DE68913303T2

DE68913303T2 - Verfahren zur kontinuierlichen trocknung eines materials.

Info

Publication number: DE68913303T2
Application number: DE68913303T
Authority: DE
Inventors: Torben Andersen; Ole Hansen
Original assignee: Danisco US Inc
Current assignee: DuPont Nutrition Biosciences ApS
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: WO1989009373A1; US5172487A; DE68913303D1; DK159488A; EP0406288A1; DK159488D0; EP0406288B1

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung eines Materials

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz eines Verfahrens zum Trocknen eines Materials, wobei:
a) die Temperatur des Materials auf einen Wert eingestellt wird, der für das Material nicht schädlich ist;
b) das Material in eine Vakuumkammer eingeführt wird;
c) das Material ohne jede Wärmezufuhr auf das Material durch die Vakuumkammer geführt wird; und
d) das getrocknete Material aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt wird;

Stand der Technik

Es ist oft sehr schwierig das Restwasser zu entfernen, wenn Zucker oder Zuckeralkohole hergestellt werden, die genauso wie hygroskopische Produkte in trockener Form, wie z.B. Pulverform, empfindlich sind.
Einer der Gründe ist der hohe Gehalt hydrophiler Gruppen in den vorstehenden Materialien, welcher die Produkte hygroskopisch macht.
Ein anderer Grund ist die Tendenz einiger dieser Materialien übersättigte Lösungen zu bilden, aus denen die Ausfällung und Isolierung fester Produkte schwierig ist.
Übersättigte und andere konzentrierte Lösungen sind sehr oft hoch viskos. Demzufolge sind sie schwierig handzuhaben und weisen die Tendenz auf, in der Vorrichtung zu verkleben.
All diese Eigenschaften behindern auch die Entfernung des Wassers,- z.B. durch Verdampfen oder Trocknen, da Probleme während der Aufheizung des Materials auftreten. Beispielsweise ist eine gleichmäßige Verteilung der Wärme nicht sichergestellt, womit eine lokale Überhitzung riskiert wird. Während der Aufheizung kann das Material beispielsweise durch Verbrennen, Karamelisieren, Denaturierung oder eine andere Form der Zerlegung zerstört oder verschlechtert werden.
Es sind einige Verfahren zum Trocknen von Produkten bekannt, um das Restwasser zu entfernen, wie z.B. Sprühtrocknen, Trommeltrocknen, Gefriertrocknen oder Stromtrocknen.
Beim Sprühtrocknen wird die zu trocknende Lösung in Form winziger Tropfen in eine Kammer eingebracht. Die fallenden Tropfen werden mittels heißer Luft getrocknet, so daß die Tropfen in trockenes Pulver überführt werden, bevor sie den Boden der Kammer erreichen. Das Sprühtrocknen kann nicht eingesetzt werden, wenn die Lösung während des Trockenprozesses, bei dem die Temperatur üblicherweise über 60ºC beträgt, die Neigung aufweist, entweder als eine übersättigte Lösung oder in der Form einer Schmelze flüssig zu bleiben, da sich das Material an den Wänden der Sprühtrockenkammer ansammelt.
Das Trommeltrocknen wird normalerweise bei Temperaturen von etwa 100ºC ausgeführt. Bei dieser Temperatur treten viele Materialien in der Form einer Schmelze auf und können somit nicht in ein festes Produkt überführt werden. Während der Trommeltrocknung sammelt sich das Produkt an den warmen Oberflächen an, was eine Überhitzung mit nachfolgender Zerstörung oder Verschlechterung des Materials bewirkt.
Beim herkömmlichen Stromtrocknen wird das Wasser nahezu sofort von feuchten, festen Teilchen entfernt, wobei die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit in einem warmen Gasstrom verteilt werden. Bei der Stromtrocknung liegt die Temperatur der trocknenden Luft über 100ºC, was dieses Trockenverfahren für das Trocknen hitzeempfindlicher Produkte ungeeignet macht.
Es ist offensichtlich, daß weder das Sprühtrocknen, das Trommeltrocknen nach das Stromtrocknen für die Herstellung fester trockener Produkte, wie beispielsweise einiger Zucker oder Zuckeralkohole, anderer hitzeempfindlicher und/oder schwer kristallisierbarer Produkte geeignet sind.
Die einzigen bekannten Verfahren zum Trocknen derartiger Materialien sind das Gefriertrocknen und das Mikrowellen- Vakuum-Trocknen. Diese Verfahren sind jedoch teuer, da ihre Betriebskosten hoch sind, insbesondere hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Kapitalkosten.
Die Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 34 07 374 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Trockenprodukten aus Sucrosesirup. Nach diesen Verfahren wird der vorkonzentrierte Sucrosesirup mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 70% für ein kurze Dauer, beispielsweise weniger als 60 Sekunden, auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt, und das warme Material wird auf einen konzentrierten Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 90% expandiert. Dieser Sirup wird durch eine plötzliche Abkühlung und ein nachfolgendes Freisetzen des Restwassers während der Kristallisation in ein trockenes schüttbares Produkt überführt.
Dieses Verfahren ist auf leicht kristallisierbare Materialien mit einer positiven Kristallisationsenthalpie, d.h., auf Materialien, die bei Abkühlung auskristallisieren beschränkt. Das Verfahren ist folglich für die Herstellung amorpher Produkte oder anderer schwierig zu kristallisierender Materialien ungeeignet. Desweiteren wird das Material hohen Temperaturen von etwa 135 bis 155ºC ausgesetzt, was das Verfahren für hitzeempfindliche Materialien ungeeignet macht.
Die US-PS Nr. 1.250.496 offenbart einen Prozess zum Trocknen von Korn und anderer grob granulierter Materialien, bei dem das Korn aufgeheizt wird und danach zuerst einem geringen Vakuum und danach einem Hochvakuum unterworfen wird.
Der Prozess erfordert eine teuere Anlage und kann nicht zum Trocknen teilchenfreier Sirupe eingesetzt werden.
Die US-PS Nr. 3.206.866 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dehydrierung von Lebensmitteln unter Verwendung von geothermischen Dampf. Die Lebensmittel werden über ein Luftschleuse in eine Vakuumkammer eingeführt und mittels einiger Förderbänder durch die Kammer transportiert und zum Schluß über eine Luftschleuse aus der Vakuumkammer entfernt. Die Lebensmittel werden innerhalb der Vakuumkammer aufgeheizt. Der letzte Schritt macht das Verfahren für die Dehydrierung von Sirup ungeeignet, da das Material lokal überhitzt wird, was eine Verschlechterung bedeutet.
Die US-PS Nr.4.574.495 offenbart eine Trockenvorrichtung mit einer Vakuumkammer, in der das zu trocknende Material mittels Förderbändern transportiert wird. Diese Vorrichtung ist ebenfalls mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Hitze in den Innenraum der Vakuunkammer versehen. Daher verschlechtert auch diese Vorrichtung einen Sirup aufgrund von Überhitzung.
Zum Schluß offenbart die EP-Patentanmeldung Nr. 0.231.584 A1 eine Trockenvorrichtung mit einem Schraubenförderer. Die Vorrichtung wird mittels eines Heizmantels aufgeheizt, Daher ist auch diese Vorrichtung zum Trocknen hitzeempfindlicher Materialien, wie beispielsweise von Sirup-ähnlichem Material ungeeignet.
Andere Patente wie beispielsweise SE-PS Nr. 342.896, SE-PS Nr. 374.811, US-PS Nr. 3.698.098 und US-PS Nr. 1.161.603 offenbaren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Trocknen von Materialien, wie beispielsweise Holzplatten, lösungsmittelhaltigen Materialen, wärmeempf indlicher Fallschirmen aus synthetischen Fasern bzw. kolloiden Substanzen.
Die GB-PS Nr. 1.498.119 offenbart einen Prozess zum Trocknen und Expandieren einer Paste, die in eine Vakuumkammer extrudiert wird. Die Temperatur der Paste liegt zwischen 60 und 125ºC. Der bekannte Prozess ist schwierig zu steuern, wenn die Extruderöffnung einen Durchmesser von kleiner als 0,25 mm aufweist. Um eine ausreichende Steuerbarkeit des Prozesses zu erreichen, sollte die Öffnung einen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm aufweisen.
Die DE-OS Nr. 2.744.099 offenbart ein Verfahren zur Verarbeitung eines Dextrosepulvers in trockener Form, das einen größeren Anteil an ß-Dextrose-Anhydrit enthält. Dieses Verfahren beinhaltet jedoch eine Veredelungskristallisation und ist im Falle nichtkristallisierender Materialien, wie beispielsweise bei einer Mischung von Oligosacchariden, die nach der begleitenden, am 23. März 1988 eingereichten DK- Patentanmeldung hergestellt werden, nicht anwendbar.
P.E. Andersen and J. Risum (Introduktion til Levnedsmiddel-Teknologien. vol. 1, 3. edition, p. 333, 1982 Polyteknisk Forlag Copenhagen) offenbaren einen herkömmlichen Stromverdampfer. Der Verdampfer ist jedoch nur für die Verarbeitung konzentrierter, noch flüssiger Produkte geeignet.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Finden eines wirksamen Verfahrens zum Entziehen des Restwassers von hitzeempfindlichen, schwer oder gar nicht kristallisierbarer und/oder hygroskopischer Sirupen durch Trocknen eines derartigen Sirups mit einem hohen Trockensubstanzgehalt. Dieses Verfahren vermeidet die vorstehenden Schwierigkeiten der bekannten Verfahren und ist weniger teuer als das Gefriertrocknen und das Mikrowellen-Vakuum-Trocknen.
Dementsprechend betrifft die Erfindung den Einsatz eines Verfahrens für die kontinuierliche Trocknung eines Materials, wobei:
a) die Temperatur des Materials auf einen Wert unterhalb des Siedepunkts des Materials bei Atmosphärendruck eingestellt wird,
b) das Material in eine Vakuumkammer eingeführt wird;
c) das Material ohne jede Wärmezufuhr auf das Material durch die Vakuumkammer geführt wird; und
d) das getrocknete Material aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt wird;
dessen Einsatz dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material ein aus der aus Kohlehydratsirupen und Zuckeralkoholsirupen bestehenden Gruppe ausgewählter, im wesentlichen partikelfreier Sirup ist, und daß die Temperatur des Sirups im Schritt a) auf einen Wert unterhalb des Siedepunkts des Materials bei Atmosphärendruck eingestellt wird, die aber ausreichend hoch ist, daß das Material im Schritt c) zu einem amorphen festen Produkt getrocknet wird.
Die vorstehend erwähnten, aus dem GB-Patent Nr. 1,498,119 bzw. dem US-Patent Nr. 1,250,496 bekannten Verfahren haben mit dem erfindungsgemäß verwendeten Verfahren wesentliche ähnliche Punkte gemeinsam. Die bekannten Verfahren werden jedoch zum Trocknen anderer Materialarten verwendet, wie beispielsweise Kaffee-Extrakten, Chicorée und anderer Kaffee- Ersatzmittel, Tee und Kräuterextrakten, die als Pulver oder als Paste in dem ersteren und als Granulat in dem letzteren bekannten Verfahren extrudiert werden. Es ist somit eine Frage einer anderen Ausgangsmaterialart als derjenigen, die bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Verfahren getrocknet werden, bei dem solche als Ausgangsmaterialien verwendet werden, die insbesondere als teilchenfreie Sirupe aus Kohlenwasserstoffen und/oder Zuckeralhoholen definiert werden können. Alle Beispiele des vorstehenden GB-Patents beziehen sich auf Produkte, die bereits gefriergetrocknet oder sprühgetrocknet worden sind. Bei den bekannten Trockenprozessen ist es daher keine Frage einer Phasenumwandlung aus einer Flüssigkeit in eine festes Produkt. Nach dem vorstehenden GB-Patent wird das zu trocknende Produkt vor der Beendigung der Expandierung aufgelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet die Expansion unmittelbar nach der Zugabe statt. Das Produkt wird nicht der möglichen Grobzerkleinerung nach dem Trocknen unterworfen.
Obwohl es bekannt ist, ein kontinuierliches Trocknen von Material auszuführen, bei dem
a) die Temperatur des Materials auf einen Wert eingestellt wird, der für das Material nicht schädlich ist,
b) das Material in eine Vakuumkammer eingeführt wird,
c) das Material ohne jede Wärmezufuhr auf das Material durch die Vakuumkammer geführt wird, und
d) das getrocknete Material aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt wird;
ist es neu, daß ein derartiges Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen eines im wesentlichen teilchenfreien Sirups aus Kohlehydrat und/oder Zuckeralkohol eingesetzt wird, bei dem die Temperatur des Sirups im Schritt a) auf einen Wert unterhalb des Siedepunkts bei Atmosphärendruck eingestellt wird und bei dem ein amorphes festes Produkt durch das Trocknen erzeugt wird.
Der Fachmann auf diesem Gebiet hat zuvor von sich aus nicht an den Einsatz eines Verfahrens mit den vorstehenden bekannten Merkmalen zum Trocknen von Sirup gedacht, das heißt, an solche Materialien, die hygroskopisch sind und dazu neigen, übersättigte Lösungen zu bilden, die hoch viskos und daher schwer zu handhaben sind, und die dazu neigen, an der eingesetzten Vorrichtung anzuhaften. Materialien, die schwer kristallisierbar sind, stellen spezielle Probleme dar.
Die vorliegende Erfindung war ursprünglich das Ergebnis der Bemühungen, die Aufgabe zu lösen, die Mischung von Fruchtzuckern (Inuliden) zu trocknen, welche in der Dänischen Patentanmeldung Nr. 1592/88 des Anmelders beschrieben ist, da diese Mischung sich als besonders schwierig in der Verarbeitung erwiesen hat, da durch Kristallisation kein festes Produkt gebildet werden kann, wie es der Fall bei einem Sirup aus Saccharose ist.
Zur Lösung einer derartigen Aufgabe würde der Fachmann auf diesem Gebiet traditionell nach einem entsprechenden bekannten Verfahren suchen, und das naheliegendste Verfahren wäre das zum Trocknen der Fruchtsirupe eingesetzte Verfahren. Wenn derartige Fruchtsirupe getrocknet werden sollen, wird herkömmlicherweise Maltodextrin zugesetzt, da dieses das Sprühtrocknen des Sirups erlaubt. Diese Lösung ist jedoch nicht besonders attraktiv, da Produkte mit einem Anteil von bis zu 50% Maltodextrinanteil erhalten werden, der als unerwünschter Füllstoff anzusehen ist. Wenn daher dieses bekannte Verfahren zum Trocknen der vorgenannten Fruchtzuckermischung eingesetzt würde, wäre das erzielte Produkt weniger süß und es würde auch weniger Körper aufweisen.
Da nach dem Stand der Technik das Trocknen der hier behandelten Siruparten zuvor noch nicht ausgeführt wurde, konnte der Fachmann auf diesem Gebiet nicht wissen, ob das Verfahren einsetzbar ist, ohne schwere Probleme mit Ablagerungen an den Wänden der Vakuumkammer in Kauf zu nehmen, was es unmöglich machen würde, die Aufgabe in der Praxis zu lösen. Man hat jedoch herausgefunden, daß das bekannte Verfahren zum Trocknen von beispielsweise pastenartigen Produkten vorteilhaft für diese besonders schwierigen Sirupe eingesetzt werden kann, und überraschenderweise hat man herausgefunden, daß man als Ergebnis ein Produkt erhält, das besonders herausragende Eigenschaften aufweist, da das Produkt ein amorphes festes Produkt ist.
Obwohl der erfindungsgemäße Einsatz entwickelt wurde, um die vorstehend besonders schwierigen Fruchtzuckermischungen zu trocknen, hat er sich auch zum Trocknen kristallisierbarer Zuckerarten, wie beispielsweise Saccharose, als geeignet erwiesen. Bei dem Einsatz des Verfahrens mit derartigen Ausgangsmaterialien, würde das erzeugte Endprodukt von dem durch das herkömmliche Kristallisationsverfahren erzielten Produkt abweichen. Folglich hat das durch den erfindungsgemäßen Einsatz erzielte Produkt eine spezielle amorphe Struktur, was das Produkt zur Herstellung von Agglomeraten geeignet macht. Derartige Agglomerate sind vorteilhaft. Sie sind sehr leicht miteinander mischbar, sie besitzen eine verbesserte Schüttbarkeit, sind weniger staubig und zeigen eine geringere Neigung Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufzunehmen. Desweiteren ist es möglich Agglomeratprodukte mit einer hohen Schüttdichte zu erzielen.
Die sich ergebende spezielle Struktur hat sehr spezielle funktionale Eigenschaften, welche zusätzlich zu den vorstehenden einen Aromaträger-Effekt umfassen. Die wünschenswerten Strukturen der amorphen Strukturen von Zuckerarten sind in einem Artikel von E.A. Niedick: "Effect of Processing on the Physical State and Aroma Sorption Properties of Carbohydrates" beschrieben. In diesem Artikel kommt Niedick zu dem Schluß: "Ökonomische Verfahren für die präzise Herstellung amorpher Substanzen existieren noch nicht. Sobald sie jedoch entwickelt sind, werden amorphe Substanzen wegen ihrer vielen erwünschten funktionalen Eigenschaften einen großen Markt vorfinden". Von diesem Schluß her scheint die vorliegende Erfindung einen großen Bedarf auf dem Markt zu befriedigen.
Das durch das Verfahren erzielte Produkt weist eine spezielle amorphe Struktur auf, was das Produkt zur Herstellung von Agglomeraten geeignet macht. Derartige Agglomerate sind vorteilhaft, da sie sehr leicht anderen Materialien zumischbar sind. Im Vergleich zu kristallinen Produkten besitzen sie aufgrund ihrer kleineren Oberfläche ein bessere Schüttbarkeit, einen kleineren Staubanteil und zeigen eine niedrigere Neigung Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufzunehmen. Desweiteren ist es möglich, Agglomeratprodukte mit sehr hoher Schüttdichte zu erzielen.
Ferner können feste nicht klebrige Materialien mit einem Trockensubstanzgehalt von nur 95 Gewichtsprozent durch das Verfahren hergestellt werden.
Das Ausgangsmaterial des Verfahrens ist ein Material, das mittels konventioneller Verfahren, beispielsweise Eindampfung konzentriert ist. Der Konzentrationsgrad ist materialabhängig, da die Gefahr einer Zerstörung oder Verschlechterung, der Energieverbrauch und die rheologischen Eigenschaften des Konzentrats in Betracht zu ziehen sind.
Das Verfahren entzieht normalerweise 2 bis 9 Gewichtsprozent des Wassers bezogen auf die Zufuhr. Dieses wird beispielsweise zum Trocknen eines Oligosaccharids mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 95 Gewichtsprozent in ein Pulver mit einem Trockensubstanzgehalt von 95 bis 99 Gewichtsprozent verwendet.
Das Verfahren ist zum Trocknen einer Mischung aus Oligosacchariden mit einer allgemeinen Formel GFn geeignet, wobei G eine Glukose, F eine Fruktose und n eine ganze Zahl ist, und die Mischung in der begleitenden Dänischen Patentanmeldung Nr. 1592/88 näher beschrieben ist und 10 bis 20 Gewichtsprozent von G + F + GF, 10 bis 20 Gewichtsprozent von GF&sub2;, 8 bis 15 Gewichtsprozent GF&sub3; und 72 bis 45 Gewichtsprozent GF&sub4; und darüber enthält.
Diese Mischung wird aus den Pflanzenknollen oder Wurzeln, insbesondere aus den Knollen der Jerusalem-Artischocke, Delianthus Tuberosus L. oder Wurzeln von Chicorée, Cichorium, unter Verwendung einer herkömmlichen Anlage zur Verarbeitung von Zuckerrüben erhalten, um einen Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 65 bis 80 Gewichtsprozent zu erzeugen. Dieser Sirup wird mittels eines geeigneten Verdampfers, wie beispielsweise durch einen Fallfilmverdampfer, einen vertikalen Vakuumtrockner und einen Dünnfilmverdampfer auf einen Trockensubstanzgehalt von 91 bis 95 Gewichtsprozent eingedampft, bevor er dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird. Das Material wird bei einer Temperatur von 80 bis 100ºC aus dem Verdampfer entnommen. Die Einhaltung dieser Temperatur ist erforderlich, da anderenfalls das Material viskos wird und sich somit an den Wänden des Verdampfers ansammelt, was eine Unterbrechung seines Betriebs und eine Zerstörung des Produkts zur Folge hat.
Für das Verfahren wird die Temperatur des Materials auf einen Wert unterhalb seines Siedepunkts eingestellt. Die Enthalpie des Materials ist derartig, daß keine Wärmezufuhr während der nachfolgenden Schritte (b, c und d) erforderlich ist.
Das Material wird dann in eine Vakuumkammer eingebracht, indem es vorzugsweise einer dünnen Lage entsprechend, in Tropfenform oder auf irgend eine andere Art verteilt wird, die eine große Oberfläche des Materials sicherstellt, verteilt wird.
Die Vakuumkammer ist mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen verbunden, um ein geeignetes Vakuum aufzubauen.
Wenn das Material in die Vakuumkammer eingetreten ist, ist der Siedepunkt des Materials niedriger als die Temperatur des Materials bei dem Druck in der Vakuumkammer, was eine spontane Verdampfung des Wassers bewirkt. Die Wärme zur Verdampfung des Wassers wird dem Material entzogen, was einen entsprechenden Temperaturabfall ergibt. Es somit nicht erforderlich externe Wärme zuzuführen. Die Zufuhr externer Wärme während der Verdampfung würde eine unerwünschte lokale Überhitzung bewirken. In dem vorliegenden Falle wird die Zufuhr von Wärme unterlassen, womit der Prozess vereinfacht und die Kosten für die Anlage verringert werden. Das Material ist zudem dann heiß, wenn es den höchsten Wassergehalt enthält.
Während der Verdampfung von Wasser in einer Vakuumkammer wird das Material auf eine Temperatur abgekühlt, die leicht über der Temperatur liegt, bei welcher der Dampfdruck des Wassers dem Absolutdruck in der Vakuumkammer entspricht, der Dampfdruck des Wassers beträgt bei 22, 25, 30, 35 und 38ºC 19,8, 23,8, 31,8, 42,2 bzw. 49,7 mmHg. Wenn die Vakuumkammer einen Absolutdruck von 23,8 mmHg aufweist, verläßt das Produkt die Vakuumkammer wegen der Siedepunktserhöhung mit einer Temperatur von ungefähr 27 bis 30ºC, während ein Absolutdruck von 42,2 mmHG eine Temperatur von 37 bis 40ºC ergäbe.
Das trockene und kalte Produkt wird über eine Luftschleuse, beispielsweise eine Zellenluftschleuse, die einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage gewährleistet, aus der Vakuumkammer entnommen.
Diese Trocknungsart ist genauso schonend wie das Gefriertrocknen aber merklich kostengünstiger. In dem Falle der in der begleitenden Dänischen Patentanmeldung Nr. 1592/88 beschriebenen vorstehenden Mischung auf der Basis von Knollen der Jerusalem-Artischocke belaufen sich die Energiekosten für die Konzentrierung des Materials von einem Trockensubstanzgehalt von 66 Gewichtsprozent auf 98 bis 99 Gewichtsprozent auf 0,80 DKK/kg wenn eine Gefriertrocknung eingesetzt wird. Im Vergleich dazu belaufen sich die gesamten Energiekosten für die Konzentrierung desselben Materials in drei Schritten einschließlich des erfindungsgemäßen Verfahrens, das heißt, von 66 Gewichtsprozent auf 85 Gewichtsprozent in einem Fallfilmverdampfer, von 85 Gewichtsprozent auf 92 Gewichtsprozent mittels einer Chargenverdampfung in einem vertikalen Vakuumtrockner und von 92 Gewichtsprozent auf 98 bis 99 Gewichtsprozent nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf nur 0,11 DKK/kg.
Wenn ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 95 Gewichtsprozent getrocknet wird, wird die Temperatur des Sirups auf 80 bis 100ºC, vorzugsweise 90 bis 100ºC eingestellt. Dieses wird vorteilhafterweise durch das Beibehalten der Temperatur des die Vorverdampfungstufe verlassenden Sirups erreicht.
Der Absolutdruck in der Vakuumkammer wird zwischen 10 bis 60 mmHg, vorzugsweise zwischen 20 bis 50 mmHg gehalten. Das Material wird mit einem Transportmittel oder im freien Fall durch die Kammer geführt und verläßt die Kammer nach einer optionellen Zerkleinerung durch eine Luftschleuse. Das auf diese Weise erhaltene Pulver weist einen Trockensubstanzgehalt von 95 bis 99 Gewichtsprozent auf, und seine Temperatur ist auf 25 bis 40 ºC gefallen.
Zur Einstellung einer geeigneten Verweildauer in der Kammer ist die Geschwindigkeit des Transportmittels einstellbar oder regelbar. Die Basis für eine derartige Regelung ist beispielsweise der Trockensubstanzgehalt des Endprodukts, die Temperatur des Produkts, wenn es die Luftschleuse verläßt, oder andere Werte.
Damit das Verfahren in einer geeigneten und zuverlässigen Art durchgeführt wird müssen sich die folgenden Parameter in einem abgestimmten dynamischen Gleichgewicht befinden:
- Zusammensetzung des Ausgangsmaterials, einschließlich dessen Wassergehalt
- Durchsatz des Ausgangsmaterials
- Temperatur des Ausgangsmaterials
- Druck in der Vakuumkammer
- Transportgeschwindigkeit durch die Vakuumkammer
- Temperatur und Trockensubstanzgehalt des Endprodukts, wenn es die Kammer verläßt.
Um ein derartiges dynamisches Gleichgewicht sicherzustellen, wird das Verfahren vorzugsweise auf die folgende Weise ausgeführt:
a) die Temperatur des Materials wird auf eine Temperatur weniger als 30ºC unterhalb des Materialsiedepunkts, vorzugsweise weniger als 10ºC unterhalb des Siedepunkts eingestellt,
b) das Material wird in eine Vakuumkammer mit einem Absolutdruck von 10 bis 60 mmHg eingeführt,
c) das Material wird mit einem Transportmittel durch die Vakuumkammer geführt,
d) das getrocknete Material wird aus der Vakuumkammer optionell nach einer groben Vorzerkleinerung durch eine Luftschleuse entnommen.
Zur Erzielung eines geeigneten Materialdurchsatzes durch die Vakuumkammer ist die Geschwindigkeit des Transportmittels vorzugsweise einstellbar.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform, die ebenfalls das vorstehende dynamische Gleichgewicht sicherstellt wird:
a) die Temperatur des Materials auf eine Temperatur weniger als 30ºC unterhalb des Materialsiedepunkts, vorzugsweise weniger als 10ºC unterhalb des Siedepunkts eingestellt,
b) das Material in eine Vakuumkammer mit einem Absolutdruck von 10 bis 60 mmHg eingeführt,
c) das Material wird im freien Fall durch die Vakuumkammer geführt,
d) das getrocknete Material wird aus der Vakuumkammer optionell nach einer groben Vorzerkleinerung durch eine Luftschleuse entnommen.
Zur Erzielung eines geeigneten Trockensubstanzgehalts des Pulvers weist das in die Vakuumkammer eingeführte Material vorteilhafterweise einen Trockensubstanzgehalt von 91 bis 95 Gewichtsprozent auf.
Das Verfahren ist insbesondere zum Trocknen von Materialien wie Sirupen mit Kohlehydraten; Sirupen mit Zuckeralkohol; Honig; Fruchtsäften und Gemüsesäften geeignet. Dementsprechend ist das Verfahren möglicherweise zum Trocknen von beispielsweise Invertsirup, Isosirup (hoch fruktosen Sirup, HFCS), angereicherten hoch fruktosen Sirup, (EFCS) und Glukosesirup; Sorbitol und Xylitol; Gemüse- und Fruchtsäften, wie beispielsweise Karottensaft, Tomatensaft oder Apfelsaft, und die in der begleitenden DK-Patentanmeldung Nr. 1592/88 beschriebenen vorstehenden Mischung aus Sacchariden geeignet.
Beispiele für die Zusammensetzung der vorstehenden HFCS's und EFCS's sind:
HFCS: 42 Gewichtsprozent Fruktose
5 Gewichtsprozent höhere Zucker
53 Gewichtsprozent Glukose
EFCS: 55 Gewichtsprozent Fruktose
5 Gewichtsprozent höhere Zucker
40 Gewichtsprozent Glukose
Zur Sicherstellung einer im wesentlichen vollständigen und schnellen Verdampfung von Wasser ist das Transportmittel vorteilhafterweise ein Förderband und das Material auf dem Förderband ist in einer Menge verteilt, die einer Lage mit einer Dicke von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2-5 mm entspricht. Eine derartige Schicht entsteht in der Praxis jedoch nie, da das Material unmittelbar nach dem Eintritt in die Vakuumkammer auf schäumt.
Durch den Einsatz eines Schneckenförderers werden alternativ ausgezeichnete Transporteigenschaften erzielt. Der Schneckenförderer ist vorzugsweise ein selbstreinigender Doppelschneckenförderer, um Ansammlungen von Material auf der Schnecke zu verhindern. Ein ausreichend schneller Transportdurchsatz des Materials durch die Vakuumkammer wird durch den Einsatz mehrerer Schnecken, beispielsweise 2 bis 6 und vorzugsweise 2 bis 5 erreicht, wobei die Schnecken parallel und nebeneinander liegen.
Wenn zwei oder mehr Schnecken eingesetzt werden, können sie sich in derselben oder in gegenläufiger Richtung drehen, da sowohl rechtsgängige als auch linksgängige Schnecken verwendet werden können.
Erfindungsgemäß kann der Einsatz des Verfahrens mittels einer Anlage ausgeführt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Einrichtung zum Einstellen der Materialtemperatur auf einen Wert unterhalb des Materialsiedepunkts bei Atmosphärendruck, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Materials in eine Vakuumkammer, eine Vakuumkammer, eine Transporteinrichtung zum Transport des Materials durch die Vakuumkaminer und eine Luftschleuse enthält.
In einer Anlagenausführungsform ist das Transportmittel ein beispielsweise aus Stahl, Kunststoff, Gummi oder einem anderen geeigneten Material bestehendes Förderband.
Die Zuführeinrichtung ist mit einer Vorrichtung zum Verteilen des Materials mittels Extrusion auf das Förderband in der Form einer Lagenschicht versehen, die vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 10 mm, oder besser 2 bis 5 mm aufweist, Wie erwähnt, wird diese Schichtdicke nur theoretisch ausgebildet, in der Praxis schäumt das Material sofort auf. Während des Transports durch die Vakuumkammer schäumt somit das Material auf, da das Wasser schnell verdampft, was einen unmittelbaren Temperaturabfall bewirkt. Am Ende des Förderbandes entfernt ein Messer oder Schaber das getrocknete Material von dem Förderband, worauf es in einen Schneckenförderer fällt.
Der Schraubenförderer - ebenfalls unter Vakuum - zerkleinert das Produkt und transportiert es zu einer Luftschleuse, wie beispielsweise zu einer Zellenluftschleuse, aus der das getrocknete Produkt kontinuierlich in der Form eines Pulvers entnommen wird. Die Zerkleinerung stellt auch sicher, daß das Produkt durch die Luftschleuse passieren kann.
In einer alternativen Ausführungsform der Anlage ist das Transportmittel als ein Schneckenförderer ausgebildet, wie beispielsweise als Doppelschneckenförderer. In dieser Ausführungsform wird das Material über einen Extruder oder durch Versprühen durch eine Düse auf die Schnecke aufgebracht und durch die Schnecke zur Ausgangsseite befördert. Das Material wird einer dünnen Schicht entsprechend auf der Oberfläche der Schnecke verteilt, wobei die Schicht durch die sofortige Verdampfung von Wasser sofort aufschäumt. Der sich ergebende Schaum wird durch die Schnecke so zerkleinert und zermahlen, daß das getrocknete Produkt in einen Trichter an der Ausgangsseite fallen kann, um über eine Luftschleuse, vorzugsweise eine Zellenluftschleuse, entnommen zu werden.
Wenn das Produkt sehr klebrig ist, wie in dem Falle vieler Sirupe, ist die Schnecke vorzugsweise eine selbstreinigende Schnecke. Eine selbstreinigende Doppelschnecke enthält zwei Schnecken, von denen eine doppelt so schnell dreht und eine Steigung aufweist, die halb so groß wie die der anderen ist. Die selbstreinigende Schecke ist mit einem selbstreinigenden abgerundeten Querschnitt versehen, so daß sich die Schnecken gegenseitig reinigen. Üblicherweise besteht ein Spalt von 3 mm zwischen den zwei Schnecken, für einen besonders feine Bearbeitung kann die selbstreinigende Doppelschnecke jedoch mit einem Spalt bis unter ungefähr 1 mm gefertigt werden.
In beiden Ausführungsform wird die Menge des zuzuführenden Materials und die Geschwindigkeit des Bandes oder der Schnecke in einer Art festgelegt, daß die theoretische auf dem Band oder der Schnecke ausgebildete Schicht ausreichend dünn ist.
Es ist somit vorteilhaft, die Geschwindigkeit oder die Drehzahl des Bandes oder der Schnecke einstellbar oder regelbar zu gestalten.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel für den Transport des Materials durch die Vakuumkammer durch den freien Fall bereitgestellt. Diese Anordnung ist insbesondere zum Trocknen klebriger Materialien, die schwer vom Transportmittel zu entfernen sind, geeignet. Diese Ausführungsform stellt eine einfache und kostengünstige Alternative zur selbstreinigenden Schnecke dar.
Eine dieser Ausführungsform entsprechende Anlage weist in geeigneter Weise eine Einrichtung zur Einstellung der Materialtemperatur auf einen Wert unterhalb des Materialsiedepunkts bei Atmosphärendruck; eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr des Materials durch Öffnungen in den oberen Bereich der Vakuumkammer; eine für den freien Fall angepaßte Vakuumkammer; einen Trichter am Boden der Vakuumkammer zum Sammeln des getrockneten Materials; ein innerhalb des Trichters angeordnetes Schlagwerk und eine Luftschleuse auf.
In einer einfachen erfindungsgemäßen Anlagenform ist die Luftschleuse ein Kugelventil.
In allen vorstehenden Ausführungsformen ist die Zuführeinrichtung vorzugsweise mit einigen Öffnungen oder einem oder mehreren engen Spalten oder Schlitzen versehen, wobei die größte Abmessungen der Öffnungen, Spalte oder Schlitze nicht mehr als 2 mm, vorzugsweise nicht mehr als 1 mm, oder noch besser nicht mehr als 0,25 mm betragen sollte. Die kleine Abmessung stellt sowohl eine gute Verteilung Materials über die gesamte Vakuumkammer als auch eine kurze Trockenzeit sicher.
Ein größerer Überblick über die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sollte jedoch klar sein, daß die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele im Rahmen der Darstellung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nur der Darstellung dienen, da aus dieser detaillierten Beschreibung verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb der Idee und des Umfangs der Erfindung für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend mit mehr Details und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Anlage, bei der das Transportmittel ein Förderband ist, und
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Anordnung, bei der das Transportmittel ein Doppelschneckenförderer ist.
Fig. 3 stellt die Beziehung zwischen dem Trockensubstanzgehalt des Ausgangsmaterials und des die Anlage verlassenden Materials und der Temperatur im Rahmen des Verfahrens dar, wenn Glukosesirup im Stromtrockenverfahren, wie im Beispiel 8 beschrieben, getrocknet wird.
Fig. 4 stellt eine dritte Ausführungsform der Anlage dar, die den freien Fall als Transportmittel einsetzt.

Beste Ausführungsart der Erfindung

Fig. 1 stellt eine Vakuumkammer 2 innerhalb eines Gehäuses 4 dar. Um dem externen Druck zu widerstehen, weist das Gehäuse 4 die Form eines Zylinders mit konvexen Enden auf. Die Vakuumkammer ist über ein Verbindungsstück 6 und entsprechende (nicht dargestellte) Kanäle mit einer (nicht dargestellten) Vakuumquelle verbunden. Die Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Wasserringpumpe. Zwischen der Vakuumpumpe und der Vakuumkammer kann ein Kondensator installiert sein, in dem der Dampf aus der Vakuumkammer kondensiert. Der Einbau eines Kondensators erhöht den Wirkungsgrad der Vakuumpumpe. Das zu trocknende Material wird einem mit der Verteilungsvorrichtung 10 verbundenen Kanal 8 zugeführt. Die Verteilungsvorrichtung 10 kann mit kleinen Öffnungen oder einem oder mehreren kleinen Spalten oder Schlitzen versehen sein, wobei Öffnungen, Spalte oder Schlitze optional eine veränderliche Länge oder Breite aufweisen. Die Verteilungsvorrichtung verteilt das Material in gleichmäßiger Menge über die gesamte Breite der Verteilungsvorrichtung.
Ein Förderband 12 läuft über zwei Walzen 14 mit einstellbarer Drehzahl. Die Verteilungsvorrichtung 10 verteilt das Material über ein Ende des Förderbandes 12. Durch die Wahl einer geeigneten Einstellung des Zuführungsdurchsatzes durch den Kanal 8 und die Verteilungsvorrichtung 10 und der Geschwindigkeit des Förderbandes 12 wird das Material über die Breite des Förderbands 12 in einer Menge verteilt, die einer gleichmäßigen dünnen Schicht entspricht. Während des Transports durch die Vakuumkammer 2 verdampft Wasser aus dem Material 16 und das Material schäumt auf. Wenn es das gegenüberliegende Ende des Förderbandes 12 erreicht hat, hat sich das Material in ein trockenes und festes Produkt verwandelt und wird von dem Schaber 18 abgeschabt.
Das abgeschabte Produkt fällt auf eine Schnecke 20 in einer Kammer 22. Die Kammer 22 ist mit der Vakuumkammer 2 verbunden und somit auch dem Vakuum ausgesetzt.
Die Schnecke 20 transportiert das Produkt zu einer Zellenluftschleuse 24 und zerkleinert und zermahlt gleichzeitig das Produkt. Das Endprodukt 26 wird über die Luftschleuse 24 entnommen.
Fig. 2 stellt eine alternative Ausführungsform der Anlage dar. Wie in der Ausführungsform von Fig. 1 befindet sich eine Vakuumkammer 102 innerhalb eines Gehäuses 104 zylindrischer Form mit konvexen Enden. Die Vakuumkammer 102 ist über ein Verbindungsstück 106 und (nicht dargestellte) Kanäle mit einer Vakuumguelle verbunden. Das Material wird über einen Kanal 108 direkt dem eingangsseitigen Ende einer in der Drehzahl einstellbaren Doppelschnecke 112 zugeführt. Der Materialzuführungsdurchsatz über den Kanal 108 und die Drehzahl der Doppelschnecke 112 sind einstellbar, damit das Material einer dünnen und gleichmäßigen Schichtdicke entsprechend auf den Oberflächen der Doppelschnecke 112 verteilt werden kann. Während des Transports durch die Vakuumkammer 102 verdampft Wasser aus dem Material 116 und das Material schäumt auf. Gleichzeitig zerkleinert und zermahlt die Doppelschnecke das Material. Folglich erreicht das Material das ausgangsseitige Ende der Doppelschnecke als ein trockenes, pulverisiertes Produkt. Das Produkt fällt, optional unter Einsatz eines internen Trichters, direkt in eine Zellenluftschleuse 124. Das Endprodukt 126 wird über die Luftschleuse 124 entnommen.
Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform der Anlage dar. Eine Vakuumkammer 202 innerhalb eines Gehäuses ist über ein Verbindungsstück 206 mit einer Vakuumpumpe 205 verbunden. Das Material wird über einen Kanal 208 einer Verteilungsvorrichtung 210 zugeführt. Die Verteilungsvorrichtung 210 weist eine oder mehrere kleine Öffnungen, beispielsweise mit einem Durchmesser von 1mm auf. Das getrocknete Material fällt in einen Trichter 211, in dem ein Schlagwerk 213 das getrocknete Material zerlegt. Die Zerlegung ermöglicht die Entnahme des Materials über ein Kugelventil 215. Wenn das Kugelventil gefüllt ist, wird es um 180º gedreht und das Endprodukt 226 entnommen. Das Kugelventil ist über eine Saugleitung mit der Vakuumpumpe 205 verbunden, um sicherzustellen, daß keine Leckluft während des Drehens des Kugelventils 215 in die Vakuumkammer eintritt. Zwischen der Pumpe 205 und der Vakuumkammer 202 ist ein Kondensator 228 eingebaut, der mit Kühlwasser 230 gespeist. Der Dampf aus der Vakuumkammer wird in dem Kondensator 228 kondensiert und somit der Wirkungsgrad der Vakuumpumpe erhöht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der folgenden Beispiele detaillierter erläutert. Das Beispiel 1 beschreibt die Herstellung des Ausgangsmaterials während die Beispiele 2 bis 10 das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren beschreibt.

Beispiel 1: Herstellung eines Sirups.

Die geernteten Knollen der Jerusalem-Artischocke werden in einer herkömmlichen Anlage zu Verarbeitung von Zuckerrüben verarbeitet. Die Verarbeitung umfaßt die folgenden Schritte:

1. Zuführung und Entfernung von Steinen und Gras

Die Knollen werden in ein Rübenwasserbad entleert und wandern in die Anlage, während Steine, grünes Pflanzenmaterial (das heißt; Gras- und Stielmaterial) entfernt werden. Der größte Teil des Schmutzes wird ebenfalls abgewaschen.

2. Schneiden

Zur Vorbereitung der Knollen für den nachfolgenden Extraktionsprozess werden die Knollen in Schnitzelstücke mit einem Querschnittsmaß von ungefähr 0,5 x 0,5 cm zerschnitten. Ihre Länge hängt von der Größe der Knollen (typisch 2 bis 5 cm) ab. Der Schneidevorgang wird in einem herkömmlichen Zuckerrübenschneider durchgeführt. Es kann jedoch erforderlich sein, andere Messer zu verwenden.

3. Extraktion

Um das gewünschte Produkt aus den Schnitzelstücken zu extrahieren, wird der Extraktionsvorgang analog zu einem bekannten Extraktionsprozess von Zucker aus Zuckerrüben durchgeführt. Die Extraktion wird in einem sogenannten DDS- Diffusor, einer Wanne mit einem Dampfmantel. Die Wanne weist ein leichte Neigung auf und ist mit einer Doppelschnecke versehen, um den Transport der Schnitzelstücke sicherzustellen.
Die Schnitzelstücke werden im Gegenstromprinzip extrahiert, das heißt, die Schnitzelstücke werden durch einen Trichter im Bodenbereich der Wanne geführt. Sowohl Wasser als auch der im Schritt 4 gewonnene Press-Saft werden in den oberen Bereich der Wanne geführt.
Die Schnitzelstücke werden dann gegen den Wasserstrom geführt, wodurch die Oligosacchariden und andere wasserlösliche Komponenten, wie Salze und Proteine in die Wasserphase übergehen.
Die Temperatur liegt während der Extraktion zwischen 60 und 85ºC. Ein derart hohe Temperatur stellt nicht nur eine gute Löslichkeit der Oligosacchariden sicher, sondern denaturiert auch die Proteine, um sie unlöslich zu machen.
Enzyme werden ebenfalls denaturiert und somit bei dieser Temperatur inaktiviert.
Der Trockensubstanzgehalt des Extrakts liegt bei 10 bis 17 Gewichtsprozent.

4. Pressen der Pulpe

Die extrahierten Schnitzelstücke werden in einer speziellen Pressenart, die auch bei der herkömmlichen Zuckerrübenverarbeitung eingesetzt wird, ausgepresst. Das wird gemacht, um sowohl die Ausbeute an Oligosachariden als auch den Trockensubstanzgehalt der Pulpe zu erhöhen. Die Pulpe muß oft hinsichtlich ihrer Stabilität während des Transports und der Lagerung bis zum Verbrauch, beispielsweise als Lebensmittel, getrocknet werden. Die Erhöhung der Ausbeute wird durch die Rückführung des Press-Safts in den Extraktionsprozess, wie vorstehend beschrieben, erreicht.

5. Reinigung des Safts

Der durch der Extraktionsprozess erhaltene Saft ist trüb, da er zerkleinertes und kolloides Material enthält. Unter den vorhandenen Verunreinigungen befinden sich sowohl Pectin und Proteine als auch Zellmaterial von den Schnitzelstücken.
Um diese Verunreinigungen zu entfernen wird gelöschter Kalk Ca(OH)&sub2; bis zu einem pH-Wert von 10,5 bis 11,5 hinzugefügt, wodurch ein Teil der Verunreinigungen ausgefällt wird.
Der pH-Wert wird vor oder nach der Filterung durch Zugabe von CO&sub2; oder Phosphorsäure wieder verringert. Auf diese Weise wird das überschüssige Kalzium entweder als Kalziumkarbonat oder als Kalziumphosphat ausgefällt. Der pH-Wert liegt nach dieser Behandlung zwischen 8,0 und 9,5. Der Saft wird danach gefiltert. Die Temperatur liegt während der Kalkbehandlung bei 35 bis 40ºC, und während der Verringerung des pH-Wertes und der Filterung bei 60 bis 80ºC. Die Ausfällung und Filterung werden bei höheren Temperaturen verbessert.
Die Reinigung des Safts wird durch Verwendung derselben Anlage, wie bei einer herkömmlichen Zuckerrübenverarbeitung durchgeführt.
Nach der Reinigung beträgt der Trockensubstanzgehalt 9 bis 16 Gewichtsprozent.

6. Ionenaustausch

Nach der Reinigung enthält der Saft immer noch Salze (3 bis 8 Gewichtsprozent der gesamten Trockensubstanz) und weist eine bräunliche oder grünliche Farbe auf. Er wird daher sowohl einem Kationen- als auch einem Anionenaustausch unterworfen.
Der Kationenaustausch (beispielsweise mit einem "Duolite " - C20 Harz) wird bei einer Temperatur von 25 bis 35 ºC durchgeführt, um eine Hydrolyse der Oligosacchariden zu 15 verhindern.
Während des Anionenaustausch (beispielsweise mit einem "Duolite " - A378 Harz) werden die gefärbten Anteile des Safts ebenfalls entfernt, um den Saft zu einer farblosen oligosacchariden Lösung zu machen. Der Trockensubstanzgehalt beträgt nach dem Ionenaustausch 8 bis 14 Gewichtsprozent.

7. Behandlung mit Aktivkohle

Es kann erforderlich sein, den ionenausgetauschten Saft mit Aktivkohle zu behandeln, um mögliche Rückstände gefärbter Verbindungen, unerwünschten Geschmack oder geruchsbehaftete Verbindungen zu entfernen.

8. Eindampfung

Vor der eigentlichen Eindampfung ist es vorteilhaft, eine Hyperfiltration (Umkehrosmose) einzusetzen, um einen Teil des Wassers zu entfernen, so daß der Trockensubstanzgehalt bis zu ungefähr 25 Gewichtsprozent beträgt. Durch diesen Schritt wird ein schonendere Verarbeitung erzielt.
Die Eindampfung wird in einem Mehrfach-Schritt-Verdampfer wie beispielsweise in einem Fallfilm-Verdampfer durchgeführt. Der Saft wird zu einem Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt zwischen 75 und 85 Gewichtsprozent eingedampft.
Danach wird der Sirup in einem vertikalen Vakuumtrockner oder einem Dünnfilm-Verdampfer auf einen Trockensubstanz gehalt von 90 bis 96 Gewichtsprozent, vorzugsweise 91 bis 93 Gewichtsprozent eingedampft.

Beispiel 2: Vakuum-Stromtrocknung

Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 bis 93 Gewichtsprozent, der nach dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten wurde und sich auf einer Temperatur von 80 bis 100ºC befindet, wird in eine Vakuumkammer überführt, die mit einem Förderband ausgerüstet ist.
Durch die Einstellung des Trockensubstanzgehalts und der Temperatur des zugeführten Materials als auch des Vakuums in der Kammer hat das erhaltene Produkt nach der Verdampfung von Wasser eine Temperatur von 30 bis 40ºC und ist fest. Die Wärme für die Verdampfung wird aus der Enthalpie des zugeführten Materials gewonnen, das heißt, es ist nicht erforderlich, während des Trockenprozesses Wärme zuzuführen.
Bei einem Absolutdruck von 23,8 oder 42,2 mmHg hat das die Vakuumkammer verlassenden Produkt eine Temperatur von ungefähr 30ºC bzw. ungefähr 40ºC.
Der Prozess kann als eine strom-ähnliche Verdampfung in Vakuum beschrieben werden, wobei die Zuführung ein Sirup ist und das Endprodukt ein trockenes Pulver ist.
Der vorstehende Prozess unterscheidet sich von einer herkömmlichen Stromverdampfung durch die Ausführung im Vakuum, was es unnötig macht, das zugeführte Material zu überhitzen, und dadurch, daß das zugeführte Material eine Lösung und keine feuchte, Teilchensubstanz ist.
Ein interessante Eigenschaft dieses Trockenverfahrens ist die Tatsache, daß das Produkt während der Trocknung/Wasserverdampfung auf eine erwünschte Endtemperatur von 30 bis 40ºC abgekühlt wird.

Beispiel 3

Das in Beispiel 2 beschriebene allgemeine Verfahren wird in einer Vakuumkammer, die mit einer selbstreinigenden Doppelschnecke ausgerüstet ist, ausgeführt. Auf diese Weise wird ein trockenes pulveriges Endprodukt ähnlich dem in Beispiel 2 erhaltenen, erzielt.

Beispiel 4

Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 Gewichtsprozent und einer Temperatur von 95ºC, der nach dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten wurde, wird in eine Vakuumkammer überf ührt, die mit einem Förderband ausgerüstet ist. Der Absolutdruck in der Vakuumkammer beträgt 25 mmHg. Das Trockenpulver, das die Kammer verläßt, weist einen Trockensübstanzgehalt von 96 Gewichtsprozent und eine Temperatur von 31ºC auf.

Beispiel 5

Ein Sirup mit einem Trockensübstanzgehalt von 93 Gewichtsprozent und einer Temperatur von 95ºC, der nach dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten wurde, wird in eine Vakuumkammer überführt, die mit einem Förderband ausgerüstet ist. Der Absolutdruck in der Vakuumkammer beträgt 39 mmHg. Das Trockenpulver, das die Kammer verläßt, weist einen Trockensubstanzgehalt von 98 Gewichtsprozent und eine Temperatur von 39ºC auf.

Beispiel 6

Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 92 Gewichtsprozent und einer Temperatur von 85ºC, der nach dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten wurde, wird in eine Vakuumkammer überführt, die mit einem Förderband ausgerüstet ist. Der Absolutdruck in der Vakuumkammer beträgt 30 mmHg. Das Trockenpulver, das die Kammer verläßt, weist einen Trockensubstanzgehalt von 95,8 Gewichtsprozent und eine Temperatur von 35ºC auf.

Beispiel 7

Ein Sirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 91 Gewichtsprozent und einer Temperatur von 99ºC, der nach dem Verfahren von Beispiel 1 erhalten wurde, wird in eine Vakuumkammer überführt, die mit einer selbstreinigenden Doppelschnecke ausgerüstet ist. Der Absolutdruck in der Vakuumkammer beträgt 30 mmHg. Das Trockenpulver, das die Kammer verläßt, weist einen Trockensubstanzgehalt von 96,5 Gewichtsprozent und eine Temperatur von 35ºC auf.

Beispiel 8: Trocknen von Glukosesirup

Das Ausgangsmaterial ist ein kommerziell erhältlicher Glukosesirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 80 Gewichtsprozent. Der Sirup wird mittels einer Chargenverdampfung über 2 h in einem vertikalen Vakuumtrockner auf einen Trockensübstanzgehalt von 92,5 Gewichtsprozent voreingedampft. Während der Eindampfung hat der Sirup eine Temperatur von 85ºC und das Vakuum beträgt 80% (Absolutdruck ungefähr 150 mmHg). Nach der Chargeneindampfung wird die Temperatur auf 95ºC angehoben und der Sirup in einen Vakuum-Stromtrockner, wie in Fig. 1 dargestellt, extrudiert. Der Spalt des Extruders hat eine Breite von 0,5 mm. Im Vakuum-Stromtrockner liegt der Absolutdruck bei 24 mmHg.
Nach dem Verlassen des Extruders schäumt der Sirup unmittelbar zu einer Dicke von 5 bis 6 cm auf. Nach einer Verweilzeit von 1½ Minuten verläßt der getrocknete Sirup den Vakuum-Stromtrockner mit einer Temperatur von 35ºC in der Form eines groben Granulats mit einem Trockensubstanzgehalt von 97,5 Gewichtsprozent.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Möglichkeiten darstellt, den Trockensubstanzgehalt und die Temperatur des Ausgangsmaterials zu ändern und trotzdem noch dasselbe Endprodukt zu erhalten. In Fig. 3 stellt die Abszisse den Trockensubstanzgehalt des Ausgangsmaterials in Gewichtsprozent dar und die Ordinate stellt den Trockensubstanzgehalt des Materials in Gewichtsprozent dar, das die Anlage verläßt.

Beispiel 9

Eine aus 80 Gewichtsprozent Glukosesirup mit einem Trockensubstanzgehalt von 80 Gewichtsprozent und 20 Gewichtsprozent konzentrierten Apfelsaftes mit einem Trockensübstanzgehalt von 67 Gewichtsprozent bestehende Mischung wird in einem vertikalen Vakuumtrockner auf einen Trockensubstanzgehalt von 92,5 Gewichtsprozent eingedampft. Nach der Verdampfung wird die Temperatur auf 97ºC eingestellt und das Material durch Düsen mit einem Durchmesser von 1 mm in einen Vakuum-Stromtrockner mit freiem Fall, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, extrudiert. In dem Vakuum-Stromtrockner beträgt der Absolutdruck 10 mmHg. Das Trockenpulver, das den Vakuum-Stromtrockner verläßt, weist einen Trockensubstanzgehalt von 96,3 Gewichtsprozent und eine Temperatur von ungefähr 34ºC auf.

Beispiel 10

In einem vertikalen Vakuumtrockner wird Rohrzucker- Dicksaft mit einem Trockensubstanzgehalt von 80 Gewichtsprozent auf eine Trockensubstanzgehalt von 93 Gewichtsprozent eingedampft, worauf die Temperatur des Materials auf 96ºC eingestellt wird. Der Dicksaft wird in den Vakuum-Strom- Trockner von Beispiel 9 extrudiert. Der Absolutdruck in dem Trockner beträgt 14 mmHG. Ein trockenes amorphes Pulver, das den Vakuum-Stromtrockner verläßt, weist einen Trockensubstanzgehalt von 96,3 Gewichtsprozent und eine Temperatur von ungefähr 32ºC auf.
Dieses Beispiel demonstriert die Möglichkeit, ein amorphes Pulver anstelle der durch herkömmliche Verfahren erzielten kristallinen Form zu erhalten.

Claims

1. Verwendung eines Verfahrens für die kontinuierliche Trocknung eines Materials, wobei:

a) die Temperatur des Materials auf einen Wert eingestellt wird, der für das Material nicht schädlich ist;

b) das Material in eine Vakuumkammer eingeführt wird;

c) das Material ohne jede Wärmezufuhr auf das Material durch die Vakuumkammer geführt wird; und

d) das getrocknete Material aus der Vakuumkammer durch eine Luftschleuse entfernt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein aus der aus Kohlehydratsirupen und Zuckeralkoholsirupen bestehenden Gruppe ausgewahlter, im wesentlichen partikelfreier Sirup ist, und daß die Temperatur des Sirups im Schritt a) auf einen Wert unterhalb des Siedepunkts des Materials bei Athmosphärendruck eingestellt wird, die aber ausreichend hoch ist, daß das Material im Schritt c) zu einem amorphen festen Produkt getrocknet wird.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Materials im Schritt a) auf eine Temperatur von weniger als 30ºC unterhalb des Siedepunkts des Materials eingestellt wird, vorzugsweise weniger als 10ºC unter dem Siedepunkt, daß das Material im Schritt b) in eine Vakuumkammer mit einem Absolutdruck von 10- 60 mmHg eingeführt wird, daß das Material von Schritt c) mit einem Transportmittel durch die Vakuunkammer geführt wird, und daß das getrocknete Material optional grob zerkleinert wird, bevor es über eine Luftschleuse im Schritt d) aus der Vakuumkamrner entfernt wird.

3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Transportmittels einstellbar ist.

4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Materials im Schritt a) auf eine Temperatur von weniger als 30º unterhalb des Siedepunkts des Materials eingestellt wird1 vorzugsweise weniger als 10º unter dem Siedepunkt, daß das Material im Schritt b) in eine Vakuumkammer mit einem Absolutdruck von 10- 60 mmHG eingeführt wird, daß das Material im Schritt c) in freien Fall durch die Vakuumkammer geführt wird, und daß das getrocknete Material optional grob zerkleinert wird, bevor es über eine Luftschleuse im Schritt d) aus der Vakuumkammer entfernt wird.

5. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Vakuumkammer eingeführte Material ein Trockensubstanzgehalt von 91 bis 95 Gewichtsprozent aufweist.