24.09.2026
Molkerei
Forschung
Wie
Pasteurisierer für Speiseeis: Wie die Rezeptur die Anlagenauswahl und die Produktionsergebnisse beeinflusst
Ein Pasteurisierer für Speiseeis sollte auf das Produktsortiment, die Eigenschaften der Eismischungen und den Produktionsplan abgestimmt sein. Die gleiche Nennleistung bedeutet bei unterschiedlichen Rezepturen nicht automatisch die gleichen Ergebnisse. Im Folgenden finden Sie die wichtigsten zu prüfenden Parameter und drei Berechnungsbeispiele für die technische Spezifikation.
Beginnen Sie mit einer Rezepturmatrix
Fettgehalt und gewünschter Durchsatz allein reichen für die Auswahl eines Pasteurisierers nicht aus. Zunächst muss feststehen, welche Mischungen auf der Linie verarbeitet werden und welche die höchsten Anforderungen an Erhitzung, Kühlung und Förderung stellen.
| Änderung der Rezeptur | Was zu prüfen ist | Welche Daten der Lieferant benötigt |
|---|---|---|
| Fettart und Fettgehalt | Eignung der Homogenisierungsbedingungen und der anschließenden Reifung | Fettquelle, Fettanteil und bisherige Homogenisierungsparameter |
| Proteinart und Proteingehalt | Verhalten beim Erhitzen und Neigung zur Belagbildung | Proteinzutaten, deren Konzentrationen und Ergebnisse von Verarbeitungsversuchen |
| Trockenmassegehalt | Viskosität in den verschiedenen Prozessstufen | Vollständige Rezeptur, Trockenmasse, Dichte und Viskosität einschließlich Messbedingungen |
| Art oder Dosierung des Stabilisators | Veränderung der Viskosität nach der Hydratation | Art, Dosierung, Zugabereihenfolge und Zeit zwischen Mischen und Pasteurisieren |
| Kakao, Pasten und weitere Zutaten | Dispergierzustand, Partikel und Eignung für die Verarbeitung in der Anlage | Zugabestelle, maximale Partikelgröße sowie Angaben zur Löslichkeit oder Dispergierung |
| Ersatz von Zucker durch andere Zutaten | Eigenschaften der gesamten neuen Mischung | Aktualisierte Rezeptur und gemessene Produkteigenschaften |
Diese Matrix sollte für jede Produktgruppe erstellt werden. Die Mischung mit der höchsten Viskosität und die Mischung mit der stärksten Neigung zur Belagbildung können unterschiedliche Produkte sein. Für die Anlagenbewertung sind daher unter Umständen mehrere Rezepturen erforderlich, die verschiedene Grenzfälle des Betriebs abdecken.
Bei viskosen Produkten müssen das rheologische Verhalten, die Proteinzusammensetzung und die Partikeleigenschaften berücksichtigt werden. Diese Parameter beeinflussen die Bauart und die erforderliche Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers.
Viskosität ohne Temperatur und Messbedingungen ist eine unvollständige Angabe
Die Angabe „Viskosität der Mischung – 500 mPa·s“ lässt wichtige Fragen offen: Bei welcher Temperatur wurde gemessen, mit welchem Gerät, bei welcher Scherrate und wie lange nach dem Mischen?
Eismischungen können ein nichtnewtonsches Fließverhalten aufweisen: Ihre scheinbare Viskosität hängt von der Scherrate ab. Auch Temperatur, Zusammensetzung und Stabilisatoren beeinflussen sie. Ein einzelner Messwert beschreibt deshalb nicht das Produktverhalten in allen Bereichen der Anlage.
Für die Anlagenauslegung sollten Messungen unter folgenden Bedingungen vereinbart werden:
- bei der Eintrittstemperatur der Mischung;
- bei der Temperatur der Wärmebehandlung;
- nach dem Abkühlen auf die Reifetemperatur;
- bei mehreren Scherraten, die für die Auslegungsberechnungen relevant sind.
Im Kühlabschnitt kann sich die Mischung deutlich anders verhalten als im Erhitzungsabschnitt. Deshalb muss das gesamte Temperaturprofil betrachtet werden. Eine höhere Viskosität kann die Kühlung im Plattenwärmetauscher erschweren.
Eine praktische Frage an den Lieferanten lautet: Welcher Durchsatz wird für die anspruchsvollste Rezeptur bei der vorgegebenen Temperatur des gekühlten Produkts garantiert?
Berechnung 1. Welche Heiz- und Kühlleistung benötigt die Linie?
Betrachten wir eine beispielhafte kontinuierliche Anlage. Alle Zahlenbeispiele in diesem Artikel sind technische Berechnungen mit angenommenen Eingangsdaten. Die folgenden Temperaturen dienen der Energieberechnung; die Pasteurisierungsbedingungen für das konkrete Produkt müssen gesondert festgelegt und validiert werden.
| Eingangsparameter | Angenommener Wert |
|---|---|
| Massenstrom der Mischung | 4.000 kg/h |
| Eintrittstemperatur | 45 °C |
| Temperatur nach dem Erhitzen | 85 °C |
| Temperatur nach dem Abkühlen | 4 °C |
| Für das Beispiel angenommene mittlere spezifische Wärmekapazität | 3,4 kJ/(kg·K) |
Für eine erste Abschätzung der thermischen Leistung gilt:
Q = m × cₚ × ΔT / 3.600
Dabei ist:
- Q die thermische Leistung in kW;
- m der Massenstrom der Mischung in kg/h;
- cₚ die spezifische Wärmekapazität in kJ/(kg·K);
- ΔT die Temperaturdifferenz.
Ohne Wärmerückgewinnung beträgt die erforderliche Heizleistung:
QHeizen = 4.000 × 3,4 × (85 − 45) / 3.600 ≈ 151,1 kW.
Für die Kühlung von 85 auf 4 °C ergibt sich:
QKühlen = 4.000 × 3,4 × (85 − 4) / 3.600 = 306 kW.
Die erforderliche Kühlleistung ist etwa doppelt so hoch wie die Heizleistung, weil die Mischung die Anlage deutlich kälter verlässt, als sie eintritt.
Nehmen wir nun an, dass die Regenerativsektion 80 % der Wärme zurückgewinnt, die zum Erhitzen von 45 auf 85 °C benötigt wird. Bei gleichen Massenströmen und der angenommenen konstanten spezifischen Wärmekapazität erwärmt sich die eintretende Mischung auf 77 °C, während die heiße Mischung auf 53 °C abkühlt.
| Parameter | Ohne Wärmerückgewinnung | Mit Wärmerückgewinnung unter den angenommenen Bedingungen |
|---|---|---|
| Extern bereitzustellende Heizleistung | 151,1 kW | 30,2 kW |
| Zwischen den Produktströmen übertragene Wärmeleistung | 0 kW | 120,9 kW |
| Extern bereitzustellende Kühlleistung | 306,0 kW | 185,1 kW |
In diesem Beispiel reduziert eine Wärmerückgewinnung von 80 % die extern bereitzustellende Kühlleistung um etwa 39,5 %. Ein Prozentwert ist nur zusammen mit dem Temperaturprogramm und seiner Berechnungsgrundlage aussagekräftig.
Die verbleibenden 185,1 kW entsprechen der gesamten Wärmeleistung, die dem Produkt noch entzogen werden muss. Sind aufeinanderfolgende Kühlsektionen mit Kühlwasser und anschließend mit Eiswasser oder Glykol vorgesehen, verteilt sich diese Last auf die einzelnen Sektionen. Sie entspricht nicht der elektrischen Leistungsaufnahme des Verdichters.
Die Berechnung ist vereinfacht: Die spezifische Wärmekapazität wird als konstant angenommen; Wärmeverluste und der Temperaturanstieg bei der Homogenisierung bleiben unberücksichtigt. Die endgültige Auslegung muss außerdem den Anfahrbetrieb vor Erreichen einer stabilen Wärmerückgewinnung sowie die tatsächlichen Betriebsbedingungen der Heiz- und Kühlmedien berücksichtigen. Wärmeübertragungsfläche und Druckverluste erfordern separate Berechnungen; die Angabe der thermischen Leistung allein reicht nicht aus.
Berechnung 2. Was passiert mit der Heißhaltezeit, wenn der Durchsatz steigt?
Die mittlere Verweilzeit lässt sich wie folgt abschätzen:
tmittel = V / q
Dabei ist V das Innenvolumen des Heißhalterohres und q der Volumenstrom bei denselben Temperaturbedingungen.
Wir betrachten einen Massenstrom von 4.000 kg/h und eine angenommene Dichte der Mischung von 1.050 kg/m³ bei der Heißhaltetemperatur:
q = 4.000 / 1.050 ≈ 3,81 m³/h ≈ 1,058 l/s.
Bei einem Innenvolumen des Abschnitts von 31,75 l beträgt die mittlere Verweilzeit etwa 30 s.
Erhöhen wir den Durchsatz um 20 % auf 4.800 kg/h, während Volumen und Dichte unverändert bleiben:
tmittel = 30 / 1,2 = 25 s.
| Massenstrom | Mittlere Verweilzeit bei gleichem Innenvolumen |
|---|---|
| 4.000 kg/h | 30 s |
| 4.800 kg/h | 25 s |
Die angezeigte Temperatur kann unverändert bleiben, obwohl sich die Behandlungszeit bereits um 16,7 % verkürzt hat.
Die mittlere Verweilzeit ist nicht die garantierte Mindestheißhaltezeit. Verschiedene Bereiche des Produktstroms bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Validierung der Pasteurisierung muss nachweisen, dass auch der am schnellsten strömende Produktanteil ausreichend behandelt wird. Dabei sind das rheologische Verhalten und die Strömungsverhältnisse zu berücksichtigen. Die 31,75 l in diesem Beispiel sind daher keine Empfehlung für das Volumen eines realen Heißhalterohres.
Nach einer Rezepturänderung oder Durchsatzerhöhung müssen der zulässige Durchfluss, die validierte Heißhaltezeit und die Funktion der Sicherheitseinrichtungen überprüft werden. Eine Anpassung der Pumpendrehzahl ersetzt diese Prüfungen nicht.
Berechnung 3. Warum 4 t/h nicht 32 Tonnen pro Schicht bedeuten
Nehmen wir an, die Anlage wird innerhalb einer achtstündigen Schicht betrieben. In diesem Beispiel finden alle nachstehenden Vorgänge nacheinander innerhalb dieser Schicht statt.
| Vorgang | Zeit |
|---|---|
| Vorbereitung und Anfahren | 30 min |
| Produktwechsel | 15 min |
| Vollständiger Reinigungszyklus | 45 min |
| Zeit für die stabile Produktverarbeitung | 390 min bzw. 6,5 Stunden |
Die Reinigungsdauer ist beispielhaft; im Betrieb wird sie durch das validierte Reinigungsprogramm festgelegt. Ein Rezepturwechsel kann ebenfalls einen zusätzlichen vollständigen Reinigungszyklus erfordern.
Bei einem Durchsatz von 4.000 kg/h verarbeitet die Anlage:
4.000 × 6,5 = 26.000 kg pro Schicht.
Liegt das Produktionsziel bei 30.000 kg, beträgt der erforderliche Durchsatz bei gleichem Zeitplan mindestens:
30.000 / 6,5 ≈ 4.615 kg/h.
Diese Abschätzung berücksichtigt weder Verluste beim Produktwechsel noch Ausschuss oder zusätzliche Stillstände. Wird das Ziel in Kilogramm spezifikationsgerechter Mischung angegeben, müssen diese Faktoren zusätzlich einbezogen werden.
Industrielle Pasteurisierer für Speiseeis sollten anhand der Menge an spezifikationsgerechter Mischung verglichen werden, die über einen vollständigen Produktionszyklus entsteht. Bei einer Chargenanlage gilt dies entsprechend für den gesamten Chargenzyklus: Befüllen, Erhitzen, Heißhalten, Kühlen, Entleeren und Reinigen. Das Arbeitsvolumen des Behälters allein bestimmt nicht die Stundenleistung.
Wo liegen mögliche Ursachen für schwankende Qualität?
Die Wärmebehandlung unterstützt die Hydratation bestimmter Bestandteile der Mischung. Auch Homogenisierung und Reifung bereiten die Struktur auf das Gefrieren im Freezer vor. Qualitätsfehler im fertigen Speiseeis sollten deshalb anhand der Daten aus dem gesamten Prozess untersucht werden.
Die folgende Tabelle zeigt Ansatzpunkte für die Prüfung und keine eindeutigen Diagnosen.
| Beobachtung | Was zuerst geprüft werden sollte |
|---|---|
| Nach einem Wechsel des Stabilisators sinkt der Durchsatz | Viskosität bei Betriebstemperaturen, Druckverlust und tatsächlicher Durchfluss |
| Die neue Rezeptur erreicht die vorgegebene Temperatur nach der Kühlung nicht | Temperatur und Durchfluss des Kühlmediums, thermische Last und Zustand der Wärmeübertragungsflächen |
| Der Druckverlust steigt gegen Ende des Produktionszyklus | Beläge, Filterzustand und Änderungen der Produkteigenschaften; Vergleich bei gleichem Durchfluss |
| Der Lufteinschlag schwankt trotz unveränderter Rezeptur | Homogenisierungsparameter, Reifebedingungen, Zulauftemperatur, Luftzufuhr und Freezer-Einstellungen |
| Das Speiseeis schmilzt schneller oder behält seine Form schlechter | Rezeptur, Vorbereitung der Fettphase, Reifung, Gefrieren im Freezer und Aushärtung |
Für den Vergleich von Chargen empfiehlt sich eine gemeinsame Aufzeichnung mit Rezepturcode, Mischungseigenschaften, tatsächlichem Durchfluss, Temperaturen, Homogenisierungsdruck, Druckverlust, Betriebszeit seit der letzten Reinigung und Eigenschaften des Fertigprodukts.
So lassen sich Veränderungen der Rohstoffeigenschaften von Anlagengrenzen oder Abweichungen der Prozessbedingungen unterscheiden.
Was gehört in die technische Spezifikation?
Eine Anfrage für einen „Pasteurisierer für Speiseeis mit 4.000 kg/h“ sollte um überprüfbare Betriebsbedingungen ergänzt werden:
- Produktsortiment und Rezepturen für die maßgeblichen Betriebsgrenzen. Zusammensetzung, Dichte, rheologische Daten, Partikel und Reihenfolge der Zutatenzugabe.
- Garantierter Durchsatz für jede Mischungsgruppe. Einschließlich Eintrittstemperatur und Temperatur nach der Kühlung.
- Validierte Wärmebehandlungsbedingungen. Temperatur, Mindestheißhaltezeit, zulässiger Durchflussbereich und Prüfverfahren.
- Anforderungen an die Versorgungsmedien. Temperaturen, Drücke, Durchflüsse und thermische Leistungen für die Erhitzung sowie jede Kühlsektion, einschließlich des Anfahrbetriebs.
- Dauer des Produktionszyklus. Zulässige Belagbildung, Abschaltkriterien, Reinigung, Produktwechsel und Produktverluste.
- Integration. Abstimmung mit Mischanlage, Homogenisator, Reifetanks und Freezern anhand des tatsächlichen Chargenplans.
- Bedingungen für die Abnahmeprüfung. Testrezepturen, Laufzeit, überwachte Parameter und Abnahmekriterien.
Bei der Abnahme muss die Anlage mit den vereinbarten Mischungen über den festgelegten Produktionszyklus geprüft werden. Das Erreichen des geforderten Durchflusses mit Wasser bestätigt nicht die Leistung mit dem Produkt. Ebenso belegt ein stabiler Betrieb direkt nach der Reinigung noch nicht die Leistung am Ende eines Produktionslaufs.
Viravix unterstützt Sie bei der Auswahl eines Pasteurisierers für Speiseeis, abgestimmt auf Ihre Rezepturen, Ihren Produktionsplan und die verfügbaren Versorgungsmedien. Senden Sie uns Ihr Mischungssortiment, die gewünschte Produktionsmenge pro Schicht und die Temperaturanforderungen – sie bilden die Grundlage für die Auslegung der Anlage und ihre Integration in Ihre Produktion.