CN112368059B - 用于制造干粉的方法和设备 - Google Patents

Abstract

从液态起始产品生产均匀粉状产品的方法，所述起始产品具有占其总固体的至少60％的糖，所述方法包括：在没有空气的情况下：将所述起始产品加压至大于1巴的压力；将气体注入所述起始产品中以形成混合物，其中所述起始产品基本上被所述气体饱和；以及将所述混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与所述输送气体接触时，来自所述混合物的水蒸发以留下所述均匀粉状产品。

Description

用于制造干粉的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月12日提交的澳大利亚临时专利申请第2017901770号的优先权，该临时专利申请的内容通过引用以其整体并入。

技术领域

本公开涉及用于从高糖浓度、低玻璃化转变的液体制造干粉的方法和设备。

背景技术

从天然产品(诸如甘蔗、蔬菜和水果)中提取的高糖浓度、低玻璃化转变(T_g)液体含有丰富的维生素和包括钙、铬、钴、铜、镁、锰、磷、钾和锌的矿物质。这些提取物中的一些提取物还含有铁和维生素A、C、B1、B2、B3、B5和B6，以及高浓度的植物营养素、抗氧化剂和其它促进健康的化合物。

将这些提取物中的一些从其液体形式转化为干燥粉状产品的常用技术涉及通过煮沸脱水，这产生干燥的、富含结晶糖的产品。然而，这种煮沸工艺导致这些提取物中的成分被去除或破坏，而这些成分在消费时被发现具有积极的健康益处。

在干燥时保持促进健康化合物的尝试中，已经尝试使用本领域已知的常规喷雾干燥器来喷雾干燥高糖、低T_g提取物。这些常规技术包括将液体提取物加热到一定温度，在该温度下，液体中的水当被喷雾到干燥器中时转化为蒸汽。这种加热不仅对最终产品有害，而且还会因所干燥的产品的糖浓度高和T_g低而导致干燥器出现问题。常规干燥器的温度是如此之高，以致于其高温导致在干燥器壁上形成糖晶体。这导致制造商在干燥前向液体提取物中添加高T_g糖类，诸如乳糖或麦芽糊精，以提高混合物的总Tg，使其达到该混合物可被成功干燥而不会因撞击喷雾干燥器壁而熔化的程度。达到混合物干燥所需的麦芽糊精的量可超过最终产品的50％。另外，使用此类工艺只能将最终的粉状产品干燥至总固体的约50％。

需要用于从高糖含量、低T_g液体提取物生产具有高总固体的粉状产品的成本有效的方法，最终产品保持一些或所有以其原始液体形式存在的促进健康组分。

包含在本说明书中的对文件、动作、材料、装置、制品等的任何论述不被认为是承认任何或所有这些事项形成现有技术基础的一部分或在与本公开相关的领域中是共同的一般知识，因为其存在于每个所附权利要求的优先权日之前。

发明内容

根据本公开的方面，提供了从液态起始产品生产均匀粉状产品的方法，该起始产品具有占其总固体的至少60％的糖，该方法包括：在没有空气的情况下：将该起始产品加压至大于1巴的压力；将气体注入起始产品中以形成混合物，其中起始产品基本上被气体饱和；以及将混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与该输送气体接触时，来自该混合物的水蒸发以留下该均匀粉状产品。在一些实施方式中，为了实现基本上饱和，基于起始产品干质量，气体注入速率按体积计可大于10标准升(normal litre)/千克/分钟(nl·kg^-1·mn^-1)，气体的体积是在常温常压条件下表示的。

根据本公开的另一方面，提供了从液态起始产品生产均匀粉状产品的方法，甘蔗提取物具有大于300厘泊的粘度并且具有占其总固体的至少85％的糖，该方法包括：在没有空气的情况下：将甘蔗提取物加压至大于4巴的压力；将二氧化碳注入起始产品中以形成混合物，其中起始产品基本上被二氧化碳饱和以形成包含碳酸和起始产品的溶液；以及将混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与输送气体接触时，来自混合物的水蒸发以留下均匀粉状产品。基于起始产品的干质量，二氧化碳注入速率按体积计优选大于10nl·kg^-1·mn^-1，气体的体积是在常温常压条件下表示的。

根据本公开的另一方面，提供了用于从液态起始产品生产均匀粉状产品的设备，该起始产品具有占其总固体的至少60％的糖，该设备包括：热机械处理装置，其被配置成将气体与该起始产品混合以形成混合物，其中该起始产品基本上被气体饱和；和脱气装置，其被配置成将该混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与该输送气体接触时，来自该混合物的水蒸发以留下该均匀粉状产品。基于起始产品的干质量，气体注入速率按体积计优选大于10nl·kg^-1·mn^-1，气体的体积是在常温常压下表示的。

根据本公开的另一方面，提供了从液态起始产品生产均匀粉状产品的方法，该起始产品具有占其总固体的至少60％的糖，该方法包括：在没有空气的情况下：将该起始产品加压至大于1巴的压力；将气体注入起始产品中以形成以超过35克/100克起始产品中的水的量包含二氧化碳的混合物；以及将混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与输送气体接触时，来自混合物的水蒸发以留下均匀粉状产品。

根据本公开的另一方面，提供了用于从液态起始产品生产均匀粉状产品的设备，该起始产品具有占其总固体的至少60％的糖，该设备包括：混合装置，其被配置成将气体与该起始产品混合以形成以超过35克/100克该起始产品中的水的量包含二氧化碳的混合物，该起始产品基本上被气体饱和；和脱气装置，其被配置成将该混合物脱气成连续的输送气体流，使得在与输送气体接触时，来自混合物的水蒸发以留下均匀粉状产品。

在整个说明书中，词语“包含”或诸如“包括”或“含有”的变型将被理解为暗示包括所陈述的要素、整数或步骤，或要素、整数或步骤的组，但不排除任何其它要素、整数或步骤，或要素、整数或步骤的组。

附图说明

图1是描绘根据本公开的实施方式的干燥糖类产品的方法的流程图；

图2是通过扫描电子显微镜拍摄的图像，其显示了使用根据本公开的实施方式的方法形成的产品；和

图3是通过扫描电子显微镜拍摄的图像，其显示了使用根据本公开的实施方式的方法形成的产品。

具体实施方式

本公开的实施方式涉及用于从液态富含糖的产品连续生产粉状产品的方法。特别地，本文所述的方法主要涉及从水溶液生产干粉状产品，该水溶液有超过90％的其总固体(TS)由糖构成并且具有低于60℃的玻璃-液体转变(T_g)。具有上述性质的天然存在的产品的实例包括但不限于甘蔗提取物(汁和糖浆)、蜂蜜、水果提取物(例如诸如芒果汁、菠萝汁和香蕉汁以及浓缩物)、蔬菜提取物(汁和浓缩物)以及天然和人工甜味剂。

将参考普通糖(generic sugar)类产品描述本公开的特定实施方式。然而，应理解，本文所述的方法可用于从许多具有高糖含量和低T_g的天然和人工含水产品(诸如上文所列的那些)生产干粉状产品。

本文参考图1至图3描述的方法允许从液态产品连续生产粉状产品。在第一步期间，将以其液体形式存在的富含糖的产品转化(例如通过蒸发)为粘性状态。然后，将以其粘性状态存在的富含糖的产品进行干燥步骤，该干燥步骤包括热机械处理和曝气。

图1是描绘将液态富含糖的产品转化成粉状形式的富含糖的产品的方法的流程图100。在第一浓缩步骤102中，处理液态富含糖的产品(通常具有在8°Bx至30°Bx的白利糖度浓度)以获得粘性状态的富含糖的产品，该产品具有超过50°Bx、优选在70°Bx至80°Bx之间的白利糖度浓度。选择蒸发温度以限制对液体产品的损害，同时仍能实现所需的蒸发。在实例中，蒸发器可在40℃和45℃之间、45℃和50℃之间、55℃和60℃之间、60℃和65℃之间或65℃和70℃之间运行。为了降低蒸发过程中的水分蒸发温度，可在真空下进行蒸发。

在一些实施方式中，可使用蒸发器，诸如降膜蒸发器(且优选为多效降膜蒸发器)。在这种情况下，在蒸发器的效上可存在温度梯度。例如，三效降膜蒸发器在其第一效中的运行温度可为约70℃，在其第二效中可为约60℃，在其第三效中可为约50℃。

在一些实施方式中，从蒸发器捕获的蒸汽可用于从富含糖的产品生产香精。可选地或另外地，可从蒸发器捕获蒸汽，并在稍后的生产步骤中与粘性的富含糖的糖浆混合，这将在下面更详细地描述。

在其它实施方式中，可使用蒸发以外的技术浓缩富含糖的产品。例如，可使用本领域已知的膜技术浓缩富含糖的产品。

然后可对浓缩的(粘性的)富含糖的产品进行至少一个热机械处理步骤104以获得浓缩的富含糖的产品与气体诸如二氧化碳的混合物。热机械处理步骤优选在热机械处理装置诸如挤出机中进行。挤出机可包括两个或更多个本领域已知的共旋转、共穿透的螺丝。热机械处理装置的其它实例包括混合器诸如桨式混合器或蜗杆混合器，以及共混机、捏合机和泵。

热机械处理装置包括一个区域，该区域一方面用于同时引入源自上述蒸发(或其它浓缩)步骤的粘性状态的富含糖的产品，另一方面用于同时引入预定比例的二氧化碳和/或预定比例的液体或粉状添加剂，诸如液体提取物香料和其它成分。其它成分可包括奶粉、维生素、矿物质和其它添加剂。

除上述之外，此时可将蒸发器中捕获的蒸汽与富含糖的产品混合，以捕获在蒸发过程中另外损失的挥发性香气。将理解，与富含糖的产品混合的任何添加剂应当能够耐受富含糖的产品的pH和浓度。

将挤出机用作热机械处理装置使得能够连续处理注入的富含糖的产品。可对粘性的富含糖的产品进行热机械塑化/混合，这继而允许粘性的富含糖的产品与二氧化碳和/或上述的任何其它添加剂混合、共混、剪切和冷却(全部在受控的压力和温度下)。

在一些实施方式中，热机械处理步骤在超过5巴且优选不超过15巴的压力下进行。然而，进行热机械处理步骤的压力取决于几个设备参数，包括但不限于管道长度、喷嘴背压等。

热机械步骤优选在低温，例如低于30℃，或更优选低于15℃下进行。降低富含糖的产品的温度增加了二氧化碳可溶解到含水的富含糖的产品中的量和速度。在此阶段注入二氧化碳还降低富含糖的产品的粘度，从而使溶液能够更容易流出热机械处理装置。另一方面，降低温度也增加富含糖的产品的粘度。因此，温度优选不低于5℃。

热机械处理步骤104的所得产品是具有60°Bx和90°Bx之间的白利糖度浓度的粘性富含糖的产品。

可将这种粘稠的富含糖的产品直接和连续地输送到曝气装置中，而不暴露于大气中，在该曝气装置中在步骤106中对该产品进行曝气。曝气装置可包括包含多个搅拌叶片的装置，该搅拌叶片被配置成用二氧化碳切割该富含糖的产品以形成泡沫。可选地，可使用螺旋混合器将甘蔗产品引入二氧化碳(或大气条件下的其它气体)中。

在曝气步骤106期间，将富含糖的产品与高体积的二氧化碳(或大气条件下的其它气体)以足以使富含糖的产品基本饱和的量混合，以形成包含碳酸和至少一些富含糖的产品的溶液。为了使用二氧化碳达到饱和，在热机械处理步骤104和曝气步骤106期间注入的二氧化碳的量优选大于10nl·kg^-1·mn^-1，气体的该量是基于在热机械处理步骤中输入的甘蔗产品的干质量在常温常压条件下表示的。在一些实施方式中，注入的二氧化碳的量大于20nl·kg^-1·mn^-1，或大于25nl·kg^-1·mn^-1，或大于30nl·kg^-1·mn^-1，或大于35nl·kg^-1·mn^-1，或大于40nl·kg^-1·mn^-1，或大于45nl·kg^-1·mn^-1，或大于50nl·kg^-1·mn^-1。在一些实施方式中，注入的二氧化碳的量大于35g/100g存在于所使用的粘性的富含糖的产品中存在的水。达到饱和所需的二氧化碳(或大气条件下的其它气体)的量将取决于粘性的富含糖的产品中的水量以及热机械处理装置中的温度和压力。在一些实施方式中，在以上述水平的任何量注入二氧化碳期间，将富含糖的产品保持在30度或更低，优选15℃或更低的温度下。在一些实施方式中，在以上述水平的任何量注入二氧化碳期间，将富含糖的产品保持在5巴或更大的压力下。

在曝气步骤106之后，进行脱气步骤108。在脱气步骤108期间，使经曝气的富含糖的产品经受突然的压力下降。这种压力下降导致碳酸分离成二氧化碳和水，并且其中所含的水几乎瞬间蒸发，留下由富含糖的产品的均匀固体颗粒组成的粉状富含糖的产品。

可将压力降至大气压或真空，以实现必要的脱气。

与脱气步骤108同时或在脱气步骤108之后不久，可在步骤110干燥富含糖的产品。在一些实施方式中，经曝气的富含糖的产品可经由一个或多个喷嘴从曝气装置输出到输送气体流中。输送气体可选自空气、氧气或二氧化碳中的一种或多种，并且优选在高于50℃的温度下。

输送气体被配置成将经曝气的富含糖的产品输送到干燥装置中。干燥装置可以是流化床干燥器、雾化塔、逆流立式干燥器和传送式干燥器中的一种或多种的形式。

在一些实施方式中，干燥后，甘蔗产品具有超过96％，优选98％或更高的干物质浓度。

尽管如上所述优选在热机械处理步骤104期间加入二氧化碳(或大气压下的其它气体)，但在一些实施方式中，可仅在曝气步骤106期间加入二氧化碳。在其它实施方式中，可在热机械处理步骤104期间注入所有二氧化碳。可在任何阶段在压力下引入二氧化碳作为固体、液体或气体，只要将富含糖的产品曝气至如上所述产品被气体饱和的程度。

尽管在上述实施方式中，将富含糖的产品与二氧化碳混合，但在其它实施方式中，除了二氧化碳之外或代替二氧化碳，可以使用具有类似于二氧化碳的特性的其它气体。此类气体优选在水中表现出良好的溶解度。另外，优选在降低温度的情况下改善这种溶解度，使得在热机械处理步骤104和/或曝气步骤106期间可以将富含糖的产品保持在低温下。表现出这些特性的气体的实例为一氧化二氮。另一个实例是丁醇，尽管丁醇不适合用于生产食品级产品。其它实例包括氩气、乙烯、乙烷、一氧化碳、氢气、氦气和氮气。可在本文所述工艺中组合使用这些气体中的两种或更多种。

当将一氧化二氮与富含糖的产品混合时，优选每100ml水中使用超过55ml的量，以达到饱和。

将理解，不同的富含糖的产品可由于其中所含的不同糖而具有不同的玻璃化转变温度。例如，甘蔗提取物(汁或浓缩物)中所含的糖为约95％的蔗糖，其T_g为约54℃。相比之下，果汁中的糖往往由超过50％的果糖组成，其T_g为约26℃。通常添加到富含糖的产品中以提高玻璃化转变温度的其它糖(诸如麦芽糊精和乳糖)的T_g为约100℃。

因此，富含糖的产品的T_g影响其在被干燥时的行为。例如，可以以相对高的总固体百分比(>70％)将具有相对高的玻璃化转变温度的甘蔗糖浆注入干燥器中，而没有甘蔗汁粘在干燥器壁上的风险。

相反，具有高水平的果糖而由此具有比甘蔗糖浆的T_g相对低的T_g的蜂蜜和水果类糖产品，可在它们被输送气体和在干燥器中循环的干燥气体加热时，在干燥器的壁上结晶。因此，优选地，当加工含有大量低T_g糖诸如果糖的富含糖的产品时，干燥器的壁和其它表面可以例如使用冷却夹套来冷却。然而，不应过度冷却干燥器的表面，因为这种冷却可能会导致干燥器中存在的任何气态水在壁上冷凝。干燥器壁上的冷凝物本身可导致糖颗粒在干燥器壁上结晶。

为此，还优选将干燥器内的相对湿度保持在尽可能低的水平，以使最终粉状产品的总固体百分比最大化。优选地，来自干燥器的排气的相对湿度保持在12％以下。这可通过确保进入干燥器的气体的含水量低于3g/m³的进入干燥器的气体来实现。在一些地理位置，环境空气可具有这些特性。然而，在其它辖区，可在干燥器的气体(例如空气)输入处提供干燥剂，以便在气体进入干燥器时去除气体中的水分。

实施例

在以下实施例中，使用澳大利亚临时专利申请第2017901576号和国际专利申请第PCT/AU2018/050338号中所述的方法，由从甘蔗中提取的甘蔗产品形成均匀的富含糖的产品，所述专利申请中的每一篇的内容据此通过引用以其整体并入。

浓缩甘蔗汁(描述1(Version 1))

在下面的实施例中，向在步骤102的浓缩之后且在步骤104的热机械处理之前的比重为1.4的粘性甘蔗溶液中通入二氧化碳，使得在步骤106曝气后，其比重降低至0.4以下。甘蔗溶液的加工细节如下。

起始产品：

总固体(TS)70％

比重：0.4

注入的气体的量：

大于10nl·kg^-1·mn^-1的二氧化碳，该量是在常温常压条件下表示的，并且基于热机械处理步骤中输入的起始产品的干质量。

热机械处理：

压力大于5巴；

任选地与维生素/矿物质混合；

注入二氧化碳；

产品温度：低于15℃

曝气：

注入二氧化碳；

产品温度：低于15℃

脱气：

喷嘴压力：>4巴；

干燥器入口：>80℃

所得产品(如图2和图3中所示)：

均匀的；

小于50μm；

干物质浓度大于96％。

使用扫描电子显微镜，申请人对所得粉状甘蔗产品进行测量，以确定通过上述方法获得的内部结构的特征。图2和图3分别显示了50μm和10μm时扫描电子显微镜采集的图像。可以看出，粉状产品具有包含基本上均匀的球的固体内部结构。这在图3中更清楚地示出，图3描绘了甘蔗产品的单个颗粒。所得产品显示出极其有限的孔隙度，进一步证明了每个颗粒都由固体糖组分组成。

在干燥步骤110的输出端处最终产品的水分活度为0.11。

浓缩甘蔗汁(描述2)

在下面的实施例中，向在步骤102的浓缩之后且在步骤104的热机械处理之前的比重为1.4的粘性甘蔗溶液中通入二氧化碳，使得在步骤106曝气后其比重降低至0.5以下。甘蔗溶液的加工细节如下。

起始产品：

总固体(TS)70％

比重：0.5

注入的气体的量：

大于10nl·kg^-1·mn^-1的二氧化碳，该量是在常温常压条件下表示的，并且基于热机械处理步骤中输入的起始产品的干质量。

热机械处理：

压力大于5巴；

任选地与维生素/矿物质混合；

注入二氧化碳；

产品温度：低于15℃

曝气：

注入二氧化碳；

产品温度：低于15℃

脱气：

喷嘴压力：>4巴；

干燥器入口：>80℃

所得产品(如图2和图3所示)：

均匀的；

小于50μm；

干物质浓度大于96％。

发现从干燥器输出的粉状甘蔗产品的水分活度为约0.3。

本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的宽泛的一般范围的情况下，可以对上述实施方式进行多种变化和/或修改。因此，本实施方式在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (9)

1.一种从液态富含糖的产品生产均匀粉状产品的方法，所述富含糖的产品具有占其总固体的至少60%的糖，所述方法包括：

在没有空气的情况下，将所述富含糖的产品加压至大于1巴且小于15巴的压力，将所述富含糖的产品与气体混合以形成混合物，其中所述富含糖的产品基本上被所述气体饱和，其中基于所述富含糖的产品的干质量，与所述富含糖的产品混合的气体的量按体积计大于10标准升·kg^-1·mn^-1；

将所述混合物脱气到连续的输送气体流，使得在与所述输送气体接触时，来自所述混合物的水蒸发以留下所述均匀粉状产品；并且其特征在于：

所述气体为二氧化碳、一氧化二氮和氮气中的一种或多种；

所述输送气体包括空气、氧气和二氧化碳中的一种或多种，并且输送气体的温度高于50℃的温度；并且

在将所述富含糖的产品与所述气体混合之前或期间，将所述富含糖的产品冷却至低于30℃但不低于5℃。

2.如权利要求1所述的方法，其中在所述气体与所述富含糖的产品的混合之前或期间，将所述富含糖的产品冷却至低于15℃。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述富含糖的产品具有占其总固体的大于65%的糖。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述富含糖的产品是浓缩甘蔗汁。

5.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：

在所述气体与所述富含糖的产品混合之前或期间，将所述富含糖的产品与奶粉、维生素、矿物质、调味剂和香料中的至少一种产品混合。

6.如权利要求1所述的方法，其中将所述混合物脱气至大气压或真空。

7.如权利要求6所述的方法，其中将所述混合物脱气至干燥装置中，所述干燥装置选自由以下组成的组：流化床干燥器、雾化塔、逆流立式干燥器和传送式干燥器。

8.如权利要求3所述的方法，其中所述均匀粉状产品的干物质浓度大于96%。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述富含糖的产品为液态甘蔗提取物，所述甘蔗提取物具有大于300厘泊的粘度并且具有占其总固体的至少85%的糖，所述方法包括：

在没有空气的情况下，将所述甘蔗提取物加压至大于4巴的压力，将二氧化碳注入富含糖的产品中以形成包含碳酸和至少一些所述富含糖的产品的溶液，基于所述富含糖的产品的干质量，注入的二氧化碳的量按体积计大于10标准升·kg^-1·mn^-1；以及

将所述混合物脱气到连续的输送气体流，使得在与所述输送气体接触时，来自所述混合物的水蒸发以留下所述均匀粉状产品。

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