DE1811727C - Verfahren zum Vorgefrieren von gefrierzutrocknenden schwer kristallisierbaren Lösungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorge- die nachfolgende Gefriertrocknung eine unüberwind-

frieren von schwer kristallisierbaren Lösnjngen mit liehe Schranke dar. So wurde beobachtet, daß sich

einem Gesamtzuckergehalt von mindestens 20 °/o, bei Fruchtsäften und Konzentraten mit einem hohen

z. B. von konzentrierten Fruchtsäften, die nach Ab- Gehalt an Saccharose und Fructose, beispielsweise

kühlung unterhalb ihrer eutektischen Temperatur 5 bei einem Orangensaft-Konzentrat von mehr als

gefriergetrocknet werden. 20 ⁿ/o Feststoffgehalt, nach dem bekannten Vorfrier-

Während des Einfrierens einer wäßrigen Lösung und Einfrierverfahren die Gefriertrocknung nicht findet eine Trennung der Lösung in Wassereis und durchführen ließ, da wegen der fehlenden Abzugs-Restlösung statt. Das Wassereis scheidet sich in Form kanäle die Lösungsmittelkristalle innerhalb des gevon Kristallen ab. Die Konzentration der Restlösung m frorenen Produktes nicht absublimiert werden steigt durch den Entzug des Wassers, wobei sich konnten, das Produkt demzufolge bei der Zuführung gleichzeitig der Schmelzpunkt der Restlösung er- der zur Gefriertrocknung erforderlichen Wärme teilniedrigt. Mit dem Erreichen der eutektischen weise auftaute und auf diese Weise vernichtet wurde. Temperatur erstarrt die Restlösung als Eutektikum, Eine Ausnahme bilden hier Ausgangslösungen mit so daß beim Erreichen dieser Temperatur im Idealfall 15 einem niedrigen Gehalt an löslichen Feststoffen, beiein Gemisch aus Wassereiskristallen und Eutektikum spielsweise Fruchtsäfte mit einem Zucke.gehalt von vorliegt, welches bei untereutektischer Temperatui etwa 10 bis 15 ⁰O, die wegen ihrer geringen Menge an gefriergetrocknet wird. Restlösung erhöhter Konzentration dazu neigen.

Aus den USA.-Patentschriften 2 790 309,2 896418, während der Behandlung in einem eingangs er-

3 247 600 und 3 285 022 sind Verfahren zum -0 wähnten Mischkühler verhältnismäßig stückig anzu-

Vorfrieren von Flüssigkeiten bekannt. Bei allen fallen, wobei die nicht ausgefrorene Restlösung wegen

diesen Verfahren ergibt sich jedoch ein fließfähiges ihres hohen Gehalts an Lösungsmittel und geringer

Zwischenprodukt, welches in der Regel zur weiteren Viskosität zur Separation neigt. Das Einfrieren und

Verarbeitung, beispielsweise durch Mahlen und nachfolgende Gefriertrocknen derart schwach kon-

Sicben mit anschließender Gefriertrocknung, in a .5 zentrierter Lösungen ist jedoch in hohem Grade

ruhendem Zustand gefroren und damit gehärtet wird. unwirtschaftlich, insbesondere wenn in vergleichen-

Die Fließfähigkeit des derart hergestellten vorge- der Betrachtung die leicht kristallisierenden Lösungen

fro:enen Zwischenproduktes zeigt, daß die durch den mit hohem Gesamtfeststoff, z. B. Kaffee-Extrakt mit

Vorfrierprozeß entstandenen Lösungsmittelkristalle einem Feststoffgehalt von 40 ".·, herangezogen

noch weitgehend von konzentrierter, zähflüssiger 30 werden, mit denen in der Gefriertrocknung hcrvor-

Restlö'ung umhüllt sind und dadurch gewissermaßen ragende Ergebnisse erzielt worden sind,

fluidisiert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch

Bei der nachfolgenden Aushärtung kann man bei ein besonderes Verfahren zum Vorgefrieren schwer leicht kristallisierbaren Lösungen ein Wachstum der kristallisierbare Lösungen mit einem Gesamtzucker-Lösungsmittelkristalle beobachten, welches, die Vor- 35 gehalt von mindestens 20ⁿ n der Gefriertrocknung aussctzung dafür ist, daß die Kristalle sich berühren zugänglich zu machen.

Und zusammenwachsen können. Aus den auf diese Dieses Verfahren zum Vorgefrieren von schwer Weise gebildeten zusammenhängenden Lösungsmittel- kristallisierbaren Lösungen ist dadurch gekennkristallen — z. B. Wasserciskristallen — wird das zeichnet, daß das Ausgangsprodukt langsam unter Lösungsmittel während der Sublimation verdampft; 40 Bewegung auf einer wenigstens 5ⁿ unterhalb seiner es bilden sich innerhalb des gefrorenen Aus.gangspru- Gefriertemperatur liegenden Temperatur über den cluktcs Kanäle. aus denen das tiefer gelegene, kristal- breiigen Zustand hinaus bis zum Erreichen einer lisicrte Lösungsmittel bei fortschreitender Trocknung bröckeligen Konsistenz vorgefroren wird,
ohne Schwierigkeiten sublimiert werden kann. Der- Bei den erfindungsgemäß behandelten Ausgangsartige vorteilhafte Kanäle lassen sich bei Sichnellein- 45 lösungen, die in der erzielten bröckeligen Konsistenz frierverfahren, wie sie aus der schweizerischen der Nachhärtung unterzogen werden, ist festzustellen, Patentschrift 313 992 bekannt sind, nicht erreichen, daß die Lösungsmittelkristalle beim Nachhärten zutla bei diesen eine mikrokristalline Gefrerstruktur sam.nenwachsen und die Restlösunp als Eutektikum entsteht. einschließen, wodurch bei der anschließenden Trock-

Bei einer schwer kristallisierbaren Ausgangslösung 5" nung durch Sublimation des Löungsmittels ein Netz mit hohem Feststoffgehalt lassen sich die anzustre- von Kanälen gebildet wird, durch die ein ungehin-Jbcnden Lösungsmittelkristullvcrbindungen durch das derter Abzug des Lösungsmittels stattfinden kann.
öuf das Vorfricrverfahren folgende Aushärten nicht Im Rahmen der Erfindung ist es besonders vorteilerzielen. Unterzieht man das z. B. aus einem Kratz- haft, wenn das Vorgefrieren des Produktes unter kühler kommeii'le fließfähige Zwischenprodukt einer 55 Bewegung bei Temperaturen erfolgt, die weniger !solchen Lösung der Nachhärtung, so kann es zu als 5 ' unterhalb seiner Gefriertemperatur liegen und einem glasigen Erstarren der Rsstlösung ohne wenn das Produkt dann bei Temperaturen, die Kristallisation kommen. Es wurde ferner beobachtet, wenigstens 5° unterhalb seiner Gefriertemperatur daß zwar das überschüssige Lösungsmittel beim liegen, einer knetenden, reibenden, stoßenden oder Unterschreiten der eutektischen Temperatur aus- 60 schlagenden Bewegung unterworfen wird,
kristallisiert, nicht jedoch die ResllösUflg, clic auch in Die erfindungsgemäße Unterkühlung auf eine diesem Fall glasig erstarrt und die Lösungsmittel· wenigstens 5° C unterhalb der Gefriertemperatur krislalle umgibt. Als besonderer Nachteil ist in den liegenden Temperatur ist abhängig von der Zusamgenannten Füllen zu beobachten, daß die Lösungs- mensetzung der Ausgangslösung und von deren miltelkristalle voneinander getrennt bleiben und da* 65 Ausgangskonzentration. Es wird jedoch als wesentlich mit die für die nachfolgende Gefriertrocknung erachtet, daß die Temperatur wenigstens 5° C unter erforderliche Verbindung der Lösungsmittelkristalle dem Gefrierpunkt der Ausgangslösung gewählt wird, nicht erzielt werden kann. Diese Nachteile stellen für 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 kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden:

Orangensaft-Konzentrat mit einem Gehalt an löslichen Feststoffen von 30 % wurde in einem Kratzkühler unter ständiger Bewegung auf seine Gefriertemperatur abgekühlt, wobei die an den gekühlten Wänden des Kratzkühlers entstehenden Eiskristalle kontinuierlich abgeschabt und der Ausgangslösung als Kristallisationskeime zugefügt wurden. Das erhaltene fließfähige Zwischenprodukt mit einer Temperatur von -5,8° C, bei dem die entstandenen Lösungsmittelkrista!.¹" von konzentrierter, zähflüssiger Restlösung umgeben waren, wurde in einer zweiten Kühlvorrichtung mit schlagenden Bewegungselementen auf 11,5'■ C und somit auf eine 7° C unter der Gefriertemperatur der Ausgangslösung mit -4,5 C liegenden Temperatur weiter abgekühlt. Diese weitere Temperaturabsenkung in Verbindung mit der schlagenden Wirkung der Bewegungselemente hatten zur Folge, daß sich die anfänglich von der Restlösung eingeschlossenen Lösungsmittelkristalle vergrößerten, untereinander verbanden und nunmehr ihrerseits die noch weiter konzentrierte Restlösung eingeschlossen. Dabei war es unerheblich, daß eine geringe Menge Restlösung schließlich glasartig erstarrte, denn die bereits entstandene \ ;rbindung der Lösungsmittelkristallc untereinander konnte davon nicht mehr beeinträchtigt werden. Das völlig gefrorene Produkt wurde anschließend zerkleinert und in Granulatform der Gefriertrocknung unterzogen, wobei die untereinander verbundenen Lösungsmittelkristalle innerhalb der einzelnen Granulatstücke eine einwandfreie Entfernung des Lösungsmittels ermöglichten. Das Endprodukt stellte sich als von feinen Kapillaröffnungen durchzogenes, trockenes Granu-

lat 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

ίο hohen Gehalt an löslichen Feststoffen der wirtschaftlichen Ausnutzung im Wege der Gefriertrocknung zuzuführen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vorgefrieren von schwer kristallisierbaren Lösungen mit einem Gesamtzuckergehalt von mindestens 20 " o, z. B. von konzentrierten Fruchtsäften, die nach Abkühlung unterhalb ihrer eutektischen Temperatur gefriergetrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprodukt langsam unter Bewegung auf einer wenigstens 5 unterhalb seiner Gefriertemperatur liegenden Temperatur über den breiigen Zustand hinaus bis zum Erreichen einer bröckeligen Konsistenz vorgefroren wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorgefrieren des Produktes unter Bewegung bei Temperaturen erfolgt, die weniger als 5° unterhalb seiner Gefriertemperatur liegen und daß das Produkt dann bei Temperaturen, die wenigstens 5° unterhalb seiner Gefriertemperatur liegen, einer knetenden, reibenden, stoßenden oder schlagenden Bewegung unterworfen wird.