DE1811727A1 - Verfahren zur Gefriertrocknung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gefriertrocknung Die Erfindung betrifft ein.Verfahren zur Gefriertrocknung von schwer kristallisierbaren Lösungen mit hohem. Feststoff- und Zuckergehalt, insbesondere für konzentrierte Fruchtsäfte.
• Während des Einfrierens einer wässrigen Lösung findet in der Regel eine Trennung der.Lösung in Wassereis und Restlösung statt, Das Wassereis scheidet sich in Form von Kristallen ab, während die Konzentration der Restlösung durch den Entzug des Wassers laufend.steigt wobei sich gleichzeitig der Schmelzpunkt der Restlösung laufend erniedrigt, Mit dem Erreichen der eutektischen Temperatur erstarrt die Restlösung als Eutektikum, so daß beim Erreichen dieser Temperatur im Idealfall ein Gemisch aus Wassereiskristallen im Eutektikum vorliegt, welches bei untereutektischer Temperatur gefriergetrocknet wird Zur Beschleunigung der Kristallisation ist es bekannt, Lösungen in einem Mischkühler vorzubehandeln, in dem an den gekühlten Wändenentstehende Kristalle kontinuierlich abgeschabt und der bis zum Gefrierpunkt herabgekühlten Flüssigkeit untergemischt werden, was dem bekannten Verfahren des Impfens einer unter kühlten Flüssigkeit mit Impfkristallen zur Einleitung der Kristallisation entspricht, Die bekannten Verfahren ergeben ein fließfähiges Zwischenprodukt> welches in der Regel zur weitern Verarbaitung, beispielsweise durch Mahlen und Sieben mit an .schlieAender Gefriertrocknung, in ruhendem Zustand gefroren.
• und damit gehärtet wird. Die Fließfähigkeit des derart hergestellten vorgefrorenen Zwischenproduktes zeigt, daß die durch den Vorfrierprozeß entstandenen.L8sufigsmittelkristalle noch voll ständig von konzentrierter, häufig zähflüssiger Restlösung umhüllt sind und dadurch gewissermaßen fluidisiert werden, I Bei der nachfolgenden Aushärtung kann man lediglich bei leicht L kristallisierbaren Lösungen ein Wachstum der Lösungsmittelkristalle beobachten, welches die Voraussetzung dafür ist, daß.
• die Kristalle sich berühren und zusammenwachsen können, Aus den auf diese Weise gebildeten zusammenhängenden Lösungsmittelkristallen - z, B Wassereiskristallen - wird das Lösungsmittel während der Sublimation verdampft; es bilden sich innerhalb des gefrorenen Ausgangsproduktes Kanäle aus denen das tiefer gelegende, kristallisierte Lösungsmittel be fortschreitender Trocknung ohne große Schwierigkeiten und ohne in die flüssige Phase zurückzuleiten verdampft werden kanng Bei einer schwer kristallisierbaren Ausgangslösung mit hohem Feststoffgehalt lassen sich die anzustrebenden Lösungsmittelkristallverbindungen durch das auf das Vorfrierverfahren folgende Aushärten nicht erzielen, Unterzieht man das z. B. aus einem Kratzkühler kommende fließfähige Zwischenprodukt einer solchen Lösung der Nachhärtung, so kann es zu einem glasigen Erstarren der Restösung ohne Kristallisation kommen, Es wurde ferner beobachtet, daß zwar das überschüssige 1'ösungsmittel beim Unterschrsten der eutektischen Temperatur völlig auskristallisiert, nicht 1edoch-der giNste Stoff, der auch in diesem Fall glasig erstarrt und die Lösungsmittelkristalle umgibt, Als besonderer Nachteil ist in den genannten Fällen zu beobachten, daß die Lösungsmittelkristalle voneinander getrennt bleiben und damit die für die nachfolgende Gefriertrocknung erforderliche Verbindung der Lösungsmittelkristalle nicht erzielt werden kann. Diese Nachteile stellen für die nachfolgende Gefriertrocknung. eine unüberwindliche Schranke dar. So wurde beobachtet, daß sich bei Fruchtsäften und Konzentraten mit einem hohen Gehalt an Saccharose und Fructose, beispielsweise bei einem Orangensaft-Konzentrat von mehr. als 20% Feststoffgehalt, nach dem bekannten. Vorfrier- - und Einfrierverfah-ren die Gefriertrocknung nicht durchführen ließ, da wegen der fehlenden Abzugskanäle die Lösungsmittelkristalle innerhalb des gefroren nen Produktes. nicht absublimiert.werden konnten, das Produkt demzufolge bei der Zuführung der zur Gefriertrocknung erforderlichen Wärme teilweise auftaute und auf diese Weise vernichtet wurde, Eine Ausnahme bilden hier Ausgangslösungen mit einem niedrigen Gehalt an.löslichen Feststoffen, beispielsweise Fruchtsäfte mit einem Zuckergehalt von ca, 10 - 15t, die wegen ihrer geringen Menge an Restlösung erhöhter Konzentration dazu neigen, wShrend der Behandlung in einem eingangs erwähnten Mischkühler verhältnismäßig stückig abzufallen wobei die nicht ausgefrorene Restlösung wegen ihres rohen Gehalts an Lösungsmittel und geringer Viskosität zur Mparation neigt, Das Einfrieren und nachfolgende Gefriertrocknen derart schwach konzentrierter Lösungen ist jedoch in hohem Grade unwirtschaftlich, insbesondere wenn in vergleichender Betrachtung die leicht kristallisierenden Lösungen mit hohem Gesamtfeststoff, z Be Kaffee-Extrakt mit einem Feststoffgehalt von 40%, herangezogen werden, mit denen in der Gefriertrocknung hervorragende Ergebnlsse erzielt worden sind, Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gesetzt hat, durch ein besonderes Vorbereitungsverfahren schwer kristallisierbare Lösungen mit einem Feststoff- und Zuckergehalt von wenigstens 25% der Gefriertrocknung zugänglich zu machen Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß das Ausgangsprodukt in einem an sich bekannten mit bewegbaren mechanischen Mischelementen versehenen Kühler so lange auf einer wenigstens soc unterhalb der Gefriertemperatur des Ausgangsproduktes liegenden Temperatur gehalten wird, bis eine bröckelige Konsistenz erreicht ist, und daß das vorgefrorene Produkt in an sich bekannter Weise nach einer Abkühlung unterhalb der eutektischen Temperatur gefriergetrocknet wird, Bei den erfindungsgemäß behandelten Ausgangslösungen, die in der erzielten bröckeligen Konsistenz der Nachhärtung unterzogen werden, ist festzustellen, daß die Lösungsmittelkristalle beim Nachhärten zusammenwachsen unddie Restlösung als Eutektikum einschließen, wodurch bei der anschließenden Trocknung durch Sublimation des Lösungsmittels ein Netz von Kanälen gebildet wird, durch die ein ungehinderter Abzug des. Lösungsmittels stattfinden kann, Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das erfindungsgemäße Vorfrieren in einem bekannten Kratzkühler durchzuführen, In einer Weiterbildung der Erfindung wird das Vorfrieren in einer ersten Behandlungsstufe in einem Kratzktihler und in einer zweiten Behandlungsstufe einzelner Vorrichtung mit knetenden, reibenden, stoßenden oder schlagenden Bewegungselementen durchgeführt,. Dabei wird in der ersten Behandlungsstufe die Ausgangslösung bis zum Erreichen der Gefriertemperatur abgekühlt, so daß sich ein ZwischenProdukt mit fließfähigem Verhalten ergibt, In der zweiten Behandlungsstufe wird dieses Zwischenproduktdann auf einer wenigstens 5 0C unterhalb der Gefriertemperatur des Ausgangsproduktes liegenden Temperatur gehalten, bis das Produkt eine bröckelige Konsistenz erhält,Die edindungsgemäße Unterkühlung auf eine wenigstens 50C unterhalb.der Gefriertemperatur liegende Temperatur ist abhängig von der Zusammesetzung der Ausgangslösung und von deren Ausgangskonzentration, Es wird Jedoch als wesentlich erachtet,daß die Temperatur wenigstens 5 0C unter dem Gefrlerpunkt der Ausgangslösung gewählt wird, Als nachfolgender Verfahrensschritt kann das fertige Zwischenprodukt.vor Beginn der Gefriertrocknung auf die gewünschte Größe zerkleinert werden, wobei die Zerkleinerung des bröckeligen Zwischenproduktes auch ohne Nachhärtung erfolgen kannç Das erfindungsgemäße Verfahren soll an folgendem Belspiel näher erläutert werden: -Oranger/28tRtentrat mit einem Gehalt an löslichen Feststoffen von 30% wurde in einem.Kratzkühler unter ständiger Bewegung auf seine Gefriertemperatur abgekiihlt, wobei die an den gekühlten Wänden desKratzkühlers entstehenden Eiskristalle kontinuierlich abgeschabt und der Ausgangslösung als Kristallisationskeime zugefügt wurde, Das erhaltene fließfähige Zwischenprodukt.mit einer Temperatur von -5,8°C, bei dem die entstandenen Lösungsmittelkristalle von konzentrierter, zähflüssiger Restlösung umgeben waren, wurde in einer zweiten Kühlvorrichtung mit schlagenden Bewegungselementen auf -i:1,50C und somit auf eine 70C unter der. Gefriertemperatur.der Ausgangslösung von -4,5°C-liegende Temperatur weiter abgekühlt, Diese weitere Temperaturabsenkung in Verbindung mit der schlagenden Wirkung der Bewegungselemente hatte zur Folge, daß sich die anfänglich.von ier Restlösung eingeschlossene Lösungsmittelkristalle vergrößeren' untereinander verbandenund nunmehr ihrerseits die noch weiter konzentrierte. Restlösung einschlossen, Nach Abschluß dieses Verfahrensschrittes wurde das Zwischenprodukt,.d,. h, die Restlöaung., durch weiteres Absenken der Temperatur in ruhendem Zustand als Eutektikum eingefroren, Dabei war es unerheblich daß das Eutektikum glasig gefrorX denn die bereits entstandene Verbindung der Lösungsmittelkristalle untereinander konnte davon nicht mehr beeinträchtigt werden, Das völlig gefrorene Produkt wurde anschließend zerkleinert und in Granulat form der Gefriertrocknung unterzogen1 wobei die untereinander verbundenen Lösungsmittelkristalle innerhalb der einzelnen GranuBtstUcke eine einwandfreie Entfernung. des Lösungsmittels ermöglichten, Das Endprodukt stellte sich als von feinen Kapillaröffnungen durchzogenes, trockenes Granulat dar, welches ohne Rückstände in Wasser löslich und in der Qualität vom frischen Produkt nicht zu unterscheiden war, Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es erstmals, schwer.
• kristallisierbare Lösungen mit einem hohen Gehalt an löslichen Feststoffen der wirtschaftlichen Ausnutzung im Wege der Gefriertrocknung zuzuführen, ANSPRUCHE

Claims (1)

1. ANSPRUCHE . w t ) Verfahren zur Gefriertrocknung von schwer kristallisierbaren Lösungen mit hohem Feststoff- und Zuckergehalt, insbesondere für konzentrierte Fruchtsäfte, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ausgangsprodukt in einem an sich bekannten mit bewegbaren mechanischen Mischelementen versehenen Kühler so lange auf einer wenigstens 0 5°C unterhalb der Gefriertemperatur des Ausgangsproduktes liegenden Temperatur.gehalten wird, bis eine bröckelige Konlstenz erreicht ist,.und daß das vorgefrorene Produkt in an.sich bekannter Weise nach einer Abkühlung unterhalb der eutektischen Temperatur gefriergetrocknet wird, 2) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n-.

   z e i c h n e t, daß das Vorfrieren in einem Kratzkühler durchgeführt wird 3) Verfahren nach Anspruch 2,.d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das..Vorfrieren in einer ersten Behang lungsstute in einem Kratzkühler und in einer drauffolgenden zweiten Behandlungsstufe in einer Vorrichtung mit knetenden, reibenden, stoßenden oder schlagenden Bewegungselementen durchgeführt wird 4) Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e'k e n n z e i c h n e t, daß das Produkt vor Beginn der Gefriertrocknung zerkleinert wird.