CN1012128B - 附聚方法 - Google Patents

Abstract

使颗粒状可食用物附聚在一起的方法是在微粒的表面形成流动相，让微粒从一间隙通过以使其集结，然后再使流动相重新固化。附聚物的色泽、结构及密度可通过控制集结程度和形成流动相的条件来调节。

Description

本发明涉及可食用物质的附聚方法。

微粒状的可食用物质一般都要通过附聚作用来调节制品的堆积密度。外观及其它特性。一个有代表性的例子是水溶性的微粒物质如可溶或“速溶”咖啡，其微粒就是通过同强劲的喷射蒸汽接触而附聚的。蒸汽凝结在微粒上，使其潮湿和受热，这样每一粒微粒的表面都覆盖了一层有粘性的，可以流动的，软而湿的物质。当这些微粒在喷雾蒸汽的湍流中互相接触时，便彼此附聚在一起，而且邻近微粒的表层会相互结合，使其成团结块。干燥后，相互结合的表层变硬，在结块物的邻近微粒之间形成熔接点。

这种加工方法能生产出边缘圆滑，结构疏松的附聚物。就速溶咖啡而论，附聚物通常呈均匀的黑色。

这种附聚物的外观不象焙炒后碾碎的咖啡。焙炒碾碎的咖啡一般都含形状不一（包括一些边棱锐利的粗颗粒），颜色各异（从浅棕黄色至深棕色）的微粒。用无附聚作用的冷冻干燥法制成的速溶咖啡一般也含有边棱锐利的微粒。消费者总是把焙炒碾碎的及冷冻干燥的咖啡的外观同其味道质量联系在一起。因此，在可溶咖啡的附聚过程中，有必要改进控制其形状及色泽的方法，以便使团聚的制品很象焙炒碾碎的咖啡或冷冻干燥的咖啡，还需要改进控制产品堆积密度的方法，同样，茶、菊苣、可可等其它可食用物的附聚方法亦需革新。

蒸汽喷射附聚法需要大量的蒸汽才能使每一单位计量制品的微粒之间的熔合达到令人满意的程度。蒸汽消耗量大，费用就高。不仅如此，微粒同蒸汽接触还会对容易散失的香味成分造成相当大的损失，一般来讲，香味损失的多少与蒸汽的用量直接相关。所以，很需要找到能克服这些缺点的附聚方法及装置。

本发明提供的方法及装置能满足上述需要。

在本发明的附聚过程中，微粒的表面会形成流动相，而且微粒会沉积在一对反向运动的表面的至少一个面上，如滚筒或传送带的环形表面。这些面向下流方向运动，从一狭窄的间隙通过，因而也带有着微粒通过此间隙。当运动的两个面进入此间隙时，便彼此靠拢，使微粒集结。当微粒相互接触时，邻近微粒的流动相表层便结合在一起，使微粒结成团块。将团块从滚筒或传送带的表面分离开，使微粒表面的流动相重新变硬，使团块固化。团块可根据需要粉碎成大小适中的颗粒。

通过运动的表面使微粒相互接触可以促进邻近微粒的有效熔合。如果微粒和蒸汽接触便形成流动相，那么为使微粒满意地熔合而需要的蒸汽量就远远少于常规的蒸汽喷射附聚法所需要的蒸汽量。所以，本发明的方法能减少费用以及因同蒸汽接触而造成的香味的损失。

产品的结构及密度可以通过调节活动面的集结作用来控制。改变微粒通过间隙的流速、间隙的大小以及活动面运动速度三者之间的关系，也就可以根据需要改变集结程度，生产出理想结构的最终产品。集结程度低，产品的结构就象海绵状。集结程度高，结构就坚实。这种结构坚实的团块经粉碎后便可获得象冷冻干燥咖啡一样的棱角分明的颗粒。这样，用经济的喷雾干燥法制成的咖啡粉可以附聚成冷冻干燥咖啡一样的最终产品。

改变活动面的排列方式可以不均匀地将微粒集结，这样便可生产出不同结构的最终产品。集结得 最结实的部分接触的蒸汽量最少，因此色泽不如其余部分深，这样便可生产出杂色的，结构与焙炒碾碎的咖啡相似的产品。

间隙处活动面之间的距离要比微粒的平均大小大得多;微粒的大小在20至40微米之间，而间隙处的距离则为数毫米。在一般情况下微粒不会集结成死结块，结块离开间隙时含有不少空隙。所以本方法能使微粒理想地熔合在一起，并同时保持了最终产品的理想密度。

本发明还包括完成附聚程序的装置。

从下面的某些具体实施方案的详细说明及附图中，可以清楚地看出本发明的其它目的、特点及优越性。

图1为本发明的一个实施方案的装置的示意图。

图2为图1中线段沿2-2线的局部示意图。

图3为图1中线段沿3-3线的局部示意图。

图1-3所示的装置包括料斗10，此料斗通过计量和传输器12同粉碎机14相连。粉碎机的出口通过热交换器16与贮存料斗18相通。

三个可独立操作的计量送料器20与贮存料斗相连。每个送料器又与垂直方向的送料管道22相连结。每根送料管的下端终止于进料口24，进料口向下面对着竖式延伸室26的上端或进料端。每根送料管道的四周围绕着蒸汽夹套28。每个蒸汽夹套通过围绕在相应进料口24四周的一对圆形蒸汽喷嘴30和32与延伸室26的进料端相通，蒸汽喷嘴也向下进入室中。除了蒸汽喷嘴开口和进料口之外，延伸室的上端是密闭的。每个蒸汽夹套通过可独立操作的阀门34（图2）与蒸汽集合管36相连结，蒸汽集合管又与蒸汽源38相通。

延伸室26有一对相对的短侧壁42和一对相对的长侧壁44。每一面长侧壁上有一细长的吸入室46，吸入室的开口通向邻近其上流端的延伸室内。在进料口和吸入室开口之间，折流板或圆顶47从延伸室顶端向下伸去。吸入室46与吸力源50相通。在吸入室的下流，在延伸室内的侧壁42及44上，装有一组空气喷嘴54。空气喷嘴分成数排，沿延伸室的垂直方向或从上至下的方向有间隔的排列着。喷嘴均指向下方，并对着邻近的侧壁。空气喷嘴与热的，干燥的压缩空气源56相通。

延伸室26的下流端装有一对圆筒状长滚筒64与66。滚筒的直径相同，环形表面光滑。滚筒66装在固定支架68上。可以旋转，图1中可见其中一个支架，而滚筒64则装在可以单独调节的支架70上（图2），也可以旋转。滚筒64与66之间有一间隙72。间隙处两个滚筒的圆周面之间的距离可以改变，而且调节支架70还可使间隙宽度处W的距离变得一致或不一致。间隙72同进料管22下端的进料口24排成一直线，所以间隙也与进料口四周的圆形蒸汽孔30和32排成一直线（图3）。

两个滚筒均与常规的驱动装置74相连结，驱动装置能使滚筒不停地转动，滚筒64反时针方向转，滚筒66顺时针方向转，均见图1。驱动装置应组装成能改变滚筒的旋转速度。

两个滚筒都是空心的。滚筒内的空间通过适合的旋转联管节和调节阀门76同蒸汽源38相通，这样便能将蒸汽引入滚筒内，使滚筒的表面保持所需的温度。刮刀78固定安装在靠近滚筒的地方，这样每片刮片都对准相应滚筒的圆周面。

本装置装有一台常规的流化床干燥器80，其入口紧靠滚筒的下方，在间隙72的下流。有一罩盖（未画出）将滚筒及干燥器的进口端掩盖住。干燥器的出口与切碎机90相连结，在切碎机的一对平行轴94上装有许多交错的锯片92。驱动装置（未画出）能驱动两根轴旋转。切碎机的出口与常规的分类器或分离筛96相连。分离筛能将超过预定大小的微粒导入磨碎机98，磨碎机又将磨好的料送回分子筛。分子筛也能将小于预定大小的微粒导入进料斗10，并通过产品出口100将大小适中的微粒排出。

本发明的一种加工方法是将用常规喷雾干燥法制成的颗粒状可溶咖啡送入进料料斗10，同来自分离筛96的精细微粒混合，并在磨碎机14中磨成预定大小的颗粒，最好在约20至40微米之间。磨碎的料在热交换器16中冷却后，送入供料料斗18。每一进料器20按预定的速度不断地将微粒供给相应的进料管道22。供给进料管的微粒通过进料管往下流动，并通过进料孔24进入延伸室26，向滚筒64和66流去。

进入每个夹套28的蒸汽，通过相应的环形喷嘴30及32喷出，成一对环形汽流围绕着从相应的进料孔24流出的微粒，蒸汽夹带着微粒，帮助 它向下流运动，这样，微粒是在重力和蒸汽的推力作用下流向滚筒的。蒸汽在微粒的表面凝结，把水分加到了微粒的表层，并且使微粒受热。加热和湿润的双重作用就使每一微粒的表面出现一层很薄的流动层。当这些微粒触及滚筒的圆周面时，它们就沉积在暂时处于间隙72上流的那部分圆周面上。

滚筒转动，圆周面相对的部分便朝着同一个方向向下流运动，进入并且通过间隙72，当相对的两个圆周面靠近间隙时，它们便互相会聚在一起。比如，当滚筒64靠近间隙时，其圆周面的102部分便向左移动，而滚筒66的圆周面的104部分则向右移动，于是，两者互相会聚在一起，直至到达间隙72处的最小距离d为止。

两个圆周面都向下流运动，便带着微粒进入并通过间隙。当进入间隙的两个面互相会聚时，面上的微粒便互相合成一体了。微粒表面上的流动相互相结合，使微粒结成块。结块成薄片形从间隙排出，松散地附着在一个滚筒上。当结块触及刮刀78时，便裂成碎片，落入干燥器80的入口。

在滚筒的内部通入蒸汽，使滚筒表面的温度保持在略低于100℃，一般在90℃左右。这样，当微粒从间隙通过时，它们同滚筒表面之间就传热不多，蒸汽也不会凝结在滚筒表面上。由压缩空气源56提供的热而干燥的空气通过喷嘴54（最好在90℃以上）会将侧壁42及44的内表面盖住。热空气层能防止蒸汽凝结在侧壁上，并能将侧壁上形成的粉状沉积物减到最少程度。多余的蒸汽则通过吸入室46从延伸室排出，这样可以进一步减少侧壁及滚筒上凝结的蒸汽。

结块碎屑落入干燥器80时，碰到热而干燥的空气，会除去蒸汽留下的水分、使微粒表面的流动相重新固化，流动相中原有的干固物便将碎屑中的微粒相互结合在一起。干燥器最好这样安排：当结块的碎屑落入干燥器，尚未接触干燥器的内表面之前，至少碎屑的最外层也相当干固。这种安排可以尽量减少碎屑粘结在干燥器表面上。干燥器的空气处理装置上可以安装一个常规的收集器，如旋风分离器（图中未画出）来回收干燥器内空气夹带的精细微粒。收集器回收的微粒可以返回到进料料斗10中。

温暖干燥的碎屑从干燥器进入切碎机90中，被锯片92切碎。碎物通到筛子96%上。超过最大标准大小的碎物送入磨碎机98中进一步粉碎，余下的较精细的碎物则回到分离筛。小于最小标准大小的碎粒，送回到进料料斗10中，而大小适中符合标准的碎粒则通过产品出口100从本系统排出。

调节加工条件，便可改变成品的色泽、结构及密度。微粒间结合的强度直接随流动相形成的程度而变化。使用的蒸汽越多，流动相形成的程度便越广，从而增强微粒间的结合强度。就速溶咖啡及其它可食用制品，如茶而言，蒸汽会使产品的色泽加深。这种效果与微粒表面冷凝蒸汽的多少直接相关，因而同蒸汽的用量也直接相关。温度较低的微粒会促使更多的蒸汽冷凝在微粒上，因而使产品的色泽加深，并促进流动相的形成。在注入蒸汽使其与微粒接触时，微粒的温度最好不要超过40℃。饱和蒸汽比过热蒸汽更容易出现冷凝现象。

使微粒与蒸汽接触，将微粒沉积在滚筒的环形表面上，将微粒结合为一体，这些步骤宜快速连续进行。因此从微粒接触蒸汽至结为一体的时间间隔太短，使蒸汽中的水分不能以通过扩散至微粒的中心那种方式均匀地散布入微粒中。外加的大部分水分应保留在流动相中，直到微粒结合成一体为止。这样，在与蒸汽接触的步骤中，只需加入适量的水分应保留在流动相中，直到微粒结合成一体为止。这样，在与蒸汽接触的步骤中，只需加入适量的水分便可使微粒很好地结合在一起。按本发明的典型方法，饱和蒸汽的质量流量大约是微粒质量流量的约0.05至约0.8倍。由与蒸汽接触而加入微粒的水分一般不到结块重量的百分之六或百分之四。

当间隙处的集结程度增加时，最终产品的密度稍有增加，而微粒间的结合强度则显著增强，结果结构更坚实，粉碎后成品中棱角分明的颗粒的分量增多。虽然本发明不受任何操作理论的限制，但是据信微粒间结合强度的增加以及因集结作用而使结构更坚实都是因为微粒相互结合更紧而邻近微粒的流动相熔合更好的结果。

当集结程度增强时，微粒间要达到理想结合所需流动相的形成程度则缩小。反过来讲，如果增加流动相的形成程度（比如通过增加蒸汽的用量来实现），那么较低的集结程度便能达到理想的结合强度。这种相互关系使我们能够选择不同的加工条件生产出多种结构的产品，并同时保持理想的结合强度。如果需要一种象市场上出售的冷冻干燥速溶咖啡那样的极为坚实、棱角分明的颗粒状产品，可 同时采用较高的集结程度及较低的蒸汽流速。如果想提供一种象用常规方法附聚成的可溶咖啡那样的结构疏松的产品，可采用较高的蒸汽流速及较低的集结程度来达到此目的。

然而，即使需要坚实的结构，微粒也不宜集结为完全坚实的结块。所以，最好对集结程度加以控制、以便在微粒通过间隙时，在微粒间保留一些空隙。换一种说法，每单位时间进入间隙任何部分的微粒的总的绝对体积应小于用上述间隙部分的宽度乘以间隙处两滚筒环形面之间的最小距离，再乘以滚筒环形面的转速（如果两个面的转速不相同，则乘以较低的速度）所得的乘积。在本文中，“总的绝对体积”是指所有微粒体积的总和，因此也包括微粒间空隙的体积。在这些有控制的集结条件下，实际上滚筒对通过间隙的物质并未施加多大压力。

微粒的集结程度与其沉积在滚筒环形面上的速度成正相关，与间隙处滚筒环形面之间的距离成反相关，与滚筒环形面通过间隙向下流转动的速度亦成反相关。通过间隙宽度处的上述任何参数可能是一致的，也可能不一致。就上述装置而言，两个滚筒的环形面皆指直径相同的硬滚筒，它们在间隙宽度处的转速是相同的。一般来讲，两个滚筒都有同样的表面速度。调整滚筒64相对两端的支架70（参看图2）使两个滚筒轴跨过间隙的整个宽度处的间隙距离相等，那么两个滚筒面在间隙处的距离便可保持一致。另外，也可以调整支架使滚筒相对两端处的两根轴的间距不一致，这样，在间隙处沿其整个宽度W上的两个滚筒面的距离d便成线性变化。

以不同的速度操作三个进料器20，使微粒以不同的流速从进料孔24通过，这样就可使微粒沉积在滚筒表面上的快慢不一致。如果进料器以同样的速度运转，那么每个进料器将在间隙处的每一单位宽度以上同样的平均速度将微粒送到滚筒的表面上。然而，即使三个进料器的运转速度一致，沿间隙宽度每单位宽度的沿积速度仍有某些差异。在间隙宽度上与进料孔成一直线的滚筒环形面部分的微粒的沉积速度，要比在进料孔之间下落的部分快一些。比如，在滚筒64的表面段106上（与一个进料孔24成一直线）微粒的沉积速度，就比与邻近的两个进料孔之间的空隙成一直线的表面段108上的要快一些。调节两个滚筒间隙宽度上进料孔之间的距离便可控制沉积速度不一致的程度。另外，采用能延伸至整个间隙宽度的单一的狭缝式进料口便能切实消除这种不一致现象。这样安排时，蒸汽喷嘴可为一些狭缝式开口，或为在进料口对面并与进料口平行的几排小孔。

在间隙宽度上，每单位产品所使用的蒸汽量也可能是一致的或不一致的，因而流动相形成的程度亦可能一致或不一致。就本文图中所示的装置而言，通向各个蒸汽夹套28（图2）的蒸汽流可以靠阀门34相互独立地控制。所以，从进料孔出来的微粒可能同流速相同或不同的蒸汽流接触。与蒸汽接触不一致，微粒的集结也可能不一致。可以加大间隙处滚筒之间距离，这样邻近间隙一侧的集结便减少。可以调节蒸汽流，对间隙距离最大处的微粒供给更多的蒸汽。这样所有的微粒便同时受到形成流动相和集结两种作用，使微粒之间能理想地结合，但是不同部位的产品，结构不同，色泽的深浅也不同。这种加工方法可将形状十分一致的咖啡粉变成很象焙炒碾碎咖啡的，具有不同色泽和颗粒形状的最终制品。

本发明也可以采用上述许多其它特点的变更。例如，微粒表面的流动相，除了采用使微粒与蒸汽接触的方法外，还可以通过其它方法，如加热微粒并喷雾水，或加热使微粒表层熔化来形成。流动相可在微粒沉积在滚筒表面上之后再形成，而且可以在结块从滚筒上刮下之前使流动相重新固化。不过，在微粒沉积在滚筒环形表面之前先形成流动相，并在结块从滚筒表面刮掉之后再使其固化有明显的好处。这种加工方法无需在原料仍停留在滚筒表面上时进行导热或质量转移，因此，原料不必长时期停留在滚筒面上。当原料送入滚筒间隙并集结时，只需在滚筒面上停留短暂的时间。因此，滚筒面可以快速转动，并快速地反复通过间隙处，这样，较小的滚筒面便能达到很高的生产能力。另外，可以在流动相固化之前更容易地将结块从滚筒上刮下。

转动的环形面不一定仅限于滚筒，也可以采用一对环形传送带以相反聚合带方式运转形成间隙。还可以是一条环形传送带和一个滚筒，使滚筒的圆周面对着传送带的一个运转面，形成一定大小的间隙。因为环形传送带比滚筒的问题更复杂，最好还是采用滚筒。再者，虽然最好将微粒沉积在形成间 隙的两个滚筒面上，但是也可以只将微粒沉积在一个滚筒面上而送入间隙。

环形面不必一定用蒸汽加热，其实也可用热水、其它热液体或常规的加热手段如辐射能或电阻加热法等加热。此外，也不必使两个环形面保持同样温度。

可采用任何常规干燥器来完成再固化步骤。可以给常规的喷雾干燥器配上喷雾干燥的喷嘴及本文图中所示的滚筒装置，这样便可以同时将液滴及附聚结块的碎屑送入干燥器。由液滴喷雾干燥成的颗粒一般要比附聚而成的碎屑小。所以，在干燥和粉碎程序完成后可采用分离法将喷雾干燥的细粒和附聚而成的碎屑分离开。可将喷雾干燥的细粒送入附聚程序中。

因为本发明提供的方法和装置可以在附聚过程中控制和调整最终产品的结构、色泽和密度，所以送去附聚的原料的色泽、结构及密度如何，无关紧要。因此，用来制备粉状初始原料的喷雾干燥法等可以在其它方面如保存香味，节省费用上也具有最佳效果。

下面举些实例来详细说明本发明的某些特点。

实例1

将堆积密度约为0.26千克/立方分米，颜色为中等棕色，水分含量约为2.6%的喷雾干燥可溶咖啡粉送入本文图1至图3所示装置的进料斗中。将此粉同分离器分离出的不够粗的细粉混合，并将混合物研磨成粉状，这样获得的微粒，堆积密度约为0.58千克/立方分米，水分含量约为2.75%。

将这种微粒以5.2千克/分钟的速度送入两进料孔的每一个孔中。通过进料孔周围的环形喷嘴，给每千克微粒大约供给0.6千克饱和蒸汽。两个滚筒的间隙十分一致，大约为6毫米，滚筒圆周面的转速大致是每分钟45米。从滚筒间隙排出的结块的平均水分含量大约是5.2%。结块成碎片状从滚筒上掉落下来，在流化床干燥器中由热空气进行干燥，当其仍是热的时便粉碎，然后进入由两个筛组成的分离器中，上筛的孔径为2.83毫米，下筛的孔径为595微米。停留在上筛中的碎屑先导入粉碎机进一步粉碎，然后再回到分离器。不够粗的颗粒则返回进料斗，并象前面讲的那样，与进入料斗的喷雾干燥粉混合。在上下筛之间收集的产品多半是棱角分明的颗粒，很象典型的冷冻干燥咖啡制品。这种产品的水分含量约为3.8%，密度为0.29千克/立方分米。色泽比原来的喷雾干燥粉稍深一些。

实例2

用实例1的类似方法，将水份含量约为3.5%，堆积密度为0.39千克/立方分米的喷雾干燥咖啡粉进行组织化处理，只是每个进料孔提供的研磨粉大约是6.3千克/分钟，间隙处滚筒间的均匀距离为12.5毫米，滚筒圆周面的运动速度大约是每分钟92米。这样，微粒集结的程度远不如实例1高。分离器配有2.0毫米孔径的上筛和595微米孔径的下筛。两筛之间收集的产品具有疏松的外观和大约0.25千克/立方分米的堆积密度。

实例3

基本上按实例1的方法，对初始水分含量约为3.6%，堆积密度为0.26千克/立方分米的喷雾干燥咖啡进行加工，只是，间隙处滚筒之间的距离不一致，两端的距离分别为2.5毫米和10毫米，而且滚筒圆周面的转动速度大约是每分钟92米。通过与滚筒距离小的间隙区成直线的进料孔，以4.5千克/分钟的速度提供研磨粉，而蒸汽则以0.7千克/千克咖啡粉的比率供给上述进料孔排出的咖啡粉上。咖啡粉通过与滚筒距离大的间隙区成直线的进料孔，以5.4千克/分钟的速度送入，而对该进料孔送入的每千克咖啡粉则供给0.87千克左右的蒸汽。分离器配有2.0毫米孔径的顶筛和420微米孔径的底筛。两筛之间收集的产品具有杂色的外观，很象焙炒后研磨的咖啡。其总的色泽比作为原料的喷雾干燥粉深得多，而其堆积密度则与原料粉相同。

实例4

基本上按实例1的方法，对初始水分含量为3.0%，堆积密度为0.085千克/立方分米的喷雾干燥可溶茶粉进行加工，只是通过进料孔以7.5千克/分钟的速度提供研磨粉;蒸汽以0.25千克蒸汽/千克茶粉的比率提供;间隙处滚筒的距离均匀一致，为12.5毫米;滚筒圆周面的运动速度大约是100米/分钟。分离器装有2.18毫米孔径的顶筛和410微米孔径的底筛。两筛之间收集的产品具有疏松的外观及大约0.13千克/立方分米的堆积密度。

实例5

基本上按实例1的方法，对初始含水量为1.0%的喷雾干燥可可混合料（脱脂奶、蔗糖、可可及乳清固形物）进行加工，只是间隙处滚筒间的均匀距离为20毫米;滚筒圆周面的运动速度约为110米/分钟。蒸汽以大约0.01千克/千克混合粉的比率提供。集结后，混合粉的水分含量约为2.0%。

实例6

大体上仍按实例1的方法，对初始含水量为2.5%的喷雾干燥可溶菊苣粉进行加工，只是间隙处滚筒间的均匀距离为12.5毫米;圆周面的运动速度大致为110米/分钟。以大约0.15千克蒸汽/千克菊苣粉的比率供给蒸汽。集结后，菊苣粉的水分含量大致为6.5%。

Claims (4)

1、至少部分水溶性的颗粒状可食用物的附聚方法，该方法包括：

(a)用加水的方法在颗粒的表面形成流动相；

(b)将颗粒沉积在一对相对转动的圆柱形表面的至少一个面上；

(c)使这对表面向下运动，通过大于颗粒平均直径的辊隙将颗粒表面的流动相熔合使颗粒结合成块状物；

(d)从表面刮下块状物；

(e)使块状物固化。

2、权利要求1所述的方法，其中的加水是使用蒸汽。

3、权利要求1所述的方法，其中辊隙处的表面间隙沿其长度的方向是不一致的，在间隙较大的区域，向颗粒供给的蒸汽较间隙较小的区域为多。

4、权利要求1、2或3任一项所述的方法，其中块状物的固化是在块状物刮下后将颗粒进行干燥以除去所加入的水份。

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