DE19750677A1

DE19750677A1 - Verfahren zum Herstellen von lagerfähigen, tiefgefrorenen oder getrockneten, eßbaren Schaumpulversprühteilchen, insbesondere von Lebensmitteln mit erhöhtem Gasgehalt, und Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE19750677A1
Application number: DE19750677A
Authority: DE
Inventors: Erich J Windhab; Tomas Wagner
Original assignee: INST LEBENSMITTELWISSENSCHAFT
Current assignee: INST LEBENSMITTELWISSENSCHAFT
Priority date: 1997-11-15
Filing date: 1997-11-15
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2017-11-16
Also published as: DE19750677C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von lagerfähigen, tiefgefro renen oder getrockneten, eßbaren Schaumpulversprühteilchen, insbesondere von Lebensmitteln, wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzentrate), von Früchteschäumen, Proteinschäumen oder der gleichen mit erhöhtem Gasgehalt.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen des Ver fahrens.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von Lebensmitteln aus verschiedenen Komponenten erfor dert das homogene und entmischungsstabile Vermischen oftmals einen erheb lichen produktionsspezifischen und apparativen Aufwand. Dies gilt insbeson dere für die Herstellung von Speiseeis, ebenso wie für die Herstellung von Tortenmassen, gefrorenen Dessert- und Fruchtmassen, Sahne und Teig massen. Bei der Herstellung von Speiseeis gehen die Investitionen für den ap parativen Aufwand für die Installation von Mischanlagen, Homogenisierungs vorrichtung, Lagertanks (Reifetanks) und Freezern (kontinuierliche Gefrier-Auf schlag-Vorrichtungen) in die Millionen.

Aus der DE 42 02 231 ist eine Einrichtung zum Kühlen von eßbaren Schäu men, insbesondere Milchprodukten wie Eiskrem oder Schlagsahne, also von Lebensmitteln, vorbekannt, die den Schaum nach Herstellung auf Lagertempe ratur tiefkühlt und worin Aufschlag-, Kühl- und Extrudiereinrichtungen durch Rohrleitungen untereinander verbunden sind. Hierzu wird in der vorerwähnten Druckschrift eine Einrichtung zum Kühlen von eßbaren Schäumen vorgeschla gen, bei der einer Aufschlagvorrichtung unmittelbar ein Kühl- und Gefriergerät zum Vorgefrieren des Schaumes, und dem Kühl- und Gefriergerät unmittelbar eine als kombinierte Tiefgefrier- und Transportvorrichtung ausgebildete moto risch antreibbare Extrudervorrichtung nachgeschaltet ist, in der der vorgefrorene Schaum auf Lagertemperatur herunterkühlbar ist und die Aufschlagvorrichtung, das Kühl- oder Gefriergerät und die Extrudervorrichtung durch Rohrleitungen miteinander verbunden sind, wobei die Extrudervorrichtung mindestens ein Doppelschneckensystem mit zwei mit ihren Drehachsen parallel zueinander angeordneten Schnecken aufweist, und die Schnecken des Doppelschneckensystems mit ihren Schneckenstegen (Wendel) an der inneren Zylindermantelfläche des sie umgebenden Gehäuses schaben, wobei die Stege der zweiten Schnecke mittig zwischen den Sagen der ersten Schnecke angeordnet sind und ein erhöhter Drehachsenabstand der Schnecken realisiert ist, so daß die der Zylindermantelfläche der jeweiligen Schnecke zugekehrte Stirnseite des Schneckensteges zur anderen Schnecke einen radialen Abstand aufweist, und wobei die Schneckenstege mit der Zylindermantelfläche der Schnecken und der inneren Zylindermantelfläche des Gehäuses einen extrem flachen Schneckenkanal begrenzen. Die Einrichtung weist eine Steuerung auf, welche die Drehzahl der Schnecken rezepturspezifisch unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen kritischen Schubspannungen für die Strukturveränderungen zur optimierten Abstimmung von mechanischem Energieeintrag, homogener Strukturbeanspruchung des jeweiligen Produktes, überkritischer Scherung, Kühlgradient und Gefrierprozeß durch Erfassung der Produktkonsistenz als Zielgröße vornimmt, wobei die Produktkonsistenz mittels einer on-line-Viskositätsmessung bestimmt wird, derart, daß im Stoffsystem dissipierte, das heißt in Wärmeenergie umgewandelte mechanische Energie ein kritisches Maß nicht überschreitet. Durch diese vorbekannte Einrichtung soll ein lagerfertiges Tiefgefrieren von Eiskrem oder anderen Fluiden auf Temperaturen von weniger als -10°C unter gleichzeitiger Erzeugung eines kremigen Zustandes möglich sein, bei weitestgehend homogenem mechanischem Energieeintrag aufgrund der Verwendung eines speziellen Doppelschneckensystems.

Aus der FR-PS 1 507 738 ist ein Verfahren zum Herstellen von Gefrierproduk ten in körniger Form auf der Basis von Flüssigkeitstropfen vorbekannt, bei dem die zu gefrierende Flüssigkeit in einen kalten Gasstrom zerstäubt wird. Dabei erstarren die Flüssigkeitstropfen durch Absorption der Wärme, ohne daß sie mit einer festen Oberfläche in Berührung kommen. Dann wird anschließend das pulverförmige Gefrierprodukt vom Gasstrom getrennt. Der Gasstrom ist hohem Druck ausgesetzt. Das pulverförmige Gefrierprodukt wird unterkühlt, bevor es vom Gasstrom getrennt wird. Die zerstäubte Flüssigkeit wird dabei durch einen Gasstrom gefroren, der im Prinzip von unten nach oben durch eine Gefrier kammer strömt, indem die Geschwindigkeit des Gasstromes während der Dauer des Gefrierens herabgesetzt wird, und erhöht wird, während die Mi schung die Gefrierkammer verläßt und sich trennt. Eine Anlage zum Durchfüh ren dieses Verfahrens besteht aus einer Gefrierkammer, die mindestens eine Zerstäubervorrichtung für die zu gefrierende Flüssigkeit, mindestens einen Se parator für die Mischung des gefrorenen Produktes in Pulver und Gas und min destens eine Vorrichtung zum Entnehmen des gefrorenen Produktes aus der Anlage, sowie eine Vorrichtung enthält, die den Gasstrom heranführt und min destens eine Vorrichtung zum Kühlen des Gasstromes, bevor er die Gefrier kammer erreicht. Es ist außerdem ein Umlaufgebläse vorgesehen, das den Gasstrom zirkulieren läßt. Neben einer Düse zum Zerstäuben der zu gefrierenden Flüssigkeit ist außerdem eine Zerstäubervorrichtung für zusätzliches Gas vorgesehen, die das Gas unter hohem Druck in die Anlage einleitet. Dieses zusätzliche Gas unter hohem Druck gelangt als Überschuß durch die Zerstäubervorrichtung in die Anlage und treibt ein Umlaufgebläse an. Dann gelangt es in einen Wärmetauscher, der im Umlauf des Gasstromes zwischen dem Gebläse und der Kältekammer in Gegenrichtung des Gasstromes angeordnet ist und erwärmt sich dort beim Abkühlen des Gasstromes auf etwa die Umgebungstemperatur.

Mit diesem Verfahren soll die Herstellung eines pulverförmigen gefrorenen Pro duktes, das heißt in Form von sehr feinen Körnern, möglich sein, die auf der Basis von Flüssigkeitstropfen erhalten werden insbesondere von wäßrigen Lö sungen wie zum Beispiel Fruchtsaft, Milch oder Kaffee und ähnliche Produkte.

Die FR-PS 2 342 472 betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Gefrieren von flüssi gen Produkten, wobei das flüssige Produkt in einer ausreichend kalten Umge bung zerstäubt wird, um ein praktisch sofortiges Gefrieren der zerstäubten Pro dukte zu erreichen. Das gefrorene Produkt wird in Form eines Pulvers aufge fangen, dessen Granulometrie von der Größe der zerstäubten Partikel abhängt. Später wird dieses Pulver einer mechanischen Bearbeitung unterzogen, wenn die Granulometrie verfeinert werden muß. Normalerweise sollen Produkte so gefroren werden, die im Normalzustand in einer mehr oder weniger viskosen, sogar breiartigen flüssigen Form vorliegen.

Angewendet werden soll dieses Verfahren beim Gefrieren von Milch, Eiern, Brei und Fruchtsaft.

Die BE-PS 595 605 bezieht sich auf ein Verfahren zur Konservierung von flüs sigen Nahrungsmitteln, insbesondere auf ein Verfahren zum Gefrieren von Vollmilch, Fruchtsäften, Bier und ähnlichen Flüssigkeiten, die nach ihrem Auf tauen ihren ursprünglichen Zustand wieder zurückerhalten sollen. Hierzu wird die Flüssigkeit in winzige, im Abstand zueinander befindliche Partikel in einer gekühlten Kammer zerstäubt, um das schnelle Gefrieren dieser Partikel zu be wirken, während sie sich im Abstand zueinander befinden. Das gefrorene Pro dukt wird anschließend verpackt. Zum Durchführen dieses Verfahrens wird eine abgekühlte Kammer verwendet, die unterhalb des Gefrierpunktes der betref fenden Flüssigkeit gekühlt wird. Bei der Durchführung dieses Verfahrens zum Konservieren einer Flüssigkeit wird die betreffende Flüssigkeit in Partikel von rund 1/2 Mikron bis 500 Mikron, in einer gekühlten Kammer eingesprüht, um das schnelle Gefrieren der Partikel zu bewirken. Es wird auch vorgeschlagen, die zu konservierende Flüssigkeit unter Unterdruck zu setzen, sie anschließend in winzige Partikel von 1/2 Mikron bis 500 Mikron in einer gekühlten Kammer zu zerstäuben, um das erwähnte schnelle Gefrieren der Partikel zu bewirken. Hierdurch wird ein gekühltes, nicht oxydierendes Gas in der Kammer in Zirkula tion gehalten. Wird Milch auf diese Weise konserviert, so wird sie ebenfalls in Partikel von 1/2 Mikron bis 500 Mikron in eine unterkühlte Kammer eingesprüht, deren Temperatur -23,3°C bis -40°C aufweist, um das schnelle Gefrieren der Milchpartikel zu bewirken. Auch die Milch kann hierbei einem Unterdruck ausgesetzt werden. Das tiefgefrorene Pulver kann dadurch verpackt werden, daß es in Blocks zusammengepreßt wird, um den Gasanteil im Block zu eliminieren. Auch Bier soll auf diese Art und Weise haltbar gemacht und transportiert werden.

Alles in allem verspricht man sich durch dieses Verfahren anscheinend eine bessere Möglichkeit, um Vollmilch an einem beliebigen Ort durch Molkereien herzustellen und zu konservieren und sie auch über lange Strecken transportie ren zu können, und zwar zu günstigen Preisen.

Die WO 92/02146 betrifft eine gekühlte Mischkammer, durch die verschiedene Bestandteile für Eiskrem hindurchgebracht werden. Hierbei wird kein Pulver, sondern eine hochkonsistente Masse erzeugt. Auf das Einhalten eines Misch verhältnisses kommt es nicht an. Zum Beispiel kann Schokoladenstreusel ein fach in rieselfähigem Zustand oben aufgeschüttet werden. Befüllt werden Eis becher, wie sie normalerweise zum Verzehr bereitstehen.

Die FR-PS 2 375 901 betrifft eine Anlage zum Gefriertrocknen mit einer Kühlko lonne, Vorrichtungen zum Heranführen von Kühlmitteln und flüssigen Produkt strömen und einer Auslaßöffnung für die gefrorenen körnigen Bestandteile am unteren Teil der Kühlkolonne sowie Abzweigleitungen für ein gasförmiges Kühlmittel. Das gekühlte, körnige Produkt wird über ein Förderband mit einer fortlaufenden Anlage zum Gefriertrocknen verbunden. Die Produktlösung wird dabei in einen fließenden Strom von flüssigem, leicht flüchtigen Kühlmittel geleitet. Die Größe und der Feststoffgehalt der gefrorenen Körnchen wird mit Hilfe von Änderungen der Konzentration, der Viskosität und des Einspritzdruckes der Produktlösungen sowie durch Änderung des Düsendurchmessers vari iert. Als Kühlmittel wird flüssiger Stickstoff verwendet. Durch diese Anlage soll es möglich sein, im Dauerverfahren gleichförmig gefrorene Körnchen für die Lyophilisierung bereitzustellen, das einen schnellen Produktwechsel ermöglicht, ohne daß eine große Anlage erforderlich sei. Mit einer solchen Anlage sei das schlagartige Gefrieren der Produktlösung mit Bildung von kleinen sphärischen Partikeln möglich. Diese Kugeln sollen sich von dem gasförmigen Kühlmittel leicht trennen lassen und können gefriergetrocknet und verarbeitet werden. Die auf diese Weise erhaltenen gefriergetrockneten Körnchen sollen sehr gleich mäßig und sehr löslich sein und aufgrund ihrer sphärischen Form die spätere Verarbeitung unter den besten Voraussetzungen bieten.

Die DE-PS 289 262 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Margarine, insbesondere Pflanzenmargarine, wobei die Margarineemulsion mittels Streu düsen in Nebelform innerhalb eines Raumes zerstäubt wird, in dem sich kalte Luft oder sonstige indifferente kalte Gase befinden, worauf in üblicher Weise die gekühlte Masse weiterbearbeitet wird. Dabei soll die Margarineemulsion in durch Düsen nebelförmig zerstäubtem Zustand durch kalte Luft oder kalte Gase, welche zweckmäßig im gleichmäßigen Kreislauf auf die zerstäubte Emulsion einwirken, nur vorgekühlt werden und die so vorgekühlte, feinpulve rige, lockere Masse durch andere Kühlmittel, insbesondere durch Stehenlassen in Kühlräumen, fertig gekühlt werden.

Mischungen, die sich nicht entmischen dürfen, werden nicht beschrieben.

Die EP-OS 0 478 118 beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen von gefrier getrockneten Partikeln. Hierbei handelt es sich um einen reinen Gefrier- bzw. Gefriertrockenvorgang. Die Herstellung von Mischungen und deren Problematik ist nicht erörtert. Vielmehr wird reines Pulver oder ein Granulat erzeugt.

Aus der DE-AS 26 02 454 ist eine Vorrichtung zum Behandeln pulveriger oder körniger Stoffe mit einer Flüssigkeit vorbekannt, bestehend aus einem Behälter mit einem Stoffeinlaß in seinem oberen Teil mit einem Raum für das freie Ab wärtssinken des behandelten Stoffes unterhalb des Stoffeinlasses, mit in die sem Raum gerichteten Sprühdüsen für die Flüssigkeit und mit Einrichtungen zum Erzeugen eines aufsteigenden Gasstromes, die einen im unteren Teil des Behälters gelegenen Gaseinlaß und einen höher gelegenen Gasauslaß umfas sen. Der Raum für das Abwärtssinken des Stoffes ist von einer Wand einge schlossen, an deren unteren Ende ein Gasauslaß-Ringspalt als Zugang zu ei nem Ringraum für den Abzug der in den Behälter eingeführten Gasströme vor gesehen ist. Hierdurch soll ein gleichmäßiges Benetzen des Stoffes mit Flüs sigkeit gewährleistet sein, um zu besseren Eigenschaften des behandelten Stoffes zu kommen. Dabei können feinste Teile durch Aneinanderkleben zu einem porösen Agglomerat sich aufbauen. Hierdurch soll der so behandelte Stoff weniger leicht zusammenbacken, gut rieselfähig bleiben und sich leicht in Flüssigkeit auflösen bzw. dispergieren lassen. Vorgeschlagen wird, auf diese Weise leicht lösliche Stoffe, zum Beispiel Zucker-Kakao-Getränke, Milchpulver, Kleinkindernahrung, Waschmittel, Farben, Stärke und Vitaminpräparate herzu stellen. Die Herstellung von Mischungen, insbesondere von Speiseeis- bzw. gefrorenen Dessertmischungen ist ebenso wie die Erzeugung von Schaumstrukturen nicht vorgesehen.

Die DE-AS 17 67 046 beschreibt eine Vorrichtung zum Besprühen von pulver förmigen Stoffen oder Granulaten mit Flüssigkeiten, bestehend aus einem Turm mit einer im Turmumfang vorgesehenen Reihe von Öffnungen und davon im Abstand angeordnete Sprühdüsen, mit einer pneumatischen Feststoffzuführung im Oberteil des Turmes, mit einer Auslauföffnung für die fertig besprühten Stoffe im unteren konusförmigen ausgebildeten Turmauslauf, mit einer im Turmoberteil angeschlossenen Sammelleitung und einer Umlaufleitung sowie einer Kühl- und einer Filtereinrichtung für den Gasstrom. Die Umlaufleitung ist nach dem Filter in mehrere Zweigleitungen derart aufgeteilt, daß die Zweiglei tung andererseits mit dem Turmauslauf, andererseits mit der pneumatischen Feststoffzufuhr und außerdem in eine der Sprühdüsenzahl entsprechenden Anzahl von Teilleitungen aufgeteilt ist, die mit den im Turmmantel vorgesehe nen Öffnungen für die Sprühdüsen korrespondieren. Außerdem sind die Zweigleitungen über die Nachbehandlungseinrichtung mit dem Turmauslauf verbunden. Hier soll vorhandenes Pulver besprüht werden, zum Beispiel um Milchaustauschfutter für die Kälbermast herzustellen.

Aus der DE 43 44 393 ist ein Verfahren vorbekannt, durch das an sich beliebig viele Komponenten in dem gewünschten Mischungsverhältnis, zum Beispiel die Komponenten von Speiseeis, exakt homogen und entmischungsstabil mitein ander vermischen lassen, ohne daß die bisher erforderliche Investition zum Homogenisieren und Freezen, wie sie gerade bei der Herstellung von Speise eis gebräuchlich sind, erforderlich sind. Grundsätzlich soll dieses Verfahren aber auf alle eßbaren durch Wärmeentzug zu verfestigenden Massen anwend bar sein, bei denen es auf ein homogenes Vermischen der einzelnen Kompo nenten und die Vermeidung eines Entmischens ankommt. Des weiteren ist aus dieser Vorveröffentlichung eine Einrichtung vorbekannt, mit der sich das Ver fahren unter industriellen Bedingungen problemlos durchführen läßt. Zu diesem Zweck wird in der vorerwähnten Druckschrift ein Verfahren zum Herstellen tief gefrorener eßbarer Massen, insbesondere von Lebensmitteln, mit erhöhtem Gasgehalt, vorgeschlagen, bei dem mehrere fluide Komponenten zu einer Ma trix oder zu mehreren Matrizes vor oder während dem Feinversprühen in einen gekühlten Raum vermischt und dann versprüht werden, wobei im Falle der Herstellung von mehreren Matrizes diese gleichzeitig oder in zeitlichem Ab stand zueinander in den gekühlten Raum eingesprüht werden und das aus ver schiedenen Matrizes hergestellte gefrorene Pulver durch Verdichten portioniert wird. Die aus verschiedenen Komponenten gewonnenen dispersen, tiefgefro renen Pulver werden homogen gemischt und anschließend weiterverarbeitet. Der versprühten Matrix wird zusätzlich zu einer Rotationsströmung eine recht winklig dazu gerichtete Strömung in den gekühlten Raum aufgeprägt. Die Ein richtung zum Durchführen des Verfahrens umfaßt einen Gefriersprühturm, der den gekühlten Raum bildet, wobei mehrere Sprühdüsen zum Einbringen meh rerer fluider Komponenten vorgesehen sind, die wenigstens eine Matrix bilden, durch die die fluiden Komponenten in den Gefriersprühturm als tropfenförmig fein verteilter Nebel eingesprüht werden. Eine Kühlvorrichtung ist dem Sprüh turm zugeordnet. Des weiteren befindet sich am Boden des Gefriersprühturmes eine Auffangvorrichtung zum Auffangen der während des Falles durch den Ge friersprühturm gefrorenen Tropfen zu Pulver oder Schnee. Eine Fördervorrich tung dient zum gekühlten Wegfördern des gefrorenen Pulvers oder Schnee und zur Weiterverarbeitung desselben. Ferner ist eine Kompaktierungsvorrichtung vorgesehen, durch die das gefrorene Pulver definiert verdichtbar ist.

Durch dieses vorbekannte Verfahren werden eine oder mehrere fluide Matrizes, die ihrerseits aus einer oder mehreren Komponenten bestehen, frei in einen gekühlten Raum versprüht und die zu einem feindispersen Pulver gefrorenen Tropfen aufgefangen und anschließend weiterverarbeitet. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eröffnet, sonst als fluide Komponenten nur unter erhöhtem ap parativen Aufwand miteinander fein dispers stabil vermischbare Komponenten, zum Beispiel die Komponenten von Speiseeis, als flüssige Matrix bzw. Matrizes in einen Raum einzusprühen und das anschließend gewonnene tiefgefrorene Pulver nach geeigneter, den dispersen Gasanteil festlegender Kompaktierung und/oder Portionierung gekühlt zwischen- bzw. endzulagert. Zu einem Entmi schen der Komponenten kann es dann nicht mehr kommen. Alle Investitionen, die sonst zum Homogenisieren, Reifen (Eismix), Freezen und Härten (zum Beispiel bei der Herstellung von Speiseeis) erforderlich sind, können bei An wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen.

Sofern dieses vorbekannte Verfahren auf andere eßbare Massen, zum Beispiel Tortenmassen, Sahne, Teige, Fruchtmassen oder dergleichen Anwendung fin det, können diese dispersen tiefgefrorenen Pulver entweder als Pulver zwi schengelagert, oder aber anschließend ebenfalls kompaktiert und portioniert und anschließend gefroren zwischengelagert werden. Dabei wird ebenfalls die Möglichkeit eröffnet, zum Beispiel der Matrix von Tortenmassen beliebige fluide oder pulverförmige Zusatzkomponenten durch feines Einsprühen/Einblasen in einen gekühlten Raum zuzuführen, die dann in der gewonnenen, gefrorenen dispersen Pulvermischung enthalten sind, so daß sich eine besonders homo gene Vermischung erzielen läßt, ohne daß die Gefahr des Entmischens gege ben ist. Der Sprühagglomerationseffekt, das heißt eine "Haftverbindung" zwi schen den gefrorenen Pulverteilchen läßt die Entmischung des Pulvers vermei den.

Nach diesem Verfahren ist im Bedarfsfalle eine kontinuierliche Arbeitsweise zu erzielen, mit hohen Durchsatzmengen, wie sie für die industrielle Anwendung, zum Beispiel bei der Herstellung von Speiseeis, in größeren Mengen erforder lich ist. Mehrere fluide Komponenten können zu einer Matrix vor oder während des Versprühens homogen vermischt und dann das feindisperse Pulver an schließend weiterverarbeitet werden.

Dem Gefriersprühturm wird die zu versprühende fluide Matrix über eine oder mehrere Pumpen zugeführt und über im Kopfraum des Gefriersprühturmes an geordnete, zum Beispiel als Ein- oder Mehrstoff-, insbesondere Zweistoff- Sprühdüsen, homogen versprüht. Über den Umfang des Sprühturmes können in mehreren übereinanderliegenden horizontalen Ebenen mehrere Kältemittel-, Umluft- und/oder Produktdüsen in einem Winkel von ≦ 60 Grad zur Tangential ebene, im Extremfall tangential (nur bei Kältemittel und Druckluft), angeordnet sein, so daß beim Eindüsen von Kältemittel bzw. Druckluft eine Rotationsströ mung oder bei parallel zur Turmlängsachse ausgerichteten Düsen eine auf- oder abwärtsorientierte wandnahe Axialströmung hoher Wandgeschwindigkeit erzeugt wird. Diese bewirkt ein Freihalten der Sprühturminnenwand von "Anhaftungen" durch nicht bzw. nur tiefgefrorene Sprühtropfen. Im Gefrier sprühturm werden zur definierten Erzeugung der Strömung bei konstanter Gastemperatur N2 (Gas oder gesprühtes Fluid) sowie Druckluft eingedüst. Zur optimalen Nutzung der eingesetzten "Kälteenergie" kann der Sprühturm ferner mit einer Umluftvorrichtung ausgestattet sein. Nach dem "Kaltfahren" des Ge friersprühturmes wird die turminterne Strömung im Umluftbetrieb aufrechter halten. Die Absaugung der Umluft kann in der unteren Turmhälfte über einen Doppelmantelspalt erfolgen.

Das Versprühen vorgeschäumter Fluidsysteme erfolgt nach der DE 43 44 393 nicht.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von lagerfähigen, tiefgefrorenen oder getrockneten, eßbaren Schaumpulversprüh teilchen, insbesondere von Lebensmitteln wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzentrate), von Früchteschäumen, Proteinschäumen oder dergleichen, mit erhöhtem Gasgehalt von bis zu 90 Vol.%, vorzugsweise 30 bis 70 Vol.%, bereitzustellen.

Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.

Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 oder 2 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 3 bis 17 be schrieben.

Einige Vorteile

Durch das erfindungsgemäße Schaumsprühverfahren werden kleine Teilchen, welche im Innern eine Schaumstruktur besitzen, hergestellt. Die Teilchengrö ßen liegen in der Regel zwischen 5 Mikrometern und ca. 2 Millimetern. Prin zipiell können auch größere Teilchen erzeugt werden; dann ist die präferierte Kugelform jedoch nur noch näherungsweise gewährleistet (ellipsoide bzw. un regelmäßig geformte ellipsoid-ähnliche Körper). Die inneren, die Schaumstruk tur der Teilchen bildenden Gasblasen, besitzen charakteristische Abmessun gen im Bereich von ca. 1 bis 50 Mikrometern. Der Gasanteil in den erzeugten Schaumkugelteilchen kann bis zum 90 Volumenprozent, bevorzugt jedoch etwa 30 bis 70 Volumenprozent, betragen.

Die zu versprühenden Schaumteilchen werden in der Sprühapparatur entweder durch Temperaturabsenkung oder Trocknung - Wasser- oder Lösungsmit telentzug - verfestigt. Die geringen Abmessungen der Schaumpulversprühteil chen erlauben eine derartige Verfestigung oder zumindest einer mechanisch stabilen Außenhüllschicht innerhalb kurzer Zeit von weniger als einer Sekunde bei Temperaturen im Sprühraum von ≦ ca. 30°C bis 70°C unterhalb der Schmelztemperatur bei der Kaltverfestigung oder bei Temperaturen von ≧ ca.

20°C bis 120°C oberhalb der Siedetemperatur der zu versprühenden Fluid grundmatrix der geschäumten Systeme. Die Fluidgrundmatrix kann aus wäßri gen Lösungen, aus Fettschmelzen oder aus einer Mischung dieser beiden Komponenten, zum Beispiel aus Emulsionen, bestehen.

Erfindungsgemäß wird im Herstellungsverfahren der Schaumteilchen eine Ab stimmung der Stabilitätseigenschaften der inneren Schaumstruktur im Teilchen mit den Betriebsparametern und Auslegungsparametern des Sprühvorganges dadurch erreicht, daß

a) die Herstellung des Schaumes in einer kontinuierlichen Schaumaufschlag- Apparatur mit nachgeschaltetem Gegendruckregler derart erzeugt wird, daß eine feindisperse, gleichmäßige Schaumstruktur unter minimalem statischen Druck von ≦ 1 bis 3 bar erzeugt und damit eine feinstmögliche Dispergierung der Gasphase mit enger Blasengrößenverteilung erreicht wird;
b) die Schaummatrix mit sehr kleinen Druckgradienten über der Düsenlänge von zum Beispiel ≦ 0,1 bis 1 bar durch einen glatten inneren Düsenkanal einer Zweistoffdüse transportiert wird;
c) eine drallfreie laminare Strömung der geschäumten Matrix in der Sprüh düse des inneren Düsenkanals erzeugt wird;
d) eine Zweistoffdüse eingesetzt wird, welche das Sprühgas nicht mit der Schaummatrix vorvermischt, sondern erst am Düsenaustritt auf den aus tretenden Schaumstrang treffen läßt und diesen zerteilt bzw. zerwellt;
e) die Sprühgasströmung am Austritt eines äußeren Ringkanals der Zwei stoffsprühdüse durch geeignete Wahl des Sprühgasvordruckes von etwa 1 bis 10 bar derart eingestellt wird, daß keine Überbeanspruchung mit einhergehender Zerstörung der Schaumstruktur am Düsenaustritt ent steht, sondern ein schonendes Zerwellen des Schaumstranges erfolgt.

Wie für das Sprühen von Flüssigkeiten im allgemeinen wird auch für das Ver sprühen von vorgeschäumten Fluidsystemen ein Druck vor der Sprühdüse auf gebaut, damit die Ausbildung einer Sprühlamelle und deren Zerteilung in ein zelne feine Tröpfchen erfolgt. Da der Gasanteil stark kompressibel ist werden sich beim Entspannungsvorgang in der Sprühdüse die Gasblasen der Schaummatrix umgekehrt proportional zum Druck, also stark ausdehnen.

Aufgrund der kurzen Entspannungszeiten in der Sprühdüse ist die Belastung der Lamellen zwischen den Schaumblasen, welchen in etwa äquibiaxiale Deh nung erfahren, extrem hoch. Werden kritische Druckgradienten überschritten, dann zerreißen die Schaumlamellen im Sprühstrahl vollständig. Die resultieren den Sprühteilchen besitzen dann deutlich reduzierte oder keine für die Schaumstrukturgebung maßgeblichen Gasanteile mehr.

Werden die Beschleunigung der vorgeschäumten Matrix in der Sprühdüse und die Sprühdruckdifferenz über die Düse einhergehend mit einer drallfreien la minaren Strömung der geschäumten Matrix in der Sprühdüse optimiert und die Rheologie der zu sprühenden Schaummatrix sowie der Grenzflächenspannung zwischen Gas und Fluid in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt (eine Erhöhung von Viskosität und Grenzflächenspannung zieht eine notwendige Druckerhöhung nach sich) dann kann ein nahezu vollständiger Erhalt des Gasanteils im Vergleich zum vorgeschäumten Fluidsystem sowie eine feindis perse Schaumstruktur im Sprühteilchen erreicht werden.

Um eine gleichmäßige Zerteilung bzw. Aufteilung des Schaumstranges in Schaumteilchen am Düsenaustritt zu erreichen, wird der Sprühgasströmung durch den tangentialen Eintritt des Sprühgasstromes in die äußere Düsenring kammer ein Drall aufgeprägt und der Sprühgasstrahl durch Reduktion des Austrittsquerschnittes verschärft und beschleunigt. In Abhängigkeit von den rheologischen Eigenschaften sowie der Oberflächenspannung der geschäum ten Matrix am Austritt des inneren Düsenkanals, erfolgt bei Sprühgasdruckdiffe renzen (über der Düse) von ca. 1 bis 10 bar die gewünschte Zertei lung/Zerwellung/Aufteilung des Schaumstranges am Düsenaustritt. Eine zu starke Beanspruchung bei diesem Zerteilungsvorgang bzw. Aufteilungsvorgang würde die gesprühten Schaumteilchen derart klein entstehen lassen, daß zwangsläufig Schaumgasblasen vermehrt aufgebrochen bzw. separiert würden und damit ein markanter Verlust an Gasanteil im Schaum resultierte.

Bei steigendem Sprühgasdruck wird der aus dem inneren Düsenkanal austre tende Schaumstrang zunehmend turbulent zerteilt bzw. zerwellt. Erst bei einem bestimmten Druck des Sprühgasstrahles von zum Beispiel 3 bar in einem ange führten Beispiel ergibt sich eine gleichmäßige Schaumteilchengrößenverteilung zwischen ca. 50 und 800 Mikrometern.

Um bereits vor der Zerteilung des Schaumstranges in diesem keine Entmi schungsvorgänge (Gasseparation) entstehen zu lassen, ist der Transport der Schaummatrix durch die Rohrleitung vor der Sprühdüse sowie durch die Sprühdüse selbst mit möglichst minimiertem Druckgradienten und möglichst ohne Drall und lokale Turbulenzen, das heißt in laminarer Strömung zu realisie ren. Erfindungsgemäß wird die minimierte mechanische Belastung der Schaummatrix dadurch erreicht, daß

a) die Fluidförderpumpe in geringem Abstand vor dem Gasdispergierkopf installiert wird;
b) die Rohrleitung zwischen der Aufschlagvorrichtung und der Sprühdüse möglichst kurz, zum Beispiel ≦ 1 bis 2 Meter, gehalten wird und
c) innerhalb der Düse nicht wie üblich ein Drallkörper eingesetzt oder eine ausgeprägte geometrische Verengung des Düsenkanals vorgenommen wird, sondern ein nur schonend verengender oder zylindrischer Durch trittskanal bevorzugt mit bearbeiteten extrem glatten Wänden eingesetzt wird. Die Wände können gegebenenfalls beschichtet sein.

Die zerteilten Schaumtropfen werden in einen Raum eingesprüht, in welchen zum Beispiel mittels Eindüsen von verdampfenden Kältemitteln wie flüssiger Stickstoff oder Kohlendioxid die Kammertemperatur auf ca. 30°C bis 50°C unterhalb Schmelztemperatur der Fluidphase der gesprühten Schaummatrix gebracht wird. Alternativ kann durch Einblasen trockener über ein Heizregister aufgeheizter Heißluft eine geeignete Trocknungsatmosphäre erreicht werden. Zum Beispiel kann Wasser bei Trocknungsgastemperaturen von 140°C bis 220°C entzogen werden. Die Schaumtropfen erstarren bzw. verfestigen zu Schaumpulversprühteilchen während ihrer Sedimentation und sammeln sich als erstarrte Schaumpulversprühteilchen im konischen unteren Teil der Sprüh kammer an, von wo sie mittels eines Austragsorgans ausgebracht werden. Ein solches Austragsorgan kann eine Zellenradschleuse und/oder ein Förderband, ein Schneckenförderer oder dergleichen sein. Grundsätzlich kann auch gefro renen Teilchen in einem anschließenden Gefriertrocknungsschritt das Wasser weitestgehend entzogen werden.

Der Wasserentzug bei Trocknung der geschäumten Sprühtropfen führt zu einer weitergehenden Vergrößerung des inneren Gasphasenanteiles. Insbesondere werden innere Gasblasen durch bei der Trocknung entstehende Kapillarkanäle mit der Teilchenoberfläche verbunden. Dies wirkt sich insbesondere bei derartig zu erzeugenden Instantprodukten im Falle deren Rekonstitution (Benetzung/Auflösung in Flüssigkeit) positiv aus, da eine beschleunigte und erhöhte Fluidaufnahme gewährleistet wird.

In der Sprühkammer wird bevorzugt eine kontinuierliche Umluftströmung er zeugt, was insbesondere beim Einsatz von Kältemittel gilt. Bei Heißlufteinsatz kann auch in der gleichen Weise verfahren werden wie bei konventionellen Trocknungssprühtürmen, wo die abgereinigte partikelfreie Warmluft abgeleitet wird. Hierzu erfolgt die Absaugung des Gases über einen unteren Ringkanal bei Gleichstrombetrieb des Sprühturmes oder über einen oberen Ringkanal bei Gegenstromverfahren. Beim Absaugen von Luft-Kältemittelgasgemisch kann ebenso verfahren werden. Über die Umluftleitung wird mittels eines Ventilators der Gasstrom zum oberen (Gleichstrom) oder unteren (Gegenstrom) Ringkanal und von dort wieder in die Sprühkammer transportiert. Die tangentielle Absau gung und Wiedereindüsung des Gasstromes über die beschriebenen Ringka näle erfolgt bevorzugt tangential. Damit entsteht in der Sprühkammer eine Ro tationsströmung, welche die Schaumpulversprühteilchen auf ihrem Fallweg er höhte Relativgeschwindigkeiten zum Gasstrom erreichen läßt. Dies verbessert den Wärme- und Stoffübergang von den Schaumpulversprühteilchen auf den Gasstrom.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können mehrere fluide Matrizes, die gegebenenfalls aus einer oder mehreren Komponenten bestehen, fein in den gekühlten Raum versprüht und zu Schaumpulversprühteilchen gefroren oder durch Trocknung und damit Entzug bzw. Teilentzug der Fluidphase stabi lisiert werden, so daß sie entweder als tiefgefrorene Schaumpulversprühteil chen oder aber als getrocknete, stabilisierte Schaumpulversprühteilchen gela gert werden können, bevor sie weiter verarbeitet werden. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eröffnet, sonst als fluide Komponenten nur unter erhöhtem ap parativen Aufwand miteinander feindispers stabil vermischbare Komponenten, zum Beispiel Komponenten von Speiseeis, als flüssige Matrix bzw. Matrizes in einen Raum einzusprühen und die anschließend gewonnenen, entweder tief gekühlten Schaumpulversprühteilchenmischungen oder die getrockneten, sta bilisierten Schaumpulversprühteilchenmischungen mit erhöhtem Gasgehalt zwischen- oder endzulagern. Zu einem Entmischen der Komponenten kann es hierbei ebenfalls nicht kommen. Auf diese Weise lassen sich auch andere eß bare Massen, zum Beispiel Sahne, Fruchtmassen oder dergleichen, herstellen, die als Schaumpulversprühteilchen bzw. derartige Mischungen mit erhöhtem Gasgehalt zwischengelagert oder portioniert und anschließend weiterverarbei tet werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Bedarfsfalle eine kontinuierli che Arbeitsweise zu erzielen, mit hohen Durchsatzmengen, wie sie für die in dustrielle Anwendung, zum Beispiel bei der Herstellung von Speiseeis bzw. gefrorenen Dessertprodukten, in größeren Mengen, erforderlich ist.

Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Einrichtung

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 18, 19 oder 20 wiedergege benen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Im Sprühturm wird die zu versprühende geschäumte Fluidgrundmatrix über eine oder mehrere Pumpen zugeführt und über im Kopfraum des Sprühturmes angeordnete, als Ein- oder bevorzugt Zweistoffdüsen ausgebildete Sprühdüsen homogen schonend versprüht, um die Schaumstruktur der Fluidgrundmatrix so weit wie möglich zu erhalten. Über den Umfang des Sprühturms können in mehreren übereinanderliegenden horizontalen Ebenen mehrere Kältemittel-, Umluft- und/oder Heizluftdüsen sowie gegebenenfalls auch Produktdüsen in einem Winkel von zum Beispiel ≦ 60 Grad zur Tangentialebene, im Extremfall tangential angeordnet sein, so daß beim Eindüsen von Kältemittel bzw. Druckluft oder von Heizluft eine Rotationsströmung oder bei parallel zur Turm längsachse ausgerichteten Düsen eine auf- oder abwärtsorientierte wandnahe Axialströmung hoher Wandgeschwindigkeit erzeugt wird. Diese bewirkt ein Freihalten der Sprühturminnenwand von Anhaftungen durch Schaumpulver sprühteilchen.

Die Höhe des Sprühturms ist dabei eine Funktion des Materialverhaltens (Viskosität, Schaumpulversprühteilchengröße und -verteilung, Wärmeleit- und -übergangskoeffizienten) sowie abhängig von der Düsenauslegung und deren Betriebsweise.

Die nach einer spezifischen "Fallzeit" im Sprühturm stabilisierten Schaumpul versprühteilchen sammeln sich im Bodenraum des Sprühturmes. Von dort aus können die Schaumpulversprühteilchen mit erhöhtem Gasgehalt mittels einer Zellenradschleuse oder einer alternativen Austragsvorrichtung, zum Beispiel Schnecke, Vibrationsboden oder dergleichen, entweder Verpackungsbehältern oder einem Förderer zugeführt werden.

Im Falle eines Gefriersprühturmes werden zur definierten Erzeugung der Strö mung bei konstanter Gastemperatur N2 (Gas oder gesprühtes Fluid) sowie Druckluft eingedüst. Auch in diesem Falle kann zur optimalen Nutzung der ein gesetzten "Kälteenergie" der Sprühturm ferner mit einer Umluftvorrichtung aus gestattet sein.

Wird der Sprühturm zum Entzug bzw. Teilentzug der Fluidphase (Trocknung) herangezogen, ist dem Sprühturm mindestens ein Heizregister zugefügt, von dem aus Heißluft dem Innenraum zugeführt wird.

In allen Fällen bleibt das Schaumgefüge in den Schaumpulversprühteilchen durch Erstarrung bzw. Entzug oder Teilentzug der Fluidphase stabilisiert.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 21 bis 31 beschrieben.

In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - beispielsweise veran schaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Erzeugen ge schäumter, lagerfähiger, eßbarer Schaumpulversprühteilchen;

Fig. 2 eine Doppelmanteldüse, teils im Längsschnitt, teils in der Seitenan sicht.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine Pumpvorrichtung bezeichnet, die aus einer oder mehreren motorisch angetriebenen Förderpumpen bestehen kann, die in geeigneter Weise über eine Ansaugleitung 2 aus einem Tank 3 die Fluid grundmatrix ansaugt. Statt eines Tankes 3 können auch mehrere hintereinan der und/oder parallel geschalteter Tanks vorgesehen sein, in denen die ver schiedenen Komponenten der Fluidmatrix angeordnet sind.

Es ist auch möglich, daß die Pumpvorrichtung 1 über getrennte Saugleitungen (nicht dargestellt) aus verschiedenen Tanks verschiedene Komponenten der Fluidgrundmatrix ansaugt, die dann über eine oder über mehrere (nicht darge stellte) Förderleitungen 4 über ein Ventil 5, das als Mehrwegeventil ausgebildet sein kann und über die Leitung 6 die Fluidgrundmatrix in einen oder mehrere parallel und/oder in Reihe geschaltete Schaumaufschlagapparate 7 hineinför dern. Dieser Schaumaufschlagapparat 7 ist mittels eines motorischen Antriebes 8 angetrieben, der vorzugsweise als regelbarer Elektromotor ausgebildet ist. Im vorliegenden Falle besteht der Schaumaufschlagapparat 7 aus Stator und Rotor, die koaxial zueinander angeordnet sind und die ineinandergreifende Stiftsysteme aufweisen, die ineinander kämmen und Strömungskanäle miteinander bilden, durch die der aufzuschlagende Mix in axialer Richtung hin durchströmt. Gas- bzw. Luftzufuhrleitungen und Leitungen, durch die gegebe nenfalls Kühlmittel einem Doppelmantel des Statorgehäuses zuführbar ist, sind nicht dargestellt.

Mit 10 ist ein Sprühkopf bezeichnet, der eine Sprühdüse 12 aufweist, die in ei nem aufrechtstehenden Sprühraum 13 angeordnet ist.

Jedem der Schaumaufschlagapparate 7 ist ein in einer Druckleitung 9 ange ordneter Gegendruckregler 37 zugeordnet. Der Weg von dem jeweiligen Schaumaufschlagapparat 7 bis zu dem Sprühkopf 10 ist kurz bemessen und beträgt nur etwa 0,50 bis 3 m, um den Schaum möglichst schonend zu trans portieren. Die Sprühdüse 12 ist im unmittelbaren Bereich der oberen Innenseite des Sprühturmes 11 in dem Sprühraum 13 angeordnet. Im Gegensatz zu der dargestellten Ausführungsform können auch mehrere parallel und/oder hinter einander geschaltete Sprühköpfe 10 vorgesehen sein. Des weiteren ist es möglich, jedem Sprühkopf 10 statt einer auch mehrere Sprühdüsen 12 oder Sprühdüsengruppen zuzuordnen, denen der zu versprühende Schaum über kurze Rohrleitungen zugeführt wird.

Der Sprühturm 11 weist bei der dargestellten Ausführungsform einen Isolati onsmantel 14 auf, der aus üblichem Isolationsmaterial bestehen kann. Der Iso lationsmantel 14 wärmeisoliert den Sprühturm 11 allseitig.

Wie man aus Fig. 1 entnimmt, ist der Sprühturm 11 über mehr als zwei Drittel seiner Länge zylindrisch ausgebildet, an den sich ein konischer Längenab schnitt 15 nach unten anschließt, der durch einen geeigneten Verschluß 16, zum Beispiel eine Zellenradschleuse, einen Schieber oder dergleichen nach unten abgeschlossen ist. An den Verschluß 16 kann sich ein nicht dargestelltes Förderband oder ein Mundstück zum Befüllen von Behältern oder dergleichen anschließen.

Mit 17 ist ein Vorratstank für Kältemittel, vorliegend vorzugsweise für N₂ (flüssig) bezeichnet, der über eine Leitung 18 mit einem Sprühkopf 19 verbun den ist der gegen die Sprührichtung der Sprühdüse 12 gerichtet ist und durch den das flüssige Kältemittel in den Sprühraum 13 aufgrund des im Vorratstank eingestellten Druckes einsprühbar ist.

Mit dem Bezugszeichen 20 ist eine geeignete Umluftvorrichtung bezeichnet, die in einer Leitung 21 eingeschaltet ist und die durch einen Ringraum 22 aus dem Sprühraum 13 des Sprühturmes 11 Kältemittel und Luft ansaugt und diese über die Leitung 21 in einen Ringraum 23 hineinfördert, der sich im oberen Drittel des Sprühturmes 11 befindet. Sowohl der Ringraum 22 als auch der Ringraum 23 sind jeweils über mindestens eine Schlitzöffnung 24 bzw. 25 an den Sprühraum 13 des Sprühturmes 11 angeschlossen. Mit 39 ist eine Abluftleitung bezeichnet.

Im Falle, daß der Sprühturm 11 den eingesprühten Schaum durch Trocknen, also Feuchtigkeitsentzug, stabilisiert, wird statt Kältemittel über ein Heizregister 26 Luft erwärmt, die über eine Heizleitung 27 in den Sprühraum 13 einge bracht, vorzugsweise eingeblasen, wird. In diesem Falle braucht die Einrichtung weder einen Vorratstank 17 für Kältemittel, noch eine Fördervorrichtung für Kältemittel, noch einen Sprühkopf 19 aufzuweisen.

Aus Fig. 2 ist eine als Doppelmanteldüse ausgebildete Sprühdüse 12 ersicht lich, die einen Ringmantel 28 und ein konzentrisch dazu angeordnetes Förder rohr 29 aufweist, dem der zu versprühende Schaum über einen konischen An schlußstutzen 30 derart zugeführt wird, daß sich eine laminare, drallfreie Schaumströmung ergibt.

An das Oberteil des Ringmantels 28 ist ein vorzugsweise tangential in den Ringraum 32 einmündendes Rohr 31 angeschlossen, durch das Sprühgas z. B. Luft, unter Druck zuführbar ist. Dadurch ergibt sich eine turbulente Gasströ mung mit Drall, was durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet wird.

Der Ringmantel 28 ist auf seiner axialen Länge zylindrisch ausgebildet. An den zylindrischen Längenabschnitt schließt sich nach unten ein konisch sich verjün gender Längenabschnitt 38 an, dessen Mündungsöffnung 33 in der Ebene der Mündungsöffnung des Förderrohres 29 endet. Dadurch ergibt sich im Bereich der Mündungsöffnung 33 ein ringförmig verengter Düsenquerschnitt, der zu einem scharfen, ringförmigen Gas-, insbesondere Luftstrahl 34, beiträgt. Dieser Gasstrahl 34 trifft auf den Schaumstrang 35 und zerwellt bzw. zerteilt diesen in bezüglich der Größenklasse vorbestimmbare Schaumpulversprühteilchen 36, die in Fig. 2 übertrieben groß dargestellt sind.

Diese zerwellten bzw. zerteilten Schaumsprühteilchen 36 sammeln sich in dem unteren, konischen Längenabschnitt 15 des Sprühturmes 11 und können von dort wegtransportiert werden. Sowohl bei dem Abkühlen als auch bei der Trocknung werden die Schaumpulversprühteilchen 36 stabilisiert, so daß diese Schaumpulversprühteilchen 36 in dieser stabilisierten Form mit hohem Gasan teil lagerfähig sind.

Die in der Zusammenfassung, in den Patentansprüchen und in der Beschrei bung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Literaturverzeichnis

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Bezugszeichenliste

1

Pumpvorrichtung, Pumpe

2

Ansaugleitung

3

Tank

4

Förderleitung

5

Ventil

6

Leitung

7

Schaumaufschlagapparat, Aufschlagvorrichtung

8

Antrieb, motorischer

9

Druckleitung

10

Sprühkopf

11

Sprühturm, Gefriersprühturm

12

Sprühdüse

13

Sprühraum

14

Isolationsmantel

15

Längenabschnitt

16

Verschluß

17

Vorratstank

18

Leitung

19

Sprühkopf

20

Umluftvorrichtung

21

Leitung

22

Ringraum

23

Ringraum

24

Schlitzöffnung

25

Schlitzöffnung

26

Heizregister, Heizvorrichtung

27

Heizleitung

28

Ringmantel

29

Förderrohr

30

Anschlußstutzen, konischer

31

Rohr

32

Ringraum

33

Mündungsöffnung

34

Luftstrahl

35

Schaumstrang, Schaum

36

Schaumpulversprühteilchen

37

Gegendruckregler

38

Längenabschnitt

39

Abluftleitung

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von lagerfähigen, tiefgefrorenen, eßbaren Schaumpulversprühteilchen (36), insbesondere von Lebensmittel wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzen trate), von Früchteschäumen, Proteinschäumen oder dergleichen, mit er höhtem Gasgehalt von bis zu 90 Volumenprozent, vorzugsweise 30 bis 70 Vol.%, bei denen eine Fluidgrundmatrix, die aus einer oder mehreren Komponenten besteht, zwecks Schaumbildung aufgeschlagen und der Schaum anschließend schonend in einen gekühlten Sprühraum (13) unter Vermeidung von Verlusten an dispergiertem Gas in den Schaumpul versprühteilchen (36) mechanisch eingesprüht und in diesem Sprühraum (13) in weniger als einer Sekunde bei Temperaturen von ≦ ca. 30°C bis 50°C unterhalb der Schmelztemperatur der zu versprühenden Fluid grundmatrix des Schaumes auf Lagertemperatur abgekühlt und dadurch das Schaumgefüge in den Schaumpulversprühteilchen (36) durch kri stalline und/oder amorphe Erstarrung der Fluidphase stabilisiert wird.

2. Verfahren zum Herstellen von lagerfähigen, durch Entzug oder Teilentzug der Fluidphase stabilisierten eßbaren Schaumpulversprühteilchen (36), insbesondere von Lebensmitteln wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlag sahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzentrate), von Früchteschäumen, Pro teinschäumen oder dergleichen, mit erhöhtem Gasgehalt von bis zu 90 Volumenprozent, vorzugsweise 30 bis 70 Vol.%, bei denen eine Fluid grundmatrix, die aus einer oder mehreren Komponenten besteht, zwecks Schaumbildung aufgeschlagen und der Schaum anschließend schonend in einen gekühlten oder erhitzten Sprühraum (13) unter Vermeidung von Verlusten an dispergiertem Gas in den Schaumpulversprühteilchen (36) mechanisch eingesprüht und in diesem Sprühraum (13) in weniger als ei ner Sekunde bis zu einigen Sekunden bei Temperaturen von ca. 30°C-50°C unterhalb des Gefrierpunktes der kontinuierlichen Fluidphase ver festigt (gefroren) und anschließend gefriergetrocknet wird, oder bei ca. ≧ 20°C bis 120°C oberhalb der Siedetemperatur der zu versprühenden Fluidgrundmatrix der geschäumten Systeme durch Trocknung lagerfähig stabilisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumpulversprühteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 5 Mikrome tern bis einigen Millimetern hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren, die Schaumstruktur der Teil chen bildenden Gasblasen mit charakteristischen Abmessungen im Be reich von 1 bis ca. 100 Mikrometern hergestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung in dem Sprühraum (13) durch direktes Eindüsen eines verdampfenden Kältemittels - zum Beispiel flüssigem Stickstoff oder Kohlendioxid - erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum nach seiner Herstellung nur über einen relativ kurzen Weg bis zum Sprühraum (13) transportiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidgrundmatrix im kontinuierlichen Durchlauf verfahren zu Schaum aufgeschlagen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu versprühende Schaum mit feindis perser, gleichmäßiger Schaumstruktur in einer kontinuierlichen Auf schlagapparatur unter minimalem statischen Überdruck von ca. ≦ 1 bis 3 bar zur Erzielung einer feinstmöglichen Dispergierung der Gasphase mit enger Blasengrößenverteilung erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Sprühraum (13) zu versprühende Schaummatrix mit sehr kleinen Druckgradienten über der Düsenlänge von zum Beispiel ≦ 0,1 bis 1 bar durch die Sprühdüse transportiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hergestellte, in den Sprühraum (13) einzusprühende Schaum bevorzugt drallfrei und mit laminarer Strömung beim mechanischen Verdüsen oder Versprühen durch die Sprühdüse transportiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Sprühraum (13) eingesprühte Schaum erst unmittelbar bei seinem Eintritt in den Sprühraum (13) durch wenigstens einen Sprühgasstrom in die Schaumpulversprühteilchen (36) zerteilt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, mit dem der Sprühgasstrahl auf den in den Sprühraum (13) eintretenden Schaum (35) auftrifft, derart eingestellt wird, daß keine Überbeanspru chung mit einhergehender Zerstörung der Schaumstruktur beim Eintritt in den Sprühraum (13) entsteht, sondern nur eine schonende Auflösung, ein schonendes Zerwellen oder Aufteilen des Schaumstranges (35) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprüh gasstrahl bevorzugt mit etwa 1 bis 10 bar auf den in den Sprühraum (13) eintretenden Schaum (35) auftrifft.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühgasstrahl auf den Schaumstrang (35) unmittelbar bei dessen Eintritt in den Sprühraum (13) unter Drallbildung auf den Schaum (35) auftrifft.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumpulversprühteilchen (36) aus aufgeschäumten wäßrigen oder fettbasierten Fluidsystemen erzeugt wer den.

16. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumpulversprühteilchen (36) aus aufgeschäumten Wasser-Fett-(Öl)-Mischsystemen (z. B. Emulsionen oder Doppelemulsionen O/W, W/O, W/O/W, O/W/O) hergestellt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumpulversprühteilchen (36) in den Sprühraum (13) eingedüst werden, in dem die Temperatur um mehr als 30°C über die Siedetemperatur der Fluidmatrix, welche das Schaum system bildet, angehoben wird und damit einer teilweisen oder vollständi gen Trocknung unterzogen werden.

18. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, zum Herstellen von lagerfä higen, tiefgefrorenen, eßbaren Schaumpulversprühteilchen (36), insbe sondere von Lebensmitteln wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzentrate), von Früchteschäumen, Protein schäumen oder dergleichen, mit erhöhtem relativen Gasgehalt von 0 bis 90 Volumenprozent, vorzugsweise von 30 bis 70 Vol.%, mit einem als Gefriersprühturm (11) ausgebildeten gekühlten Sprühraum (13), minde stens einer Sprühdüse (12) zum Einbringen wenigstens einer vorge schäumten Fluidgrundmatrix in den gekühlten Raum (13), wenigstens ei ner Kühlvorrichtung zum Kühlen des Sprühraumes (13), einer Auffangvor richtung am Sprühturm (11) zum Auffangen der während des Fallens durch den Sprühturm (11) gefrorenen stabilisierten Schaumpulversprüh teilchen (36) und einer Wegfördervorrichtung zum gekühlten Wegfördern der gefrorenen Schaumpulversprühteilchen (36) zwecks Lagerung bzw. Weiterbeförderung.

19. Einrichtung nach Anspruch 18 zum Durchführen des Verfahrens nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegfördervorrich tung (36) ein Vakuumtrocknungsraum zur Gefriertrocknung der Sprühpul verteilchen nachgeschaltet ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, zum Herstellen von lagerfähigen getrockneten, eßbaren Schaumpulver sprühteilchen (36), insbesondere von Lebensmitteln wie Milchprodukte (Eiskrem, Schlagsahne, Milch- bzw. Milchproteinkonzentrate), von Früch teschäumen, Proteinschäumen oder dergleichen, mit erhöhtem Gasgehalt von bis zu 90 Volumenprozent, vorzugsweise 30 bis 70 Vol.%, mit einem Sprühturm (11), mindestens einem Heizregister (26) zum Aufheizen eines Heizgases, insbesondere Luft, das über wenigstens eine Leitung (27) dem Sprühraum (13), vorzugsweise regelbar, zuführbar ist, mindestens einer Sprühdüse (12) zum Einbringen wenigstens einer vorge schäumten Fluidgrundmatrix in den beheizten Raum (13), einer Auffang vorrichtung am Sprühturm (11) zum Auffangen der während des Fallens durch den Sprühturm (11) getrockneten, stabilisierten Schaumpulver sprühteilchen (36) und einer Wegfördervorrichtung zum getrockneten Wegfördern der stabilisierten Schaumpulversprühteilchen (36) zwecks La gerung bzw. Weiterbeförderung.

21. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidgrundmatrix mittels einer oder mehrerer Pumpen (1) einer im kontinuierlichen Durchlaufverfahren arbeitenden, als Schaumauf schlagapparat ausgebildeten Aufschlagvorrichtung zuführbar ist, in der die Fluidgrundmatrix zu Schaum aufgeschlagen und der Schaum auf kurzem Weg wenigstens einer Sprühdüse (12) förderbar ist, durch die die Schaummasse in den gekühlten oder beheizten Sprühraum (13) bringbar und während ihres Einbringens zu Schaumpulversprühteilchen (36) vor bestimmbarer Größe aufteilbar ist, die auf Lagertemperatur herunterkühl bar oder bei Trocknungstemperatur trockenbar und dabei stabilisierbar sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf schlagvorrichtung (7) unmittelbar ein Kühl- oder Gefriergerät zum Vorge frieren des Schaumes nachgeschaltet wird, von der der vorgefrorene Schaum der mechanischen Sprühvorrichtung zuförderbar ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 20 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sprühraum (13) wenigstens eine Heizvorrichtung (26) zugeordnet ist, die durch mindestens eine Leitung mit dem Sprühraum (13) verbunden ist.

24. Einrichtung nach Anspruch 18 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Sprühraumes (13) eine geeignete Verschlußvorrichtung, zum Beispiel eine Zellen schleuse (16), angeordnet ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 18 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschlagvorrichtung (7) wenig stens ein Gegendruckregler (37) angeordnet ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 20 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sprühraum (13) eine kontinu ierliche Umlaufströmung von heißer Luft oder Kaltluft aufrechterhalten wird.

27. Einrichtung nach Anspruch 18 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum mechanischen Versprühen als Doppelmanteldüse (12) ausgebildet ist, in deren äußeren Ringmantel (28) Sprühgas eintreibbar ist, während durch ein zentrisches Förderrohr (29) der Schaum (35) zuführbar ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zen trische Förderrohr (29) mit seiner Mündungsöffnung ebenfalls in der Mün dungsebene (33) des Ringmantels (28) endet und daß der Ringmantel im Bereich der Mündungsöffnung (33) des zentrischen, den Schaum führen den Förderrohres (29) sich konisch zur Erzielung eines verengten Strö mungsquerschnittes für das Sprühgas verjüngt.

29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringmantel (28) schonend in Bezug auf seine Mündungsöffnung verjüngt und daß Wandungen der Strömungswege für den Schaum (35) extrem glatt, zum Beispiel beschichtet, ausgebildet sind.

30. Einrichtung nach Anspruch 27 oder einem der darauffolgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühgas tangential in den äu ßeren Ringmantel (28) zur Erzielung einer turbulenten Gasströmung mit Drall eintritt.

31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die turbu lente Gasströmung als scharfer, ringförmiger Luftstrahl mit Drall an der Mündungsöffnung (33) auf den Schaumstrang (35) auftritt und daß der Schaumstrang laminar und drallfrei in dem glattwandigen, geraden, zen trischen Förderrohr (29) geführt ist.