 85 % der ansonsten maximal möglichen Geschwindigkeit beibehalten werden.

Zu den wichtigsten Überlegungen gehören:

• Flaschengeometrie: Weitere Hälse vertragen 18 % schnellere Befüllung als schmale Ausführungen
• Viskositätsschwellen: Säfte mit einer Viskosität über 1.200 cP erfordern um 22 % langsamere Geschwindigkeiten als niedrigviskose Flüssigkeiten
• Temperaturwirkungen: Jede Erhöhung der Flüssigkeitstemperatur um 5 °C erhöht das Schaumbildungsrisiko um 12 %

Dynamische Steuersysteme in Getränkeabfüllanlagen zur adaptiven Drehzahlmodulation

Moderne Anlagen integrieren rückgekoppelte Beschleunigungssteuerung und passen die Geschwindigkeiten basierend auf Echtzeitbedingungen an:

Parameter	Anpassungsbereich	Schaumreduzierungseffekt
Flüssigkeitsviskosität	±15 % vom Basiswert	27% Verbesserung
Rest-CO-Werte	0,3–0,8 Vol-Anpassungen	33 % weniger Ausbruch
Container-Temperatur	kompensation 2-5 °C	stabilitätsgewinn von 19 %

Ausgestattet mit Laser-Niveausensoren und Druckaufnehmern halten diese Systeme eine Füllvolumengenauigkeit von ±0,5 % bei Geschwindigkeiten von bis zu 600 Flaschen/Minute ein. In Kombination mit abgewinkelten Düsen, die turbulente Einträge um 62 % reduzieren, erreichen Hersteller nahezu schaumfreies Befüllen, während sie mit Echtzeit-Flüssigkeitsstabilisierungssystemen bei 93 % der theoretischen Maximalgeschwindigkeit arbeiten.

Häufig gestellte Fragen

Was verursacht Schaumbildung in Getränkeabfüllmaschinen?

Schaumbildung wird häufig durch natürliche Substanzen in den Zutaten, Durchmischung während des Abfüllvorgangs und die Viskosität der Flüssigkeit verursacht, insbesondere bei Fruchtsäften mit Fruchtfleisch.

Wie kann die Schaumbildung in nicht-kohlensäurehaltigen Getränken reduziert werden?

Lösungen beinhalten die Verwendung modifizierter Füllventilkonstruktionen, temperaturregulierte Füllkammern und vakuumunterstützte Entgasungssysteme, um Luftblasen zu minimieren und den Abfüllprozess zu stabilisieren.

Welche Rolle spielt die Abfüllgeschwindigkeit bei der Schäumkontrolle?

Die richtige Füllgeschwindigkeit ist entscheidend, um die Schaumbildung zu minimieren und gleichzeitig die Effizienz aufrechtzuerhalten. Eine stufenweise Erhöhung der Geschwindigkeit und adaptive Steuersysteme können helfen, die Schaumbildung zu kontrollieren, ohne die Durchsatzleistung zu beeinträchtigen.