DE2925988A1

DE2925988A1 - Verfahren zur herstellung eines spruehgetrockneten agglomerierten produktes

Info

Publication number: DE2925988A1
Application number: DE19792925988
Authority: DE
Inventors: William James Jeffery; Richard Ronald Pyves
Original assignee: GEN FOODS Ltd; General Foods Ltd
Current assignee: GEN FOODS Ltd; Mondelez UK Ltd
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1980-01-17
Also published as: FR2429607B1; FR2429607A1; ES481924A1; JPS555798A; AU519696B2; US4368100A; JPS6357097B2; GB2025245B; AU4843879A; GB2025245A; DE2925988C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 2ur Herstellung eines sprühgetrockneten agglomerierten Produktes. Typische Produkte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, sind trockene lösliche Kaffeepulver, Dextrine als Schüttgut und ähnliche Verbindungen.

Das Sprühtrocknen und Agglomerieren sind gut bekannte Einheitsverfahren, die in der Nahrungsmittelverarbeitungsindustrie seit einiger Zeit verwendet werden. Im allgemeinen sind das Sprühtrocknen und das Agglomerieren getrennte Verfahren, die stufenweise mit Kaffeextrakten, flüssigen Milchprodukten und ähnlichen Materialien durchgeführt werden. Es ist offensichtlich, daß solche getrennte stufenweise Verfahren hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Anlagen, der Ausnutzung der Vorrichtungen und der Durchsatzzeiten viel zu wünschen übrig lassen. Es besteht daher ein Bedarf nach einem kombinierten Sprühtrocknungs- und Agglomerierverfahren, das so ausgelegt ist, daß die Produktionskapazitäten der Nahrungsmittelbehandlungsfabrik erhöht werden und gleichzeitig die Zahl der Vorrichtungen und die Durchsatzzeiten, die sonst erforderlich sind, verringert bzw. verkürzt werden. Ein Konzept eines kombinierten Sprühtrocknungs/Agglomerations -Verfahrens wird in verschiedenen US-Patentschriften, nämlich US-PS 3 514 300 und 3 151 984, beschrieben. Bei dem Verfahren der zuerst genannten Patentschrift werden die Feinstoffe, die bei der Herstellung von agglomeriertem löslichen Kaffeepulver verwendet werden, recyclisiert. Bei dem in der US-PS 3 151 984 beschriebenen Verfahren wird Milchkonzentrat mit zugegebenen Lactosekristallen in einen Sprühtrockner eingeleitet und bei geeigneter Kontrolle der Trocknungsbedingungen als aggregiertes Material mit einem Feuch-

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Sprayturbulenz in einem an sich bekannten Spraytrockner verschmelzen. Es wurde gefunden, daß Kaffeextrakt wie auch Dextrinlösungen und andere Extrakte, Lösungen oder Suspensionen verschiedener Nahrungsmittelprodukte gleichzeitig bei einer Behandlungsstufe sprühgetrocknet und agglomeriert werden können. Mit dem Verfahren kann man agglomerierte Produkte mit einheitlichem physikalischen Aussehen wie auch mit einem Bereich der gewünschten Farbattribute herstellen.

Das Verfahren besitzt den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, Standardagglomeriervorrichtungen, wie Agglomeriertürme, in einer Behandlungseinheit für löslichen Kaffee zu verwenden .'Weiterhin erlaubt das Verfahren eine Erhöhung in der Kapazität einer löslichen Kaffeeverarbeitungseinheit, wobei ein vorhandener Agglomerier turm in einen Sprayagglomerierturm überführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Einspritzen eines Inertgases, wie Stickstoff, Kohlendioxid oder ähnlichen, in einen Extrakt, eine Lösung oder eine Suspension aus Nahrungsmittelprodukt, typischerweise Kaffeextrakt oder Dextrinlösung, unter Verwendung einer Doppelf luiddüse und die nachfolgende Atomisierung und Partialentgasung des Extrakts, der Lösung oder der Suspension unter Verwendung einer an sich bekannten Spraydüse, begleitet durch eine Spraymusteroszillation, bedingt durch ungleiche Extrakt-, Lösungsoder Suspensions- und Gasdrücke, so daß ein sprühgetrocknetes/agglomeriertes Produkt erhalten wird.

Die folgenden Beispiele und die beigefügten Zeichnungen erläutern die Erfindung näher.

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tigkeitsgehalt von 10 bis 20% entnommen. Ein zweites Trocknungsverfahren wird dann bei diesem Verfahren zur weiteren Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes verwendet. Bei beiden obengenannten bekannten Verfahren sind jedoch zwei getrennte Trocknungsstufen erforderlich. Bei dem Verfahren der US-PS 3 514 300 ist ein Trocknungsverfahren für die Herstellung der Kaffeefeinstoffe erforderlich, während bei dem Verfahren der US-PS 3 151 984 nicht nur Lactosekristalle als wesentliche Komponente in den Sprühtrockner geleitet werden müssen, sondern, wie erwähnt, das fertige Milchpulverprodukt ein zweites Mal getrocknet werden muß, um den Feuchtigkeitsgehalt des zusammengeballten Materials auf den Endfeuchtigkeitsgehalt des Milchpulver einzustellen.

Das Konzept des Schäumens von Kaffeextrakten und anderen Extrakten und Suspensionen von Nahrungsmittelprodukten zur Kontrolle der Farbe, Dichte und der Teilchengröße des Endprodukts wurde ebenfalls beschrieben. So wird in der US-PS 2 788 276 ein Verfahren zum Sprühtrocknen eines geschäumten Materials, wie Kaffee, beschrieben. Jedoch soll gemäß dem Ziel dieser Patentschrift ein Produkt mit diskreten kugelförmigen Strukturen erzeugt werden, die nicht zusammengeballt, geklumpt oder sonst agglomeriert sind.

Es wurde jetzt gefunden, daß ein sprühgetrocknetes Endprodukt mit dem Aussehen eines agglomerierten Produktes hergestellt werden kann, indem man eine Doppelfluiddüse (twofluid nozzle), bzw. eine Düse für zwei fluide Stoffe zum Mischen eines Inertgases mit dem Extrakt, der Lösung oder der Suspension aus dem Nahrungsmittelprodukt verwendet und die Differentialdrücke des Extrakts, der Lösung oder der Suspension variiert, wodurch danach Tröpfchen in einem oszillierenden Muster innerhalb des Bereichs der

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meriertes Dextrinprodukt und Figur 8 zeigt ein in der Trommel getrocknetes Dextrinprodukt. Die Vergrößerung bei diesen Mikrophotographien beträgt das 100-fache.

Im folgenden wird das Schema der Figur 1 näher erläutert. Kaffeextrakt aus einem Perkolatorsatz, der auf eine Konzentration von 25 bis 35% eingedampft wurde, wird mit einer Hochdruckkolbenpumpe (Zufuhr je nach Bedarf) in die Flüssigkeitsaufnahmeleitung einer Doppelfluiddüse geleitet, wo ein Inertgas, wie Stickstoff innigst mit dem Kaffeextrakt unter Bildung eines geschäumten Extraktes vermischt wird. Die Antriebskraft von der Luftkolbenpumpe wird zum Transport des geschäumten Extrakts in eine an sich bekannte Hochdruck-Kerndüse von einem Sprühtrockner verwendet. Kontrollventile sind sowohl zwischen der Luftkolbenpumpe und der Doppelfluiddüse als auch zwischen der Inertgaszüfuhr und der Doppelfluiddüse vorgesehen. Der Extrak-fc- und die Gasdrücke in der Doppelfluiddüse werden so ausgeglichen, daß, wenn die Kolbenpumpe den maximalen Extraktdruck für die Doppelfluiddüse ergibt, der Extraktdruck größer ist als der Luftdruck und ähnlich, wenn der Pumpendruck an der niedrigsten Stelle ist, der Gasdruck gleich oder größer ist als der Flüssigkeitsextraktdruck in der Doppelfluiddüse. Diese Variation in den Gas- und Flüssigkeitsdrücken ergibt eine Oszillation des Düsenmusters im Sprühtrockner wie auch eine Variation in der Menge an Gas, die mit dem Extrakt vermischt wird. Dieses Pulsieren, obgleich bei Drücken über den minimalen Atomisierdrücken, bewirkt bzw. verdoppelt die Partialagglomeration, die mit dem Betriebsdruck der Sprühdüsen bei den minimalen Atomisierdrücken assoziiert ist, wobei ein geringer Abfall im Düsendruck bewirkt, daß keine Atomisierung stattfindet. Die Frequenz des Pulsierens des Sprühdüsenmusters kann durch die relative Gr3ße der Beschickungs-

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Figur 1 ist ein Fließschema des erfindungsgemäßen Sprühtrocknungs-Agglomerations-Verfahrens, das sich auf die Behandlung eines Kaffeextraktes "bezieht.

Die Figuren 2 bis 5 sind Mikrophotographien von loslichen Kaffeepulver-Sprayagglomeraten, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, und bekannten löslichen Kaffeeprodukten, die sprühgetrocknet und agglomeriert wurden. Die Figuren 2 und 3 sind Sprayagglomerate, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. In Figur 4 ist ein sprühgetrocknetes lösliches Kaffeepulver dargestellt, das nach einem bekannten technischen Verfahren erhalten worden ist. Figur 5 zeigt ein agglomeriertes lösliches Kaffeeprodukt, das nach einem technischen bekannten Verfahren erhalten worden ist, wobei das sprühgetrocknete lösliche Kaffeepulver der Figur 4 verwendet worden ist.

Die Gesamtvergrößerung beträgt das 61-fache für die Mikrophotographien der Figuren 2 bis 5. Die relative Teilchengröße und die Form des in Figur 2 dargestellten Produktes kann in Kontrast mit dem in Figur 4 gesehen werden und die relative Teilchengröße und die Form des Produktes von Figur 3 kann in Kontrast mit dem, das in Figur 5 dargestellt ist, gesehen werden. Die einzigartige physikalische Form der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte geht aus den Figuren 2 und 3 hervor.

Die Figuren 6, 7 und 8 sind Mikrophotographien von verschiedenen Dextrinprodukten einschließlich eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten sprühagglomerierten Produktes. Figur 6 zeigt ein im Handel erhältliches Dextrinprodukt als Schüttgut. Figur 7 zeigt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes sprühgetrocknetes agglo-

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pumpe und der Sprühdüse innerhalb des Sprühtrockners kontrolliert werden. Eine Sprühteilchenkollision und die nachfolgende Verschmelzung kann durch häufigeres Oszillieren des Sprühmusters bewirkt werden. Der Pumpendruck und dementsprechend der Extraktdruck können beachtlich variiert werden, wobei eine minimale Druckänderung von 0,70 bis 1,05 kg/cm Überdruck erforderlich ist. Obgleich die wirksamste Agglomeration stattfindet, wenn die Gas- und Extraktdrücke fast gleich sind, wird eine gewisse Agglomeration bei niedrigeren Gaszu Extraktdrücken stattfinden, wobei der Grad der Agglomeration mit niedrigeren Gas- zu Extraktdrücken verringert wird. Die Agglomeration wird sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Spraydüsendrücken stattfinden, da der kritische Parameter die Extrakt- zu Gasverhältnisse sind, ausgedrückt in Flüssigkeits- und Gasdrücken zu der Doppelfluiddüse, Der Betriebsbereich für die Sprühtrocknerdüsendrücke wird durch die gewünschte Beschickungsrate für den Sprühtrockner bestimmt. Dieses Agglomerationsverfahren kann mit anderen Nahrungsprodukten zusätzlich zu Kaffeextrakt, wie mit Dextrinen, durchgeführt werden. Gegebenenfalls können die sprühgetrockneten Produkte zur Herstellung von Produkten mit niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt nachgetrocknet werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines fertigen sprühgetrockneten Produktes, das das Aussehen eines agglomerierten Produktes besitzt und unter Verwendung einer Doppelfluiddüse bzw. Zweistoffdüse für das Mischen eines Inertgases mit dem Extrakt, der Lösung oder der Suspension eines Nahrungsmittelproduktes und anschließende Atomisierung und teilweise Vergasung in einem an sich bekannten Sprühtrockner hergestellt worden ist. Bei diesem Verfahren vereinigen sich die Tröpfchen miteinander innerhalb des Bereiches der Sprayturbulenz in einem Oszillationsmuster .

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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Kaffeextrakt mit einer 359^igen Konzentration und bei einer Temperatur von 37°C wird mit einer Graco-Luftkolbenpumpe durch eine Spraying-Systems-two-fluid-pneumatische Mischdüse (Typ 40100/125328) geleitet. Der Extrakt- und die

Stickstoffgasdrücke in der Mischdüse betragen 7,03 kg/cm

bzw. 6,9 kg/cm . EineSprühsystem-(Whirljet Typ 1-1)Düse wird in dem Sprühtrockner verwendet, wodurch ein durchschnittlicher Schaumextraktdruck von 6,7 kg/cm in der Düse aufrechterhalten wird. Die Sprühtrocknereinlaß- und -auslaßtemperatüren betragen 221 bzw. 131°C. Das gebildete Produkt besitzt eine mittlere Teilchengröße von 834 Mikron (die im Gegensatz zu der Teilchengröße für die Vergleichsprobe von 283 Mikron steht), ein Schüttgewicht von 13,8 g/100 cnr und das Endprodukt weist einen Feuchtigkeitsgehalt von 1,1/3 auf. Im Geschmack bzw. Aroma des Endprodukts sind keine Änderungen nachweisbar.

Beispiel 2

Kaffeextrakt mit einer 40^igen Konzentration und einer Temperatur von 21°C wird mit einer Graco-Luftkolbenpumpe durch eine Spraying-Systems-doppelfluidpneumatiüche Mischdüse (Typ 100150/189251) geleitet. Die Extrakt- und Stickstoffgasdrücke in der Doppelfluidmischdüse betragen 12,65 bis

O P

21,1 kg/cm bzw. 14,1 kg/cm . Ein durchschnittlicher Düsendruck von 17,6 kg/cm wird in der Spraying-Systems-(Whirl- ;)et Typ 2-2)-Düse in dem Sprühtrockner aufrechterhalten. Die Sprühtrocknereinlaßtemperatür beträgt 182°C und die Auslaßtemperatur 127°C. Die mittlere Teilchengröße des Produktes in Form des Schüttguts beträgt 640 Mikron, die Dichte

«3 0 fi 1 -n ' .1 7 L fi

beträgt 19,1 g/100 cm⁵ und der Feuchtigkeitsgehalt des Endprodukts beträgt 3,2?6.

Beispiel 3

Ein Dextrin (Morex 1918) mit einer Konzentration von 6094 und einer Temperatur von 8S°C wird mit; einer Graco-LuftkoL-benpumpe durch eine Spraying-Systems-Doppelfluidmischdüse (Typ 100150/189351) geleitet. Die Flüssigkeits- und Sticksfcoffgasdrücke in der Doppelfluiddiise betragen 49,2 kg/cm bzw. 21,1 kg/cm*". Eine positive Ersatz-lIanton-Gaulin-Pumpe wird dann zur Erzeugung eine3 höheren Düsendruckos von 77,J kg/cm bei der Spraying-Systems-Düse (Whirljet Typ 1-1) Im üpr üli trockner verwendet. Die Einlaßsprüh trockner temperatur beträgt 293° C und die Auslaßtemperatur 132°C. Eine BeijcliLckungsrate von 136,1 kg bis 153,8 kg/Festsfcoffe pro h wird erhalten. Die Schüttdichte des Produkts beträgt 4,6 g/100 cm³.

Obgleich keine besondere Theorie für die Ergebnisse vorhanden ist, die durch das erfindungsgamäße Sprüh-Agglomerations-Verfahre erhalten werden, scheint es so zu sein, daß jede Druckdüse, die zum Sprühtrocknen verwendet wird, einen minimalen Schwellendruck besitzt, der für eine richtige Atomisierung erforderlich ist. Arbeitet man in diesem engon Bereich der Schwellendrücke, so werden größere Spraytröpfchen gebildet, jedoch ist die Kontrolle beim Betrieb schwierig und unterschiedliche Spraymuster werden erhalten. Verwendet man ein pneumatisches Vermischen mit einer Doppelfluiddüne bzw. einer Zweikomponentendüse als Mittel zum l:eLütten des Benchickungsmaterials gegenüber einer bekannten opraydüse übar den Schwellendruck, so werden

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(1) keine extrem "breiten Fluktuationen im Spraymuster auftreten,

(2) eine genaue Kontrolle des Verhältnisses des Extrakts zu dem Inertgas, wodurch die Dichte des Endproduktes kontrolliert wird, möglich sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Sprayagglomerationsverfahren ist es somit möglich, ein spraygetrocknetes agglomeriertes Produkt, d.h. löslichen Kaffee und Dextrin, in neuer physikalischer Form, d.h. in großen vereinigten bzw. verschmolzenen kugelförmigen Knospen bzw. Augen, herzustellen, unter Verwendung von hohen Inertgas- zu Extrakt-, LÖsungs- oder Suspens ions verhältnis s en.

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Claims

PATENTANWÄLTE

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A. GRUNECKER

OfPL-ING.

H. KINKELDEY

Da-iNa

W. STOCKMAIR

DA -INa * AeE(CAUcCH

K. SCHUMANN

DR RER NAT - DIPL-PHYS.

P. H. JAKOB

DPL-ING.

G. BEZOLD

CR RER NST- QFL-OEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

27. Juni 1979

P 14 021-60

GENERAL POODS, LIMITED
Toronto, Ontario, Canada

Verfahren zur Herstellung eines sprühgetrockneten agglomerierten Produktes

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines sprühgetrockneten Nahrungsmittelproduktes durch Sprühtrocknung eines Extraktes, einer Lösung oder einer Suspension eines Nahrungsmittels, zu dem ein Inertgas vor dem Sprühtrocknen gegeben wurde, dadurch gekennzeichnet , daß man den Extrakt, die Lösung oder die Suspension durch eine Doppelfluiddüse leitet bei einem Druck, der von höher zu

TELEf-ON (oas)

TELEX OS-3938O

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

niedriger als der Druck des Inertgases variiert, und anschließend den Extrakt, die Lösung oder Suspension durch eine Düse in einem Oszillationsmuster in einer Sprühtrockenkammer atomisiert und teilweise entgast und das sprühgetrocknete Nahrungsmittelprodukt, das das Aussehen eines agglomerierten Ilahrungsmittelproduktes aufweist, gewinnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inertgas Stickstoff verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Extrakt Kaffeextrakt verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man als Lösung eine Dextrinlösung verwendet.

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