KR970006317B1 - 저밀도 물질의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

저밀도 물질의 제조 방법

제1도는 본 발명에 의해 제조된 이중유체 노즐(two-fluid nozzle)의 실시예를 설명하는 수직 단면도임.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 이중유체 노즐 12 : 제1도관

14: 수용액 흐름용 구경 16 : 인서트(insert)

18 : 제2도관 20 : 환상(環狀)분기관

22 : 가스 주입 구경 24 : 가스 캡(cap)

26 : 분무 구경

본 발명은 다수의 상업적 응용에 매우 적합한 물리적 성질을 갖는 저밀도 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 신규하게 설계된 다중유체 노즐을 사용하여, 예를들면 비유제품 크리머(non-dairy creamer)와 같이 유동성이 큰 저밀도 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 다중유체 노즐은 고도의 조절 조건하에서 미세하게 분무된 소적(小適)에 가스를 동반시킬 수 있다.

저밀도성 분무건조 커피 분말은 분무건조 공정단계를 행하기 전에, 가스를 수용성 커피 추출액에 분산시켜서 포말을 생성시킴으로써 제조될 수 있음이 이미 공지되었다. 미합중국 특허 제2,788,276호에는, 포말이 형성되도록 가스의 흐름을 가압하에서 커피 추출액에 불어 넣는 단계, 가압 펌프를 사용하여 압력을 가압시키는 단계, 및 포말을 왕복식 고압 펌프내로 공급하여, 포말을 분무건조에 적합한 보다 높은 압력으로 가압시키는 단계를 포함하는 방법이 기재되어 있다. 미합중국 특허 제3,749,378호에는, 혼합 구역으로 유도되는 가스용 주입구 및 액상용 주입구로 구성된 혼합장치가 기재되어 있다. 여기에서, 이 혼합 구역은 일정 간격을 유지하고 있는 다수의 플레이트를 갖는 제2구역과 연결되어 있으며, 이 제2구역의 플레이트를 통해 굵은 포말이 통과되면, 미세한 포말로서 배출된다. 이와 유사한 것으로서, 케이츠(Kates)의 미합중국 특허 제4,129,624호 및 재노프치크(Janovtchik)의 미합중국 특허 제4,160,002호에는 유체의 혼합 또는 주입 장치가 기재되었다. 그러나, 이와 같은 상기 특허들 및 그 기술은 전반적으로, 적합한 수준으로 공정 제어되는 저밀도 물질, 즉 균일하고 제어가능한 밀도, 입도 분포 및 유동성을 갖는 저밀도 물질을 생성하는 시스템을 제공 하지 못한다. 또한 종래의 기술 시스템은 포말체를 중력방향으로 조작하는 단계, 예를 들면 펌핑 단계를 요구하므로, 상업적인 면에서는 근본적으로 비효율적이며, 성가신 문제가 있다.

일부 참고 문헌 중에는, 예비 라이트닝(lightening)시킨 커피 조성물의 제조에 비유제품 크리머를 사용할 수 있음을 보여준다. 비유제품 크리머는 일반적으로 지방, 단백질 및 탄수화물을 함유한다. 이 성분들은 일반적으로 에멀젼으로서 제제한 후 건조시켜서(분무건조가 좋음), 벌크 분말로서 시판되거나, 또는 최종 산물을 제조하는데 있어서 상기 성분을 기타 성분과 더 혼합시킨다. 이와 같은 참고 문헌으로는 아인쉬트만(Einstman)등의 미합중국 특허 제3,706,572호 및 맨쿠소(Mancuso)등의 미합중국 특허 제3,653,911호의 두 특허가 있다. 아인쉬트만 등의 특허에 기재된 바로는, 분무건조기킨 커피 고형물과 분무 건조시킨 비유제품 라이트너 고형물을 균질하게 혼합하고, 이 혼합물의 입돌르 90 내지 150마이크론 범위로 분쇄시키고, 입자를 과립화시킨다. 맨쿠소 등의 특허에 의하면, 비유제품 라이트너와 커피 침출물을 혼합시킨 후 분무건조시킨다. 맨쿠소 등은 라이트너에서 일반적으로 발견되는 완충제의 일부를 커피 침출물에 대신 혼입시킨다는 진보된 개선점을 제공한다. 가디너(Gardiner)의 미합중국 특허 제4,046,926호는 그 패더링(feathering) 내성이 개선된 비유제품 크리머를 제조하는 방법에 관한 것으로, 패더링이란, 부적합한 산성 염의 조건하에서 혈청 단백질 용액으로부터의 침강을 나타낸다. 가디너는 탄산나트륨과 제이인산칼륨과의 혼합물을 이용하여 이와 같은 바람직한 결과를 얻었다.

비유제품 크리머와 같은 물질의 물리적 성질은 건조 혼합된 최종 산물을 제조하기 위하여 이 물질을 기타의 성분과 혼합하는 경우에 있어서 매우 중요하다. 이 점에 있어서 특히 중요한 몇가지 성질로는, 입도 분포, 밀도 및 유동도이다. 입도 분포는 선적 및 보관 중 제품의 균질성이 유지되어야 하는 건조 혼합된 생성물을 제조하는데 있어서 중요하다. 밀도는 물질을 소정의 제품으로 적합하게 조리되도록 하는데 있어서 중요하다. 유동도는 가공 중 물질을 원활하게 조작하는데 있어서 기본적이다.

일반적으로 분무 건조물의 물리적 성질은 건조 단계에 부수되는 조건에 의해 조절된다. 밀도가 당 기술업계에서 종래 실행되고 있는 것보다 현저히 낮으면서도, 건조 혼합 제품의 균질성을 보장하는 우수한 유동도 및 입도를 갖는 물질에 대한 요구가 점차 더 증가되고 있다. 이와 같은 요구는, 당 대신에 칼로리가 없는 아스파탐과 같은 감미료로 대체하는 것이 바람직한 제제물에서 특히 강조된다(매우 소량의 아스파탐으로도 동일한 감미도를 얻을 수 있기 때문임).

그러므로, 본 발명의 목적은 밀도가 낮으면서도 우수한 유동도, 적합한 입도 분포 및 적합한 관능 특성을 갖는 분무건조 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 저밀도성 물질의 제조 방법이 반드시 효율적이고 제어가능해야 하는 것이다.

이와 같은 목적 및 기타 목적들은 본 발명을 다음에서 설명하는 동안 명백해질 것이다.

본 발명자들은 본 발명의 목적이 신규한 분무건조법에 의해 달성될 수 있음을 발견하였다. 본 발명에 의하면, 독창적으로 고안된 분무건조용 노즐을 사용하여, 수용액 흐름을 분무건조 챔버(chamber)로 도입시키기 전에 가스를 수용액 흐름에 주입할 수 있다. 이 노즐은 다중유체식 설계로서, 수용액 흐름을 미세한 소적으로 분무시킨후, 가스를 분무된 소적에 주입한 다음, 소적을 건조 챔버로 분무할 수 있다.

따라서, 바람직한 입도 분포 및 우수한 유동도를 갖는 저밀도 물질이 제조된다. 건조 조건을 적합하게 조절하여, 관능 특성이 우수한 건조 물질을 제조한다. 본 발명에 의해 제조된 물질을 적합하게 응용하여 다수의 응용물을 제조할 수 있으며, 특히 아스파탐과 같이 칼로리가 없는 감미료를 당 대신에 사용하는 제제물 생산의 경우에 건조 혼합용으로 적합하다.

본 발명의 기술에 의해 분무 및 가스 주입된 물질을 제조하기 위한 신규 방법 및 장치에 있어서 상기한 특징 및 기타 특징, 및 잇점은 당 기술업계의 숙련된 기술자들에 의해서 보다 용이하게 이해될 것이며, 다음의 바람직한 실시예로서 보다 상세하게 설명되며, 또한 첨부된 도면도 이해에 도움을 줄 것이다.

본 발명의 다중유체 노즐은 수용액 흐름을 미세한 소적으로 분무시키는 장치, 분무된 소적에 가스가 동반되도록 가스 흐름을 주입시키는 장치, 및 가스가 동반된 분무 소적을 챔버, 통상 건조 챔버로 분무시키는 장치를 제공한다. 다중유체 노즐은 분무된 소적이 건조 챔버로 도입되기 직전에 가스 주입을 조절할 수 있기 때문에, 가스가 동반된 수용액 흐름을 펌핑해야할 필요가 없다. 제어율 및 가스 동반도가 다중유체 노즐에 의해 이와 같이 우수해지므로, 최종 산물은 바람직한 밀도, 유동도 및 입도 분포를 갖는 생성물로 제조될 수 있다.

본 발명의 다중유체 노즐은 어떠한 수용액 흐름에도 적합하게 사용될 수 있다. 흐름의 고형물 농도는 가스가 분무 소적에 동반되는 정도 및 건조기 상에서의 증발 하중도에 영향을 미친다. 수용액 흐름이 묽을수록, 건조기 상에서의 증발 하중도는 증가되고, 보다 농축된 수용액 흐름에 비해 고형물 1kg당 주입된 가스를 더 많이 동반하게 되며, 이러한 사실은 당 기술업계에서 통상의 기술을 가진 자들에게는 분명할 것이다. 또한, 수용액 흐름의 농도는 건조 챔버내에서 선택된 파라메터의 조작에 의해 영향을 받으며, 이로 인하여 최종 산물의 향미 및 기타 관능 특성에 영향을 준다. 따라서, 다중유체 노즐로 주입되는 수용액 흐름의 농도는, 본 발명이 응용되는 기술업계에서 종사하는 자가 통상의 기술 범위내에서 공지된 다수의 기준에 근거하여 선택한다.

본 발명은 커피 추출물, 또는 향료, 산, 유화제 등의 혼합 수용액과 같은 수용액 흐름에 적용할 수 있으며, 특히 비유제품 크리머의 수용액 흐름에 사용하는 것이 적합하다. 비유제품 크리머 제제물은 통상 지방, 단백질 및 탄수화물을 함유한다. 이러한 제제물은 또한 완충액, 유동제 및 유화제를 함유할 수도 있으며, 이러한 것은 당 기술업계에 공지되어 있다. 다음의 논의는 저밀도성 비유제품 크리머의 제조에 관한 것으로, 하기의 논의는 다만 설명을 위한 목적에만 국한된다. 그러나, 본 발명의 범위를 여기에만 한정하는 것이 아니라, 임의의 수용액 흐름에서 얻는 저밀도성 제품의 제조도 본 발명에 포함된다.

본 발명은 제1도에 의해 보다 충분히 이해할 수 있으며, 제1도는 본 발명의 기술에 의해 제조된 이중유체 노즐의 수직 단면도이다. 이러한 본 발명의 실시예에서, 수용액 흐름은 노즐의 우측(제1도에서)에 위치한 도관(12)를 통해 노즐로 도입되어, 처음에는 방사상으로 내향한 후, 노즐의 중앙부에 성형된 구경(14)를 통해 축방향으로 하향한다. 인서트(16)은 구경(14)의 저부에 위치하여, 수용액 흐름을 미세 소적으로 분무시키는 역할을 한다. 제2도관(18)은 노즐의 좌측(제1도에서)에 위치하며, 이를 통해 가스가 도입된다. 이 가스는 도관(18)을 통해 유입되어, 아래쪽으로 뻗어있는 구경(14) 주위에 위치한 환상 분기관(20)에 이르게 되고, 가스 주입 구경(22)를 통해 아래로 흘러 가스 주입 챔버 또는 가스 캡(cap)(24)에 이르게 되고, 가스는 가스 캡(24)에서 미세 분무된 소적에 동반된다.

가스 캡(24)는 인서트(16)이 부착된 구경(14), 가스 주입 구경(22) 및 가스가 동반된 미세 분무 소적이 배출되는 분무 구경(26)을 제외하고는 완전히 밀폐되어 있다. 여기에서, 가스 캡은 일반적으로 정압으로, 통상적으로는 가스가 제2도관(18)로 주입될때의 가스 압력 또는 그 부근으로 유지된다. 가스가 동반된 소적은 분무 구경(26)을 통과한 후, 통상 건조 챔버(도면에는 나타내지 않음)로 주입되어, 이 건조 챔버에서 소적이 분말로 건조된다.

제1도는 본 발명에 의한 다중유체 노즐의 적합한 실시예를 설명하는 것으로, 상기 이외에, 수용액 흐름을 미세 소적으로 분무시키고 이 소적에 가스를 동반시킬 수 있는 구조를 갖는 기타 노즐도 본 발명의 범위내에 포함된다. 노즐의 부품은 통상 금속 또는 충분한 경도를 갖는 플라스틱 물질로 구성된다. 스테인레스 스틸이 구성 금속으로서 좋으며, 식품 가공용으로 적합하다. 제1도에 나타낸 인서트(16)은 통상 경성 물질로 구성되며, 예를들면 탄화텅스텐으로 만들어진다.

본 발명에 사용되는 가스는 어떠한 가스라도 좋다. 공기, 이산화탄소 및 질소와 같은 가스는 비교적 저렴하고 불활성이기 때문에, 본 발명에 특히 적합하다. 가스가 주입될 때의 압력은 최종 산물의 물리적 성질, 특히 최종 산물의 밀도를 결정하는 임계 조절 파라메터이다. 예를들면, 비유제품 크리머의 흐름을 조작하는 경우, 가스압이 약 4.22-5.62kg/㎠(약 60-80psi)이면, 밀도는 대조물에 비해 약 20-40%가 감소된다.

본 발명을 다음의 실시예를 참고로 상세히 설명한다.

[실시예 1]

다음의 표 1의 성분과 물을 고형분 농도가 60중량%가 되도록 혼합하여, 비유제품 크리머 흐름을 제조하였다. 이 수용액 흐름을 확실하게 균질화하기 위해 30분 동안 교반하였다.

수용액 흐름을 제1도에서 설명된 바와 같이 설계된 이중유체노즐로 공급하였다. 이어서, 이 흐름을 미세소적으로 분무하였다. 제2유체로서 공기를 약 4.22kg/㎠(약 60psi) 압력으로 노즐에 공급하였다. 미세하게 분무된 소적이 공기를 동반하여 노즐에서 배출되고, 건조 챔버로 유입된 후 분말로 건조된다.

생성된 비유제품 크리머에 나타난 물리적 특성을 다음의 표 2에 요약하였다.

상기와 동일한 수용성 흐름을 이용하여 대조를 목적으로 한 시험을 행하였다. 대조용 흐름은 당 기술업계에 공지된 통상의 고압노즐을 사용하여, 즉 가스무(無) 주입식으로 건조시켰다.

대조용 비유제품 크리머에서 나타난 물리적 특성을 다음의 표 3에 요약하였다.

상기에서 보여진 바와 같이, 본 발명에 의해 밀도는 42%가 감소되었으나, 기타 물리적 특성은 영향을 받지 않았다. 전문적인 관능검사자들이 상기 대조용 크리머와 저밀도성 크리머를 시험해 본 결과, 향미에 있어서 두 시료간의 차이를 식별할 수 없었다.

[실시예 2]

차 고형분을 20중량% 농도로 함유한 수용액 흐름을 제1도에서 설명된 바와 같이 설계된 이중유체 노즐로 공급하였다. 제2유체로서 공기를 약 4.22kg/㎠(약 60psi) 압력으로 노즐에 공급하였다. 수용성 흐름을 미세 소적으로 분무하고, 공기를 노즐내의 미세소적에 동반시켰다. 공기가 동반된 미세 소적을 노즐로부터 분무하고, 건조 챔버에서 건조시켰다. 분무건조된 차의 밀도는 0.21g/cc인 것으로 나타났다.

대조를 목적으로, 표준 고압 노즐을 사용하여 상기와 동일한 차 수용액 흐름을 분무건조한 결과, 최종 밀도는 0.46g/cc였다. 상기 두 생성물은 기타 모든 물리적 성질 및 관능 특성이 매우 유사하였다.

Claims (7)

1. 통상의 분무 건조기 노즐로 얻는 종래의 밀도보다 낮은 밀도의 물질을 제공하는데 있어서, (a) 물질의 수용액 흐름을 가스주입 챔버와 연결된 노즐 몸체로 이루어진 다중유체 분무 건조기 노즐의 도관을 거쳐서, 노즐 몸체의 중앙부에 위치한 구경을 통해 하부로 통과시킨 다음, 이 수용액 흐름을 미세 소적이 되도록 가스 주입 챔버 내로 분무하는 단계, (b) 불활성 기체를 다중유체 노즐의 제2도관을 거쳐, 이어서 노즐 몸체의 환형 분기관을 통해 중앙 구경 주위에 위치하고 하부로 뻗어 있는 환상 구경으로 통과시키는 단계, (c) 분무된 소적이 건조 챔버에 유입되기 직전에 가스가 미세 소적에 동반되도록 하기 위해서, 노즐 몸체와 연결되어 노즐 몸체로부터 하향 연장되며 하부의 가스 주입 챔버 구경 방향으로 갈수록 안쪽으로 가늘어지는, 또한 액상 물질 및 가스 흐름의 방향이 가스 주입 챔버 내에서 교차되도록 하는 상호 보완 관계의 중앙 구경 및 환상 구경에 의해 가스가 챔버내의 미세 분무 소적에 동반될 수 있는 가스 주입 챔버에서, 상기 수용액 물질 소적 및 사스를 혼합시키는 단계, (d) 주입 챔버의 최하단에 위치한 가스 주입 챔버 구경의 압력을 제2도관으로 유입된 가스압 또는 그 부근의 정압으로 유지시키면서, 가스가 동반된 물질의 미세 분무 소적을 상기 가스 주입 챔버 구경을 통해 다중유체 노즐을 감싸고 있는 건조 챔버내로 즉시 분무시켜서 통상의 노즐인 가스 무(無) 주입식 노즐로 분무된 동일 물질의 건조 밀도보다 약 20-40%가 감소된 밀도를 갖는 분말로 상기 미세 소적을 건조기 챔버에서 건조시킴을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 가스가 공기, 이산화탄소 및 질소로 된 군중에서 선택되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 수용액 물질이 0.35g/cc 미만의 밀도와 다음의 입도 분포를 갖는 비유제품 크리머인 방법.

   
4. 제1항에 있어서, 수용액 물질이 차(tea)이고, 차 건조물의 밀도가 0.25g/cc 미만인 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 비유제품 크리머가 지방, 단백질 및 탄수화물을 함유하는 것인 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 비유제품 크리머를 인스턴트 커피와 혼합하는 단계가 추가되는 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 비유제품 크리머를 인스턴트 커피, 무(無) 칼로리 감미료 및 향미제와 혼합하는 단계가 추가되는 방법.

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