DE2352894B2

DE2352894B2 - Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2352894B2
Application number: DE2352894A
Authority: DE
Inventors: Jan Pisecky; Vagn Taastrup Westergaard
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1973-10-22
Filing date: 1973-10-22
Publication date: 1981-04-16
Also published as: DD115569A5; DE2352894A1; IE41465B1; IE41465L; GB1462709A; FR2247980B1; NL7413829A; DK546774A; FI305874A; FI60808B; US3956521A; CS196256B2; FR2247980A1; CA1029594A; ZA746574B; FI60808C; SE7413221L; SU993805A3; SU637067A3; JPS50105859A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Vollmilchpulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 1,0 — 2,5 Gew.-% und mit einem Löslichkeitsindex von höchstens 0,5 aus einem Vollmilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 48 — 57%, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, eine Temperatur, zwischen 190° und 270° hat und daß die Zerstäubungstrocknung in der ersten Stufe bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers von 5-7 Gew.-% durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Magermilchpulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 1 —4 Gew.-% und mit einem Löslichkeitsindex von höchstens 0,5 aus einem Magermilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 48 — 57 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, eine Temperatur zwischen 210° und 290°C hat und daß die Zerstäubungstrocknung in der ersten Stufe bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers von 5 — 7 Gew.-% durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten unter Vermeidung der Agglomerierung und Erhöhung der Schüttdichte, nach welchem die Flüssigkeit vorzugsweise in Form eines Konzentrats und der Anwendung eines rotierenden Zerstäubers in der ersten Stufe mit Heißgas zu einem feuchten Pulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2-15 Gew.-°/o über dem Feuchtigkeitsgehalt des erwünschten Enderzeugnisses getrocknet wird, das in einer zweiten Stufe mit Heißgas auf den Feuchtigkeitsgehalt des erwünschten Enderzeugnisses nachgetrocknet wird, wobei die mitgerissenen feinen Partikel aus dem Abtas abgeschieden werden.

Unter »Milch oder ähnliche Flüssigkeiten« sind hier Flüssigkeiten zu verstehen, die bei gewöhnlicher Zerstäubungstrocknung, bei der die Trocknung in der Trockenkammer so weit durchgeführt wird, daß das die Trockenkammer verlassende Pulver einen Feuchtigkeitsgehalt hat, der annähernd der gewünschten Restfeuchtigkeit im endgültigen Erzeugnis entspricht, Partikeln bilden, deren Inneres in wesentlichem Grad mit Vakuolen gefüllt ist Die Entstehung dieser Vakuolen ist eine Folge davon, daß sich beim Trocknen der durch die Zerstäubung gebildeten Flüssigkeitspartikeln ein diese Partikel^ umgebendes Häutchen bildet, welches bei gewöhnlicher Zerstäubungstrocknung auf den Feuchtigkeitsgehalt, den das endgültige Erzeugnis haben soll, eine derartige Steifigkeit erreicht, daß es während des Trocknens nicht zusammensinkt, sondern eine fast kugelartige Form bewahrt und diejenigen Hohlräume umgibt, die beim Trocknen teils infolge des Entfernens von Flüssigkeit durch Verdampfung und teils

2> infolge der Expansion entstehen, die in einem früheren Stadium der Trocknung aufgrund der inneren Verdampfung und Freiwerdung und Erhitzung der in der Flüssigkeit enthaltenen Luft stattfindet.
Als 3eispiele für andere Flüssigkeiten als Milch und

«ι inilchhaltige Erzeugnisse, wozu auch angesäuerte Milcherzeugnisse zu zählen sind, die lebende Bakterienkulturen enthalten und bei Zerstäubungstrocknung nach den gewöhnlichen Verfahren Partikeln mit einem Gehalt an Vakuolen ergeben, können andere protein-

Jj haltige Flüssigkeiten, wie Eiweiß, Eidotter, Volleier, Gelatinelösungen und Kaseinatlösungen, genannt werden.

Bei der Zerstäubungstrocknung von Flüssigkeiten dieser Art nach den gewöhnlichen Verfahren bewirkt

4!) die genannte Eigenschaft, daß das hergestellte Pulver einen hohen Gehalt an Vakuolen und somit eine niedrige Dichte der Partikeln und eine niedrige Schüttdichte erhält. Die kleine Schüttdichte des Pulvers führt einen relativ hohen Aufwand an Verpackungs-

4-, materialien und entsprechenden Platzbedarf bei Versand und Lagerung mit sich. Außerdem drängt mit der Zeit Luft in die Vakuolen ein, welche Luft zusammen mit derjenigen Luft, die sich bereits in den Vakuolen im frisch hergestellten Pulver befindet und von derjenigen

V) Luft herrührt, die in den Flüssigkeitstropfen enthalten war, beim Lösen des Pulvers frei wird und somit bei Anwendung des Pulvers Anlaß zu störender Schaumbildung gibt.

Es sind zahlreiche Maßnahmen zur Erzielung eines Pulvers mit größerer Schüttdichte bei der Zerstäubungstrocknung von Milch vorgeschlagen worden, vgl. z. B. die Beschreibung zum britischen Patent 10 44 501.

Nach dieser Patentbeschreibung werden relativ große Schüttdichten für Magermilchpulver dadurch erreicht, daß als Ausgangsmaterial ein Konzentrat mit höherem Trockensubstanzgehalt als gewöhnlich und mit einer höheren Temperatur als gewöhnlich, vorzugsweise von 60 —65°C, Anwendung findet und daß die Trocknung in zwei Stufen durchgeführt wird, und zwar

f>5 derart, daß in der ersten Stufe durch Zerstäubungstrocknung ein Pulver mit einem Wassergehalt zwischen 4,5 und 7%, vorzugsweise zwischen 4,5 und 6%, erreicht wird, welches Pulver daraufhin einer sekundären

Trocknung mit Heißgas bis auf einen Wassergehalt von ca. 3,5% unterzogen wird. In der Patentschrift ist angegeben, daß dieses Verfahren in Verbindung mit der Anwendung von Zerstäubungsdüsen besonders gut geeignet ist, daß sich gute Ergebnisse jedoch auch in gewissen Fällen unter Anwendung eines Zerstäubers mit rotierendem Zerstäuberrad erreicnen lassen.

In der genannten Patentschrift ist nicht präzisiert, wie die Nachtrocknung durchgeführt wird. Von der Tatsache ausgehend, daß die Schrift nicht nennt, daß in Verbindung mit dieser Nachtrocknung eine besondere Fraktion feiner Partikel entsteht, zusammengehalten mit der zu dem Prioritätsdatum des genannten Patents bekannten Technik, kann indessen geschlossen werden, daß die Nachtrocknung als eine pneumatische Trock- i> nung (Flashtrocknung) durchgeführt wurde. Das heißt, daß das nachzutrocknende Pulver von einer durch einen Kanal strömenden Trockenluft mitgerissen wird und von dieser in einem Zyklon nach wenigen Sekunden getrennt wird.

Die genannte Patentschrift gibt außer der Anwendung eines größeren Trockenstoffinhaltes und einer hf heren Temperatur des zu trocknenden Konzentrates Beispiele für bekannte Maßnahmen zur Erzielung einer größeren Schüttdichte an: Vergrößerung der Viskosität des Konzentrats, das zerstäubungsgetrocknet werden soll, Herabsetzung der Drehzahl des Zerstäuberrades oder Herabsetzung des Druckes in den Zerstäu -mngsdüsen sowie schließlich Modifikation der Temperatur des Trockengases bei seinem Eintritt in den Zerstäubungs- in trockner.

Diese »Modifikation« mußte vom Fachmann als eine Senkung der Temperatur des Trockengases beim Eintritt aufgefaßt werden, und zwar nicht nur wegen des gewählten Ausdrucks, sondern auch im Hinblick darauf, π was im allgemeinen in der einschlägigen Fachliteratur über die Bedeutung der Eintrittstemperatur der Trockenluft für die Schüttdichte des hergestellten Pulvers enthalten ist. Beispielsweise geht aus K. Masters: »Spray Drying«, Leonard Hill Books, London (1972), Seite 318, hervor, daß eine Erhöhung der Eintrittemperatur der Trockenluft eine Herabsetzung der Schüttdichte des zerstäubungsgetrockneten Erzeugnisses für alle diejenigen Materialien mit sich führt, für weiche Ergebnisse in der betreffenden Literaturstelle ■;> wiedergegeben sind. Es geht hervor, daß dies also auch für Gelatinelösungen gelten sollte, vgl. USA-Patent 17 34 260.

Es muß bemerkt werden, daß in Verbindung mit der Herstellung eines agglomerierten Milcherzeugnisses ■>() bekannt ist (siehe z. B. US-PS 32 31 386) das agglomerierte Pulver in einem Wirbelbett nachzjtrocknen, indem man ein solches benutzt hat um zu erreichen, einerseits daß die Agglomerate unter so mechanisch schonenden Bedingungen getrocknet werden, dr.ß sie nicht zerbrechen, andererseits daß die Agglomerate in großem Ausmaße von nicht agglomerierten Partikeln befreit werden, indem die letztgenannten von der Trockenluft mitgerissen und von dieser ausgeschieden werden und zu der Agglomerierungsstufe zurückgeführt ω werden.

Dagegen hat das Wirbelbett nicht für die Nachtrocknung bei der Herstellung eines nicht-agglomerierten Pulvers Anwendung gefunden, da man angenommen hat, daß die Nachtrocknung in diesem Fall mit ebenso t>i gutem Resultat durch die Anwendung der pneumatischen Trocknung (flash drying) erfolgen konnte, welche geringere Investierungskosten erfordert. Selbst in Betrieben, die aufgrund der Herstellung von agglomeriertem Pulver, im Besitze einer Wirbelbettanlage waren, hat man es unterlassen, diese zur Herstellung von nicht-agglomeriertem Pulver zu benutzen und hat den Pulversirom an dem Wirbelbett vorbeigeführt, so daß die Trocknung entweder als eine Einstufentrocknung oder als eine Kombination einer Zerstäubungstrocknung und einer pneumatischen Trocknung erfolgte. Im Gegensatz zu dem, was bei der Trocknung agglomerierter Partikel gilt, ist das Mitreißen feiner Partikel, die im Wirbelbett stattfindet, kein Vorteil bei der Herstellung von nicht-agglomeriertem Pulver, sondern vielmehr ein Nachteil. Dies hat dazu beigetragen, daß man die Anwendung des Wirbelbettes zur Nachtrocknung nicht-agglomerierten Pulvers vermieden hat.

F,s war für den Fachmann überraschend, daß sich eine sehr gute Löslichkeit und eine höhere Schüttdichte erzielen ließ, als bisher bei Anwendung rotierender Zerstäuberräder möglich gewesen ist, und zwar durch Anwendung eines Verfahrens der im ersten Abschnitt dieser Beschreibung definierten Art. welches erfindungsgeinäß gekennzeichnet ist durch folgende Maßnahmen:

a. die Temperatur des Heißgases, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, liegt wenigstens 10⁰C höher als die Höchsttemperatur, die für die betreffende Flüssigkeit zulässig wäre, falls die Zerstäubungstrocknung zur Herstellung der endgültigen Erzeugnisses mit dem erwünschten Feuchtigkeitsgehalt in nur eine Stufe und mit demselben Hitzebeschädigungsgrad erfolgen würde,

b. die Nachtrocknung erfolgt im Wirbelbett und

c. die abgeschiedenen feinen Partikel werden der Hauptmenge des hergestellten Pulvers zugesetzt, nachdem dieses aus der ersten Stufe entnommen und so weit getrocknet worden ist. daß die feinen Partikel nicht daran festkleben.

Die Durchführung der Nachtrocknung im Wirbelbett beinhaltet im Gegensatz zur Durchführung der Nachtrocknung als pneumatische Trocknung besondere Vorteile, da das Wirbelbett die Erzielung eines Produktes mit höherer Schütteldichte und geringeren Wärmeschäden ermöglicht, und das letzte z. B. für Milchpulver eine bessere Löslichkeit zur Folge hat.

Der Grund dafür, daß man durch das Wirbelbett eine größere Schüttdichte als bei der pneumatischen Trocknung erzielt, ist einerseits, daß bei der Nachtrocknung eine wesentliche Agglomeratbildung vermieden wird, andererseits daß die einzelnen Partikel eine größere Massenfülle erhalten, da ein geringerer Teil ihres Volumens aus Vakuolen bestehen wird. Die Nachtrocknung im Wirbelbett dauert für die einzelnen Partikel mehrere Minuten und kann deshalb mit einer relativ geringen Temperatur der Trockenluft durchgeführt werden. Dadurch wird, im Gegensatz zu dem was für die pneumatische Trocknung gilt, vermieden, daß die Partikeloberfläche eine wesentlich höhere Temperatur annimmt als die, womit sie zugeführt wurde, bevor so viel Wasser verdampft ist, daü die Oberfläche nicht klebrig ist, selbst nicht bei erhöhter Temperatur.

Der selbe Umstand ist die Ursache dafür, daß die Wärmebeschädigung geringer als bei der pneumatischen Trocknung wird. Bei der letztgenannten werden die Partikel in einem gewissen Stadium eine ziemlich trockene Oberfläche haben, gleichzeitig damit, daß sich in ihrem Inneren immer noch ein Teil Wasser befindet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Diffusionsge-

schwindigkeit in den Partikeln so gering ist, daß das Wasser nicht so schnell an die Oberfläche diffundieren kann wie es von dieser verdampft. Dies hat zur Folge, daß die durch die Wasserverdampfung bedingte Abkühlung der Partikeloberfläche geringer wird, so daß gerade in diesem Stadium ein besonderes Risiko für Wärmebeschädigung besteht. Bei der Anwendung des Wirbelbettes kann die Verdampfung indessen so langsam erfolgen, daß der Wassergehalt im Inneren der Partikel und auf deren Oberfläche mehr gleichartig gehalten wird, so daß eine Überhitzung der letztgenannten vermieden wird.

Die erhebliche Herabsetzung des Hitzeschadens, die durch die Verwendung des Wirbelbettes anstelle einer pneumatischen Trocknung verursacht ist, ermöglicht es, daß ein eiwas größerer Hitzesehaden bei der Zerstäubertrocknung in der ersten Stufe in Kauf genommen werden kann und die Verwendung einer hohen Eingangstemperatur für die Trocknerluft in der ersten Stufe ist somit nicht nur durch die unter c) erwähnte Maßnahme sondern auch durch die Verwendung des Wirbelbettes bedingt

Die im Wirbelbett erfolgende langsamere Trocknung ist auch die Ursache dafür, daß die einzelnen Partikel größere Massenfülle erhalten. Wenn das feuchte Pulver dem Zerstäubungstrockner entnommen wird, enthalten die einzelnen Partikel mit Wasserdampf und Luft gefüllte Vakuolen. Wenn das Pulver einer pneumatischen Trocknung unterworfen wird, wird, als Folge der im Verhältnis zu der vorgenannten Diffusionsgeschwindigkeit schnelleren Wasserverdampfung von der Partikeloberfläche, sich auf dieser eine harte Kruste bilden, die so steif ist, daß sie nur teilweise von dem Unterdruck, der durch die fortgesetzte Trocknung und Abkühlung in den Vakuolen entsteht, eingesaugt wird. Im Gegensatz hierzu ist bei der Anwendung des Wirbelbettes die Partikeloberfläche zu dem Zeitpunkt, wo der genannte Unterdruck in den Vakuolen entsteht, noch in weitgehendem Ausmaße plastisch. Deshalb erfolgt eine mehr weitgehende Einsaugung der Oberfläche, so daß konkave Oberflächen entstehen und eine Verringerung des Volumens der Einzelpartikei erfolgt und somit eine Erhöhung der Schüttdichte erzielt wird. Auf der F i g. 1 wird eine Mikrophotographie eines Magermilchpulverpartikels. hergestellt nach dem Vorgehen gemäß der Erfindung, wiedergegeben.

Der Ausdruck Wirbelbett wird hier in dem Sinne verwendet, daß auch solche Trockner umfaßt werden, in welchen die Geschwindigkeit der Trockenluft nicht dazu ausreicht, um das Pulver hierin schwebend zu halten, wo aber die Beweglichkeit des Pulvers in der Hauptsache durch Vibration hervorgerufen wird.

Zur näheren Erläuteiung der oben unter Punkt a. genannten Maßnahme sei bemerkt, daß es wie unten erklärt bei der Zerstäubungstrocknung von Flüssigkeiten. die hitzeempfindliche Bestandteile enthalten, so wie es bei denjenigen Flüssigkeiten der Fall ist, die als Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren in Betracht kommen, vorteilhaft ist eine Trockengas-Eintrittstemperatur zu benutzen, die so hoch liegt, wie überhaupt zugelassen werden kann, ohne daß das Erzeugnis durch die Hitze in einem solchen Ausmaß beschädigt wird, daß erwünschte Eigenschaften des Erzeugnisses verlorengehen. Bei der Herstellung von Vollmilchpulver und Magermilchpulver zeigt sich eine eventuelle Beschädigung des Erzeugnisses durch Hitze insbesondere durch verringerte Löslichkeit desselben in Wasser. Damit ein Erzeugnis die Qualitätsbezeichnung »Extra grade« nach AMDI tragen kann, wird ein »Löslichkeitsindex« gefordert, der, gemessen nach AMDl-Verfahren für Vollmilchpulver auf höchstens 0,5 und für Magermilchpulver auf höchstens 1,25 liegt. In der Praxis wird gewöhnlicherweise jedoch nur ein »Löslichkeitsindex« von höchstens 0,5 für beide Erzeugnisse gefordert. Bei anderen Erzeugnissen zeigen sich eventuelle Beschädigungen durch Hitze in ausgeprägterer Weise durch andere Änderungen des Erzeugnisses. Beispielsweise zeigt sich eine Hitzebeschädigung bei der Trocknung angesäuerter Milcherzeugnisse, die lebende Bakterien enthalten, durch eine erhebliche Herabsetzung der Bakterienaktivität im hergestellten Pulver. Bei der Herstellung von Pulver aus Eiweiß ist es insbesondere die Fähigkeit, sich steif schlagen zu lassen, welche die kritische Eigenschaft des endgültigen Erzeugnisses darstellt und welche sich durch eine eventuelle Beschädigung durch Hitze verschlechtern würde. Diese Eigenschaften der verschiedenen Flüssigkeiten bewirken, daß einem gegebenen Grad der Beschädigung durch Hitze eine bestimmte Höchsttemperatur des eingeleiteten Trockengases entspricht, falls die Trocknung in einer einzelnen Stufe als eine Zerstäubungstrocknung auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt vorgenommen wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitel man, wie unter Punkt a. angeführt, mit einer höheren Eintrittemperatur der Trockenluft für den Zerstäubungstrockner als es früher bei der Trocknung von Erzeugnissen der betreffenden Art üblich war. Durch Ergreifung der Maßnahme c. vermeidet man, daß die feinen Partikeln in die Trockenkammer zurückgeleitet werden, so wie es bei einer gewöhnlichen Zerstäubungstrocknung erfolgt, bei der man eine Agglomeration anstrebt. Auf diese Weise vermeidet man, daß die feinen Partikeln Anlaß zur Bildung von agglomerierten Partikeln im Zerstäubungstrockner geben, welches von Bedeutung ist, da es sich — im Gegensatz zu dem, was bisher angenommen wurde — gezeigt hat, daß es gerade die agglomerierten Partikeln sind, die die größte Empfindlichkeit in bezug auf die Hitzebeschädigung im Zerstäubungstrockner haben.

Bei einer Zerstäubungstrocknung sucht man, mit einer so hohen Eintrittemperatur des in den Zerstäubungstrockner eingeleiteten Gases wie möglich zu arbeiten, da sich dadurch die beste Wärmewirtschaftlichkeit der Trocknung erreichen läßt. Dies geht daraus hervor, daß es sich der prozentuale thermische Gesamtausnutzungsgrad η mit Annäherung durch folgende Beziehung ausdrücken läßt:

100.

μ worin Xi die Temperatur der Trockenluft beim Eintritt 7~2 die Temperatur der Trockenluft beim Austritt (geltend für einen adiabatischen Vorgang) und To die Temperatur der Umgebung bezeichnet

Dieser allgemein bekannten Beziehung läßt sich

ho entnehmen, daß der thermische Ausnutzungsgrad dadurch verbessert werden kann, daß man T\ erhöht und gleichzeitig T₂ und To im wesentlichen konstant hält Bei der Erhöhung von Tu die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, ist es zwar nicht möglich, T₂ völlig

hi unverändert zu halten, doch ist die Erhöhung von Ti in bezug auf die Erhöhung von 71 nur unwesentlich.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt, wie bereits erwähnt, die Temperatur des Trockengases beim

Eintritt in den Zerstäubungstrockner wenigstens 10⁰C höher als die Höchsttemperatur, die für die betreffende Flüssigkeit zulässig wäre, falls die Zerstäubungstrocknung zur Herstellung des endgültigen Erzeugnisses mit dem erwünschten Feuchtigkeitsgehalt in nur einer Stufe und mit demselben Hitzebeschädigungsgrad erfolgen würde. Bei der Festlegung dieses Kleinstwertes von 10⁰C wurde von der Betrachtung ausgegangen, daß bereits durch diese Temperaturerhöhung eine nicht unwesentliche Verbesserung der Wärmewirtschaftlichkeit erreicht wird. Wie weit die Temperaturerhöhung diese genannten 1O⁰C überschreiten darf, muß von Fall zu Fall durch Versuche ermittelt werden, so daß der maximale thermische Ausnutzungsgrad der Trockenluft erreicht werden und gleichzeitig sichergestellt werden kann, daß die Hitzebeschädigung des Pulvers innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten wird. Gewöhnlich wird sich die Erhöhung der Eintrittemperatur des Trockengases auf einen Wert zwischen 10 und 90⁰C in bezug auf die Eintrittemperatur bei einer entsprechenden 1-Stufen-Zerstäubungstrocknung belaufen.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit teils ein Erzeugnis mit einer Schüttdichte erzielt, die größer ist, als die bisher mit Zerstäubungstrocknern mit rotierenden Zerstäuberrädern erreichbaren, und teils eine bessere Wärmewirtschaftlichkeit des Trocknungsvorgangs erreicht, weil das Trockengas bei seinem Eintritt in den Zerstäubungstrockner eine höhere Temperatur hat.

Eine weitere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dazu beiträgt, daß eine besonders gute Wärmewirtschaftlichkeit erreicht werden kann, ist, daß das Verfahren ähnlich wie das Verfahren nach der eingangs erwähnten britischen Patentschrift die Anwendung eines Ausgangsmaterials mit relativ hohem Trockensubstanzgehalt ermöglicht, ohne daß das endgültige Erzeugnis in wesentlichem Ausmaß hitzebeschädigt wird. In Verbindung mit der Zerstäubungstrocknung von Milcherzeugnissen ist es allgemein bekannt, daß die Anwendung eines hohen Trockensubstanzgehahes des Ausgangsmateriais bei im übrigen unveränderten Bedingungen eine schlechtere Löslichkeit des endgültigen Erzeugnisses mit sich führt, doch sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei der Anwendung von beispielsweise Magermilchkonzentraten mit einem sehr hohen Trockensubstanzgehalt als Ausgangsmaterialien Erzeugnisse mit zufriedenstellender Löslichkeit erreichbar.

Der Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers, welches dem Zerstäubungstrockner entnommen wird, ist, wie bereits erwähnt, 2 — 15% höher als der Feuchtigkeitsgehalt des angestrebten endgültigen Erzeugnisses und davon abhängig, welche Flüssigkeit zerstäubungsgetrocknet wird. Um mit einer so hohen Eintrittemperatur des Trockengases in den Zerstäubungstrockner wie möglich arbeiten zu können, ohne die Löslichkeit des endgültigen Erzeugnisses zu beeinträchtigen, ist es wünschenswert, das Pulver mit einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt aus dem Zerstäubungstrockner zu entnehmen, doch darf das Pulver auf der anderen Seite selbstverständlich nicht so feucht sein, daß es sich beim Trocknen in der zweiten Stufe nicht behandeln läßt, und es darf ferner auch nicht so feucht sein, daß während des Trocknens in irgendeiner der Stufen eine wesentliche Agglomeration der Partikeln stattfindet, da eine derartige Agglomeration eine Reduktion der Schüttdichte des fertigen Erzeugnisses bewirken würde. Der Fachmann wird daher je nach Art und Konzentration der Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, durch Versuche ermitteln, welcher Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des genannten Bereiches zu wählen ist, damit die optimale Kombination von guter Wärmewirtschaftlichkeit, hoher Schüttdichte des Pulvers und guter Löslichkeit des fertigen Erzeugnisses erzielt werden kann.

Bei der Herstellung von Vollmilchpulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt des fertigen Erzeugnisses von 1,0-2,5 Gew.-% aus einem Vollmilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 48 — 57 Gew.-% hat es sich als möglich erwiesen, durch Anwendung eines Verfahrens der erwähnten Art eine Schüttdichte des Pulvers bis zu 0,67 g/cm³ zu erzielen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Heißgas, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, eine Temperatur zwischen 190 und 270³C hat und daß die Zerstäubungstrocknung in der ersten Stufe bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers von 5 — 7 Gew.-% durchgeführt wird. Von der Erreichung einer so großen Pulver-Schüttdichte unter Anwendung eines rotierenden Zerstäuberrades ist bisher noch nirgends berichtet worden.

Bei der Herstellung von Magermilchpulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 1 —4 Gew.-% wird normalerweise von einem Magermilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 48-57 Gew.-°/o ausgegangen und ein Verfahren angewendet, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Heißgas, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, eine Temperatur zwischen 210 und 290⁰C hat und daß die Zerstäubungstrocknung in der ersten Stufe bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt des Pulvers von 5 — 7 Gew.-% durchgeführt wird. Hierdurch ist es möglich, eine Pulver-Schüttdichte bis zu 0,77 g/cm³ zu erzielen. Auch dieser Wert ist größer als alle bisher bei der Herstellung von Magermilchpulver durch Zerstäubungstrocknung mit rotierenden Zerstäuberrädern erreichten Schüttdichten.

In Zusammenhang mit vielen der bekannten Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Flüssigkeiten derjenigen Art, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können, insbesondere im Zusammenhang mit den bekannten Verfahren zur Herstellung sogenannter »sofort löslicher« (instant) Vollmilchpulver und Magermilchpulver, wurde danach gestrebt, eine weitgehende Agglomeration zu erzielen, da das Erzeugnis hierdurch eine gute Netzbarkeit erhält und seine Wiederauflösung somit erleichtert wird. Das Erzeugnis, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, hat infolge der fehlenden Agglomeration eine relativ geringe Netzbarkeit. Dies ist jedoch in den zahlreichen Fällen, in weichen man sowieso mechanische Hilfsmittel bei der Wiederauflösung verwendet, oder in den häufig vorkommenden Fällen, in denen überhaupt keine eigentliche Wiederauflösung erfolgt, nämlich wenn Milchpulver in relativ feste Massen eingeknetet wird, wie z. B. bei der Herstellung von Schokolade, Backwaren oder Wurstwaren, nur von untergeordneter Bedeutung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 der Zeichnung, die schematisch eine Prinzipskizze des Verfahrens veranschaulicht, näher erläutert

Auf F i g. 2 bezeichnet 1 einen Zerstäubungstrockner mit einem rotierenden Zerstäuberrad 2. Die Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, wird durch ein Rohr 3 zugeführt, und zwar vorzugsweise in der Form

eines Konzentrats, wie z. B. als Vollmilchkonzentrat oder als Magermilchkonzentrat. Durch eine Leitung 4 wird Trockenluft mit einer Temperatur eingeleitet, welche die unter Punkt a. erwähnte Bedingung erfüllt.

Das Verhältnis zwischen der durch das Rohr 3 zugeführten Flüssigkeitsmenge und der durch die Leitung 4 eingeleiteten Trockenluftmengt: wird so abgestimmt, daß das Pulver, welches den Zerstäubungstrockner 1 durch dessen Pulveraustritt 5 verläßt, einen Feuchtigkeitsgehall besitzt, der 2-15 Gew.-% über dem Feuchtigkeitsgehalt des erwünschten Enderzeugnisses liegt und dessen Höchstwert so festgesetzt wird, daß Agglomeration im wesentlichen vermieden wird.

Vom Pulveraustritt 5 gelangt das Pulver in eine Trockenvorrichtung mit einem Wirbelbett, welche Trockenvorrichtung vorzugsweise vom Vibrationstyp ist.

In die Trockenvorrichtung 6 wird Trockenluft durch die Leitungen 7, 8 und 9 zum Trocknen und Kühlen des Pulvers eingeleitet, so daß letzteres die Trockenvorrichtung 6 durch eine Leitung 10 mit dem gewünschten Restfeuchtigkeitsgehalt verlassen kann.

Das Abgas des Zerstäubungstrockners 1, welches einen Teil feiner Partikeln enthält, verläßt den Zerstäubungstrockner durch eine Leitung 11 und gelangt in einen Zyklon 12. Das Abgas, welches die Trockenvorrichtung durch eine Leitung 13 verläßt, enthält ebenfalls einen Teil feiner Partikeln und wird zu einem Zyklon 14 geleitet.

Das im Zyklon 12 von Partike'n befieite Gas wird durch eine Leitung 14 abgeblasen, während das im Zyklon abgeschiedene Pulver unten den Zyklon durch eine Leitung 15 verläßt. Dementsprechend wird das im Zyklon 14 von Partikeln befreite Gas durch eine Leitung

16 abgeblasen, während das Pulver durch eine Leitung

17 unten aus dem Zyklon abgezogen wird. Bei der veranschaulichten Ausführungsform werden die Leitungen 15 und 17 vereint und leiten das in den Zyklonen abgeschiedene, aus feinen Partikeln bestehende Pulver zurück zur Hauptmenge des Erzeugnisses, und zwar an einer Stelle in der Nähe des Austritts der vibrierenden Trockenvorrichtung 6. Alternativ könnte das Pulver aus den Leitungen 15 und 17 selbstverständlich auch in einer nachgeschalteten Stufe zur Hauptmenge des Erzeugnisses hinzugesetzt werden. Entscheidend ist nur, daß dieses aus feinen Partikeln bestehende Pulver nicht, so wie es sonst oft der Fall ist, in den Zerstäubungstrockner 1 zurückgeleitet wird, wo es agglomerieren könnte. Außerdem darf das Pulver, welches den Zyklon 12 durch die Leitung 15 verläßt, nicht an einer Stelle unmittelbar vor oder im vorderen Teil der Trockenvorrichtung 6 wieder in die Hauptmenge des Erzeugnisses eingetragen werden, sofern der Hauptstrom des Pulvers an dieser Stelle so kJebrig ist, wie es beispielsweise von Erzeugnissen für die Säuglingsernährung, der Fall wäre. Bei der Herstellung von gewöhnlichem Vollmilchpulver oder Magermilchpulver können die von den Zyklonen kommenden, feinen Partikeln hingegen ohne weiteres in den vorderen Teil der Trockenvorrichtung eingeleitet werden, ohne daß eine Agglomeration zu befürchten ist

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe der nachfolgenden Vergleich- und Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Beispiele

Es wurde eine Reihe von Versuchen in einer Zerstäubungstrocknungsanlage durchgeführt, deren

Trockenkammer einen Durchmesser von 10 m hatte und mit einem Zentrifugalzerstäuber ausgerüstet war.

Das Zerstäuberrad hatte einen Durchmesser von 210 mm und seine Drehzahl betrug bei allen Versuchen 15 000 U/min.

Die genaueren Angaben über die Bedingungen, unter denen die Versuche ausgeführt wurden, und über die erzielten Ergebnisse sind der am Schluß dieser Beschreibung befindlichen Tabelle zu entnehmen.

Bei den Versuchen 1 —8 wurde als Ausgangsmaterial ein Magermilchkonzentrat benutzt, und bei den Versuchen 9—15 war das Ausgangsmaterial ein Vollmilchkonzentrat.

Bei den Versuchen 1—6 und 9 — 13 war dem Zerstäubungstrockner eine vibrierende Trockenvorrichtung mit Wirbelbett nachgeschaltet, in die Trockenluft mit einer Temperatur von 90° C eingeleitet wurde.

Bei den Versuchen 1 —5 und 9—12, die Beispiele für Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, wurden die aus dem Abgas der Zerstäubungstrocknungskammer und der vibrierenden Trockenvorrichtung abgeschiedenen, feinen Partikeln in die Hauptmenge des Pulvers, und zwar bei deren Austritt aus der vibrierenden Trockenvorrichtung, eingetragen.

In Gegensatz hierzu wurden bei den Versuchen 6 und 13, die beide nach dem bekannten Einweg-Agglomerierungs-Verfahren ausgeführte Vergleichsversuche waren, die feinen Partikeln, die aus dem Abgas der Trockenkammer und der Trockenvorrichtung abgeschieden wurden, in den Zerstäubernebel in der Zerstäubertrocknungskammer zurückgeführt.

Die Versuche 7 — 8 und 14—15 sind Vergleichsversuche, die im selben Zerstäubungstrockner ausgeführt wurden, aber ohne Nachtrocknung, d. h. der TrockenVorgang wurde so vorgenommen, daß das zerstäubungsgetrocknete Erzeugnis das fertige Erzeugnis mit dem gewünschten Wassergehalt darstellte. In diesen Fällen wurden die feinen Partikeln nicht in den Zerstäubernebel der Trockenkammer zurückgeführt, sondern mit dem unten aus der Trockenkammer ausgetragenen Pulver vermischt

Die Schüttdichte der erzielten Erzeugnisse wurden bestimmt, nachdem jede Probe, deren Schüttdichte zu ermitteln war, 1250mal, d.h. auf konstantes Volumen, gestampft worden war. Die Löslichkeit wurde nach ADMI ermittelt und die auf diese Weise für den »Löslichkeitsindex« gefundenen Werte sind in der Tabelle aufgeführt. Der Grad versengter Partikeln wurde ebenfalls nach ADMl bestimmt.

Zum Vergleich der ermittelten Versuchsergebnisse sei unter anderem folgendes bemerkt:

Bei den Versuchen 1-4 und 9-12, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wurden, ergaben sich Erzeugnisse mit wesentlich höheren Schüttdichten als bei den Vergleichsversuchen 6-8 bzw. 13-15.

Bei Versuch 3 hatte das Trockengas bei seinem Eintritt in den Zerstäubungstrockner eine Temperatur, die um 10° C höher war als die entsprechende Temperatur bei den Vergleichsversuchen 6 und 8, doch ist die Löslichkeit des bei Versuch 3 erzielten Erzeugnisses genauso gut wie die des Erzeugnisses, das bei Versuch 6 hergestellt wurde, und wesentlich besser als die Löslichkeit des Erzeugnisses, welches sich bei Versuch 8 ergab. Bei Versuch 3 wurde dieselbe Löslichkeit wie bei Versuch 7 erzielt, trotzdem das Trockengas bei seinem Eintritt in den Zerstäubungstrockner eine um 30° C höhere Temperatur hatte.

ti

Ein Vergleich der Versuche 1 und 2 mit dem Versuch 6 zeigt, daß, wenn man mit derselben Eintri'.temperatur des Trockengases arbeitet, eine bessere Löslichkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als nach dem Einweg-Verfahren erreicht wird, und zwar außer einer, wie bereits erwähnt, weit größeren Schüttdichte.

Die Versuche 4 und 5 zeigen, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren völlig verschieden von dem für das Einweg-Agglomerierungs-Verfahren und insbesondere für das I-Stufen-Verfahren Gültige die Eintritttemperatur des Trockengases erheblich erhöht werden kann, hevor eine wesentliche Verschlechterung der Löslich-

keit des Erzeugnisses zu befürchten ist.

Die bei den Versucher' 9—15 erzielten Ergebnisse mit einem Vollmilchkonzentrat spiegeln dieselbe Tendenz wie die Ergebnisse der Versuche 1—8 mit einem Magermilchkonzentrat wieder.

Beim Vergleich der Werte für Schüttdichte, die bei den Versuchen 1-5 erzielt werden mit den in der vorgenannten britischen Patentschrift 10 44 501 angeführten Werten von Versuchen mit rotierenden Zerstäubern, sieht man, daß die Anwendung des Wirbelbetts zur Durchführung der Nachtrocknung eine wesentliche erhöhte Schüttdichte gibt.

	Magermilch	;tt in ⁰C	%	Nr.	3	•h	4	5	6	7	8
	Versuch	Wassergehalt des zerstäubungsgetrockneten Pulvers in %		2	52	Nr.	52	50	50	48	48
	1	Wassergehalt des fertigen Erzeugnisses in		52	210	10	250	270	200	180	200
Trockensubstanzgehalt des Konzentrats	48	Schüttdichte des Pulvers in g/cm³		200	86	50	90	90	87	97	99
Temperatur des Trockengases beim Eintritt in ⁰C	200	Solubility index (ADMI)	85	6,5	180	6,5	6,5	6,5	3,4	3.5
Temperatur des Trockengases beim Austritt in ⁰C	81	Grad versengter Partikeln (ADMI)	6,5	3,4	80	3,6	3,4	3,5	3,4	3,5
Wassergehalt des zerstäubungs- getrockneten Pulvers in %	6,5		3,5	0,76	5,5	0,70	0,68	0,55	0,69	0,68
Wassergehalt des fertigen Erzeugnisses	3,4	0,77	0,1	2,3	0,2	0,2	0,1	0,1	0,5
Schüttdichte des Pulvers in g/cm³	0,74	<0,l	A	0,67	A	A	A	A	A
Solubility index (ADMI)	<0,l	A	<0,1
Grad versengter Partikeln (ADMI)	A	Vollmilc	A
		Versuch	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen	11	12	13	14	15
		9		50	52	50	50	50
		48		190	200	180	160	180
Trockensubstanzgehalt des Konzentrats in	ι %	180	81	83	83	98	100
Temperatur des Trockengases beim Eintritt in °C	78	5,5	5,5	5,5	2,3	2,5
Temperatur des Trockengases beim Austr	5,5	2,2	2,1	2,4	2,3	2,5
2,2	0,66	0,67	0,52	0,64	0,63
0,65	0,1	0,3	0,1	0.1	0.5
<0,1	A	A	A	A	A
A

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten unter Vermeidung der Agglomerierung und Erhöhung der Schüttdichte, nach welchem die Flüssigkeit vorzugsweise in Form eines Konzentrats unter Anwendung eines rotierenden Zerstäubers in der ersten Stufe mit Heißgas zu einem feuchten Pulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 — 15 Gew.-% über dem Feuchtigkeitsgehalt des erwünschten Enderzeugnisses getrocknet wird, das in einer zweiten Stufe mit Heißgas auf den Feuchtigkeitsgehalt des erwünschten Enderzeugnisses nachgetrocknet wird, wobei die mitgerissenen feinen Partikel aus dem Abgas abgeschieden werden, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

a) die Temperatur des Heißgases, welches in die erste Stufe eingeleitet wird, liegt wenigstens 1O⁰C höher als die Höchsttemperatur, die für die betreffende Flüssigkeit zulässig wäre, falls die Zerstäubungstrocknung zur Herstellung des endgültigen Erzeugnisses mit dem erwünschten Feuchtigkeitsgehalt in nur einer Stufe und mit demselben Hitzebeschädigungsgrad erfolgen würde,

b) die Nachtrocknung erfolgt im Wirbelbett und

c) die abgeschiedenen feinen Partikel werden der Hauptmenge des hergestellten Pulvers zugesetzt, nachdem dieses aus der ersten Stufe entnommen und so weit getrocknet worden ist, daß die feinen Partikel nicht daran festkleben.