Verfahren zum Herstellen von sofortlöslichen Produkten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von verbesserten und besonders schnell und einfach auch in kalten Flüssigkeiten vollständig löslichen Produkten aus Ausgangsstoffen, die bei der Behand lungstemperatur mindestens einen flüssigen und einen festen Stoff enthalten, die gemischt miteinander z.B. in Form von Lösungen, Emulsionen, Dispersionen, Pasten oder dgl. getrocknet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnell lösliches Produkt, insbesondere ein Trockenpulver, auch Instantpulver genannt, bei Normaltemperaturen in einem Arbeitsgang und ohne besonderen apparativen Aufwand zu gewinnen, das seine Löslichkeit über lange Lagerzei ten behält.
Es ist bereits bekannt, Instantpulver herzustellen. Bei den bekannten Verfahren wird stets erhebliche Energie, sei es in Form von Wärmeenergie, sei es in Form von Kälteenergie eingesetzt, und ausserdem sind bei der Mehrzahl der bekannten Verfahren mindestens zwei Arbeitsgänge erforderlich.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem in nur einem Arbeitsgang und bei etwa Raumtemperatur In stantpulver gewonnen werden kann, das seine Löslichkeit über längere Zeit behält. Bei diesem bekannten Verfah ren wird das zu trocknende flüssige Gut mit Feinverteilung im oberen Bereich eines Turmes, in den von unten ein entfeuchtetes Trocknungsmittel eingeleitet wird, einge führt, und die Grösse der eingeführten Guttropfen, ihre Verteilung und ihre Austrittsgeschwindigkeit sowie die Strömungsgeschwindigkeit, die Temperatur und die Feuchte des Trocknungsmittels sowie die Höhe und der Durchmesser des Turmes werden so gewählt und aufein ander abgestimmt,
dass der obere Bereich des Turmes als Wäscher wirkt und dass der Trocknungsvorgang im Bereich unter der Waschzone so gesteuert wird, dass infolge eines niedrigen Trocknungspotentials ein konti nuierlicher Feuchtefluss vom Tropfeninneren nach aus sen erfolgt in der Art, dass weder eine Verkrustung der Tropfenfläche noch ein Zerplatzen derselben eintritt.
Obwohl bereits mit diesem Verfahren sehr gute Ergeb nisse erzielt werden können, liegt ein gewisser Nachteil dieses Verfahrens darin, dass sehr hohe Trocknungstür- me erforderlich sind, selbst dann, wenn nur relativ geringe Gutmengen getrocknet werden sollen.
Es wurde nun gefunden, dass man diese Nachteile überwinden und noch ein verbessertes Produkt erhalten kann, wenn man bei einem Verfahren zum Herstellen von sofortlöslichem Produkt, bei dem von niedrig- bis höchstviskosem Gut, das mindestens einen bei Behand lungstemperatur flüssigen und mindestens einen bei Be handlungstemperatur festen Stoff im Gemisch enthält, ausgegangen und unter Verwendung eines entfeuchteten gasförmigen Trockenmittels gearbeitet wird, erfindungs- gemäss so vorgeht, dass man das zu trocknende Gut als ruhende Schicht auf einem aus festem Werkstoff beste henden porösen Material, z.B. einer Membran, anordnet, und von unten nach oben,
im wesentlichen senkrecht durch das Material und durch die Schicht des zu trocknenden Gutes hindurch, das Trockenmittel mit mindestens einem der Summe der Drücke zur Überwin dung des Widerstandes durch das poröse Material plus des hydrostatischen Druckes der Schicht des zu trocknen den Gutes plus dem Strömungsdruck des Trocknungsmit- tels durch das Trocknungsgut entsprechenden Druck hindurchleitet, bis die in dem Gut enthaltene Flüssigkeit entfernt ist. Die ruhende Schicht des zu trocknenden Materials ordnet man vorzugsweise in einer Schichthöhe von 1 bis 1000 mm an. Die Dauer des Verfahrens liegt vorzugsweise im wesentlichen zwischen einer und 200 Stunden.
Es kann in einem Temperaturbereich von 2 bis 80 C, vorzugsweise von 10 bis 30 C, gearbeitet wer den.
Als Trocknungsmittel kann man ein Inertgas verwen den wie reinen Stickstoff oder C02, der zweckmässig einen so niedrigen Feuchtigkeitsgehalt wie 0,02 bis 0,01 g/cbm, entsprechend einem Taupunkt von -72 bis -76 C aufweist. Für oxydationsempfindliches Gut kann zweckmässig ein Inertgas verwendet werden, dessen Reinheitsgrad frei von Sauerstoff 99,997o beträgt.
Als Trocknungsmittel für nicht oxydationsanfälliges Trock- nungsgut lässt sich vorteilhaft reine, zweckmässig feinst filtrierte Luft benutzen. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird also das gasförmige Trocknungsmittel innerhalb der ruhenden Schicht des zu trocknenden Gutes dispergiert und in dispergierter Form durch die Gutschicht hindurchge drückt.
Bei allen bisher bekannten Trocknungsverfahren, bei denen Luft oder Gas als Wärmeträger eingesetzt wird, kommt das Trocknungsmittel ausschliesslich mit der Oberfläche des zu trocknenden Gutes in Berührung, wobei nur aus der Oberflächenschicht des Trocknungsgu- tes eine gewisse Menge Feuchtigkeit von dem Trock- nungsmittel aufgenommen wird.
Weitere Feuchtigkeit kann von dem Trocknungsmittel nur in dem Masse aufgenommen und abgezogen werden, wie die Feuchtig keit aus dem Inneren des Trocknungsgutes in die Ober flächenrandzone einzudiffundieren vermag. Der Trock- nungsgrad und die Trocknungswirkung stehen demzufol ge bei allen bisher bekannten Luft- oder Gastrocknungs- verfahren ihrem Wesen nach in Relation mit einerseits dem Diffusionseffekt der Flüssigkeit aus der Randzone des zu trocknenden Materials in das Trocknungsmittel
und andererseits den Diffusionseffekt aus dem Inneren des Trocknungsgutes in dessen Randzone. Insbesondere der letztgenannte Diffusionseffekt ist bei Normaltempe ratur und relativ grossen Schichtdicken des zu trocknen den Materials relativ niedrig. Dies hat zur Folge, dass man bei den bisher bekannten Trocknungsverfahren entweder mit sehr hohem apparativem Aufwand und mit komplizierten Vorrichtungen arbeiten oder hohe Ener gien einsetzen musst, beispielsweise in Form von Kälte (Gefriertrocknung) oder in Form von kinetischer Energie (Pufftrocknung) oder dgl.
Beim Arbeiten mit Wärme- oder Kälteenergien treten ausserdem die weiteren be kannten Nachteile der Aromabeeinträchtigung und/oder Strukturbeeinflussung des zu trocknenden Materials auf, was insbesondere bei der Behandlung von empfindlichen Lebensmitteln, wie Milch, Kaffee, Tee, Fruchtsäften und dgl. nachteilig ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine schonende Trocknung ohne Einsatz von Wärme und ohne Vakuum, so dass apparativer Aufwand nicht erfor derlich ist. Es lassen sich alle Arten von zu trocknendem Gut praktisch ohne Aromaverluste und unter Vermei dung jeglicher Denaturierungserscheinungen unter einfa chen Verfahrungsbedingungen in ein Trockenpulver überführen, das auch in kalten Flüssigkeiten, wie kaltem Wasser, augenblicklich löslich ist.
Man kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren sogar aus natürlicher Vollmilch ein Vollmilchtrockenpulver herstellen, das in kaltem Wasser in wenigen Sekunden 100%ig voll löslich ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird das Aus gangsprodukt, das in Form von flüssigen oder pastenför- migen Stoffen, Lösungen, Suspensionen sowohl aus Nah rungsmitteln als auch aus anderen Produkten, insbesonde re auch chemischen Produkten aller Art bestehen kann und das insbesondere ein Fruchtsaft, oder eine Fruchtpa ste, ein Gemüsebrei, Kartoffelpüree, Blut, Hefe, ein Pflanzenextrakt, Pektin, Gelatine, Leim, eine Fisch- oder Fleischpaste, ein Fisch- oder Fleischextrakt, oder auch ein Milchprodukt, wie Vollmilch, Magermilch, Sahne, Butter, Yoghurt, Fett- oder Magerquark, ein Milchmisch getränk, Milchkakao, oder auch Kaffee oder Tee-Ex- trakt, sein kann,
vorzugsweise in einen dazu geeigneten Trocknungsbehälter eingefüllt. Der Trocknungsbehälter kann einen unteren netz- oder gitterartigen Stützboden und eine obere mit Gasaustrittsöffnungen versehene Ab deckung sowie feste Seitenwände aufweisen. Zweckmäs- sig kann 200 mm vom unteren Boden entfernt als Zwischenboden ein poröses Material als Membran, bei spielsweise aus Kunststoff bestehend, angeordnet sein. Auf diese Membran kann das zu trocknende Gut in einer Schichthöhe von 1 bis 1000 mm aufgebracht werden.
Dann kann durch den Behälterboden und von unten nach oben durch die poröse Membran hochentfeuchteter Stick stoff oder CO.; bei allen oxydationsanfälligen Produkten oder hochentfeuchtete Luft, wenn es das Produkt infolge seiner Oxydationsbeständigkeit erlaubt, eingeleitet wer den. Durch das Hindurchdrücken dieses Gasstromes durch die poröse Membran wird dann der Gasstrom in viele kleine Einzelteilchen zerteilt, so dass er eine disper- se Phase darstellt. Dieses zerteilte Gas wird gegen die Bodenfläche des auf der Membran angeordneten zu trocknenden Gutes gedrückt, und der Druck wird so lange gesteigert, dass das fein dispergierte Gas durch die gesamte Schicht des zu trocknenden Gutes auf der Membran hindurchgedrückt wird.
Dadurch wird die in der mit dem dispersen Gas durchsetzten Schicht begin nende Verfestigung und Erstarrung, die sich in den verschiedenen Stadien der unterschiedlichen Konzentra tion durch steigende Viskosität bemerkbar macht, einge leitet. Den Zerteilungsgrad des Gasstroms kann man durch unterschiedlichen Porendurchmesser der porösen Membran variieren. Als Membranmaterial verwendet man zweckmässig geeignete Gewebe aus Textilmaterial, Kunststoff, Stahlfasern oder sonstigen Metallfasern, oder auch poröse Sinterstoffe, oder Metalle oder dgl., die eine Mikrozerteilung des Gasstroms sichern.
Die Schicht des zu trocknenden Gutes, die auf dieser porösen Membran aufgebracht ist, kann während des Durchleitens der fein zerteilten Gase gerührt oder in sonstiger Weise leicht bewegt werden, zumindest so lange das zu trocknende Gut einen relativ flüssigen Zustand hat. Man kann die Rührbewegung abstellen, sobald die Viskosität des zu trocknenden Materials relativ hoch wird.
Die Schichthöhe des zu trocknenden Materials, die zwischen 1 mm und 1000 mm liegen kann, und die zweckmässig auf 10 bis 400 mm eingestellt wird, kann man je nach funktionellen oder wirtschaftlichen Gesichts punkten variieren.
Für den Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Ver fahrens ist der Zerteilungsgrad und die Geschwindigkeit, mit denen das Gas durch die Flüssigkeitsschicht hin durchgeführt werden, von Bedeutung. Die Geschwindig keit beträgt im allgemeinen zwischen 0,2 und 2 m pro Sekunde, wenn man Flüssigkeiten erfindungsgemäss trocknet. Bei Pürrees liegen die Geschwindigkeiten etwas niedriger.
Wenn man die Gasgeschwindigkeit zu hoch einstellt, dann erfolgt, wenigstens im ersten Trocknungs- stadium, eine unerwünscht hohe Schaumbildung, was vermieden werden kann dadurch, dass man zunächst mit einer geringeren Geschwindigkeit bzw. einem geringeren Druck arbeitet und nach Entfernen der Hauptmenge der Feuchtigkeit, wenn die zu trocknende Masse einen relativ hochviskosen Zustand angenommen hat, den Druck, mit dem das Gas im zerteilten Zustand durch das zu trock nende Gut gepresst wird, so steigert, dass die anfängliche Durchsatzgeschwindigkeit des Gases möglichst beibehal ten wird.
Wenn erfindungsgemäss Produkte verarbeitet werden, die leicht verdampfbare, mit dem gasförmigen Trock- nungsmedium entfernbare Aromastoffe enthalten, wie beispielsweise Orangensäfte, oder Kaffee oder Tee-Ex- trakte oder dgl., dann arbeitet man zweckmässig in der Weise, dass in einer Vorstufe vor dem eigentlichen Trocknungsverfahren eine bewusste Aromaabtrennung vorgenommen wird.
Das Ausgangsmaterial wird dabei einer Abtriebskolonne zugeführt, in der mit einem Bruchteil des in dem gesamten System verwendeten Inertgases, wie Stickstoff oder C02, etwa 1 bis 3<B>%</B>, der grösste Teil des Aromas aus dem zu trocknenden Gut abgezogen und von dem trockenen Inertgas aufgenom men wird. Das Ausgangsmaterial wird dazu durch Sprü hen und durch Wäsche oder über Raschig-Kolonnen in innigen Kontakt mit dem Inertgas gebracht. Alle Aroma stoffe, die leicht flüchtigen Charakter haben, gehen dabei in das gasförmige Medium über.
Der die Aromastoffe enthaltende Inertgasstrom wird anschliessend in eine Spezial-Adsorptionseinheit geleitet, in der die Aromastof- fe von dem Inertgas oder der Luft getrennt werden.
Die Aromastoffe werden in diesen vergleichsweise kleindi mensionierten Spezial-Adsorptionseinheiten, die mit spe ziellen weitporigen Adsorptionsmitteln gefüllt sind, akku muliert und so lange gespeichert, bis über eine selektive Desorption die Aromastoffe ohne irgendeine Schädigung wieder ausgetrieben werden. Die selektive Desorption erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem das zu trocknende Material, dem die Aromastoffe in einer Vorstufe entzo gen worden sind, in fertiggetrocknetem Zustand vorliegt.
Alsdann werden die desorbierten Aromastoffe dem fer tiggetrockneten Gut wieder zugeführt und an diesem re- adsorbiert. Das fertige Trockenpulver hat demzufolge die gleichen Aromastoffe in der gleichen Zusammensetzung wie das Ausgangsprodukt. Dies hat den Vorteil, dass geschmackliche Unterschiede gegenüber dem Frischpro dukt beim erfindungsgemäss hergestellten Trockenpro dukt praktisch nicht vorhanden sind.
Man kann das erfindungsgemässe Verfahren diskonti nuierlich oder kontinuierlich führen. Bei kontinuierlicher Führung kann man das Verfahren in einem einzigen Trocknungsbehälter durchführen, oder man kann eine Mehrzahl von Trocknungsbehältern, insbesondere 4 bis 8 Trocknungsbehälter, parallel schalten und diese mit oder ohne Rührwerk je nach dem zu verarbeitenden Produkt über der porösen Membran anordnen und darin jeweils eine Schicht in einer Schichtstärke von 1 bis 1000 mm des zu trocknenden Gutes anordnen.
Mit einem bestimmten Überdruck von z.B, 50 bis 1200 mm Wassersäule, der sowohl den Widerstand des porösen Materials als auch der darauf angeordneten Flüssigkeitsschicht überwinden muss, wird das gasförmige Trockenmedium alsdann durch die Flüssigkeitsschichten in jeden der Behälter hindurchgeleitet. Das gasförmige Medium wird vermittels des porösen Materials in eine feinporige Dispersion gebracht und das Gas liegt dann in einer Feinverteilung vor, die ähnlich der Feinverteilung bei einer Emulsion ist.
Wenn das Gas durch die Schicht des zu trocknenden Materials hindurchgedrückt wird, liegen die zerteilten Gasteilchen in einer Grössenordnung von 1 bis 200 Mikron. Dies ermöglicht eine permanente sehr dynami sche Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Zustandes während des gesamten Verfahrens und führt bei steigen der Konzentration des zu trocknenden Materials, d.h. mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt, zur Erstarrung des Produktes in bimsähnlicher poröser Form.
Sowohl bei kontinuierlicher als auch bei diskonti nuierlicher Verfahrenführung lässt sich der Druck in gewissen Verfahrensabschnitten umstellen. Dies ist wich tig, wenn im teilweise erstarrten Zustand des zu trock nenden Materials, in dem der Wassergehalt so gering geworden ist, dass die Trocknungsgeschwindigkeit immer mehr zurückgeht, durch gewisse Steigerung des Druckes maximale Sättigung erreicht werden kann.
Zweckmässig kann man auch so arbeiten, dass der Gasstrom umgelenkt und mehrmals durch die Schicht des zu trocknenden Materials geleitet wird. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Gaszuführung abschnittsweise vorzunehmen, etwa derart, dass an einem ersten Teilab schnitt der Bodenfläche des zu trocknenden Materials das frische, vollständig trockene Inertgas mit einem bestimmten Druck durch die poröse Membran und durch die Schicht des zu trocknenden Materials geführt wird, dass das an der Oberseite austretende,
mit Feuchtigkeit aus dem zu trocknenden Material teilweise beladene Gas weitergeführt wird zu der Unterseite des zweiten Teilab schnittes des zu trocknenden Materials und dort wieder um durch die poröse Membran hindurch und durch die Schicht des zu trocknenden Materials hindurchgepresst wird. Dabei nimmt die Sättigung mit Feuchtigkeit zu. An der Oberseite des zweiten Teilabsatzes wird das Inertgas wiederum abgeleitet und zur Unterseite des dritten Teilabschnittes der Schicht des zu trocknenden Materials geführt und dort wiederum durch die poröse Membran hindurch und von unten nach oben durch die Schicht des zu trocknenden Materials geführt, an deren Oberseite es entweder abgeleitet oder wie zuvor beschrieben einem vierten Teilabschnitt zugeführt wird.
Je nach zu be handelndem Material und je nach Menge des zu trocknenden Produktes, können Anlagen mit beliebig häufiger Rückleitung des Inertgasstromes vorgesehen werden, wobei je nach Bedarf Trockeneinheiten zur Zwischentrocknung des Inertgases vorgesehen werden können.
Es kann beim neuen Verfahren vorteilhaft sein, das eingeleitete Inertgas in hochentfeuchtetem Zustand ein zusetzen. Zweckmässig wird das Inertgas zuvor auf einen Wassergehalt von 0,002 bis 0,001 g/m3 getrocknet, so dass es einen Taupunkt von -72 bis -76 C aufweist. Dies ist durch Verwendung von sehr hochwertigen Adsorptionsmitteln und bestimmter Relation von Ad sorptionsmittel und Temperaturen, Arbeit und Ge schwindigkeit des Gasstromes möglich.
Bei einer langen Berührungsdauer zwischen dem zu trocknenden Material und dem Inertgas während des erfindungsgemässen Verfahrens wird es bevorzugt, das Inertgas auf eine maximale Reinheit zu bringen. So sollte z.B. Stickstoff, der bei der Gewinnung aus flüssiger Luft in einer Reinheit von 99,8% anfällt, vor Einsatz beim erfindungsgemässen Verfahren z.B. durch Überleiten über glühendes Kupfer oder mittels sonstiger bekannten Methoden auf eine Reinheit von 99,99 J', gebracht wer den.
Nur bei Trocknung von gegen Sauerstoff unemp findlichen Substanzen kann unter Umständen der Gehalt von 0,2% Sauerstoff, der in handelsüblichem Stickstoff vorhanden ist, toleriert werden. Insbesondere bei der erfindungsgemässen Verarbeitung von Vollmilch und von pharmazeutischen und chemischen Produkten muss auf Sauerstoffreinheit des Stickstoffs besonderer Wert gelegt werden. Bei Fruchtsäften kann man anstelle von Stick stoff als Inertgas vorzugsweise C02 einsetzen, das ebenfalls möglichst vollständig sauerstofffrei verwendet werden sollte, da Fruchtsäfte sehr fermentationsempfind- lich sind und CO., gleichzeitig Konservierungscharakter hat.
Der saure Charakter des CO, schadet bei Frucht säften oder Fruchtpasten nicht; er kann bei allen Produk ten mit pH-Werten unter 4,5 bis 5 vernachlässigt wer den.
Eine zweckmässige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in der beiliegen den Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 ein Fliessbild einer Vorrichtung mit einem aus vier Trocknungsbehältern bestehenden Trockner .und einem Aromaadsorptions- und -akkumulationsbett sowie Aufbereitungsanlagen für die Inertgasströme;
und Fig.2 ein Transportband mit Trocknungseinheiten, das anstelle des in Fig. 1 dargestellten Trockner in die Anlage der Fig. 1 eingebaut werden kann.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Abtreibkolonne bezeichnet, in die über die Aufgabepumpe 3' und die Einführleitung 3 flüssiges zu trocknendes Gut eingebracht und durch die in der Abtreibkolonne 1 angeordnete Verteilerdüse 2 von oben nach unten versprüht wird, und mit einem Bruchteil des in dem System insgesamt umlaufenden Inertgases, wie N,
oder CO" von etwa 1 bis 3% der grösste Teil des Aromas aus dem zu trocknenden Gut ausgezogen wird. Das mit den Aromastoffen und etwas Feuchtigkeit beladene Inertgas wird über die Leitung 7 in ein Adsorptionsbett 8 eingeführt. Dieses Adsorptionsbett ist mit einem für die Adsorption des Aromas geeigneten Adsorptionsmittel gefüllt.
Die Aromastoffe werden in diesem Adsorptionsbett 8 aus dem Inertgasstrom abge trennt, und der Inertgasstrom wird durch die Leitung 9 zurückgeführt in den Zentralventilator 4 und den Wär- meaustauscher 5, aus dem die Zentralinertgasleitung 10, von dem die Zuführleitung 6 in die Abtreibkolonne 1 abzweigt, ihren Ausgang nimmt.
Das in der Abtreibkolonne 1 von den Aromastoffen befreite zu trocknende Gut wird über eine Förderpumpe 11 und die Gesamtleitung 19 in den aus vier Trocknungs- behältern 15, 16, 17 und 18 bestehenden Trockner eingefüllt. Die Trocknungsbehälter sind von einem Zylin dermantel 29 umschlossen und weisen einen mit Radial schnitt versehenen Bodenteil 28 und einen durchbroche nen Deckelteil 30 auf.
In einem gewissen Abstand von dem Bodenteil 28 ist in jedem der Trocknungsbehälter ein poröses Material 31 angeordnet, auf den das durch die Leitung 19 zugeführte zu trocknende Gut in Form einer ruhenden Schicht angeordnet ist. Zur Stützung des porösen Materials kann eine durchbrochene Trägerplatte, etwa eine Lochplatte aus z.B. Blech oder Kunststoff oder dgl., vorhanden sein. Die Trocknungsbehälter sind aus- serdem mit einem Rührwerk 32 eingerichtet.
Das Rühr werk wird in der Höhe so eingestellt, dass es sich innerhalb der Schichten 12', 12", 12"' bzw. 12"" befin det. Die jeweilig vorgesehene Füllhöhe der Schicht in den Trocknungsbehältern kann beliebig eingestellt werden, im allgemeinen liegen die Schichthöhen zwischen 1 und 1000 mm.
Mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einem durch Durchtritt des Inertgases durch die poröse Mem bran 31 und die Schicht des zu trocknenden Gutes 12', 12", 12"' und 12"" ausreichenden Druck wird aus dem Zentralventilator 4 und dem Wärmeaustauscher 5 kom mendes Inertgas durch die Zentralleitung 10 zunächst in den Trocknungsbehälter- 18 eingepresst. Das trockene Inertgas wird darin teilweise mit Feuchtigkeit gesättigt, tritt oben aus dem Behälter 18 aus und wird durch die Leitung 20 unten in den Behälter 17 eingeführt.
Beim Durchströmen der Schicht 12"' reichert sich das Inertgas weiter mit Feuchtigkeit an; es wird oben aus dem Trocknungsbehälter abgezogen und durch die Leitung 21 unten in den Trocknungsbehälter 16 eingeführt. Darin durchströmt es die Schicht des zu trocknenden Gutes 12".
Der Feuchtigkeitsgehalt des aus dieser Schicht 12" austretenden Inertgases ist nun so hoch, etwa 80 bis 90%, dass dieses feuchtigkeitsbeladene Inertgas durch die Leitung 22 aus dem Trocknungsbehälter 16 abgezogen und in eine Zentralwasseradsorptionsanlage 23 und 23', die aus zwei Adsorptionsbetten besteht, geführt wird.
In dieser Zentralwasseradsorptionsanlage wird das Inertgas erneut getrocknet und über die Leitung 13 wird das getrocknete Inertgas in den Zentralventilator zurückge führt. 49 ist ein Wärmeaustauscher und 50 ist ein Ventilator, die in Tätigkeit treten, wenn das erste Was seradsorptionsbett 23 gesättigt ist und durch die Leitung 48 das zu trocknende Gas über den Wärmeaustauscher 49 und den Ventilator 50 durch die Leitung 51 in das zweite Ad sorptionsbett 23' bzw. umgekehrt geleitet wer den muss.
In den Trocknungsbehälter 15, in dem das zu trock nende Material bereits eine höhere Viskosität angenom men hat, wird ein frischer Inertgasstrom durch die Leitung 26 über den zweiten Kreislaufventilator 24 und den zweiten Kreislaufwärmeaustauscher 25 eingebracht, und zwar mit einem gegenüber dem Inertgas aus der Gesamtleitung 10 etwas erhöhten Druck. Das Inertgas durchströmt die Schicht 12' des zu trocknenden Gutes und wird über die Abführleitung 27 ebenfalls in die Zentralwasseradsorptionsanlage 23 und 23' geleitet.
Nach Entfernung der gesamten Feuchtigkeit aus den Schichten 12', 12", 12"' bzw. 12"" wird das Trockenpul ver, das nunmehr in Form eines porösen, puffsteinartigen Materials vorliegt, über die Austragsvorrichtungen 33, 34, 35 bzw. 36 aus den Trocknungsbehältern 15, 16, 17 bzw. 18 ausgebracht und auf eine Fördervorrichtung 37 geleitet. Von dort führt man das Trockenmaterial entwe der zunächst einer Vermahlung (nicht gezeigt) zu, oder man füllt das Produkt direkt in den Sammelbehälter 38 ein. In diesem Sammelbehälter führt eine Inertgaszuführ- leitung 42, die aus dem Aroma-Adsorptionsbett 8 kommt.
Zur selektiven Desorption der zuvor gespeicher ten Aromastoffe wird über einen dritten Ventilator 39 und einen dritten Wärmeaustauscher 40 durch die Lei tung 41 Inertgas, die aus dem Inertgas-Vorratsbehälter 44 entnommen und über die Zuführleitung 47 herangebracht wird, in das Adsorptionsbett 8 eingeleitet.
Die Aroma stoffe werden von diesem Inertgasstrom selektiv desor- biert, und das mit dem Aroma beladene Inertgas strömt durch die Leitung 42 in den Sammelbehälter 38. Infolge des hochporösen Zustandes des erfindungsgemäss gewon nenen Trockenproduktes werden die Aromastoffe aus diesem Inertgas an dem Trockenmaterial vollständig und gleichmässig re-adsorbiert, so dass nach Auflösung des Trockenpulvers in Flüssigkeit das Produkt auch ge schmacklich von dem Ausgangsprodukt nicht zu unter scheiden ist.
Aus dem Sammelbehälter 38 wird das Inertgas nach der Re-Adsorption der Aromastoffe durch eine Abführleitung 43 abgeführt und zwecks Trocknung in die Zentralwasseradsorptionsanlage 23 bzw. 23' einge bracht.
In Fig. 2 ist eine abgeänderte Art einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht. Anstelle der Trocknungsbehälter 15, 16, 17 und 18 der Fig.1 lässt sich ein kastenförmiger, rechteckiger Behälter 80 einsetzen, der mit einem porösen Band 81 hermetisch abgedichtet ist. Bei 82 ist ein Materialeinlass und bei 83 ein Materialauftrag veran schaulicht, durch die die Zuführung des zu trocknenden Gutes erfolgt. Das zu trocknende Gut wird auf dem porösen Band 81 als Schicht, zweckmässig mit einer Schichthöhe zwischen 1 und 500 mm, angeordnet.
Der kastenförmige Behälter 80 hat mehrere Kammern 84, 85, 86 und 87 sowie einen Trockenraum 88, der für den Trockenschwanz vorgesehen ist. Durch die Leitung 89 wird aus dem Zentralventilator 4 über den Wärmeaus- tauscher 5 und die Zentralleitung 10 zugeführtes Trok- kenmittel in die Kammer 84 geleitet. Aus der Kammer 84 wird das Trockenmittel in die Kammer 85, und von dort, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, in die Kammern 86 und 87 jeweils durch die Leitungen 90 bzw. 91 bzw. 92 geführt.
Aus der Kammer 87 wird das mit Feuchtigkeit hochbeladene Inertgas durch die Leitung 93 abgezogen und, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 be schrieben, in die Zentralwasseradsorptionsanlage 23 und 23' eingebracht. In den Trockenraum 88 wird durch eine Leitung 89 trockenes Inertgas, das gegenüber dem durch die Leitung 89 zugeführten Inertgas einen höheren Druck aufweist, in den Behälter 80 eingeführt, und dieses Gas wird nach Durchströmen des zu trocknenden Gutes über die Leitung 85 abgezogen und in die Zentralwasserad- sorptionsanlage 23 und 23' geführt.
Bei dem durch das System geführten Inertgas handelt es sich um verhältnismässig kleine Volumina, die im Umlauf sind, und die Verluste sind sehr gering, da in einem geschlossenen System im Kreislauf gearbeitet wer den kann. Bei einer 1000 Liter H2O-Verdampfungsanla- ge umfasst das Volumen der gesamten Apparatur maxi mal 2000 m3,
einschliesslich der verhältnismässig um fangreichen verschiedenen Adsorptionseinheiten zur Aro- maabtrennung und selektiven Desorption sowie zur Entfeuchtung der Hauptmenge des Inertgases. Da das Inertgas in grosser Reinheit eingesetzt wird, kann die Entfeuchtungsanlage zwischengeschaltet werden, ohne dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ beein- flusst wird.
Die apparative Anlage lässt sich so gestalten, dass Reparaturen in einfacher Weise vorgenommen werden können. Die Trocknungsbehälter und die porösen Mem branen, die je nach Grössenordnung der Trocknungsbe- hälter in einer Entfernung von 20 bis 2000 mm vom unteren Boden der Trocknungsbehälter angebracht wer den, sind direkt angeschlossen an die Inertgaseinführung zwischen dem Boden und stehen ebenfalls in direkter Verbindung mit dem Gasaustritt an der oberen Decke des Behälters.
Die Durchmesser der Trocknungsbehälter sollen zweckmässig so bemessen sein, dass sich bei der jeweili gen vorgesehenen Füllhöhe, z.B. von 300 mm Schichthö he des Trocknungsgutes, die Geschwindigkeit des Gas stromes variieren lässt zwischen etwa 0,2 und 3 m/Sekun- de. Vorzugsweise wird mit einer Gasdurchtrittsgeschwin- digkeit von 0,4 bis 1,5 m/Sekunde gearbeitet, solange das Trocknungsgut flüssig oder halbfest ist.
In dem Masse, wie die Viskosität des Trocknungsgutes infolge Abtrei ben des Feuchtigkeitsgehaltes ansteigt, sinkt die Gas durchtrittsgeschwindigkeit. Man kann dem. Sinken der Gasdurchtrittsgeschwindigkeit dadurch entgegenwirken, dass man den Druck, mit dem das Inertgas durch die Schicht gepresst wird, stetig oder abschnittsweise entspre chend der Viskositätszunahme des Trocknungsgutes er höht.
In einer 5000 Liter-Anlage, in der zylindrische Trock- nungsgefässe mit einem Durchmesser von 4 bis 8 Metern eingesetzt werden, und in der 50 000 bis 60 000 m3 N2 im Kreislauf geführt werden, arbeitet man zweckmässig, je nach Sättigungsgrad und Temperatur, mit einer Gasge schwindigkeit von 0,8 bis 0,9 m/Sekunde. Die obere Grenzgeschwindigkeit liegt dabei etwa bei 1 bis 1,2 m/Se- kunde. Die untere Grenzgeschwindigkeit liegt dabei bei etwa 0,4 bis 0,5 m/Sekunde.
Die Trocknungsbehälter werden zweckmässig mit einer Höhe von mindestens 1 m vorgesehen. Bei Produk ten, die anfänglich zum Schäumen neigen, kann man Trocknungsbehälter mit einer Höhe von 3 bis 4 Metern einsetzen. Im Mittel ist es nicht erforderlich, die Trock- nungsbehälter höher als 1,5 bis 2 m über der porösen Membran vorzusehen.
Die Trocknungsbehälter werden zweckmässig aus Chromnickelstahl oder aus mit Kunststoff beschichtetem Eisen gebaut. Man kann sie auch aus selbsttragendem Kunststoffmaterial fertigen.
In einer Anlage, die zur kontinuierlichen Trocknung vorgesehen ist, kann man vorteilhaft 4 bis 8 Trocknungs- behälter nebeneinander betreiben. Es ist ferner möglich, z.B. mittels eines kontinuierlich laufenden Transportban des, das aus porösem Material bestehen kann und auf einer Unterlage gleitet und das in einzelne Zellen abge dichtet ist, zu arbeiten. Das entfeuchtete Inertgas wird dann in die erste Zelle eingeführt und beim Austritt aus der Schichtoberfläche zurückgeführt zum Boden der zweiten Zelleneinheit und in dieser Weise bis zur völligen Sättigung bis zur letzten Zelleneinheit geleitet.
Es ist möglich, auf einem solchen Band mit einer sehr dünnen Schichtdicke des Trocknungsgutes von 1 mm bis zu 100 mm zu arbeiten.
Zweckmässig wird das trockene Gut am Schluss des Bandes abgenommen und in einen grösseren Trock- nungsbehälter übergeführt, indem es mit einer Schütthö he von 200 bis 1000 mm eingefüllt wird. Dort kann man dann eine Übertrocknung mit frischem hochentfeuchte tem Inertgas oder Luft vornehmen und anschliessend die durch selektive Re-Adsorption aus der Spezialad- sorptionseinheit freigesetzten Aromastoffe dem getrock neten Gut zuführen.
Die Re-Adsorptionsphase stellt bei der Bedeutung des Aromas und des Geschmackes der Trockenprodukte eine Vervollständigung des erfindungsgemässen Verfahrens für solche Art Lebensmittel und dgl. dar. Gewünschten falls kann man zwischenzeitlich das getrocknete Produkt vermahlen. Es ist jedoch vorteilhafter, die Vermahlung erst vorzunehmen, nachdem die re-adsorbierten Aroma stoffe dem getrockneten Produkt zugegeben worden sind. Es muss darauf geachtet werden, dass die Vermahlung unter Luftabschluss erfolgt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren gelingt es infol ge der möglichen Steuerung der Geschwindigkeit des Inertgases und der Feinstzerteilung des Inertgases durch die poröse Membran, das Trocknungsgut in hochviskose Phase zu überführen und in hochporöser Form zur Erstarrung zu bringen. Es handelt sich dabei um fliessen- de unmittelbare Übergänge aus dem hochviskosen Zu stand in den Verfestigungszustand und in den Erstar rungszustand, und das fertig getrocknete Material liegt infolgedessen hochporös mit feiner Porenbildung vor.
Dadurch erhält das getrocknete Material in festem Zu stand eine Struktur, die die Wiederauflösung in kaltem Wasser oder in Lösungsmitteln in kürzester Zeit etwa blitzartig ermöglicht. Ausserdem stellt das getrocknete Produkt als solches ein Adsorptionsmittel für die selektiv aus der gesonderten Adsorptionsanlage entfernten und dem getrockneten Gut zugeführten Aromastoffe dar. Das getrocknete Gut verbleibt nach Beendigung des erfin- dungsgemässen Verfahrens als eine Art Puffstein zurück.
Das Volumen des getrockneten Gutes ist beim erfin- dungsgemässen Verfahren gegenüber dem Volumen der eingefüllten Schicht des zu trocknenden, die Feuchtigkeit noch enthaltenden Gutes, nicht geändert. Durch Verrnah- lung lässt sich das getrocknete Gut in jede gewünschte Korngrösse oder in Granulat aufarbeiten, das die hervor ragende Löslichkeit ebenso wie das ungemahlene Pro dukt aufweist. Das fertige Produkt ist lange unverändert haltbar. Es lässt sich ohne Schwierigkeiten nach üblichen Methoden verpacken.
Gegenüber den nach bisher be kannten Verfahren hergestellten Trockenprodukten zeichnet sich das erfindungsgemäss erhaltene Produkt durch besondere Qualität und Struktur aus. Es ist wesentlich schneller löslich als die bekannten Produkte; nach erfindungsgemässen Verfahren getrockneter Kaffee oder Tee ist augenblicklich in warmem Wasser und in wenigen Sekunden in kaltem Wasser vollständig löslich. Nach erfindungsgemässem Verfahren hergestelltes Voll milchtrockenpulver ist auch in kaltem Wasser IOOQ/oig voll löslich, und zwar in wenigen Sekunden.
Trotzdem arbeitet das erfindungsgemässe Verfahren mit geringeren Kosten als die bisherigen Trocknungsver- fahren, z.B. die Zerstäubungstrocknung. Gegenüber der bekannten Gefriertrocknung betragen die Kosten beim erfindungsgemässen Verfahren nur etwa den 10. bis 15. Teil.
Die Investitionskosten beim erfindungsgemässen Verfahren betragen nur 1/4 bis 1/5 der Investigations- kosten einer Gefriertroekenanlage. Die für das erfin- dungsgemässe Verfahren eingesetzten Apparaturen las sen sich voll automatisch steuern.
Das Schüttgewicht des erfindungsgemäss gewonnenen trockenen Gutes kann auf den jeweils gewünschten Wert durch Variation der Verfahrensmassnahmen, wie z.B. Variierung von Druck und Inertgasgeschwindigkeit, auf den jeweils gewünschten Wert eingestellt werden.
Man kann Anlagen zur Durchführung des erfindungs- gemässen Verfahrens in jeder beliebigen Grösse bauen und wirtschaftlich führen. Es lassen sich kleine Einheiten, z.B. für 10 kg H20/je Stunde, mit praktisch verhältnis- mässig ebenso geringem Investitionsaufwand installieren wie grosstechnische Anlagen. Der Kapazitätsgrenze sind nach oben keine Grenzen gesetzt. Anlagen können für 1000, 5000, 10000 bis 100 000 kg H20 je Stunde gebaut und betrieben werden.
Es ist besonders hervorzuheben, dass durch das Ar beiten bei Normaltemperaturen von vorzugsweise 10 bis 30 C, insbesondere durch Vermeidung von tiefen Tem peraturen, wie sie bei der Gefriertrocknung angewendet werden müssen, eine Schädigung des Trockenproduktes sicher ausgeschlossen wird. Ausserdem kann bei- Ver arbeiten von Emulsionen, wie Vollmilch, die Gefahr einer Desintegration durch entsprechende Unterbrechung des Konzentrationsvorganges durch Zwischenschaltung einer Homogenisierungsstufe sicher vermieden werden.
Die Qualität der erfindungsgemäss gewonnenen Trok- kenprodukte ist so hoch, dass ein Unterschied zu den flüssigen Ausgangsprodukten praktisch nicht mehr fest gestellt werden kann. Dies gilt für Fruchtsäfte und Fruchtpasten sowie für Milchprodukte, wie z.B. Voll milch selbst, Magermilch und Milchmischgetränke, und dies gilt ebenso für Kaffee oder Tee oder dgl. Die bei den bekannten Verfahren dieser Art sich häufig störend bemerkbar machenden Aromaverluste und Denaturie- rungserscheinungen sind beim erfindungsgemässen Ver fahren vollständig ausgeschlossen.
In den nachfolgenden Beispielen wird das erfindungs- gemässe Verfahren anhand von einzelnen Anwendungs gebieten noch näher beschrieben. Beisspiel <I>1</I> In einer üblichen Extraktionsanlage wurde Kaffee sehr schonend extrahiert, und 591 kg des dabei erhalte nen Kaffee-Extraktes mit einer Trockensubstanz von 15 % wurden über die Aufgabepumpe 3' durch die Ein führungsleitung 3 durch die Verteilerdüse 2 in die Ab treibkolonne 1 eingebracht, in die ferner 1200 m3/Std. an Stickstoffgas geleitet wurden.
In der Abtreibkolonne wurde der Kaffee-Extrakt partiell entaromatisiert. Das Stickstoffgas wurde aus dem Zentralventilator 4 über den Wärmeaustauscher 5 durch die Leitung 6 in die Abtreibkolonne 1 eingeführt. Aus der Abtreibkolonne 1 wurde das mit dem Aroma beladene Stickstoffgas durch die Leitung 7 in das Adsorptionsbett 8 geleitet. Dort wird das Aroma und der in dem Inertgas enthaltene Wassergehalt adsorbiert und akkumuliert.
Das aroma- freie Inertgas wird durch die Leitung 9 in den Zentral ventilator 4 zurückgeführt. Über die Förderpumpe 1l wird der entaromatisierte Kaffee-Extrakt aus der Abtreibkolonne 1 durch die Leitung 19 auf die vier Trocknungsbehälter 15, 16, 17 und 18 gleichmässig verteilt. Die gesamte Auflagefläche für den zu trocknenden Kaffee-Extrakt mach 18 m2 aus. Jeder Trocknungsbehälter hat eine Gesamthöhe von 2 m.
Im Abstand von 200 mm vom unteren Boden 28 befindet sich ein poröser Zwischenboden 31, der aus Kunststoff besteht. Durch den Zwischenboden 31 wird von unten hochentfeuchteter Stickstoff mit einer Temperatur von 34 C und einem Wassergehalt von 0,002 g je m3 geleitet. Es werden 60 000 m3 pro Stunde an Stickstoff angesetzt.
Die Einspeisung erfolgt kontinuierlich über den Zentral ventilator 4 und den Wärmeaustauscher 5 durch die Zentralleitung 10 unten in den Trocknungsbehälter mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 0,9 m/Sekunde. Es erfolgt eine intensive Dispergierung innerhalb der Schicht 12"" des in dem Trocknungsbehälter 18 befindlichen zu trocknenden Gutes. Dabei kann das in dem Trocknungsbehälter angeordnete Rührwerk 32 betä tigt werden.
Das Inertgas tritt aus dem Behälter oben aus und wird durch die Leitung 20 unten in den Trocknungs- behälter 17 und durch die Schicht 12"' geführt, der ebenfalls Wasser entzogen wird. Das höher wasserhaltige Stickstoffgas wird aus dem Trocknungsbehälter 17 durch die Leitung 21 dem Boden des Behälters 16 zugeführt und durch den darin enthaltenen porösen Boden durch die Schicht 12" des zu trocknenden Gutes hindurchge- presst. Aus dem Behälter 16 wird das nun mit Feuchtig keit gesättigte Inertgas oben durch die Leitung 22 abgezogen und über die Rückflussleitung 27 in das <RTI
ID="0006.0084"> Zentralwasseradsorptionsbett 23 bzw. 23' geführt. In den Trocknungsbehälter 15 wird trockenes Inertgas, das über den Ventilator 24 und den Wärmeaustauscher 25 durch die Hauptleitung 26 zuströmt, mit einem höheren Druck von 2000 mm Wassersäule eingeleitet. Dieses Gas wird durch den porösen Boden 31 in dem Trocknungsbehälter 15 und durch die Schicht des zu trocknenden Gutes 12' geführt, die bereits einen hochviskosen Zustand ange nommen hat. Aus dem Trocknungsbehälter 15 wird das mit Feuchtigkeit beladene Inertgas durch die Leitung 27 in das Zentralwasseradsorptionsbett 23 bzw. 23' geführt.
Die Trocknungsbehälter 15, 16, 17 und 18 werden in einer Schichthöhe von 300 mm gefüllt. Der gesamte Trocknungsprozess dauert in den 4 Einheiten mit einer Gesamtfläche von 72 m2 insgesamt 36 Stunden. Die dabei verwendeten 60 000 m3 / Std. an Stickstoff werden bis zu 80% mit Feuchtigkeit gesättigt. Nach Sättigung wird das Wasser aus dem Inertgas durch Adsorption in dem Zentralwasseradsorptionsbett 23 wieder entfernt.
Dabei wird das Inertgas, das das Zentralwasseradsorptionsbett durchströmt hat, durch die Leitung 48 aus diesem Bett 23 in einen Wärmeaustau- scher 49 über einen Ventilator 50 in den Zentralventilator 4 zurückgeführt und von dort gelangt das inzwischen wieder getrocknete Inertgas in den Kreislauf zurück.
In den Trocknungsbehältern 15, 16, 17, 18 nimmt das in den Schichten 12', 12", 12"' und 12"" vorhandene Material eine ständig wachsende Viskosität an. Es bildet sich von unten nach oben verlaufend eine langsam erstarrende Masse, die schliesslich durch die gebildeten Hohlräume zu einem mehr oder minder zusammenhän genden porösen Kuchen erstarrt. Durch den geringen Restwassergehalt des Stickstoffes und damit der Diffe renz der Partialdrücke kann eine Übertrocknung bis 1,5% Restfeuchtigkeit erfolgen.
Nach beendeter Trock nung wird nur durch Wärme mit sehr wenig Inertgas (Schiebe-Stickstoff), das über den Ventilator 39 und den Wärmeaustauscher 40 durch die Leitung 41 in das Adsorptionsbett 8 eingeführt wird, das Aroma aus der Adsorptionseinheit 8 selektiv desorbiert. Es wird mit dem Stickstoffträgergas durch die Leitung 42 in das hoch poröse trockene Kaffeepulver integriert.
Das getrocknete Kaffeepulver ist aus jedem der Trocknungsbehälter 15, 16, 17 vermittels der darin angeordneten Rührwerke 32 durch die Austragleitungen 33, 34, 35 und 36 über die Fördervorrichtung 37 in den Sammelbehälter 38 einge bracht worden, in den die Aroma-Trägergas-Transport- leitung 42 mündet.
Das getrocknete Material wird in beliebiger Weise auf geeignete Korngrösse gebracht. Der Staubgehalt liegt unter 501o, so dass die Wiederauflösung des Staubes und die Rückführung in den Prozess nicht notwendig ist. Das Pulver wird unter Ausschluss von Sauerstoff in irgendei ner beliebigen Verpackungsanlage verpackt. Es ist auch nach längerer Lagerung beim Gebrauch in kaltem Wasser instant löslich. <I>Beispiel 2</I> Herstellung von Bananenpüree.
Bei diesem Versuch wurden stündlich 672 kg Ba nanenpüree von 25% Trockensubstanz nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren zu Trockenpulver mit 30j0 Restfeuchtigkeit verarbeitet. Das Bananenpüree wird kontinuierlich wie in Beispiel 1 beschrieben in die Trocknungsbehälter 15, 16, 17 und 18 eingeführt. Die Höhe der Schichten 12', 12", 12"' und 12"" auf dem porösen Boden 31 betrug 330 mm.
Das Bananenpüree war zuvor in der Abtreibkolonne 1 wie in Beispiel 1 beschrieben entaromatisiert worden. Das Aroma wurde wie ebenfalls in Beispiel 1 beschrieben in dem Adsorptionsbett 8 angereichert und akkumu liert.
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde mit 60 000 m3/Std. entfeuchtetem Stickstoff von 240C durchgeführt, der wie in Beispiel 1 beschrieben durch die Leitungen 10, 20, 21 in die Trocknungsbehälter 18, 17 und 16 bzw. durch die Leitung 26 in den Trocknungsbe- hälter 15 und dort durch die Schichten des zu trocknen den Bananenpürees 12', 12", 12"' und 12"" geführt wurde. Die Entwässerung des mit Feuchtigkeit angerei cherten Stickstoffstroms wurde wie in Beispiel 1 beschrie ben in der Zentralwasseradsorptionsvorrichtung 23 bzw. 23' vorgenommen. Der Dehydratationsprozess wurde 40 Std. lang durchgeführt.
Es fielen stündlich 172 kg Bananenpulver an, das aus den Trocknungsbehältern 15, 16, 17 bzw. 18 durch die Austragvorrichtungen 33, 34, 35 und 36 über die Fördervorrichtung 37 in den Sammelbe- hälter 38 übergeführt wurde. Darin wurde das aus dem Adsorptionsbett 8 selektiv desorbierte Bananenaroma dem trockenen Bananenpulver integriert, und danach wurde das Pulver in die gewünschte Korngrösse vermah- len und der Verpackung zugeführt.
Nach Wiederauflösung mit Wasser ergibt sich ein vom Ausgangsprodukt nicht zu unterscheidendes Ba nanenpüree. Die Auflösung erfolgt augenblicklich in kal tem Wasser.
<I>Beispiel 3</I> Wie in Beispiel 2 wurden 570 kg Tee-Extrakt mit 12% Trockensubstanz zu einem Trockenpulver mit 3 / Restfeuchtigkeit verarbeitet. Der Tee-Extrakt wurde in an sich bekannten Extraktoren gewonnen, wobei alle entweichenden Aromastoffe aufgefangen und in dem Adsorptionsbett 8 akkumuliert wurden.
Der Tee-Extrakt wurde kontinuierlich vermittels der Aufgabepumpe 3' durch die Einführleitung 3 in die Abtreibkolonne 1 und die Verteilerdüse eingeführt und dort das noch in dem Extrakt enthaltene Aroma abgestrippt und ebenfalls in das Adsorptionsbett 8 eingeführt und darin akkumuliert. Aus der Abtreibkolonne 1 wurde über Pumpe 11 und Einführleitung 19 der Tee-Extrakt in die Trocknungsbe- hälter 15, 16 bzw. 17 bzw. 18 bis zu einer Höhe von 300 mm über den porösen Boden 31 eingefüllt.
Der durch die Leitungen 10 bzw. 20 bzw. 21 bzw. 26 aus dem Zentralventilator 4 und dem Wärmeaustauscher 5 bzw. durch den Ventilator 24 und den Wärmeaustau- scher 25 zugeführte hochentfeuchtete Stickstoff hatte eine Temperatur von 24 C. Es wurden 60 000 m3/Std. an hochentfeuchtetem Stickstoff durch die Apparatur durch geleitet. Der Stickstoff wurde bis zu einer Sättigung von 80/90 j gefahren. Dann wurde der mit Feuchtigkeit beladene Stickstoff durch die Leitungen 22 und 27 in das Zentralwasseradsorptionsbett 23 bzw. 23' geführt und dort wieder getrocknet und wie in Beispiel 1 beschrieben in den Kreislauf zurückgeführt.
DasVerfahren wurde 36 Stunden lang fortgeführt. Man erhielt einen stündlichen Anfall von 70 kg Teepul ver, das in trockenem Zustand aus den Trocknungsbehäl- tern 15, 16, 17 bzw. 18 durch die Austragvorrichtung 33, 34, 35 bzw. 36 und die Fördervorrichtung 37 in den Sammelbehälter 38 eingebracht wurde. Darin wurde dem getrockneten Teepulver das in dem Adsorptionsbett 8 zuvor akkumulierte Aroma, das wie in Beispiel 1 be schrieben selektiv desorbiert und über die Leitung 42 in den Sammelbehälter 38 eingeführt wurde, zugegeben. Das Aroma wird von dem trockenen Teepulver voll adsorbiert.
Das getrocknete und mit dem Aroma integrierte Teepulver wird in die gewünschte Korngrösse gemahlen und der Verpackung zugeführt, die in beliebiger Weise vorgenommen werden kann. Nach Auflösen in kaltem oder warmem Wasser ergibt das Pulver einen Tee. der von frisch aufgegossenem Tee nicht zu unterscheiden ist.
Das Pulver wird dann in die gewünschte Korngrösse gemahlen und der Verpackung zugeführt. Nach Auflö sung in kaltem oder warmem Wasser ergibt das Pulver einen Tee, wie er von selbst aufgegossenem Tee nicht mehr zu unterscheiden ist. <I>Beispiel 4</I> Es wurden stündlich 533 kg frischer Tomatensaft oder -mark zu Trockenpulver mit einem Restfeuchtig keitsgehalt von 3% überführt.
Der Tomatensaft oder -mark wird durch schonende Pasteurisierung und Pürierung gewonnen. Es wird bis zu einer Höhe von 300 mm in die Trocknungsbehälter gefüllt. Das Aroma wird, wie in Beispiel 1 ausgeführt, getrennt und gespeichert. Getrocknet wird mit 60 000 m3/Std. hochentfeuchtetem Stickstoff und mit Temperaturen von 24 C der entfeuchtete Stickstoff nach einander in die vier Trocknungsbehälter 18, 17, 16 bzw. 15 von unten nach oben geführt, bis zu einer Sättigung von 80/90 /o. Der Trockenprozess dauerte 36 Stunden. Man erhielt stündlich 33 kg Tomatenpulver.
Das gesamte gespeicherte Aroma wird dem übertrockneten Pulver integriert, bevor das Pulver in die gewünschte Korngrösse durch Mahlen gebracht und der Verpackung zugeführt wird.
Das gewonnene Produkt entspricht aufgelöst frischem Tomatensaft oder -mark.
<I>Beispiel S</I> Sofern nicht aus Qualitätsgründen von einer Vor konzentration mit tiefen Temperaturen und mit entfeuch tetem Stickstoff ausgegangen wird, wie in der Beschrei bung angeführt, wird ein in einem modernen Vakuum verdampfer hergestelltes Konzentrat 1 : 4 eingeengt, also bei einer Ausgangstrockensubstanz von 13% 52% Trok- kensubstanz genommen. Dieses Konzentrat wird von der Einführung in die Dehydrationsanlage noch einmal einer gründlichen Homogenisierung unterworfen.
Bei dieser Konzentration besteht keine Gefahr einer Desintegration der Emulsion bei dem nachfolgenden Dehydrationspro- zess.
Es wurden 4132 kg Vollmilchkonzentrat verarbeitet, was bei 52% Trockensubstanz und 3% Restfeuchtigkeit 2132 kg an Pulver ergibt. 2000 kg H20 waren zu ver dampfen. Bei einer ermittelten Gesamttrocknungszeit von 12 Std. waren Trocknungsbehälter notwendig in einer Grössenordnung von 166 m= bei einer Einfüllhöhe von 300 mm. Es wurden zwei Reaktionseinheiten mit 83 m2 Gesamtfläche an porösem Boden eingesetzt. Die Höhe betrug 2m. Die Entfernung des porösen Bodens vom unteren Boden betrug 400 mm. Die Durchmesser der beiden Körper betrugen je 10,3 m.
Es wurde reines Stickstoffgas von 99,99% und 0,002 g/cbm H,0-Gehalt eingesetzt. Die eingefüllte Milch wurde zuvor entgast, um auch den Sauerstoffgehalt der Milch selbst zu entfernen. Dann wurde die Milch in einem intensiven hochdispersen Kontakt mit dem durch den porösen Boden der Trock- nungsbehälter zugeführten Trocknungsmittel gebracht. Die Menge des Stickstoffgases, die als Trocknungsmittel zur Entfernung von 2000 kg H20/Std. benötigt wurde, betrug 220 000 m3. Die Temperatur betrug 26 C.
Das völlig trockene Gas wurde zuerst durch den Trocknungs- behälter, in dem die Trocknung am weitesten fortge schritten war, ganz partiell hindurch geleitet. Es wurde eine Aromatrennung und Rückgewinnung, wie im Bei spiel 1 beschrieben, in vereinfachter Form zwischenge schaltet. Das Pulver wurde in der Schlussphase auf l y2 bis 2% Restfeuchtigkeit heruntergetrocknet, um nach Aufnahme des Aromas wiederum auf 3% Restfeuchtig keit anzusteigen.
Es entstand nach 12 Std. ein tuffsteinar- tiger, trockener, teilweise bröckliger Kuchen, der mittels schonender Vermahlung auf die gewünschte Granulat- grösse gebracht wurde. Das resultierende Pulver ist ultrainstantlöslich auch in kaltem Wasser. Etwa zuviel anfallendes Feinkorn, was über 4 bis 5% liegt, das normalerweise nicht der Fall ist, wird der Wiederauflö sung zugeleitet. Die Qualität nach Wiederauflösung ent spricht völlig derjenigen der Ausgangsmilch.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich die verschiedensten Arten von konzentrierten oder Trok- kenprodukten gewinnen. Es ist danach beispielsweise die Herstellung von Fleisch- und Fischpüree, Fleischextrakt, Trockenpulver, Trockengelatine, Trockenhefe, Biertrok- kenpulver und dgl. in schonender Weise und unter Erhal tung der natürlichen Zusammensetzung der Festkörper- Bestandteile möglich. Die so gewonnenen Trockenpro dukte lösen sich augenblicklich in kaltem Wasser zu von den natürlichen Produkten praktisch nicht unterscheid baren.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich, falls gewünscht, auch zum Konzentrieren von Flüssigkeitsge mischen einsetzen. Dabei wird in der gleichen Weise, wie dies im vorstehenden ausführlich dargelegt ist, gearbei tet, man beendet aber die Durchleitung des Trocknungs- mittels zu einem Zeitpunkt, an dem sich das zu trocknen de Gut noch im flüssigen Zustand befindet. Das Endpro dukt ist dann mehr oder weniger viskos, aber noch nicht vollständig trocken. Die Rückverdünnung mit Wasser kann ohne Schwierigkeit vorgenommen werden; die Lös lichkeit des jeweiligen Verfahrensproduktes ist in jedem Fall ausgezeichnet.
Mit besonderem Erfolg kann man nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren die vollständige oder teilweise Entalkoholisierung von Bier und die Konzentrierung von Fruchtsäften vornehmen.
Process for the production of instantly soluble products The invention relates to a process for the production of improved and particularly quickly and easily completely soluble products, even in cold liquids, from starting materials which contain at least one liquid and one solid substance at the treatment temperature, which are mixed with one another, e.g. Can be dried in the form of solutions, emulsions, dispersions, pastes or the like.
The invention is based on the object of obtaining a rapidly soluble product, in particular a dry powder, also called instant powder, at normal temperatures in one operation and without any special expenditure on equipment, which retains its solubility over long storage times.
It is already known to produce instant powder. In the known methods, considerable energy is always used, be it in the form of thermal energy or in the form of cold energy, and in addition, in the majority of the known methods, at least two operations are required.
A method is already known in which stant powder can be obtained in just one operation and at about room temperature, which retains its solubility for a long time. In this known procedural ren, the liquid material to be dried with fine distribution in the upper part of a tower, into which a dehumidified desiccant is introduced from below, is introduced, and the size of the introduced drops of material, their distribution and their exit speed and the flow rate, the temperature and the humidity of the desiccant and the height and diameter of the tower are selected and coordinated with one another,
that the upper area of the tower acts as a washer and that the drying process in the area below the washing zone is controlled in such a way that, due to a low drying potential, there is a continuous flow of moisture from the inside of the drop to the outside in such a way that neither encrustation of the drop surface nor bursting the same occurs.
Although very good results can already be achieved with this method, a certain disadvantage of this method is that very high drying towers are required, even if only relatively small quantities of material are to be dried.
It has now been found that these disadvantages can be overcome and an even better product can be obtained if, in a process for the production of instantly soluble product, in which from low to highly viscous material, at least one liquid at treatment temperature and at least one at Be handling temperature contains solid substance in the mixture, assumed and worked using a dehumidified gaseous desiccant, according to the invention proceeds in such a way that the material to be dried is placed as a static layer on a solid material existing porous material, eg a membrane, and from bottom to top,
essentially perpendicular through the material and through the layer of the goods to be dried, the desiccant with at least one of the sum of the pressures to overcome the resistance through the porous material plus the hydrostatic pressure of the layer of the goods to be dried plus the flow pressure of the drying with - by means of the appropriate pressure passes through the material to be dried until the liquid contained in the material is removed. The resting layer of the material to be dried is preferably arranged at a layer height of 1 to 1000 mm. The duration of the process is preferably essentially between one and 200 hours.
It can work in a temperature range from 2 to 80 C, preferably from 10 to 30 C, who the.
An inert gas, such as pure nitrogen or CO 2, which advantageously has a moisture content as low as 0.02 to 0.01 g / cbm, corresponding to a dew point of -72 to -76 C, can be used as the drying agent. For goods that are sensitive to oxidation, it is advisable to use an inert gas whose degree of purity is 99.997 ° free from oxygen.
As a drying agent for items to be dried that are not susceptible to oxidation, it is advantageous to use pure, appropriately finely filtered air. In the method according to the invention, the gaseous drying agent is thus dispersed within the static layer of the material to be dried and is pressed through the material layer in a dispersed form.
In all previously known drying processes in which air or gas is used as a heat transfer medium, the drying agent only comes into contact with the surface of the goods to be dried, a certain amount of moisture being absorbed by the drying agent only from the surface layer of the drying agent .
Further moisture can only be absorbed and withdrawn from the drying agent to the extent that the moisture is able to diffuse from the interior of the material to be dried into the upper surface edge zone. In all previously known air or gas drying processes, the degree of drying and the drying effect are therefore essentially related to the diffusion effect of the liquid from the edge zone of the material to be dried into the drying agent
and on the other hand, the diffusion effect from the interior of the item to be dried in its edge zone. In particular, the latter diffusion effect is relatively low at normal temperature and relatively large layer thicknesses of the material to be dried. As a result, in the drying process known to date, you either have to work with a very high level of equipment and complex devices or use high energies, for example in the form of cold (freeze drying) or in the form of kinetic energy (puff drying) or the like.
When working with heat or cold energies, the other known disadvantages of impairing the aroma and / or influencing the structure of the material to be dried also occur, which is particularly disadvantageous when treating sensitive foods such as milk, coffee, tea, fruit juices and the like.
The method according to the invention enables gentle drying without the use of heat and without a vacuum, so that there is no need for equipment. All types of material to be dried can be converted into a dry powder under simple process conditions with practically no loss of aroma and avoiding any denaturation phenomena, which is instantaneously soluble in cold liquids such as cold water.
According to the method according to the invention, it is even possible to produce a whole milk dry powder from natural whole milk which is 100% fully soluble in cold water in a few seconds.
In the process according to the invention, the starting product, which can be in the form of liquid or pasty substances, solutions, suspensions, from foodstuffs as well as from other products, especially chemical products of all kinds, is in particular a fruit juice or a fruit paste ste, a vegetable mash, mashed potatoes, blood, yeast, a plant extract, pectin, gelatine, glue, a fish or meat paste, a fish or meat extract, or a milk product such as whole milk, skimmed milk, cream, butter, yoghurt, fat or low-fat quark, a mixed milk drink, milk cocoa, or coffee or tea extract,
preferably filled into a suitable drying container. The drying container can have a lower net-like or grid-like support base and an upper cover provided with gas outlet openings, as well as solid side walls. A porous material as a membrane, for example made of plastic, can expediently be arranged as an intermediate floor at a distance of 200 mm from the lower floor. The material to be dried can be applied to this membrane at a layer height of 1 to 1000 mm.
Then highly dehumidified stick material or CO .; through the container bottom and from bottom to top through the porous membrane. for all products susceptible to oxidation or highly dehumidified air, if the product allows it due to its resistance to oxidation. By pushing this gas flow through the porous membrane, the gas flow is then divided into many small individual particles, so that it represents a disperse phase. This divided gas is pressed against the bottom surface of the material to be dried arranged on the membrane, and the pressure is increased so long that the finely dispersed gas is pressed through the entire layer of the material to be dried on the membrane.
This initiates the solidification and solidification which begins in the layer permeated with the dispersed gas and which becomes noticeable in the various stages of the different concentration through increasing viscosity. The degree of division of the gas flow can be varied by different pore diameters of the porous membrane. Suitable fabrics made of textile material, plastic, steel fibers or other metal fibers, or also porous sintered materials, or metals or the like, which ensure a micro-division of the gas flow, are expediently used as membrane material.
The layer of the goods to be dried, which is applied to this porous membrane, can be stirred while the finely divided gases are being passed through or slightly moved in some other way, at least as long as the goods to be dried are relatively liquid. The stirring movement can be switched off as soon as the viscosity of the material to be dried becomes relatively high.
The layer height of the material to be dried, which can be between 1 mm and 1000 mm, and which is expediently set to 10 to 400 mm, can be varied depending on the functional or economic point of view.
For the efficiency of the method according to the invention, the degree of division and the speed with which the gas are passed through the liquid layer are important. The speed is generally between 0.2 and 2 m per second when drying liquids according to the invention. The speeds for purees are slightly lower.
If the gas velocity is set too high, then, at least in the first drying stage, undesirably high foaming occurs, which can be avoided by first working at a lower speed or a lower pressure and after removing most of the moisture, when the mass to be dried has assumed a relatively highly viscous state, the pressure with which the gas is pressed in the divided state through the material to be dried increases so that the initial throughput rate of the gas is maintained as far as possible.
If, according to the invention, products are processed which contain easily vaporizable aromas that can be removed with the gaseous drying medium, such as orange juice, coffee or tea extracts or the like, then it is expedient to work in such a way that in a preliminary stage before the actual drying process is a deliberate separation of aromas.
The starting material is fed to a stripping column in which, with a fraction of the inert gas used in the entire system, such as nitrogen or CO 2, about 1 to 3%, most of the aroma is withdrawn from the material to be dried and is absorbed by the dry inert gas. For this purpose, the starting material is brought into intimate contact with the inert gas by spraying and washing or via Raschig columns. All aromas that are volatile in character are transferred to the gaseous medium.
The inert gas stream containing the aromatic substances is then passed into a special adsorption unit, in which the aromatic substances are separated from the inert gas or the air.
The flavoring substances are accumulated in these comparatively small-sized special adsorption units, which are filled with special wide-pore adsorbents, and stored until the flavoring substances are expelled again via selective desorption without any damage. The selective desorption takes place at a point in time at which the material to be dried, from which the flavoring substances have been removed in a preliminary stage, is in a completely dried state.
The desorbed flavoring substances are then returned to the finished, dried product and reabsorbed on it. The finished dry powder therefore has the same flavoring substances in the same composition as the starting product. This has the advantage that there are practically no differences in taste compared to the fresh product in the dry product produced according to the invention.
The process according to the invention can be carried out discontinuously or continuously. In the case of continuous operation, the process can be carried out in a single drying container, or a plurality of drying containers, in particular 4 to 8 drying containers, can be connected in parallel and these can be arranged with or without a stirrer, depending on the product to be processed, over the porous membrane and one in each Arrange the layer with a layer thickness of 1 to 1000 mm of the goods to be dried.
With a certain overpressure of e.g. 50 to 1200 mm water column, which has to overcome both the resistance of the porous material and the liquid layer arranged on it, the gaseous drying medium is then passed through the liquid layers into each of the containers. The gaseous medium is brought into a fine-pored dispersion by means of the porous material and the gas is then present in a fine distribution which is similar to the fine distribution in an emulsion.
When the gas is forced through the layer of material to be dried, the divided gas particles are on the order of 1 to 200 microns. This enables a permanent, very dynamic maintenance of a uniform state during the entire process and, if the concentration of the material to be dried increases, i. E. with decreasing moisture content, to solidify the product in a pumice-like porous form.
With both continuous and discontinuous process management, the pressure can be adjusted in certain process sections. This is important if, in the partially solidified state of the material to be dried, in which the water content has become so low that the drying speed decreases more and more, maximum saturation can be achieved by increasing the pressure by a certain amount.
It is also expedient to work in such a way that the gas flow is deflected and passed several times through the layer of material to be dried. For this purpose, it is only necessary to carry out the gas supply in sections, for example in such a way that the fresh, completely dry inert gas is passed through the porous membrane and through the layer of the material to be dried at a certain pressure at a first Teilab section of the bottom surface of the material to be dried that the emerging at the top,
Gas partially laden with moisture from the material to be dried is passed on to the underside of the second Teilab section of the material to be dried and there again to be pressed through the porous membrane and through the layer of the material to be dried. The saturation with moisture increases. At the top of the second sub-paragraph, the inert gas is again diverted and led to the underside of the third subsection of the layer of the material to be dried and there again passed through the porous membrane and from bottom to top through the layer of material to be dried, at the top of which it is either derived or fed to a fourth section as described above.
Depending on the material to be treated and the amount of product to be dried, systems can be provided with any number of times the inert gas flow is returned, with drying units for intermediate drying of the inert gas being provided as required.
With the new process it can be advantageous to use the introduced inert gas in a highly dehumidified state. The inert gas is expediently dried beforehand to a water content of 0.002 to 0.001 g / m3, so that it has a dew point of -72 to -76 C. This is possible by using very high quality adsorbents and a certain relation of adsorbents and temperatures, work and speed of the gas flow.
In the case of a long contact time between the material to be dried and the inert gas during the process according to the invention, it is preferred to bring the inert gas to a maximum purity. E.g. Nitrogen, which is obtained in a purity of 99.8% when obtained from liquid air, before use in the process according to the invention, e.g. by passing over red-hot copper or other known methods to a purity of 99.99 J ', who brought the.
Only when drying substances that are insensitive to oxygen can the content of 0.2% oxygen, which is present in commercially available nitrogen, be tolerated. Particularly when processing whole milk and pharmaceutical and chemical products according to the invention, particular importance must be attached to the purity of the nitrogen. In the case of fruit juices, instead of nitrogen, the inert gas used is preferably CO2, which should also be used as completely free of oxygen as possible, since fruit juices are very sensitive to fermentation and CO2 also has a preservative character.
The acidic character of the CO does not harm fruit juices or fruit pastes; it can be neglected for all products with pH values below 4.5 to 5.
An expedient device for carrying out the method according to the invention is illustrated in the accompanying drawing. 1 shows a flow diagram of a device with a dryer consisting of four drying containers and an aroma adsorption and accumulation bed as well as processing systems for the inert gas flows;
and FIG. 2 shows a conveyor belt with drying units which can be built into the system of FIG. 1 instead of the dryer shown in FIG.
In Fig. 1, 1 denotes a stripping column into which liquid to be dried is introduced via the feed pump 3 'and the inlet line 3 and sprayed from top to bottom through the distributor nozzle 2 arranged in the stripping column 1, and with a fraction of the in the system in total circulating inert gas, such as N,
or CO "of about 1 to 3%, the majority of the aroma is extracted from the material to be dried. The inert gas laden with the aroma substances and some moisture is introduced into an adsorption bed 8 via line 7. This adsorption bed is provided with one for adsorption suitable adsorbent filled with the aroma.
The aroma substances are separated from the inert gas stream in this adsorption bed 8, and the inert gas stream is fed back through the line 9 into the central fan 4 and the heat exchanger 5, from which the central inert gas line 10, from which the feed line 6 branches off into the stripping column 1, takes its exit.
The material to be dried, freed from the aromatic substances in the stripping column 1, is filled into the dryer consisting of four drying containers 15, 16, 17 and 18 via a feed pump 11 and the overall line 19. The drying containers are enclosed by a Zylin dermantel 29 and have a bottom part 28 provided with a radial section and a cover part 30 perforated.
At a certain distance from the bottom part 28, a porous material 31 is arranged in each of the drying containers, on which the material to be dried fed through the line 19 is arranged in the form of a stationary layer. To support the porous material, a perforated support plate, such as a perforated plate made of e.g. Sheet metal or plastic or the like. Be present. The drying containers are also equipped with an agitator 32.
The stirrer is adjusted in height so that it is located within the layers 12 ', 12 ", 12"' or 12 "". The respective intended filling level of the layer in the drying containers can be set as desired, in general the layer heights are between 1 and 1000 mm.
At a certain speed and through the passage of the inert gas through the porous mem brane 31 and the layer of material to be dried 12 ', 12 ", 12"' and 12 "" sufficient pressure is coming from the central fan 4 and the heat exchanger 5 coming inert gas first pressed into the drying container 18 through the central line 10. The dry inert gas is partially saturated with moisture therein, emerges from the top of the container 18 and is introduced into the container 17 through the line 20 at the bottom.
As it flows through the layer 12 "', the inert gas is further enriched with moisture; it is withdrawn from the top of the drying container and introduced into the drying container 16 through the line 21 at the bottom. There it flows through the layer of the material 12" "to be dried.
The moisture content of the inert gas emerging from this layer 12 ″ is now so high, about 80 to 90%, that this moisture-laden inert gas is drawn off through line 22 from the drying container 16 and fed into a central water adsorption system 23 and 23 ′, which consists of two adsorption beds becomes.
In this central water adsorption system, the inert gas is dried again and the dried inert gas is fed back into the central fan via line 13. 49 is a heat exchanger and 50 is a fan that comes into operation when the first water adsorption bed 23 is saturated and through line 48 the gas to be dried via the heat exchanger 49 and the fan 50 through line 51 into the second adsorption bed 23 'or vice versa.
In the drying container 15, in which the material to be dried has already assumed a higher viscosity, a fresh stream of inert gas is introduced through the line 26 via the second circuit fan 24 and the second circuit heat exchanger 25, with one compared to the inert gas from the overall line 10 slightly increased pressure. The inert gas flows through the layer 12 'of the material to be dried and is also passed through the discharge line 27 into the central water adsorption system 23 and 23'.
After removing all of the moisture from the layers 12 ', 12 ", 12"' and 12 "", the dry powder, which is now in the form of a porous, puff-like material, is discharged through the discharge devices 33, 34, 35 and 36, respectively the drying containers 15, 16, 17 and 18 respectively and passed onto a conveying device 37. From there, the dry material is either first fed to a grinding process (not shown), or the product is poured directly into the collecting container 38. An inert gas feed line 42, which comes from the aroma adsorption bed 8, leads into this collecting container.
For selective desorption of the previously stored flavoring substances, inert gas, which is taken from the inert gas storage container 44 and brought via the supply line 47, is introduced into the adsorption bed 8 via a third fan 39 and a third heat exchanger 40 through the Lei device 41.
The aroma substances are selectively desorbed by this inert gas stream, and the inert gas loaded with the aroma flows through the line 42 into the collecting container 38. Due to the highly porous state of the dry product obtained according to the invention, the aromas from this inert gas on the dry material are completely and evenly re-adsorbed, so that after the dry powder has dissolved in liquid, the product cannot be distinguished from the starting product in terms of taste.
After the re-adsorption of the aroma substances, the inert gas is discharged from the collecting container 38 through a discharge line 43 and introduced into the central water adsorption system 23 or 23 'for drying purposes.
FIG. 2 shows a modified type of device for carrying out the method according to the invention. Instead of the drying containers 15, 16, 17 and 18 of FIG. 1, a box-shaped, rectangular container 80 can be used, which is hermetically sealed with a porous tape 81. At 82 a material inlet and at 83 a material application is illustrated, through which the supply of the goods to be dried takes place. The material to be dried is arranged on the porous belt 81 as a layer, expediently with a layer height between 1 and 500 mm.
The box-shaped container 80 has several chambers 84, 85, 86 and 87 and a drying space 88 which is provided for the dry tail. Through the line 89, drying agent supplied from the central fan 4 via the heat exchanger 5 and the central line 10 is conducted into the chamber 84. The desiccant is passed from chamber 84 into chamber 85 and from there, as described in connection with FIG. 1, into chambers 86 and 87 through lines 90 and 91 and 92, respectively.
The inert gas highly laden with moisture is withdrawn from the chamber 87 through the line 93 and, as described in connection with FIG. 1, is introduced into the central water adsorption system 23 and 23 '. In the drying chamber 88, dry inert gas, which has a higher pressure than the inert gas supplied through the line 89, is introduced into the container 80 through a line 89, and this gas is drawn off via the line 85 after the material to be dried has flowed through and into the Central water adsorption system 23 and 23 'out.
The inert gas passed through the system is a relatively small volume that is in circulation, and the losses are very low, since a closed system can work in a circuit. With a 1000 liter H2O evaporation system, the volume of the entire apparatus is a maximum of 2000 m3,
including the relatively extensive various adsorption units for aroma separation and selective desorption as well as for dehumidifying the bulk of the inert gas. Since the inert gas is used in a high degree of purity, the dehumidifying system can be interposed without the economic efficiency of the process being adversely affected.
The apparatus system can be designed in such a way that repairs can be carried out in a simple manner. The drying container and the porous membrane, which, depending on the size of the drying container, are attached at a distance of 20 to 2000 mm from the lower floor of the drying container, are directly connected to the inert gas inlet between the floor and are also in direct contact with the Gas leakage on the upper ceiling of the container.
The diameter of the drying container should expediently be dimensioned in such a way that with the respective intended filling height, e.g. of 300 mm layer height of the material to be dried, the speed of the gas flow can be varied between about 0.2 and 3 m / second. It is preferable to work with a gas passage speed of 0.4 to 1.5 m / second as long as the material to be dried is liquid or semi-solid.
To the extent that the viscosity of the material to be dried increases as a result of the moisture content being aborted, the rate of gas passage decreases. One can do that. Counteract a decrease in the gas passage speed by increasing the pressure with which the inert gas is pressed through the layer, continuously or in sections, according to the increase in viscosity of the material to be dried.
In a 5000 liter plant in which cylindrical drying vessels with a diameter of 4 to 8 meters are used and in which 50,000 to 60,000 m3 of N2 are circulated, it is advisable to work with, depending on the degree of saturation and temperature a gas speed of 0.8 to 0.9 m / second. The upper limit speed is around 1 to 1.2 m / second. The lower limit speed is around 0.4 to 0.5 m / second.
The drying containers are expediently provided with a height of at least 1 m. For products that initially tend to foam, drying containers with a height of 3 to 4 meters can be used. On average, it is not necessary to place the drying containers higher than 1.5 to 2 m above the porous membrane.
The drying containers are expediently made of chrome-nickel steel or of iron coated with plastic. They can also be made from self-supporting plastic material.
In a system that is intended for continuous drying, 4 to 8 drying containers can advantageously be operated next to one another. It is also possible e.g. to work by means of a continuously running conveyor belt, which can be made of porous material and slides on a base and which is sealed in individual cells. The dehumidified inert gas is then introduced into the first cell and, when it emerges from the layer surface, returned to the bottom of the second cell unit and in this way passed to the last cell unit until it is completely saturated.
It is possible to work on such a belt with a very thin layer thickness of the material to be dried, from 1 mm to 100 mm.
The dry material is expediently removed at the end of the belt and transferred to a larger drying container by filling it with a bulk height of 200 to 1000 mm. Overdrying with fresh, highly dehumidified inert gas or air can then be carried out there and then the aromatic substances released by selective re-adsorption from the special adsorption unit can be added to the dried material.
With the importance of the aroma and taste of the dry products, the re-adsorption phase completes the process according to the invention for such types of food and the like. If desired, the dried product can be ground in the meantime. However, it is more advantageous to do the grinding only after the re-adsorbed aroma substances have been added to the dried product. It must be ensured that the grinding takes place in the absence of air.
In the process according to the invention, the possible control of the speed of the inert gas and the very fine division of the inert gas through the porous membrane succeeds in converting the material to be dried into a highly viscous phase and solidifying it in a highly porous form. This involves flowing, direct transitions from the highly viscous state to the solidified state and into the solidified state, and the completely dried material is consequently highly porous with fine pore formation.
This gives the dried material a solid structure that allows it to be redissolved in cold water or in solvents in a very short time, for example in a flash. In addition, the dried product as such represents an adsorbent for the flavoring substances selectively removed from the separate adsorption system and added to the dried material. The dried material remains as a kind of puff stone after the process according to the invention has ended.
In the method according to the invention, the volume of the dried material is not changed compared to the volume of the filled layer of the material to be dried which still contains the moisture. The dried material can be worked up into any desired grain size or into granules, which have the excellent solubility as well as the unground product. The finished product can be kept unchanged for a long time. It can be packaged without difficulty using conventional methods.
Compared to the dry products produced by previously known processes, the product obtained according to the invention is distinguished by a particular quality and structure. It is much more rapidly soluble than the known products; Coffee or tea dried by the process according to the invention is instantly completely soluble in warm water and in a few seconds in cold water. Whole milk-dry powder produced by the process according to the invention is 100% fully soluble even in cold water, in fact in a few seconds.
Nevertheless, the method according to the invention works at lower costs than the previous drying methods, e.g. the spray drying. Compared to the known freeze-drying, the costs in the process according to the invention are only about 10 to 15 parts.
The investment costs in the process according to the invention are only 1/4 to 1/5 of the investment costs of a freeze-drying system. The apparatus used for the process according to the invention can be controlled fully automatically.
The bulk density of the dry material obtained according to the invention can be adjusted to the value desired in each case by varying the process measures, such as e.g. Varying pressure and inert gas velocity can be adjusted to the desired value in each case.
Plants for carrying out the process according to the invention can be built in any size and run economically. Small units, e.g. for 10 kg H20 / per hour, with practically just as little investment as large-scale technical systems. There are no upper limits to the capacity limit. Systems can be built and operated for 1,000, 5,000, 10,000 to 100,000 kg H20 per hour.
It should be particularly emphasized that working at normal temperatures of preferably 10 to 30 C, in particular by avoiding low temperatures, such as must be used in freeze-drying, reliably prevents damage to the dry product. In addition, when processing emulsions such as whole milk, the risk of disintegration can be safely avoided by interrupting the concentration process accordingly by interposing a homogenization stage.
The quality of the dry products obtained according to the invention is so high that a difference to the liquid starting products can practically no longer be determined. This applies to fruit juices and fruit pastes as well as to dairy products such as Whole milk itself, skimmed milk and mixed milk drinks, and this also applies to coffee or tea or the like. The loss of aroma and denaturation phenomena, which are often noticeable in the known processes of this type, are completely excluded in the process according to the invention.
In the following examples, the method according to the invention is described in more detail using individual areas of application. Example <I> 1 </I> In a conventional extraction system, coffee was extracted very gently, and 591 kg of the coffee extract obtained with a dry substance of 15% were fed via the feed pump 3 'through the inlet line 3 through the distributor nozzle 2 Introduced into the drive column 1, in which also 1200 m3 / h. were passed to nitrogen gas.
The coffee extract was partially dearomatized in the stripping column. The nitrogen gas was introduced from the central fan 4 via the heat exchanger 5 through the line 6 into the stripping column 1. From the stripping column 1, the nitrogen gas laden with the aroma was passed through the line 7 into the adsorption bed 8. There the aroma and the water content contained in the inert gas are adsorbed and accumulated.
The aroma-free inert gas is returned to the central fan 4 through the line 9. The dearomatized coffee extract from the stripping column 1 is evenly distributed through the line 19 to the four drying containers 15, 16, 17 and 18 via the feed pump 11. The total surface area for the coffee extract to be dried is 18 m2. Each drying container has a total height of 2 m.
At a distance of 200 mm from the lower floor 28, there is a porous intermediate floor 31 made of plastic. Highly dehumidified nitrogen with a temperature of 34 ° C. and a water content of 0.002 g per m3 is passed through the intermediate floor 31 from below. 60,000 m3 per hour of nitrogen are used.
The feed takes place continuously via the central fan 4 and the heat exchanger 5 through the central line 10 at the bottom of the drying container at an average speed of 0.9 m / second. Intensive dispersion takes place within the layer 12 ″ ″ of the material to be dried located in the drying container 18. The agitator 32 arranged in the drying container can be actuated.
The inert gas exits the container at the top and is led through the line 20 at the bottom into the drying container 17 and through the layer 12 "', from which water is also removed. The higher water content nitrogen gas is discharged from the drying container 17 through the line 21 The bottom of the container 16 is supplied and pressed through the porous bottom contained therein through the layer 12 ″ of the material to be dried. The inert gas, which is now saturated with moisture, is withdrawn from the container 16 at the top through the line 22 and via the reflux line 27 into the <RTI
ID = "0006.0084"> central water adsorption bed 23 or 23 '. Dry inert gas, which flows in via the fan 24 and the heat exchanger 25 through the main line 26, is introduced into the drying container 15 at a higher pressure of 2000 mm water column. This gas is passed through the porous bottom 31 in the drying container 15 and through the layer of the material to be dried 12 ', which has already assumed a highly viscous state. From the drying container 15, the inert gas laden with moisture is passed through the line 27 into the central water adsorption bed 23 or 23 '.
The drying containers 15, 16, 17 and 18 are filled in a layer height of 300 mm. The entire drying process takes a total of 36 hours in the 4 units with a total area of 72 m2. The 60,000 m3 / hour of nitrogen used in this process is saturated by up to 80% with moisture. After saturation, the water is removed again from the inert gas by adsorption in the central water adsorption bed 23.
The inert gas that has flowed through the central water adsorption bed is returned through the line 48 from this bed 23 to a heat exchanger 49 via a fan 50 into the central fan 4 and from there the inert gas, which has meanwhile been dried again, returns to the circuit.
In the drying containers 15, 16, 17, 18, the material present in the layers 12 ', 12 ", 12"' and 12 "" assumes a constantly increasing viscosity. A slowly solidifying mass is formed, running from bottom to top, which finally solidifies through the cavities formed to form a more or less coherent porous cake. Due to the low residual water content of the nitrogen and thus the difference in the partial pressures, overdrying of up to 1.5% residual moisture can occur.
After the drying is complete, the aroma from the adsorption unit 8 is selectively desorbed only by heat with very little inert gas (push nitrogen), which is introduced into the adsorption bed 8 via the fan 39 and the heat exchanger 40 through the line 41. It is integrated with the nitrogen carrier gas through line 42 into the highly porous dry coffee powder.
The dried coffee powder has been brought from each of the drying containers 15, 16, 17 by means of the agitators 32 arranged therein through the discharge lines 33, 34, 35 and 36 via the conveying device 37 into the collecting container 38, into which the aroma carrier gas transport line 42 opens.
The dried material is brought to a suitable grain size in any desired manner. The dust content is below 501o, so that redissolving the dust and returning it to the process is not necessary. The powder is packed in any packaging system with the exclusion of oxygen. It is instantly soluble in cold water even after prolonged storage. <I> Example 2 </I> Making banana puree.
In this experiment, 672 kg banana puree of 25% dry matter per hour were processed into dry powder with 30% residual moisture using the method according to the invention. The banana puree is continuously introduced into the drying containers 15, 16, 17 and 18 as described in Example 1. The height of the layers 12 ', 12 ", 12"' and 12 "" on the porous floor 31 was 330 mm.
The banana puree had previously been dearomatized in stripping column 1 as described in Example 1. As also described in Example 1, the aroma was enriched and accumulated in the adsorption bed 8.
The process according to the invention was carried out at 60,000 m3 / hour. Dehumidified nitrogen of 240C carried out as described in Example 1 through the lines 10, 20, 21 into the drying containers 18, 17 and 16 or through the line 26 into the drying container 15 and there through the layers of the banana puree to be dried 12 ', 12 ", 12"' and 12 "". The dehydration of the nitrogen stream enriched with moisture was carried out as described in Example 1 in the central water adsorption device 23 or 23 '. The dehydration process was carried out for 40 hours.
172 kg of banana powder per hour were produced, which were transferred from the drying containers 15, 16, 17 and 18 by the discharge devices 33, 34, 35 and 36 via the conveying device 37 into the collecting container 38. In this, the banana aroma selectively desorbed from the adsorption bed 8 was integrated into the dry banana powder, and then the powder was ground into the desired grain size and fed to the packaging.
After redissolving with water, the result is a banana puree which cannot be distinguished from the starting product. The dissolution takes place instantly in cold water.
<I> Example 3 </I> As in Example 2, 570 kg of tea extract with 12% dry matter were processed into a dry powder with 3 / residual moisture. The tea extract was obtained in extractors known per se, all of the aroma substances escaping being collected and accumulated in the adsorption bed 8.
The tea extract was continuously introduced by means of the feed pump 3 'through the introduction line 3 into the stripping column 1 and the distributor nozzle, where the aroma still contained in the extract was stripped off and also introduced into the adsorption bed 8 and accumulated therein. From the stripping column 1, the tea extract was poured into the drying containers 15, 16 or 17 or 18 up to a height of 300 mm above the porous base 31 via pump 11 and inlet line 19.
The highly dehumidified nitrogen supplied through the lines 10 or 20 or 21 or 26 from the central fan 4 and the heat exchanger 5 or through the fan 24 and the heat exchanger 25 had a temperature of 24 C. 60,000 m3 / Hours. of highly dehumidified nitrogen passed through the apparatus. The nitrogen was run up to a saturation of 80/90 years. The nitrogen laden with moisture was then passed through lines 22 and 27 into the central water adsorption bed 23 and 23 ', respectively, and dried there again and returned to the circuit as described in Example 1.
The process was continued for 36 hours. An hourly accumulation of 70 kg of tea powder was obtained, which was brought in the dry state from the drying containers 15, 16, 17 and 18 through the discharge device 33, 34, 35 and 36 and the conveying device 37 into the collecting container 38. The aroma previously accumulated in the adsorption bed 8, which, as described in Example 1, was selectively desorbed and introduced into the collecting container 38 via the line 42, was added to the dried tea powder. The aroma is fully adsorbed by the dry tea powder.
The dried tea powder, which is integrated with the aroma, is ground into the desired grain size and fed to the packaging, which can be made in any way. After dissolving in cold or warm water, the powder makes a tea. which is indistinguishable from freshly brewed tea.
The powder is then ground into the desired grain size and fed into the packaging. After dissolving in cold or warm water, the powder results in a tea that can no longer be distinguished from tea that you have brewed yourself. <I> Example 4 </I> 533 kg of fresh tomato juice or pulp were converted to dry powder with a residual moisture content of 3% every hour.
The tomato juice or pulp is obtained through gentle pasteurization and pureeing. It is filled into the drying container up to a height of 300 mm. The aroma is separated and stored as set out in Example 1. It is dried at 60,000 m3 / hour. Highly dehumidified nitrogen and, at temperatures of 24 C, the dehumidified nitrogen is fed one after the other into the four drying containers 18, 17, 16 and 15 from bottom to top, until saturation is 80/90 / o. The drying process took 36 hours. 33 kg of tomato powder per hour were obtained.
The entire stored aroma is integrated into the overdried powder before the powder is brought into the desired grain size by grinding and fed into the packaging.
When dissolved, the product obtained corresponds to fresh tomato juice or pulp.
<I> Example S </I> Unless, for quality reasons, a pre-concentration at low temperatures and with dehumidified nitrogen is assumed, as stated in the description, a concentrate produced in a modern vacuum evaporator is concentrated 1: 4, i.e. taken with an initial dry matter of 13% 52% dry matter. This concentrate is once again subjected to a thorough homogenization before it is introduced into the dehydration plant.
At this concentration there is no risk of disintegration of the emulsion in the subsequent dehydration process.
4132 kg of whole milk concentrate were processed, which results in 2132 kg of powder at 52% dry matter and 3% residual moisture. 2000 kg of H20 had to be evaporated. With a determined total drying time of 12 hours, drying containers were necessary in a size of 166 m = with a filling height of 300 mm. Two reaction units with a total area of 83 m2 of porous soil were used. The height was 2m. The distance of the porous floor from the lower floor was 400 mm. The diameters of the two bodies were each 10.3 m.
Pure nitrogen gas of 99.99% and 0.002 g / cbm H, 0 content was used. The filled milk was degassed beforehand in order to also remove the oxygen content of the milk itself. The milk was then brought into intensive, highly dispersed contact with the drying agent fed through the porous bottom of the drying container. The amount of nitrogen gas used as a desiccant to remove 2000 kg H20 / hour. was needed, amounted to 220,000 m3. The temperature was 26 C.
The completely dry gas was first partially passed through the drying container in which drying had progressed the furthest. There was an aromatic separation and recovery, as described in Example 1, interposed in a simplified form. In the final phase, the powder was dried down to 1 y2 to 2% residual moisture, in order to increase again to 3% residual moisture after absorption of the aroma.
After 12 hours, a tufa-like, dry, partially crumbly cake was created, which was brought to the desired granulate size by means of gentle grinding. The resulting powder is instantly soluble, even in cold water. About too much fine grain, which is more than 4 to 5%, which is normally not the case, is fed to the redissolving solution. The quality after redissolving corresponds completely to that of the starting milk.
The most varied types of concentrated or dry products can be obtained by the process according to the invention. It is then possible, for example, to produce meat and fish puree, meat extract, dry powder, dry gelatin, dry yeast, dry beer powder and the like in a gentle manner and while maintaining the natural composition of the solid components. The dry products obtained in this way dissolve instantly in cold water, making them practically indistinguishable from the natural products.
The method according to the invention can, if desired, also be used to concentrate liquid mixtures. In this case, work is carried out in the same way as was explained in detail above, but the passage of the drying agent is ended at a point in time at which the material to be dried is still in the liquid state. The end product is then more or less viscous, but not yet completely dry. The redilution with water can be carried out without difficulty; the solubility of the respective process product is excellent in each case.
The complete or partial dealcoholization of beer and the concentration of fruit juices can be carried out with particular success using the method according to the invention.