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Verfahren zur Verbesserung der Dispergierbarkeit und
Benetzbarkeit von Milchpulvern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Dispergierbarkeit und Benetzbarkeit von Milchpulvern.
Die Begriffe "Dispergierbarkeit", worunter gewöhnlich ein Mass für die Vollständigkeit des Zerfalls des Mischpulvers in primitive Pulverteilchen und deren Verteilung im Wasser zu verstehen ist, sowie "Be- netzbarkeit", was in der Regel ein Mass für die Möglichkeit bedeutet, dass die Oberflächen der Pulverteilchen sich mit Wasser benetzen, werden gewöhnlich in dem Begriff "Mischbarkeit" zusammengefasst. Die Mischbarkeit, beispielsweise eines Vollmilchpulvers, ist eine spontane Erscheinung, welche definiert werden kann als das Vermögen der Pulverteilchen, von selbst gruppenweise oder einzeln und in unterschiedlichem Masse mit Wasser in Kontakt zu treten.
Bringt man beispielsweise etwas Milchpulver auf die Oberfläche einer bestimmten Menge Wasser, wobei die beiden Mengen dem Feststoffgehalt von frischer Milch entsprechend bemessen sind, so kann man drei verschiedene Fälle unterscheiden :
1) Das Pulver bleibt an der Oberfläche des Wassers ; es ist praktisch kein Untertauchen von Pulverteilchen zu beobachten.
2) Nur ein Teil der Teilchen taucht von selbst unter, während der andere Teil dauernd an der Oberfläche des Wassers bleibt.
3) Alle Milchpulverteilchen tauchen von selbst unter und sinken mehr oder weniger schnell zum Boden des Gefässes ; nach einer gewissen Zeit verbleibt kein Pulver mehr an der Oberfläche der Flüssigkeit.
Der erste Fall ist derjenige eines Milchpulvers mit"schlechter Mischbarkeit". Im zweiten Falle können mehrere Grade unterschieden werden : Tauchen nur wenige Partikel unter, so ist die Mischbarkeit noch immer schlecht, während beim Untertauchen von mehr als einem Viertel der Gesamtpulvermenge ein Pulver als "nicht sofort mischbar" bezeichnet werden kann. Im dritten Fall kann, vorausgesetzt, dass sich das Untertauchen der Gesamtpulvermenge innerhalb von 2 min vollzieht, von einer "guten sofortigen Mischbarkeit" gesprochen werden. Ist mehr Zeit nötig, so ist die Mischbarkeit als "gute nicht sofortige Mischbarkeit" zu bewerten.
Bei gleicher Temperatur und, wohlverstanden, mit dem gleichen Pulver sind die drei oben beschrie- benen Erscheinungen beliebig reproduzierbar ; anders verhält es sich dagegen, wenn der Versuch mit wärmerem Wasser durchgeführt wird. Dann tritt leicht eine Veränderung der Erscheinungen ein, indem sich das im ersten Fall beobachtete Verhalten demjenigen im zweiten Fall, das Verhalten im zweiten Fall demjenigen im dritten annähert. Es ist ja bekannt, dass eine allmähliche Erhöhung der Wassertemperatur früher oder später zum vollständigen Untertauchen aller Pulverteilchen führt, was die Endstufe des gegenseitigen Verhaltens des Milch/Wasser-Komplexes darstellt. Wird die Mischbarkeit eines Milchpulvers bestimmt, so muss deshalb genau angegeben werden, bei welcher Wassertemperatur sie ermittelt wurde.
Milchpulver werden im allgemeinen aus einem homogenisierten Vollmilch-Konzentrat hergestellt.
Die Sprühtrocknung des letzteren führt zu einem Pulver mit 2 - 3'10 Restfeuchtigkeit, in welchem das Fett in Form von Einschlüssen mehr oder weniger gleichmässig in den fettfreien Trockensubstanzen, d. h. dem Zucker, den Salzen und den Proteinen, welche gewichts- und volumenmässig den grössten Teil des Pulvers ausmachen, verteilt ist. Alle diese Fett-Einschlüsse haben praktisch dieselbe chemische Zusammensetzung und bleiben, besonders bei normaler Lagerungstemperatur, grösstenteils fest. Extrahiert man mit
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trockenem Äther das Fett aus einem Pulver, welches nach der Sprühtrocknung vorsichtig behandelt worden ist, damit kein Abrieb der Partikel durch Reibung aneinander entsteht, so fallen nur geringe Mengen von freiem Fett an.
Bei mechanisch zerstossenem Pulver dagegen gelingt es, eine grössere Fettmenge zu extrahieren, da das Fett dem Äther leichter zugänglich ist. In diesem Fall ist die Mischbarkeit bei 20,30 und sogar oft bei 400 schlecht, denn der Fettfilm, der im Moment der Zubereitung einer Vollmilch mit dem Wasser in Berührung kommt, befindet sich grösstenteils in festem Zustand. Dieser wasserdichte Fett- überzug macht die einzelnen Pulverteilchen ausgesprochen wasserabstossend. Dasselbe gilt für walzengetrocknete Milchpulver, bei denen die Menge freies Fett erheblich grösser als bei sprühgetrockneten Milchpulvern ist.
Es wurde nun gefunden, dass die Mischbarkeit von Milchpulvern dadurch ganz erheblich verbessert werden kann, dass die Oberfläche der getrockneten Milchpulverteilchen mindestens teilweise mit einer Substanz überzogen. vird, welche mindestens teilweise aus der bei Raumtemperatur, vorzugsweise bei 16 bis 18 C, flüssigen Fraktion von Milchfett besteht.
'Es ist zwar bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Milchpulvers vorgeschlagen worden, bei welchem man aus der Ausgangsmilch das Milchfett abtrennt und in eine flüssige und eine feste Fraktion trennt, diese beiden Fettfraktionen zusammen mit je einem Teil der verbleibenden Magermilch einzeln homogenisiert, die so erhaltenen homogenisierten Mischungen einzeln in trockene Pulverform überführt und die beiden Pulver schliesslich mechanisch mischt. Für das Dispergieren dieses Produktes in Wasser von Raumtemperatur ist aber ein Vermischen unter Rühren notwendig, wofür man wenigstens 10 sec benötigt ; es ist also nicht selbst mischend und/oder selbst dispergierend.
Demgegenüber erfolgt bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein Überziehen der Oberfläche der getrockneten Milchpulverteilchen lediglich mit einer spezifischen Fraktion des Milchfettes, nämlich der bei Raumtemperatur flüssigen Fraktion, womit die getrennte Herstellung zweier verschiedener Produkte entfällt. Das erfindungsgemäss erhaltene Milchpulver zeichnet sich gegenüber dem bekannten Produkt durch eine gute sofortige Mischbarkeit gemäss der weiter oben angegebenen Definition aus.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich die Mischbarkeit aller Milchpulver verbessern, gleichgültig welches Trocknungsverfahren (Sprühtrocknung, Walzentrocknung, Gefriertrocknung) bei deren Herstellung angewendet wurde. Selbstverständlich ist die erzielbare Verbesserung umso grösser, je weniger freies Fett das Milchpulver enthält.
Desgleichen lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht nur Vollmilchpulver sondern auch Milchpulver aus teilweise entrahmter Milch und pulverförmige Produkte auf Milchbasis, welche einen Gehalt an Fremdfett, wie z. B. Erdnussöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Maisöl oder andern essbaren Glyceriden vorzugsweise pflanzlichen Ursprungs, aufweisen, mit Erfolg behandeln.
Als Substanz zum Überziehen des Milchpulvers kann die bei Raumtemperatur flüssige Fraktion von Milchfett entweder für sich allein oder in Form einer Emulsion mit Wasser oder Magermilch oder in Mischung mit einem essbaren Glycerid pflanzlichen Ursprungs Verwendung finden ; als letztere kommen insbesondere die oben erwähnten bekannten Fremdfette sowie Lecithin in Frage.
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:Butteröl wird im allgemeinen aus Rahm mit zirka 35% Fettgehalt hergestellt, welcher durch Zentrifugieren aus frischer Vollmilch abgeschieden wird. Nach der Pasteurisierung bei 80 C wird der Rahm ein
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gewinn:. Durch die Homogenisierung dieses Rahms unter hohem Druck und bei einer Temperatur von etwa '70 C, erhält man flüssiges Butteröl, welches auf einer Schicht Magermilch schwimmt.
Nach Waschen mit warmem Wasser und Zentrifugieren des so erhaltenen Öls fällt normalerweise ein klares, sauberes Produkt mit geringem Restwassergehalt an.
Das so gewonnene Öl wird mittels einer Pumpe in einen mit Eiswasser gespeisten Wärmeaustauscher geleitet, dessen mit dem 01 in Kontakt stehenden Innenwände durch rotierenae Messer ständig gereinigt werden. Wird die Leistung dieser Pumpe richtig eingestellt, so kann am Ausgang des Wärmeaustauschers eine halbfeste Substanz von der gewünschten Temperatur von 16 C aufgefangen werden, die aus feinen Kristallen der hochschmelzenden Fraktion besteht, welche mit der flüssigen Fraktion des ursprünglichen Öls überzogen sind. Diese Mischung wird eine zeitlang bei 16 C gelagert, dann auf ein Filter gebracht, wo entweder durch Druck oder durch Vakuum die ScheiJung der bei den Fettfraktionen erfolgt.
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bei einer Temperatur von 16 C schwankt je nach der Art der verwendeten frischen Vollmilch und der Jahreszeit ihrer Gewinnung. Im Durchschnitt liegt dieses Verhältnis um 4 : 1 : im Sommer liegt es etwas unter diesem Wert, im Winter etwas darüber.
Das zu überziehende Milchpulver wird auf an sich bekannte Art durch einen Vibrations-Dosierapparat in einen Trichter geschüttet, der die Wand des Lufteintrittskanals eines Zyklonapparates senkrecht zur Achse dieses Kanals durchquert. In dieser Achse befindet sich ein mit Druckgas betriebener pneumatischer Zerstäuber, der das Öl oder die Emulsion in einem mengenmässig einstellbaren und konstanten Aerosolstrahl versprüht. Beim gleichzeitigen Funktionieren der verschiedenen Elemente des Apparates wird das im Trichter durch Schwerkraft sinkende Pulver in seiner Bewegung zuerst vom Gasstrom aufgehalten, dann vom letzteren in dessen Bahn ins Innere und gegen die Basis des Zyklonapparates mitgerissen.
Beim Aufeinandertreffen der beiden rechtwinkeligen Ströme werden die das Aerosol bildenden flüssigen Fetttröpfchen von den Pulverteilchen leicht absorbiert, zumal der Gasstrom, der auch das Aerosol mitführt, eine Trennung fast aller Pulverteilchen, die darin umherwirbeln, bewirkt und dadurch das Zusammentreffen der Teilchen mit den Mikro-Öltröpfchen begünstigt.
Selbstverständlich können auch andere als die oben beschriebenen Mittel mit Erfolg verwendet werden.
So kann das Öl oder die Emulsion beispielsweise auch gegen das Innere eines ringförmigen fallenden Schleiers des Milchpulvers gesprüht werden.
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tung durch geeignete Mittel mit der öligen Substanz in Berührung bringen. Dieser Begriff will also nicht unbedingt besagen, dass jedes einzelne Teilchen mit der erwähnten Substanz vollständig bedeckt wird, sondern in einem weiteren Sinne auch, dass die mikroskopisch kleinen Fetttröpfchen mit den Pulverteilchen in Berührung gebracht und von diesen auf einem mehr oder weniger grossen Teil ihrer Oberfläche, einschliesslich der Berührungsfläche zwischen zusammengeballten Einzelteilchen, absorbiert werden.
Das Absorptionsvermögen der Pulverteilchen ist für Öl relativ gross ; aus Vollmilchpulver, dessen Teilchen in einem Gewichtsverhältnis von Wo bezogen auf die Gesamtpulvermenge "überzogen" worden sind, lässt sich eine Vollmilch ohne jede Fettabscheidung, beispielsweise in Form von Fettaugen an der Oberfläche der rekonstituierten Flüssigkeit, herstellen.
Für die Herstellung eines Vollmilchpulvers mit nach dem erfindungsgemässen Verfahren verbesserter Mischbarkeit aus frischer Vollmilch wird zweckmässig so vorgenangen, dass aus mindestens einem Teil der Ausgangsvollmilch das Fett abgeschieden, durch Kristallisation bei 16-18 C in zwei Fraktionen zerlegt und die bei dieser Temperatur flüssige Fraktion abgetrennt wird, dass die bei dieser Temperatur feste Fraktion wieder der Ausgangsmilch zugegeben wird, welche darauf pasteurisiert, gegebenenfalls homogenisiert, eingedickt und in ein trockenes Pulver überführt wird, und dass die erhaltenen Milchpulverteilchen durch Versprühen der erw ähnten flüssigen Milchfettfraktion mit derselben mindestens teilweise überzogen werden.
Ein derart hergestelltes Vollmilchpulver besitzt, im Sinne der eingangs erwähnten Definition, im allgemeinen eine "gute sofortige Mischbarkeit" in Wasser von 20-40 C.
Jedes einzelne Teilchen eines derartigen Pulvers ist so aufgebaut, dass die fettfreien Trockensubstanzen der Milch gleichmässig im Innern der Teilchen angeordnet sind, während das Milchfett in oder auf diesen Teilchen ungleichmässig verteilt ist ; die bei 16 C feste Fraktion des Milchfetts befindet sich im Innern der Teilchen, die bei der gleichen Temperatur flüssige Fraktion dagegen grösstenteils an der Oberfläche. Selbstverständlich ist dabei die Gesamtzusammensetzung des Pulvers dieselbe wie diejenige der als Ausgangsstoff verwendeten Vollmilch.
Beispiel l : Verbesserung eines herkömmlichen Milchpulvers.
Der Rohstoff ist ein Milchpulver mit einem Fettgehalt von 25go, hergestellt aus Vollmilch, das in herkömmlicher Weise mittels folgender Operationen erhalten worden ist : Pasteurisierung (HTST), also bei hoherTemperatur undwährcnd sehr kurzer Zeit ; Eindickung bis auf einen Trockensubstanzgehalt von 260/0 ; Homogenisierung, bis die Fettkörperchen auf einen mittleren Durchmesser von 1 bis 2 jn zerkleinert sind ; und Trocknung durch Zerstäuben bei einer Temperatur, die zu einem Pulver mit einem Feuchtigkeitsge- halt zwischen 2 und 2, 5% führt.
Das obige Produkt besitzt eine brfriedigende Löslichkeit, aber keine"gute sofortige Mischbarkeit" (nach obiger Definition) in Wasser von 40 C. Diese letztere Eigenschaft kam dem obigen Pulver dadurch
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überzieht, die gewichtsmässig 2% des anfallenden Endproduktes ausmacht und beispielsweise folgende Zusammensetzung aufweisen kann :
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9 Teile der bei 160C flüssigen Fraktion von Milchfett ;
1 Teil Soja-Lecithin.
Das derart "überzogene" Milchpulver besitzt, trotz seiner"ölig"aussehenden Oberfläche und seinem hohen spezifischen Gewicht, eine "gute sofortige Mischbarkeit" in Wasser von 400C. im Laufe einer normalen Lagerungsdauer ist keinerlei Jrganoleptische Veränderung festzustellen.
Beispiel 2 : Herstellung eines Vollmilchpulvers ausgehend von Frischmilch.
Man geht von einer Vollmilch aus, die so standardisiert worden ist, dass der Endfettgehalt im getrockneten Pulver 28% des Pulvergewichtes (einschliesslich 3% Restfeuchtigkeit) beträgt. Von der gesamten zu verarbeitenden Vollmilchmenge (1000/0) entnimmt man ein Quantum von 35, 6%, das zwecks Gewinnung eines Rahms von 35% Fettgehalt beispielsweise im Verhältnis 1 : 10 zentrifugiert wird. Die bei dieser Operation anfallende Magermilch wird sofort wieder zur Restmenge (64, 4-ja) der Ausgangs-Frischmilch gegeben.
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igue80% Fettgehalt zu bekommen. Wie zuvor wird die anfallende Magermilch zur Restmenge der AusgangsFrischmilch gegeben.
Aus diesem mindestens 80% eigen Rahm wird durch Homogenisierung Butteröl gewonnen und die untere Schicht aus Magermilch wird ebenfalls zur Restmenge der Ausgangs-Frischmilch gegeben.
Die so erhaltene Butterölmasse, die 10% des Gewichtes der Pulverendmenge ausmacht, wird in zwei Fraktionen geteilt, wovon die eine, bei 160C kristallin, etwa Sla des Gesamtgewichtes der Pulverendmenge ausmacht, während die andere, die aus dem bei der vorgenannten Temperatur flüssigen Fett besteht, etwa 20/o dieses Gewichtes ausmacht. Diese letztere Fraktion bildet den Rohstoff für das am Ende des Verfahrens stattfindende Überziehen der Pulverteilchen.
Die bei etwa 40C aufbewahrte Restmenge der Ausgangs-Frischmilch und die oben genannte kristalline Fraktion des Fetts, die geschmolzen und danach auf 500C gehalten worden ist, werden gemischt und kontinuierlich bei einer Temperatur von 900C während 2-5 sec pasteurisiert. Darauf wird die Milch im Vakuum und bei niedriger Temperatur (z. B. 45 C) eingedickt, bis ein Produkt mit einem Gehalt an Trockensubstanz von etwa 40 Gel.-% entsteht. Nach Erhitzen auf etwa 600C wird das Produkt doppelt homogenisiert.
Das Produkt wird anschliessend im Inneren eines Trocknungsäpparates kontinuierlich zerstäubt, wobei die Wärmezufuhr so eingestellt wird, dass die Durchschnittstemperatur der Luft im Inneren des Apparates 700C nicht überschreitet und der Restwassergehalt des Pulvers nicht grösser als 5, 5 - 60/0 ist.
Schliesslich wird das pulverförmige Produkt sorgfältig in den oben beschriebenen Zyklonapparat verbracht, wo die Pulverteilchen mit der bei 16 C flüssigen Fraktion des Milchfetts, die 21a des Gewichtes des Endproduktes ausmacht, überzogen werden.
Um dem Produkt einen Restwassergehalt von 3% oder weniger zu verleihen, wird das "überzogene" Pulver auf einem Schüttelsieb durch einen Heissluftstrom von vorzugsweise etwa 100 C getrocknet.
Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann die letzte Trocknung vor dem Überziehen stattfinden.
Das getrocknete Pulver mit einem Wassergehalt von 3% oder weniger wird schliesslich auf einem zweiten Schüttelsieb durch einen trockenen Kaltluftstrom abgekühlt und anschliessend in geeigneter Weise verpackt.
Das so hergestellte Vollmilchpulver besitzt eine "gute sofortige Mischbarkeit" nach obiger Definition in Wasser von 250ei es bewahrt diese Eigenschaft auch nach längerer Lagerung, in deren Verlauf auch keine nennenswerte organoleptische Veränderung festgestellt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Dispergierbarkeit und Benetzbarkeit von Milchpulvern, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oberfläche der getrockneten Milchpulverteilchen mindestens teilweise mit einer Substanz überzieht, welche mindestens zum Teil aus der bei Raumtemperatur, vorzugsweise bei 16-18oC, flüssigen Fraktion von Milchfett besteht.