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Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Trockenmilchpräparates Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Trockenmilchpräpara- tes, das zur Hauptsache aus Partikeln besteht, die aus einzelnen, miteinander verbundenen Teilchen bestehen und die ein Sieb mit 1,4 mm lichter Maschenweite passieren und von einem Sieb mit 0,15 mm lichter Maschenweite zurückgehalten werden.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein flüssiges Milchkonzentrat mit einem Gehalt an Lactose-Impfkristallen in einer Atmosphäre eines heissen trocknenden Gases versprüht, welches eine solche Temperatur aufweist, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Produktes bis auf 10-180/a gesenkt wird, wobei festgewordene Teilchen, die dank dem Impfkristallgehalt des Ausgangsmaterials teilweise kristalline und nicht kristalline Lactose enthalten, miteinander in innige Berührung gelangen und sich die klebrigen, nicht kristalline Lactose enthaltenden Teilchen mit den übrigen Teilchen zu grösseren Partikeln verbinden,
und die so gebildeten Partikel bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 5%. weiter- trocknet.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können z. B. Vollmilch, Magermilch und andere flüssige Milchprodukte, die Lactose und Protein enthalten, verarbeitet werden.
Eine Eigenschaft der erfindungsgemäss hergestellten Produkte ist ihre Wasserbenetzbarkeit und somit ihre schnelle Wiederüberführbarkeit in flüssige Milchprodukte. Die Qualität der wiederverflüssigten Milch hängt teilweise davon ab, dass zumindest ein wesentlicher Teil des Lactosegehaltes im Trockenprodukt als identifizierbare a-Lactosehydratkristalle vorlagen, wie diese in der amerikanischen Patentschrift Nummer 2728678 beschrieben sind.
Gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sollte aber bei der Sprühtrocknung ein Teil der Lactose in amorpher Form vorliegen, damit die bei den gegebenen Bedingungen erscheinende Klebrigkeit zu einer gewissen Verbindung von Einzelteilchen führen kann.
Die nach der Sprühtrocknung erfolgende Weitertrocknung kann in mehreren Stufen vorgenommen werden. Eine Zerstörung der aus den einzelnen Sprühteilchen zusammengebackenen gröberen Partikel soll dabei möglichst vermieden werden. Die Erfindung wird auf Grund der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsmöglichkeit einer Apparatur zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt tabellarisch die Zusammenhänge zwischen Temperatur und Feuchtigkeit in den verschiedenen Stufen einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.
Gemäss Fig. 1 wird ein Milchkonzentrat, das mit Lactosekristallen angeimpft worden ist, durch die Einlassleitung 11 dem Zerstäuber 10 zugeführt. Gleichzeitig wird dem neben dem Zerstäuber ausmündenden Rohr 15 Luft mit einer Temperatur zwischen 116 und 150 C zugeführt. Zusätzliche Heissluft kann auch durch die tangential einmündenden Rohre 17 in die Zerstäubungskammer 13 eingeblasen werden.
Das in der Zerstäubungskammer entstehende Produkt soll eine Feuchtigkeit von nicht über 18% aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20% oder darüber ein Zu- sammenschmelzen des Pulvers zu unerwünscht grossen Körpern stattfindet.
Das in der Zerstäubungskammer 13 gebildete Pulver wird aus dem unteren Teil derselben durch das Rohr 19 abgezogen und in gleichen Teilen tan- gential den Zyklonen 21 und 23 zugeführt. Das Pulver setzt sieh auf den Grund der beiden Zyklone ab und gelangt in den Schneckenförderer 25, wel-
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cher durch den Motor 27 angetrieben wird. Der Schneckenförderer trägt das Pulver zur Mitte der Fördereinrichtung, von wo es zu den Leitungen 29 und 31 gelangt. Das Pulver hat in diesem Moment vorzugsweise ein Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 12 oder 13 9/a.
Das Rohr 31 wird mit heisser Luft durchblasen, vorzugsweise mit einer Temperatur von 85-93 C, die durch den Ventilator 35 gefördert und durch den Radiator 33 aufgeheizt wird. Das Rohr 31 öffnet sich tangential, in den oberen Teil des Zyklons 37 und das mitgeführte Pulver fällt nach dieser zweiten Trocknung auf den Grund des Zyklons 37 und gelangt von dort in das Rohr 39. An dieser Stelle hat das Pulver vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 8-99/o.
Aus der Leitung 39 wird das Pulver in einen Schalentrockner 41 gebracht, welcher durch Luft beheizt wird. Diese Luft gelangt über einen Radiator 43, das Sammelrohr 45 und die Verteiler 47 unter die Schalen des Trockners. Diese Luft hat vorzugsweise eine Temperatur von ungefähr 1160 C. Sie passiert die Schalen des Trockners und entweicht durch das Rohr 49 in den Zyklon 51. Die teilweise mitgeführten Pulverteilchen werden vom Zyklon 51 abgefangen und durch die Leitung 53 dem Schalentrockner wieder zugeführt. Durch die Leitung 64 gelangt das Pulver vom Schalentrockner 41 in den Schalenkühler 55. Das sich nun in diesem Schalenkühler befindliche Material wird durch Luft gekühlt, die durch das Gebläse 57 durch die Leitung 59 und die Verteiler 61 eingeblasen wird.
Ein kleiner Teil des feinpulverigen Materials gelangt aus dem Schalenkühler in die Abluftleitung 63 und von dort in den Zyklon 51, durch welchen es wieder dem Schalentrockner zugeführt wird. Das fertige Produkt kann dem Schalenkühler mit Hilfe der Leitung 65 entnommen werden. Das am Ende des Verfahrens anfallende Produkt hat einen Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 311/o im Falle von Vollmilchpulver und von 3 bis 49/o im Falle von nicht fettem Milchpulver.
In den im ersten Trocknungsprozess erhaltenen Sprühteilchen liegt ein wesentlicher Teil der Lactose im amorphen Zustand vor. Bei der nach dieser ersten Trocknung vorhandenen Feuchtigkeit ist die amorphe Lactose klebrig und die einzelnen Teilchen haben dadurch die Tendenz, sich bis zu einem gewissen Grade miteinander zu verkleben. Der andere Teil der Sprühteilchen erhält dank der Impfung seine Lactose in Form von a-Lactosehydratkristallen, welche selbst bei der gegebenen Feuchtigkeit nicht klebrig sind. Die beiden Arten von Sprühteilchen sind natürlich untereinander vermischt und die klebrigen Teilchen vermögen auch nicht klebrige Teilchen bis zu einem gewissen Grade an sich zu binden.
Die vorhandene Feuchtigkeit der Teilchen genügt, damit sie beim Passieren des zweiten Trocknungszyklons 37 und auf ihrem Wege dorthin nicht wieder unterhalb einer gewissen Teilchengrösse auseinanderbrechen. Die Schalentrocknungsstufe hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Agglomeration der Teilchen, trotzdem bei der dort erzielten niederen Feuchtigkeit keine Klebrigkeit der amorphen Lactose mehr festzustellen ist.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens können auch Apparateanlagen verwendet werden, die gegenüber dem in Fig.l angegebenen Prinzip Veränderungen aufweisen. So können z. B. die Feinteilchen, die aus dem .Schalentrockner 41 in das Rohr 49 entweichen, in die Zerstäubungstrock- nungskammer 13 anstatt in den Zyklon 51 zurückgeführt werden. Diese Feinteilchen können durch Rohre in tangentialer Richtung an geeigneter Stelle in die Kammer 13 eingeführt werden. Sie können aber auch direkt in das Rohr 19 eingeleitet werden, welches vom Boden der Zerstäubungskammer 13 zu den Zyklonen 21 und 23 führt. Weiter können die beiden Zyklone 21 und 23 durch einen einzigen Zyklon von geeigneter Grösse ersetzt werden.
Eine weitere Variation besteht darin, dass die aus den Zyklonen 21 und 23 oder einem entsprechenden einzigen Zyklon anfallenden Teilchen mittels eines geeigneten mechanischen Förderers direkt in einen geeigneten Schalentrockner gebracht werden. In diesem Falle muss der Schalentrockner 41 genügend vergrössert werden, um den gewünschten Trock- nungsgrad zu erzielen.
Die Tabelle gemäss Fig. 2 zeigt die Zusammenhänge zwischen Zeit einerseits und Temperatur und Feuchtigkeit anderseits im Verlaufe der verschiedenen Stufen des Verfahrens. Die Betrachtung der Tabelle geht von links nach rechts. Das vertikal schraffierte Gebiet 70 zeigt den Temperaturbereich des Produktes für den Fall, dass das Verfahren unter Niedertemperaturbedingungen durchgeführt wird. Dieses Gebiet zeigt einen Ausgangstemperaturbereich von 63 bis 790 C. Dieser Temperaturbereich fällt gegen das Ende des Verfahrens ab in einen solchen zwischen 43 und 570 C.
Wenn das Verfahren unter Hochtemperaturbedingungen durchgeführt wird, dann kann der Ausgangstemperaturbereich bis 1490 C erreichen, was durch diagonal schraffiertes Gebiet 72 angezeigt wird. Die mit der Bezugszahl 74 bezeichnete unterbrochene Linie zeigt den Feuchtigkeitsgehalt des Produktes an, beginnend mit 88 9/o und endend mit 559/o am Ende der Eindampfungsstufe. Das soeben Ausgeführte bezieht sich auf eine Einstufeneindamp- fung. Es ist auch denkbar, dass die Eindampfung in mehreren Stufen stattfindet.
Am Ende der Eindampfungsstufe wird das Konzentrat mit Lactosekristallen angeimpft, bevor es dem Sprühtrockner zugeführt wird. Dieses Animpfen kann ohne vorherige Kühlung des Konzentrates stattfinden. Anderseits kann die Temperatur des Konzentrates, wie in Fig. 2 angegeben, auch wesentlich gesenkt werden, bevor das Produkt dem Sprühtrockner zugeführt wird. In diesem Falle weist es dann eine Temperatur zwischen 24 und 520 C auf. Es ist klar, dass die Menge der zugesetzten Impfkristalle mit der Temperatur des dem Sprühtrockner
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zugeführten Konzentrates variiert. Bei höheren Temperaturen muss eine grössere Menge von Impfkristallen zugefügt werden.
Der Temperaturbereich für die erste Trocknung wird durch das vertikal schraffierte Gebiet 76 angegeben. Die unterbrochene Linie, hier mit der Bezugszahl 78 bezeichnet, zeigt, dass die erste Trock- nung den Feuchtigkeitsgehalt von etwas über 50% auf ungefähr 120/e absenkt. Das horizontal schraffierte Gebiet 80 zeigt den Temperaturbereich der in der ersten Trocknungskammer verwendeten Heissluft. Demgemäss beträgt die Einlasstemperatur zwischen 149 und 116 C und die Austrittstemperatur zwischen 53 und 71 C.
Was in der Tabelle mit zweiter Trocknung bezeichnet wird, betrifft auch die dritte Trocknung oder die Trocknung im Schalentrockner 41. Der Temperaturbereich des Produktes ist hier durch die vertikal schraffierte Fläche 82 angegeben; er beginnt mit 44 bis 53 C und endet bei 68 bis 74 C. Die Lufttemperatur für die zweite Trocknung wird durch das horizontal schraffierte Gebiet 84 angegeben. Sie beträgt am Eingang zwischen 85 und 93 C und am Ausgang zwischen 70 und 76 C. Das diagonal schraffierte Gebiet 86 zeigt den Temperaturbereich der Luft für die dritte Trocknung im Schalentrockner. Diese Temperaturen liegen oberhalb derjenigen der Luft für die zweite Trocknung. Demgemäss bewegen sich die Lufteinlasstemperaturen bis auf 116 C hinauf und die Luftauslasstemperaturen bis auf 88 C.
In der Tabelle wird auch berücksichtigt, dass die dritte Trocknung weniger Zeit in Anspruch nimmt als die zweite Trocknung.
In diesen beiden letzten Trocknungsstufen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Produktes, welcher durch die Linie 88 angegeben wird, von ungefähr 120/0 auf ungefähr 2 bis 5% gesenkt. Am rechten Ende der Tabelle wird der Temperaturverlauf des Produktes während der Kühlung angegeben, und zwar durch das mit der Bezugszahl 90 bezeichnete Gebiet. Der Ausgangstemperaturbereich von 66 bis 74 C fällt dabei ab auf 30 bis 35 C.
Es ist klar, dass die zahlreichen Angaben gemäss Fig.2 je nach der Art des verwendeten Konzentrates und anderen variablen Faktoren Veränderungen unterliegen können. Im allgemeinen ist z. B. der Feuchtigkeitsgehalt bei Verwendung von Vollmilch im ganzen Verfahren etwas niedriger als bei Verwendung von Magermilch. Die Tabelle illustriert eine ganze Reihe von Verfahrensbedingungen, die aber je nach dem verwendeten Ausgangsmaterial und den zur Verfügung stehenden apparativen Anlagen in bezug auf Temperatur, Feuchtigkeitsgehalt und Zeit Änderungen erfahren.
Die dritte Trocknungsstufe wird gemäss den vorangehenden Ausführungen eher in einem @Schalen- trockner als in einem Zyklon oder Wirbeltrockner ausgeführt. Es ist festgestellt worden, dass dies für die Umverletztheit der zusammen gebackenen Teilchen wesentlich ist. Dank dem niederen Feuchtig- keitsgehalt des Materials in dieser Stufe des Verfahrens sollte diese Ausführungsart gewählt werden, um eine unerwünschte Wiederzerkleinerung der Teilchen zu verhindern.
In den vorangehenden. Stufen findet eine nur geringe Wiederzerkleinerung statt. Wie in Fig. 1 angegeben ist, werden die aber doch wieder entstehenden Feinteilchen vom Schalentrockner 41 durch die Leitung 49 und aus dem Kühler 55 durch die Leitung 63 über die Rohre 53 und 39 dem Trockner 41 wieder zugeführt. Die Feinteilchen können aber auch in einer früheren Stufe des Verfahrens wieder zugeführt werden.
Das beste Mittel, die verfahrensgemässen Produkte nach ihren Eigenschaften zu trennen, besteht in einer Siebung durch Standardsiebe. Der Hauptteil des trockenen Fertigproduktes soll ein Sieb mit lich- ter Maschenweite von 1,4 mm passieren und ,von einem Sieb mit 0,15 mm lichter Maschenweite aufgehalten werden. Der durch das gröbere Sieb zurückgehaltene Teil und der durch das feinere Sieb durchfallende Teil ist meist vernachlässigbar klein.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist wie folgt: Konzentrierte, nicht fette Milch mit einem Total-Feststoffgehalt von 47 0/0 wird gemäss der oben erwähnten amerikanischen Patentschrift mit Lactoseimpfkristallen angeimpft. Das angeimpfte Konzentrat wird dem Zerstäuber über einen Röhrenwärmeaustauscher zugeführt, um die Temperatur unterhalb 52 C halten zu können (siehe dazu den in Fig.2 mit der Bezugszahl 76 angegebenen Temperaturbereich).
Die während der ersten Trocknung zur Verwendung gelangende Luftgeschwindigkeit und das Luftvolumen waren derart bemessen, wie es für die übliche Trocknung notwendig ist. Die Temperatur betrug 143 C. Die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Konzentrat wird so bemessen, dass die Abgangsluft am Ausgang 63 ' C beträgt. Bei dieser Temperatur wies allerdings das an den Ausgangsenden der Zyklone 21 und 23 aufgefangene Produkt keine genügende Körnung auf, so dass die Zuführmenge des Konzentrates etwas vergrössert wurde, bis die Auslasstemperatur der Trock- nungsluft auf 57 C absank.
Bei dieser Temperatur erwies sich die Körnung als befriedigend und die eingestellte Fördermenge wurde beibehalten. (Wenn die agglomerierten Teilchen sich als mechanisch zu empfindlich erweisen, kann die Temperatur des angeimpften Konzentrates um 2 bis 3 C erhöht werden, womit eine bessere mechanische Festigkeit erzielt wird.) In diesem Beispiel betrug die Temperatur des dem Zerstäuber zugeführten Konzentrates 49 C, die Austrittstemperatur der Luft beim ersten Trockner 57 C und die Temperatur des aus den Zyklonen 21 und 23 anfallenden Produktes 46 C.
An dieser Stelle betrug die Feuchtigkeit des Produktes 1311/o. Dieses Produkt wurde durch den Schneckenförderer 25 in die kurze Leitung 29 befördert und von dort gelangte es in das Rohr 31, durch welches es durch
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einen zweiten Strom von trocknender Luft mit einer Temperatur von 88 C in den Zyklon 37 befördert wird. Die Luft, die den Zyklon 37 verliess, wies eine Temperatur von 71 C auf. Das aus dem Zyklon 37 anfallende Pulver hatte einen Feuchtigkeitsgehalt von 811/o. Es gelangte durch das Rohr 39 in den Schalentrockner 41, wo es mit heisser Luft mit einer Temperatur von 110 C in Berührung kam.
Das Pulver verlässt den Schalentrockner mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 511/o, und einer Temperatur von 71 C. Es gelangt dann in den Schalenkühler 55, welcher mit Kühlluft versorgt wird. Das getrocknete und gekühlte Produkt wird durch das Ausgangsrohr 65 abgeführt und hat ein Feuchtigkeitsgehalt von 4% und eine Temperatur von 32 C.
Das Fertigprodukt zeigt eine sehr gute Wasser- benetzbarkeit, welche der Agglomeration der Einzelteilchen zugeschrieben werden muss. Es unterscheidet sich nicht von dem in der obenerwähnten amerikani- schen Patentschrift beschriebenen Produkt. 95% der Teilchen entsprechen in ihrer Grösse dem durch die beiden obengenannten Siebe definierten Bereich.
Im vorhergehenden wird zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ein Zentrifugalzerstäu- ber und eine konisch geformte Zerstäubungskammer angegeben. Es ist jedoch gefunden worden, dass auch andersartige Apparate für die erste Trocknungsstufe verwendet werden können. So sind z. B. auch ein kistenförmiger Trockner mit Druckzerstäuber und Ausräununechanismus zur kontinuierlichen Web führung des Produktes verwendet worden.