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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Instantprodukten gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Merkmale.
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In der Lebensmittelindustrie liegen oftmals pulverförmige Materialien, sogenannte Instantprodukte, vor, die in Wasser oder Milch gelöst zu trinkbaren Flüssigkeiten wie Kaffee, Cappuccino, Kakao, Tee, Suppen, Babynahrung und ähnlichem führen. Die Anforderungen an die pulverförmigen Instantprodukte sind gute Löslichkeit und gute Dispergierbarkeit und im Hinblick auf Verpackung und Transport eine hohe mechanische Stabilität.
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Es ist bekannt, die Herstellung von löslichen Lebensmittelprodukten (Instantprodukte) mittels Sprühtrocknungsverfahren in Sprühtrocknern durchzuführen. Dabei wird eine feststoffhaltige Flüssigkeit, die in ihrer Zusammensetzung dem Endprodukt entspricht, über ein Düsensystem oder einen Rotationszerstäuber in den Raum eines Trockners versprüht. Im Gegen- oder Gleichstrom zu den entstehenden Tropfen wird heiße Luft geführt. Die Flüssigkeit verdampft und aus jedem Tropfen entsteht ein Pulverpartikel. Die so hergestellten Produkte sind sehr feinkörnig und weisen einen großen Staubanteil auf, so dass sie die Anforderungen hinsichtlich einer guten Dispergierbarkeit und Löslichkeit in Flüssigkeiten nicht erfüllen.
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Aus der
DE 35 02 423 A1 ist bereits eine Wirbelschichtanlage vorbekannt, die u. a. zur Durchführung von Instantisierprozessen vorgesehen ist. Dabei wird durch einen Behandlungsbehälter von unten her Zuluft zugeführt, die nach Durchströmen des Behandlungsbehälters das am oberen Bereich wieder abgeführt wird. Im Behandlungsbehälter befindet sich das Behandlungsprodukt in Ruhelage auf einem Siebboden, der gleichzeitig auch die untere Begrenzung einer Behandlungszone bildet. Zur Steuerung und Überwachung des Arbeitsprozesses wird das Behandlungsprodukt u. a. hinsichtlich seiner Feuchte bzw. Wasseraktivität gemessen, wobei diese Messgröße insbesondere zur Steuerung des Arbeitsprozesses verwendet wird.
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Aus der
DE 197 23 995 A1 kennt man bereits ein Verfahren, das zum Überwachen und/oder Steuern und Regeln u. a. eines Instantisierungsprozesses beispielsweise in einer Wirbelschicht die Bestimmung der Produktfeuchte vorsieht. Zumindest während eines Prozessabschnittes wird dabei die Produktgesamtfeuchte weitgehend kontinuierlich im Sekundenbereich berührungslos mittels elektronmagnetischer Strahlung im Hochfrequenz- oder Mikrowellenbereich durch Auswertung der Dämpfung als Maß für diese Produktgesamtfeuchte gemessen. Unter Berücksichtigung der Produkttemperatur wird das Messergebnis verwendet, um über einen Regelkreis durch Verändern der Sprührate und/oder der Gastemperatur und/oder des Volumenstromes die Produktgesamtfeuchte in einem vorgebbaren Bereich zu halten.
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Aus der
DE 1 767 690 A kennt man bereits ein Verfahren zum Instantisieren von pulverförmigen Nahrungs- und Genussmitteln, das eine agglomerierende Behandlung des Pulvers mit einer Flüssigkeit und anschließendes Trocknen der Agglomerate vorsieht. Dabei wird das zu instantisierende Pulver auf einer sich schräg nach oben bewegenden Fläche mit fein verteilter Flüssigkeit besprüht, wodurch sich Teilchen bilden, die auf der Unterlage abrollen und Agglomerate bilden. Diese Agglomerate, die von der sich schräg nach oben bewegenden Fläche abfallen, müssen anschließend noch einer abschließenden Trocknung unterzogen werden, die beispielsweise in einer Wirbelschicht erfolgen kann.
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Aus der
DD 248 502 A1 ist bereits ein Verfahren vorbekannt, das zur Herstellung von kochfertigen Suppen, Soßen und Brüherzeugnissen in granulierter Form mit Instantcharakter dient. Mit Hilfe dieses vorbekannten Verfahrens wird die Verarbeitung von pastösen und pulverförmigen Rohstoffen zu granulierten, gleichmäßig aromatisierten Produkten angestrebt. Dazu ist vorgesehen, dass die je nach herzustellendem Endprodukt zusammengesetzte Rohstoffmischung mit einer Feuchte von 30 bis 75% mittels Granulierpresse bzw. Extruder granuliert bzw. extrudiert wird, wobei die Granulate bzw. Extrudate direkt in einen Wirbelschichtgranulator eingepreßt und in diesem anschließend gleichmäßig getrocknet und mit Kohlenhydraten und/oder Fetten und/oder Gummen ummantelt werden. Durch die stabilisierende Ummantelung der Produkte soll eine Qualitätsmischung der Endprodukte durch Wasseraufnahme, oxidative Prozesse, Aromaverluste oder mechanische Belastung beim Verpacken und beim Transport vermieden werden.
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Zur Bindung des Staubs und damit zur Verbesserung der Eigenschaften der Produkte ist es bekannt, den Sprühtrocknern einen an sich bekannten Wirbelschichtapparat nachzuschalten, in dem eine Granulation des staubförmigen Anteils erfolgt. Diese Wirbelschichtapparate, wie sie beispielsweise aus der
DE 101 46 778 A1 vorbekannt sind, bestehen aus einem mit Öffnungen versehenen Wirbelschichtboden, dem von unten Trocknungs- und Fluidisierungsluft zugeführt wird. Das zu behandelnde Material wird über die Schwerkraft oder Dosier- oder sonstige Fördergeräte der Wirbelschicht aufgegeben und dort fluidisiert. Das Material bewegt sich dabei durch die Wirbelschicht in fluidisiertem Zustand und wird mit einer Flüssigkeit agglomeriert, so dass zunächst Flüssigkeitsbrücken zwischen den Staubteilchen entstehen. Durch die zugeführte heiße Prozessluft, die auch zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht dient, erfolgt ein Trocknungsprozess der befeuchteten Staubteilchen, bei dem Feststoffbrücken zwischen den einzelnen Partikeln gebildet werden. Unterstützt wird dieser Prozess, indem der den Materialteichen aufgesprühten Flüssigkeit ein Bindemittel zugeführt wird.
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Die Kopplung zweier Apparate, in diesem Fall eines Sprühtrockners mit einer nachgeschalteten Wirbelschicht, zur Herstellung der Instantprodukte ist einerseits technisch kompliziert zu handhaben, und andererseits ist es schwierig, mit diesen Apparaten pulverförmige Lebensmittelprodukte herzustellen, die eine gute Dispergierbarkeit und Löslichkeit aufweisen. Die so hergestellten pulverförmigen Lebensmittelprodukte besitzen eine relativ hohe spezifische Oberfläche und weisen einen hohen Staubanteil auf. Die sehr leichten Instantprodukte führen beim Einrühren in Flüssigkeiten zu Problemen. Sie schwimmen bei Zugabe zu einer Flüssigkeit auf deren Oberfläche und verklumpen. Die Dispergierbarkeit und Löslichkeit der so erzeugten Pulver ist oftmals nicht ausreichend. In der Wirbelschicht trägt nur der Bereich in Düsennähe, in dem die Partikel befeuchtet werden, zum Partikelwachstum bei. Außerhalb der Bedüsungszone werden die gebildeten und noch nicht verfestigten Agglomerate zerstörenden Effekten, wie zum Beispiel Abrieb und Kornbruch, ausgesetzt. Das bedeutet, dass zur Erzeugung der entsprechenden Agglomerate mehr Bindekräfte auf der Oberfläche der Partikel aufgebracht werden müssen als eigentlich erforderlich sind. Es erfolgt eine Überdosierung des zu behandelnden Materials mit Bindemitteln, wodurch die Partikelteilchen durch die Flüssigkeit überfeuchtet werden. Zur Trocknung von insbesondere größeren Agglomeraten wird mehr Prozessgas zur Fluidisierung und Trocknung benötigt, als für die Verdampfung notwendig ist. Die Effizienz der Anlage wird dadurch verschlechtert. Außerdem werden die Produktparameter der herzustellenden Instantprodukte, wie Geschmack, Aroma, Wirkstoffaktivität, Farbe und ähnliches, durch den längeren Trocknungsprozess negativ beeinflußt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Instantprodukten zu schaffen, mit dem die beschriebenen Nachteile beseitigt werden und mit dem Instantprodukte hergestellt werden, die nahezu staubfrei, freifließend und nicht klebend sind, eine definierte Schüttdichte und Restfeuchte sowie eine gute Redispergierbarkeit und Löslichkeit in Flüssigkeiten, wie Wasser und Milch, aufweisen, sowie deren Produktparameter, wie Geschmack, Aroma, Wirkstoffaktivität, Farbe und ähnliches, verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von Instantprodukten in einer Wirbelschicht, wobei zur Verbesserung der Produktparameter der herzustellenden Instantprodukte die der Wirbelschicht zugeführte Zulufttemperatur und die Leerrohrgeschwindigkeit der Zuluft sowie die Materialtemperatur in der Wirbelschicht produktbezogen eingestellt werden.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die produktbezogene Einstellung der Prozessparameter eine Überhitzung und eine Überfeuchtung der zu behandelnden Instantmaterialien in der Wirbelschicht vermieden wird. Der dem Agglomerationsprozess nachfolgende Trocknungsprozess kann dadurch verringert werden. In der Wirbelschicht erfolgt eine kontinuierliche Agglomeration der Instantprodukte unter Berücksichtigung der Sauerstoff, Temperatur und Zeit bestimmenden Prozessparameter, die für Geschmack, Aroma, Wirkstoffaktivität und Farbe der herzustellenden Instantprodukte entscheidend sind. Die so hergestellten Instantprodukte unterscheiden sich in ihrer Qualität wesentlich von denen entsprechend dem Stand der Technik hergestellten Instantprodukten.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch das Einbringen der Agglomerationsflüssigkeit in Wirbelbodennähe der Agglomerationseffekt verbessert wird. Der für die Agglomeration notwendige Agglomerationsaufbau wird durch die so eingebrachte Agglomerationsflüssigkeit durch eine Art „Aufrollvorgang” im Vergleich zur herkömmlichen Wirbelschicht erleichtert.
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Durch die Einstellbarkeit der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des in die Wirbelschicht zugeführten Prozessgases können die Agglomerationsbedingungen so eingestellt werden, dass die zu behandelnden Instantprodukte gewünschte Materialeigenschaften aufweisen. So kann ein Instantprodukt hergestellt werden, dass nahezu staubfrei, freifließend und nicht klebend ist, eine definierte Schüttdichte und Restfeuchte sowie eine gute Redispergierbarkeit und Löslichkeit in Flüssigkeiten, wie Wasser und Milch, aufweist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihrer Wirkung erläutert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Herstellung der Instantprodukte erfolgt in einer an sich bekannten Wirbelschicht. Grundlage für die Herstellung von Instantprodukten sind pulverförmige Materialien unterschiedlichster Herkunft, die unter Zugabe einer Flüssigkeit in einer Wirbelschicht agglomeriert und getrocknet werden. Die Korngröße des pulverförmigen Ausgangsmaterials ist dabei kleiner 200 μm und weist einen hohen Staubanteil auf. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften der jeweilig herzustellenden Instantprodukte kann das pulverförmige Ausgangsmaterial aus einer Pulvermischung bestehen. Die einzelnen Bestandteile des Ausgangsmaterials können entsprechend des herzustellenden Instantproduktes unterschiedliche Materialeigenschaften, Dichte und Körnung aufweisen. Dabei werden als pulverförmige Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Instantmaterialien für trinkbare Flüssigkeiten Cappuccinopulver, Kakaopulver-Mischungen, Teestaub, eine pulverförmige Mischung von unterschiedlichen Komponenten einer Babynahrung oder dergleichen verwendet. Die dem Agglomerationsprozess zugeführte Flüssigkeit ist Wasser, eine arteigene Lösung oder Suspension oder Wasser mit einem Bindemittelanteil für den Agglomerationsprozess und/oder Dampf. Dabei wird die Agglomerationsflüssigkeit mittels einer Zweistoffdüse in Wirbelbodennähe zugeführt.
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Das der Wirbelschicht aufgegebene Ausgangsmaterial bewegt sich durch die Wirbelschicht in fluidisiertem Zustand und wird mit der Agglomerationsflüssigkeit einem Agglomerationsprozess unterzogen, so dass zunächst Flüssigkeitsbrücken zwischen den Staubkörnern und danach nach Trocknung der Flüssigkeit Feststoffbrücken zwischen den Partikeln entstehen. Zur Verbesserung der Produktparameter der herzustellenden Instantprodukte wird die der Wirbelschicht zugeführte Zulufttemperatur und die Leerrohrgeschwindigkeit der Zuluft sowie die Materialtemperatur in der Wirbelschicht produktbezogen eingestellt.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele verdeutlicht, ohne dadurch in irgend einer Weise eingeschränkt zu werden.
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Anwendungsbeispiel 1: Herstellung von Cappuccino-Pulver
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In einer kleintechnischen Wirbelschichtanlage mit Luftverteilungsboden und mit einer Wirbelbodenfläche von 0,2 m2 werden 20 kg/h eines pulverförmigen Cappuccino-Pulvers unter kontinuierlichen Bedingungen zu einem Agglomerat verarbeitet.
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In der Wirbelschicht finden gleichzeitig die Prozesse Fluidisierung, Agglomeration und Trocknung statt. Aus dem zugeführtem Pulver wird ein Instantprodukt erzeugt.
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Der ständige Materialinhalt in der Wirbelschicht wird mit 125°C heißer Bodenluft im fluidisierten Zustand gehalten. Die Leerrohrgeschwindigkeit im Apparat beträgt dabei 1,0 m/s. Über eine Zweistoffdüse wird Wasser in die Wirbelschicht eingedüst. Die Materialtemperatur in der Wirbelschicht beträgt 45°C.
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Über der Wirbelschicht befindet sich ein integriertes Filtersystem, bestehend aus textilen Filterpatronen. Der abgeschiedene Staub wird kontinuierlich in die Wirbelschicht zurückgeführt und nimmt am Agglomerationsprozess erneut teil.
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Im Ergebnis wurde ein Agglomerat mit einer Korngröße von 0,2 bis 1,0 mm erzeugt, das den Anforderungen an gute Dispergierbarkeit und Löslichkeit in Wasser entspricht.
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Anwendungsbeispiel 2: Herstellung von Kakaopulver-Mischung
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In einer kleintechnischen Wirbelschichtanlage mit Luftverteilungsboden und mit einer Wirbelbodenfläche von 0,2 m2 werden 30 kg/h einer pulverförmigen Kakaomischung unter kontinuierlichen Bedingungen zu einem Agglomerat verarbeitet.
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In der Wirbelschicht finden gleichzeitig die Prozesse Fluidisierung, Agglomeration und Trocknung statt. Aus dem zugeführtem Pulver wird ein Instantprodukt erzeugt.
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Der ständige Materialinhalt in der Wirbelschicht wird mit 130°C heißer Bodenluft im fluidisierten Zustand gehalten. Die Leerrohrgeschwindigkeit im Apparat beträgt dabei 0,8 m/s. Über eine Zweistoffdüse wird Wasser in die Wirbelschicht eingedüst. Die Materialtemperatur in der Wirbelschicht beträgt 50 bis 60°C.
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Über der Wirbelschicht befindet sich ein integriertes Filtersystem, bestehend aus textilen Filterpatronen. Der abgeschiedene Staub wird kontinuierlich in die Wirbelschicht zurückgeführt und nimmt am Agglomerationsprozess erneut teil.
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Im Ergebnis wurde ein Agglomerat mit einer Korngröße von 0,2 bis 1,0 mm erzeugt, das den Anforderungen an gute Dispergierbarkeit und Löslichkeit in Wasser entspricht.
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Anwendungsbeispiel 3: Agglomeration von Teestaub
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In einer Labor-Wirbelschichtanlage mit Luftverteilungsboden und mit einem Wirbelbodendurchmesser von 0,2 m wird batchweise 1,5 kg Teestaub agglomeriert.
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In der Wirbelschicht finden gleichzeitig die Prozesse Fluidisierung, Agglomeration und Trocknung statt. Aus dem zugeführtem Pulver wird ein Instantprodukt erzeugt.
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Der Materialinhalt in der Wirbelschicht wird mit 70°C heißer Bodenluft im fluidisierten Zustand gehalten. Die Leerrohrgeschwindigkeit im Apparat beträgt dabei 0,9 bis 1,1 m/s. Über eine Zweistoffdüse wird Wasser in die Wirbelschicht eingedüst. Dem Wasser wird zur Verbesserung der Bindeeigenschaften zwischen den Teepartikeln ein Bindemittel Maltodextrin zugegeben. Die Materialtemperatur in der Wirbelschicht beträgt 35°C.
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Über der Wirbelschicht befindet sich ein integriertes Filtersystem, bestehend aus textilen Filterpatronen. Der abgeschiedene Staub wird kontinuierlich in die Wirbelschicht zurückgeführt und nimmt am Agglomerationsprozess erneut teil.
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Im Ergebnis wurde ein Agglomerat mit einer Korngröße von 0,2 bis 0,5 mm erzeugt, das den Anforderungen an gute Dispergierbarkeit und Löslichkeit in Wasser entspricht.
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Anwendungsbeispiel 4: Herstellung von Baby-Nahrung
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In einer kleintechnischen Wirbelschichtanlage mit Luftverteilungsboden und mit einer Wirbelbodenfläche von 0,2 m2 werden 16 kg/h einer pulverförmigen Baby-Nahrung, bestehend aus einer Mischung verschiedener Komponenten, unter kontinuierlichen Bedingungen zu einem Agglomerat verarbeitet.
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In der Wirbelschicht finden gleichzeitig die Prozesse Fluidisierung, Agglomeration und Trocknung statt. Aus dem zugeführtem Pulver wird ein Instantprodukt erzeugt.
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Der ständige Materialinhalt in der Wirbelschicht wird mit 65 bis 70°C heißer Bodenluft im fluidisierten Zustand gehalten. Die Leerrohrgeschwindigkeit im Apparat beträgt dabei 1,0 m/s. Über eine Zweistoffdüse wird Wasser in die Wirbelschicht eingedüst. Die Materialtemperatur in der Wirbelschicht beträgt 35 bis 40°C.
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Über der Wirbelschicht befindet sich ein integriertes Filtersystem, bestehend aus textilen Filterpatronen. Der abgeschiedene Staub wird kontinuierlich in die Wirbelschicht zurückgeführt und nimmt am Agglomerationsprozess erneut teil.
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Im Ergebnis wurde ein körniges Instantprodukt erzeugt, das den Anforderungen an gute Dispergierbarkeit und Löslichkeit in Milch entspricht. Schüttdichten > 300 g/l wurden erzielt.
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Zusammenfassend ist also festzustellen:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Instantprodukten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Instantprodukten zu schaffen, mit dem die beschriebenen Nachteile beseitigt werden und mit dem Instantprodukte hergestellt werden, die nahezu staubfrei, freifließend und nicht klebend sind, eine definierte Schüttdichte und Restfeuchte sowie eine gute Redispergierbarkeit und Löslichkeit in Flüssigkeiten, wie Wasser und Milch, aufweisen, sowie deren Produktparameter, wie Geschmack, Aroma, Wirkstoffaktivität, Farbe und ähnliches, verbessert werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von Instantprodukten in einer Wirbelschicht, wobei zur Verbesserung der Produktparameter der herzustellenden Instantprodukte die der Wirbelschicht zugeführte Zulufttemperatur und die Leerrohrgeschwindigkeit der Zuluft sowie die Materialtemperatur in der Wirbelschicht produktbezogen eingestellt wird.