DE60006568T2 - Herstellung eines protein-enthaltenden pulverförmigen produkts - Google Patents

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    • Y02P60/85Food storage or conservation, e.g. cooling or drying

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer Protein enthaltenden Flüssigkeit wie Milch und aus Milch gewonnenen Flüssigkeiten zur Herstellung eines pulverförmigen Produkts.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Trocknen einer Protein enthaltenden Flüssigkeit, etwa Milch und aus Milch gewonnene Flüssigkeiten, die aufgrund von Wärmeempfindlichkeit oder der Bildung von klebrigen oder hygroskopischen Substanzen nur schwer in ein Pulver von hoher Qualität, etwa ein frei fließendes, nicht verklebendes pulverförmiges Produkt umzuwandeln sind. Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Trocknen von Milch und aus Milch gewonnenen Flüssigkeiten in einem Verfahren, das energiewirksamer ist als die früheren Verfahren, die von der Industrie angewendet werden, und liefert gleichzeitig eine Vorrichtung, die weniger Platz beansprucht als die früheren Vorrichtungen.
  • Hintergrund
  • Milchpulver sind folgendermaßen definiert:
    Dehydrierte Produkte auf der Basis von fettfreien Milchfeststoffen und Milchfett, d.h. natürliche Milch, in der der Fettgehalt durch Zentrifugieren oder Hinzufügen von Sahne standardisiert wird, um einen im Endprodukt benötigten Fettgehalt von zwischen 0.5 und 30%, ausgedrückt in Gesamtfeststoffen, zu erreichen.
  • Außerdem kann der Proteingehalt von Milch durch Hinzufügen von Lactose oder Permeat in dem Fall standardisiert werden, wenn der Proteingehalt in der Milch zu hoch ist. Diese Produkte werden Magermilch genannt bzw. alle Milchpulver, die als Milchpulver definiert sind, die zwischen 1% und 26% Fett aufweisen. Mit Fett angereicherte Milchpulver basierend auf Magermilch und pflanzlichem oder tierischem Fett mit einem Fettgehalt von 10 bis 80%.
  • Außerdem können die Milchpulver funktionelle Zusätze enthalten, wie z.B. Emulgatoren, Stabilisatoren und Geschmacks- oder Farbzusätze.
  • Milchpulver werden zu verschiedenen Zwecken als Bestandteile menschlicher und tierischer Nahrung verwendet.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Herstellung von frei fließenden, nicht verklebenden pulverförmigen Milchprodukten bekannt. In diesen bekannten Verfahren wird Milch anfänglich so stark wie möglich konzentriert, z.B. in einem röhrenförmigen Mehrfachwirkungsverdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm. Dadurch wird eine Konzentration von annähernd 50% an Gesamtfeststoffen erhalten.
  • Dieses flüssige Produkt mit etwa 50% an Gesamtfeststoffen kann dann sprühgetrocknet oder mittels Fließbett getrocknet und in einem Fließbett abgekühlt werden. (Masters, Spray Drying Handbook, 4 ed. 1985, Kapitel 15.1, S. 575 ff).
  • Das erwähnte Verfahren des Standes der Technik ist in der Industrie weit verbreitet. Es hat jedoch mehrere Nachteile.
  • Zum einen kann der energiewirksame Mehrfachverdampfungsprozeß die Molke nur auf etwa 50% Gesamtfeststoffgehalt konzentrieren, während der Rest der Entwässerung einen weniger energiewirksamen Lufttrockner erfordert. Die Grenze von ca. 50% Gesamtfeststoffgehalt wird bei den Verdampfern des Standes der Technik durch die Viskosität des Milchkonzentrats festgesetzt. Versuche, Konzentrate mit höherem Gesamtfeststoffgehalt zu produzieren, führen zu Produkten, die sich nicht pumpen lassen, und zur Bildung von Rückständen, die das Bakterienwachstum fördern können.
  • Daher hat die Milchpulverindustrie seit langem ein unerfülltes Verlangen nach einem Verfahren zum Trocknen von Protein enthaltenden Flüssigkeiten, wie Milch oder aus Milch enthaltenen Flüssigkeiten, zur Herstellung eines pulverförmigen Produkts, das im wesentlichen frei fließend und nicht verklebend ist, wobei das Verfahren energiewirksamer ist als die Verfahren des Standes der Technik, die von der Industrie verwendet werden, und gleichzeitig eine Vorrichtung liefert, die weniger Platz beansprucht als die früheren Vorrichtungen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zur Herstellung eines pulverförmigen Produkts aus einer Protein enthaltenden Flüssigkeit mit einem Feststoffgehalt mit folgenden Schritten:
    Zurverfügungstellen eines ersten Zuführstromes der Protein enthaltenden Flüssigkeit,
    Zurverfügungstellen eines zweiten Zuführstromes mit einem höheren Feststoffgehalt als der erste Zuführstrom,
    Vermischen des ersten Zuführstromes und des zweiten Zuführstromes, wodurch ein Hauptstrom erhalten wird,
    Erhitzen des Hauptstromes in einem Heizgerät,
    Überführen des erwärmten Hauptstromes an einen Verdampfer,
    schnelles Verdampfen flüchtiger Komponenten aus dem erwähnten Hauptstrom, wodurch ein Protein enthaltendes Hauptstromkonzentrat erhalten wird, und
    der Schritt, zumindest einen Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats einem Trocknungsschritt zu unterziehen, wodurch ein pulverförmiges Produkt erhalten wird.
  • Der Begriff "pulverförmiges Produkt" bezeichnet ein Produkt, das üblicherweise als Pulver bezeichnet wird, d.h. mit einer Partikelgröße, die der von Pulver entspricht, wie vorzugsweise oberhalb von 0.1 μm und vorzugsweise unterhalb von 2 mm, wobei die Partikelgröße als der geschätzte Durchmesser des Partikels gemessen wird.
  • Die Erfindung betrifft auch ein System zum Trocknen von Protein enthaltenden Flüssigkeiten in einem Verfahren, das energiewirksamer ist als frühere Verfahren, indem:
    • – die Wassermenge, die beim Trocknungsschritt verdampft wird, wesentlich reduziert wird, so daß eine kleinere Trocknungsvorrichtung, weniger Luft und weniger Energie benötigt werden,
    • – die gesamte thermische Zersetzung von Partikeln stark reduziert wird,
    • – ein pulverförmiges Produkt mit größerer "Schüttdichte" erzielt werden kann.
  • Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Verdampfungseinheit eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zum Durchführen des Verfahrens.
  • 2 zeigt die Einheit aus 1, verbunden mit einer Trocknungseinheit gemäß der Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Konzentrat mit einem höheren Feststoffgehalt zu erhalten als die Produkte nach dem Stand der Technik, bevor das Konzentrat einem Trocknungsschritt unterzogen wird.
  • Ein weiteres Ziel ist es, das Konzentrat auf energiewirksame Weise zu einem pulverförmigen Produkt zu trocknen. Der Trocknungsschritt wird vorzugsweise in einem Wirbelschnelltrockner, wie beispielsweise dem Spin FlashTM-Trockner von APV Anhydro, durchgeführt. Wirbelschnelltrocknen wird beispielsweise auch in der EP 0 141 403 und der EP 0 862 718 , beide von APV Anhydro, beschrieben. Hierbei kann die Partikelgröße des pulverförmigen Produkts kontrolliert werden. Bei Verwendung eines Schleuderblitztrockners können außerdem die verwendeten Trocknungstemperaturen so gering sein, daß das pulverförmige Produkt nach dem Trocknen keine Kühlung benötigt. Der Trocknungsschritt kann jedoch auch in anderen geeigneten Trocknungsvorrichtungen, wie z.B. einem Fließbett oder einem Reibungstrockner, durchgeführt werden. Insbesondere, wenn ein Konzentrat getrocknet wird, das einen hohen Fettgehalt aufweist, kann ein Fließbett bevorzugt werden.
  • Das hochkonzentrierte Protein enthaltende Konzentrat wird erhalten, indem ein erster Strom der Protein enthaltenden Flüssigkeit, die zu konzentrieren ist, bereitgestellt wird und dieser Zuführstrom mit einem zweiten Zuführstrom vermischt wird, der einen höheren Anteil an Feststoffen aufweist als der erste Zuführstrom, wodurch ein Hauptstrom erhalten wird.
  • Das Vermischen der zwei Ströme wird vorzugsweise ausgeführt, indem ein Strom in den anderen hineingeleitet wird, z.B. der erste Zuführstrom in den zweiten Zuführstrom. Die Vermischung kann jedoch auch erhalten werden, indem jeder Zuführstrom getrennt zu einer Heizvorrichtung geleitet wird, die ein Vermischen in der Heizvorrichtung ermöglicht. Dies hängt natürlich von der spezifischen Heizvorrichtung ab.
  • Vorzugsweise wird ein Großteil des Hauptstroms durch die Versorgung aus dem zweiten Zuführstrom gebildet, so daß das Verhältnis der Strömungsrate des ersten Zuführstromes zur Strömungsrate des zweiten Zuführstromes, gemessen in kg/h, unter 1 ist, z.B. höchstens 1:20, mehr bevorzugt höchstens 1:40, am meisten bevorzugt 1:100. Ein kleineres Verhältnis dürfte zu besseren Konzentrationsprozessen führen.
  • Der Feststoffgehalt im zweiten Zuführstrom ist höher als der Feststoffgehalt im ersten Zuführstrom, so daß der Feststoffgehalt vorzugsweise mindestens 2% höher ist, mehr bevorzugt wenigstens 5% höher, z.B. wenigstens 10% höher, mehr bevorzugt wenigstens 15% höher.
  • Die Zusammensetzung der Feststoffbestandteile des ersten Zuführstromes und des zweiten Zuführstromes sind vorzugsweise im wesentlichen identisch, obwohl die Erfindung auch ausgeführt werden kann, wenn ein zweiter Zuführstrom verwendet wird, der eine Zusammensetzung mit einem Inhalt an Feststoffen aufweist, der sich von dem des ersten Zuführstromes unterscheidet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats wieder in den zweiten Zuführstrom zurückgeführt, mehr bevorzugt wird das Hauptstromkonzentrat in einen Recyclingstrom und einen Trocknungsstrom aufgeteilt, wobei der Recyclingstrom als zweiter Zuführstrom verwendet wird.
  • Die Rückführung wird vorzugsweise durch eine kontinuierliche Rückführung eines vorbestimmten Teilstroms des Hauptstromkonzentrats durchgeführt. Der vorbestimmte Teilstrom entspricht vorzugsweise einem Recyclingstrom mit wenigstens 80% der trockenen Feststoffe des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats, mehr bevorzugt wenigstens 85% der trockenen Feststoffe.
  • Der Hauptstrom, der erhalten wird, indem der erste Zuführstrom und der zweite Zuführstrom vermischt werden, wird in einer geeigneten Heizvorrichtung erhitzt.
  • Die verwendete Heizvorrichtung kann jede geeignete Heizvorrichtung sein, die ein homogenes Erwärmen der Flüssigkeit liefert. Ein Beispiel einer geeigneten Heizvorrichtung ist ein Wärmetauscher, z.B. ein Plattenwärmetauscher.
  • Eine andere Heizvorrichtung ist eine Elektro-Heizvorrichtung, die eine volumetrische Erwärmung über direktes Erwärmens mittels elektrischem Widerstand erzeugt.
  • Die Protein enthaltende Flüssigkeit wird bis zu einer Temperatur unterhalb der Koagulationstemperatur der Proteine der Flüssigkeit erhitzt, wobei die Koagulationstemperatur als die Temperatur definiert ist, die – unter den gegebenen Bedingungen und bei der besonderen Protein enthaltenen Flüssigkeit – ungewünschte, irreversible Veränderungen in der Molekularstruktur der Proteine hervorruft. Normalerweise wird die Protein enthaltende Flüssigkeit bis zu einer Temperatur von 30°C bis 100°C erhitzt, vorzugsweise von 30°C bis 65°C, in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise von 35°C bis 40°C.
  • Ein Sieden darf in der Heizvorrichtung selbst nicht stattfinden. Das Sieden wird entweder durch eine statische Flüssigkeitssäule über der Heizvorrichtung oder durch eine Beschränkung in der Ausgabeleitung in Form einer Blende oder eines Steuerventils unterdrückt.
  • Nach der Erhitzung wird die Protein enthaltende Flüssigkeit in den Separatorbehälter geleitet, z.B. mittels einer Verbindungsleitung zwischen der Heizvorrichtung und dem Separatorbehälter, um dort blitzverdampft zu werden. Das Prinzip der Blitzverdampfung gemäß dieser Erfindung ist wohlbekannt, siehe z.B. Perry's Chemical Engineer Handbook, 6. Ed (1984), S. 11–35, 11–40. Ein Flüssigkeitsstrom wird in einer Heizvorrichtung erhitzt und kann in einen Behälter expandieren, wo das eigentliche Lösungsmittel (flüchtige Komponenten) verdampft, was mit einem entsprechenden Temperaturabfall in der flüssigen Phase einhergeht. Es ist klar, daß der Temperaturanstieg in der Heizvorrichtung und der Temperaturabfall der Flüssigkeit im Schnellseparator im wesentlichen gleich sind.
  • Die flüchtigen Komponenten werden beliebige Komponenten sein, normalerweise Wasser in dem flüssigen Produkt, das bei der Temperatur und dem Druck des Separatorbehälters verdampfen kann. Während der Blitzverdampfung werden die flüchtigen Komponenten des flüssigen Produkts von dem flüssigen Produkt getrennt, wodurch ein Flüssigkeitskonzentrat des flüssigen Produkts erhalten wird. Nach der Verdampfung wird der gebildete Dampf über einen Kondensor oder eine Vakuumpumpe entfernt.
  • Die Temperatur des Separatorbehälters ist gleich oder wenige Grad unterhalb der Temperatur des erwärmten flüssigen Produkts. Demgemäß liegt die Temperatur des flüssigen Produkts im Separatorbehälter vorzugsweise im Bereich von 25 bis 95°C, mehr bevorzugt im Bereich von 30 bis 60°C, zum Beispiel zwischen 30°C und 35°C.
  • Außerdem wird der Druck in dem Behälter, in dem die Blitzverdampfung durchgeführt wird, vorzugsweise auf einen Druck unterhalb des Dampfdrucks des erhitzten flüssigen Produkts reguliert. Somit wird die Separation vorzugsweise bei einem Druck im Bereich von 0.05 bis 0.9 bar durchgeführt. Mehr bevorzugt wird ein Hochvakuum angelegt, zum Beispiel 0.1 bis 0.3 bar.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Flüssigkeit vor dem Trocknungsschritt zu einem hohen Feststoffgehalt hin zu konzentrieren. Somit weist das Protein enthaltende Konzentrat, das nach der Blitzseparation erhalten wird, vorzugsweise mindestens 50% trockene Feststoffe auf. Das Konzentrationsverfahren wird vorzugsweise bei der Produktion von Milchpulver angewendet, wobei es gewünscht ist, während der Konzentration eine möglichst große Feststoffkonzentration zu erhalten, um den darauffolgenden Trocknungsprozeß zu verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erhaltene Protein enthaltende Hauptstromkonzentrat mindestens 60% trockene Feststoffe auf, und in einer mehr bevorzugten Ausführungsform mindestens 70% trockene Feststoffe.
  • Die Protein enthaltende Flüssigkeit, die das Ausgangsmaterial des Verfahrens ist, kann jede Protein enthaltende Flüssigkeit sein, die für eine Pulverherstellung gewünscht wird. Die Protein enthaltende Flüssigkeit weist vorzugsweise 3% an trockenen Proteinfeststoffen auf. In dem Fall, daß das Ausgangsmaterial Lactose aufweist, ist es bevorzugt, daß der Lactosegehalt der Protein enthaltenden Flüssigkeit vorzugsweise höchstens 75% der trockenen Feststoffe, zum Beispiel höchstens 65% der trockenen Feststoffe oft höchstens 55 der trockenen Feststoffe beträgt, um eine Lactosekristallisation während des Konzentrationsprozesses zu verhindern.
  • Das Verfahren ist auch geeignet, um eine Fett enthaltende Flüssigkeit zu konzentrieren, wie zum Beispiel eine Protein enthaltende Flüssigkeit, in der der Fettgehalt mindestens 0.5% der trockenen Feststoffe ist.
  • Vorzugsweise weist das Ausgangsmaterial mindestens 20% trockene Gesamtfeststoffe auf, vorzugsweise mindestens 30% trockene Feststoffe, mehr bevorzugt mindestens 40 trockene Feststoffe. In diesem Zusammenhang wird die Bezeichnung trockene Feststoffe verwendet, um Gesamtfeststoffe zu bezeichnen. Gesamtfeststoff "TS" in einem Produkt oder einem Zwischenprodukt ist kg Feststoffe/kg Produkt, gemessen durch Gewichtsverlust in einem Ofen bei 102°C über vier Stunden. Ein Beispiel hierfür sind Milch und aus Milch gewonnene Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Magermilch, Vollmilch, Buttermilch, Milchproteinkonzentrat, Sahne, Butter, mit Malz versetzte Milch, Na-Caseinat und Ca-Caseinat sowie von Milchzucker befreite Molke.
  • Beispiele von pflanzlichen, Protein enthaltenden Flüssigkeiten sind pflanzliche Proteine, isolierte pflanzliche Proteine, Sojaproteine und Kokosnußmilch.
  • Weitere Protein enthaltende Flüssigkeiten sind Ei, Eiweiß, Blut und Shortening.
  • Es können verschiedene Vorbehandlungen des Ausgangsmaterials durchgeführt werden, bevor der erste Zuführstrom in die Heizvorrichtung eintritt. Es kann auch ein Schritt zur Vorkonzentration durchgeführt werden. Insbesondere bezüglich Milch kann eine Vorkonzentration durchgeführt werden, bei der der Feststoffgehalt von der Anfangskonzentration bis auf etwa 50% erhöht wird. Die Vorkonzentration kann durch jedes geeignete Verfahren erfolgen, das einem Fachmann bekannt ist, wie zum Beispiel ein Verfahren mit fallendem Flüssigkeitsfilm.
  • Um aus dem Konzentrat ein pulverförmiges Produkt zu erhalten, wird zumindest ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats einem nachfolgenden Trocknungsschritt unterzogen, wodurch ein Protein enthaltendes pulverförmiges Produkt erhalten wird.
  • Im Falle der Rückführung wird das Hauptstromkonzentrat normalerweise in einen Recyclingstrom und einen Trocknungsstrom aufgeteilt, wobei der Trocknungsstrom wie oben beschrieben dem Trocknungsschritt unterzogen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Trocknungsstrom, bevor er in die Trocknungsvorrichtung eintritt, zu einem Speicherbehälter geleitet, der vorzugsweise Rührmittel aufweist. Wenn gewünscht, kann der Trocknungsstrom vor dem Trocknungsschritt gekühlt werden.
  • Das hochkonzentrierte Protein enthaltende Konzentrat kann sehr viskos sein, jedoch hat die Zirkulationsrate aufgrund einer möglichen visko-elastischen und thixotropischen Natur des Konzentrats einen großen Einfluß auf die Viskosität des Konzentrats. Die Zirkulationsrate wird auf jede geeignete Rate hin eingestellt, die unter Berücksichtigung der verwendeten Vorrichtung geeignet ist. Die Rate ist vorzugsweise so hoch wie möglich, um die Viskosität des Flüssigkeitskonzentrats zu reduzieren.
  • Das Verfahren wurde beschrieben im Hinblick auf eine Verdampfungseinheit mit einer Heizvorrichtung und einem Blitzseparator. Das Verfahren kann jedoch auch in einem System durchgeführt werden, das zwei oder mehr Einheiten aufweist. Dabei wird die Konzentration der Feststoffe des Flüssigkeitskonzentrats schrittweise erhöht. Im Hinblick auf Milch zum Beispiel kann die Konzentration des Flüssigkeitskonzentrats aus der ersten Einheit bei 62% und aus der zweiten Einheit bei 68% sein, wenn man bei 50% in der Flüssigkeit startet. Für jede Einheit kann eine Rückführung des Flüssigkeitskonzentrats wie oben beschrieben stattfinden. Ein energiewirksamerer Konzentrationsprozeß wird erhalten, wenn die Konzentration schrittweise durchgeführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das System zwei Einheiten auf, wobei zumindest ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats ein Zuführstrom ist, der einem zweiten Erhitzungsschritt in einem zweiten Heizgerät unterzogen wird, und einem zweiten Separationsschritt, durch den ein zweites Protein enthaltendes Hauptstromkonzentrat erhalten wird. Wenigstens ein Teil des dadurch erhaltenen Konzentrats kann dann dem Trocknungsschritt unterzogen werden.
  • Durch das vorliegende Verfahren ist es möglich geworden, flüssige Produkte, insbesondere Milchprodukte, zu einer höheren Konzentration zu konzentrieren als vorher möglich war, bevor das Produkt einem Trocknungsschritt unterzogen wird, wobei es möglich geworden ist, ein frei fließendes, nicht verklebendes pulverförmiges Produkt mit einer höheren Schüttdichte als bei bisher bekannten Verfahren zu erhalten. Die Fließfähigkeit des Pulvers kann nach Cheremisinoff (siehe unten) gemessen werden, wobei ein frei fließendes pulverförmiges Produkt einen Schüttwinkel von 30 oder weniger hat. Die Klebeeigenschaften werden eingeschätzt, indem die Kruste untersucht wird, die auf einer Menge von einem Löffel an Pulver gebildet wird, das einer Luftfeuchtigkeit von 60 bzw. 80% bei 20°C über 24 Stunden ausgesetzt ist.
  • Je weniger das pulverförmige Produkt verklebt, desto stabiler ist das erhaltene Produkt. Auch ohne theoretische Bestätigung sollten die günstigen Pulvereigenschaften aufgrund des effizienten Konzentrationsprozesses zu einem besseren Trocknungsprozeß führen, als vorher erhältlich war.
  • Des weiteren wird durch das vorliegende Verfahren ein pulverförmiges Produkt mit einer höheren Schüttdichte als vorher erhältlich hergestellt. Der Anstieg in der Schüttdichte führt zu einer Kostensenkung für Verpackung, Lagerung und Transport des erhaltenen Pulvers. Im Hinblick auf ein Fett enthaltendes Pulver ist es auch möglich, eine große Menge Fett als freies Fett zu erhalten, das besonders wünschenswert ist, wenn Milchpulver für die Schokoladenindustrie hergestellt wird.
  • Beispiele des pulverförmigen Produkts, die durch das vorliegende Verfahren erhältlich sind, sind Magermilchpulver (Fettgehalt 1%), Vollmilchpulver (Fettgehalt 26%), Buttermilchpulver, Babynahrungsmix, Milchproteinkonzentratpulver, Ca-Caseinatpulver, pflanzliches Proteinpulver, von Milchzucker befreites Molkeproteinpulver, Sahnepulver, Butterpulver, Shorteningpulver, Sojamilchpulver, Kokosnußmilchpulver, Eierpulver, Eiweißpulver und mit Malz versetztes Milchpulver.
  • Abhängig von der Natur der Protein enthaltenden Flüssigkeit kann es günstig sein, vor dem Trocknungsschritt verschiedene Zusätze beizufügen. Demgemäß wird in einer Ausführungsform der Erfindung wenigstens ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats mit einem Sekundärstrom vermischt, bevor es dem Trocknungsschritt unterzogen wird. Der Sekundärstrom kann jeden geeigneten Zusatz zum pulverförmigen Produkt aufweisen, wie Vitamine, Proteine, Fette und/oder Kohlenhydrate.
  • Ein weiterer Zweck der Bereitstellung des Sekundärstroms ist, die Konzentration der Gesamtfeststoffe vor dem Trocknen zu erhöhen.
  • Für viele Anwendungen, zum Beispiel Babynahrung, wird es geeignet sein, dem Hauptstrom zusätzliches Nährmaterial hinzuzufügen, um ein frei fließendes, nicht verklebendes Pulver zu erhalten, das als Babymix geeignet ist.
  • Dementsprechend kann der Sekundärstrom Fette, Proteine, Kohlenhydrate, Vitamine, Mineralien oder Mischungen hiervon enthalten.
  • Beispiele von Fett sind tierische oder pflanzliche Fette, wie Schmalz, Butter, Butterfett, Kokusnußöl, Palmöl.
  • Beispiele von Proteinen sind tierische und pflanzliche Proteine, wie Proteine aus Milch, Proteine aus Eiern, Sojaproteine, Molkeproteinkonzentrat, Weizenproteine, und insbesondere bei der Produktion von Magermilchpulver ist es sinnvoll, Weizenproteine hinzuzufügen.
  • Beispiele von Kohlehydraten sind Lactose, Stärke, Mehl, Zucker, Glucose, und bei der Produktion von Kaffeeweißer kann Lactose hinzugefügt werden. Beispiele von Mineralien sind Salze aus Calzium, Natrium und Kalium.
  • Normalerweise wird eine Mischung aus den obigen verwendet werden, zum Beispiel aus Magermilchpulver, Vollmilchpulver und Molkeproteinkonzentraten.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Sekundärstrom erhalten, indem ein Sekundärstrom des fertig getrockneten pulverförmigen Produkts entnommen wird und dieser Sekundärstrom des pulverförmigen Produkts zurückgeführt und mit dem Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrat vermischt wird, das zum Trocknungsschritt geleitet wird.
  • Der Sekundärstrom kann in jeder Stufe nach dem letzten Trocknen entnommen werden. Es ist bevorzugt, den Sekundärstrom aus dem Hauptstrom des fertig getrockneten frei fließenden, nicht verklebenden Pulvers zu entnehmen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Sekundärstrom in den Speicherbehälter geleitet, in dem eine kontinuierliche Vermischung stattfindet, um ein Umrühren und eine Verweilzeit zu liefern, damit die Eigenschaften des Produkts, das aus der Mischvorrichtung austritt, geändert werden.
  • Um den Gehalt an Gesamtfeststoffen im Hauptstrom vor der Stufe der Mischvorrichtung innerhalb eines spezifizierten Bereichs einzustellen, kann der Gehalt an Gesamtfeststoffen im Hauptstrom nach dem anfänglichen Kühlungsprozeß gemessen werden. Ein Beispiel der Messung kann eine Entnahme einer Probe aus dem Hauptstrom unmittelbar hinter der Mischvorrichtung sein, und dort kann eine Messung des Gehalts an Gesamtfeststoffen in der Probe erhalten werden.
  • Das Ergebnis der Messung kann verwendet werden, um den Fluß des Sekundärstroms einzustellen, um einen spezifizierten Gehalt an Gesamtfeststoffen vor der Stufe der Mischvorrichtung zu erhalten. Die Einstellung der Sekundärströme kann manuell oder durch einen automatischen Prozeß durchgeführt werden.
  • Ein weiteres Beispiel einer Messung ist, daß eine Probe unmittelbar vor der Stufe der Mischvorrichtung entnommen wird und die weiteren Schritte wie oben beschrieben durchgeführt werden.
  • Eine detaillierte Beschreibung des Systems gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geliefert.
  • Wenn man sich 1 zuwendet, ist ein bevorzugtes System mit einer Verdampfungseinheit zum Konzentrieren einer Protein enthaltenden Flüssigkeit gezeigt. Die Flüssigkeit wird über die Leitung (1) zur Hauptleitung (2) geführt. Die Hauptleitung (2) führt zum Wärmetauscher (3), in dem das flüssige Produkt bis zu einer Temperatur unterhalb der Koagulationstemperatur des flüssigen Produkts erhitzt wird. Der Wärmetauscher (3) ist vorzugsweise ein Plattenwärmetauscher. Der Wärmetauscher (3) wird durch Dampf oder heißes Wasser erhitzt, das durch die Leitung (15) zum Wärmetauscher (3) geführt wird und durch die Leitung (16) wieder hinaus. Ein Sieden im Wärmetauscher wird durch ein Steuerventil (4) unterdrückt.
  • Die Flüssigkeit wird in der Leitung zum Separationsbehälter (5) geleitet, wobei der Dampf über die Leitung (14) entfernt wird und das erhaltene Rückführstromkonzentrat über eine Leitung durch die Verdrängerpumpe (6) entfernt wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird das erhaltene Konzentrat in einen Trocknungsstrom, der in Leitung (8) fließt (siehe 2), und in einen Rückführstrom unterteilt, der in Leitung (7) durch die Verdrängerpumpe (13) fließt. Der Rückführstrom in Leitung (7) wird mit Flüssigkeit aus Leitung (1) vermischt und über Leitung (2) wieder zum Wärmetauscher (3) zurückgeführt.
  • Wie aus den obigen Ausführungen deutlich wird, umfaßt die Erfindung auch ein System mit mindestens zwei Verdampfungseinheiten, wobei die Einheiten in Serie geschaltet sind.
  • 2 zeigt ein System gemäß der Erfindung zum Trocknen des Konzentrats, das durch ein System, wie es in 1 beschrieben ist, erhalten wird. Leitung (8) führt das Konzentrat zu einem Speicherbehälter (9). Der Speicherbehälter (9) kann jeder geeignete Behälter sein, der ein Rührmittel aufweist. Optional kann im Speichertank auch eine Kühlung stattfinden.
  • Das Konzentrat wird dann zu einem Zuführmittel (10) einer Trocknungsvorrichtung (12) geführt. Das Zuführmittel (10) kann jedes geeignete Zuführmittel sein, das für ein Verweilen und den Transport des Konzentrats möglich ist. Das Zuführmittel (10) kann ein Schneckenförderer und/oder ein Förderband sein. Der Trockner (12) ist vorzugsweise ein Wirbelschnelltrockner.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das System eine Sekundärleitung (11) auf, die von einem Teil der Hauptleitung zu dem Zuführmittel (10) führt. Wie in 2 ersichtlich kann die Sekundärleitung (11) eine Leitung sein, die sich in einer geschlossenen Schleifenverbindung von einem Teil der Hauptleitung aus erstreckt und ein fertig getrocknetes Produkt zu einem Teil der Hauptleitung fördert, die zum Zuführmittel (10) führt.
  • Beispiele
  • Die Erfindung und die erhaltenen Vorteile werden durch die Ergebnisse des folgenden Experiments 1 (Vergleich) und Experiment 2 (gemäß der Erfindung) deutlich.
  • Das zugeführte Material für Experiment 1 und 2 war Magermilch, die in einem MVR-Verdampfer mit fallendem Flüssigkeitsfilm mit 50 mm Röhren von 18 m Länge vorkonzentriert wurde, wie zum Beispiel beschrieben von Knipschildt in Modem Dairy Technology (Ed. Robinson), 2. Ed., 1986 vol. 1, S. 147 ff.
  • Experiment 1 wurde gemäß dem Stand der Technik durchgeführt, wobei die vorkonzentrierte Magermilch durch Sprühtrocknen in einem Drei-Stufen-Trockner mit einer Kammer mit einem Durchmesser von 5 m und einer Gesamthöhe von 12 m mit internen und externen Fließbetten und ausgestattet mit einem Luftbesen getrocknet wurde.
  • Experiment 2 wurde gemäß der Erfindung in einem System wie in den Zeichnungen darge stellt durchgeführt. Das Konzentrat aus dem Verdampfer mit dem fallenden Flüssigkeitsfilm (in den Zeichnungen nicht gezeigt) wurde in die Rückführleitung (7) eines das Sieden unterdrückenden Plattenverdampfers (3, 4, 5, 6, 7) eingeführt. Nach dem Erhitzen fand der Verdampfungsprozeß in einem Blitzverdampfer statt (ein einfach wirkender Paraflash, hergestellt von APV Separationsprozesse). Das Konzentrat aus der Ausgangsleitung (8) wurde für 15 min in einem Speicherbehälter (9) aufbewahrt. Daraufhin wurde es zum Eingang eines Mischers/Zuführers (10) zusammen mit Trockenpulver (Backmix (11)) geführt und direkt in einen Lufttrockner (12) eingespeist (Spin FlashTM-Trockner, hergestellt von APV Anhydro).
  • Die Messung der Partikelgröße wurde durch Laserdiffraktion durchgeführt: die Pulver wurden auf einem kleinen vibrierenden Pulverzuführgerät verteilt, in die Luft gemischt und durch den Laserstrahl eines Malvern Particle Sizers Serie 2600 weggeblasen/abgesaugt.
  • Partikelgrößenmessungen werden ausgedrückt als Rosin-Rammler-Bennett (RRB) – Durchschnittsdurchmesser d' und als RRB-Steigungsparameter n (siehe zum Beispiel DIN Standard 66145 oder verschiedene Textbücher, einschließlich Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6. Edition (1984) S. 8–5).
  • Die Fließfähigkeit eines Pulvers wurde dadurch gemessen, daß etwa 10 g Pulver in einen stark geneigten Trichter geschüttet werden, der auf einem Tisch liegt. Wenn der Trichter vorsichtig mit der Hand entfernt wird, wird das Pulver als ein mehr oder weniger kegelförmiger Haufen zurückbleiben. Die Fließfähigkeit wird durch den Schüttwinkel ausgedrückt, gemessen mittels eines in der Hand gehaltenen Winkelmessers. Der normale Bereich für sprühgetrocknete Pulver ist von 30 Grad oder weniger ("gut") bis 45 Grad oder mehr ("schlecht"). (Es wird Bezug genommen auf Cheremisinoft, N., Hydrodynamics of Gas-Solids Fluidization, (1984), S. 6). Die Klebeeigenschaften werden eingeschätzt, indem die Kruste untersucht wird, die auf einer Menge von einem Löffel von Pulver gebildet wurde, wenn es einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60% bzw. 80% bei 20°C über 24 Stunden ausgesetzt wurde.
  • Die Daten, die bei den Experimenten 1 und 2 erhalten wurden, sind unten in Tabelle 1 gezeigt.
  • Figure 00150001
  • Aus den obigen Daten wird klar, daß ein frei fließendes, nicht verklebendes Magermilchpulver (SMP) mit einer hohen Schüttdichte erhalten wird.
  • Außerdem ist wird die Energiewirksamkeit durch den Verbrauch von weniger Trocknungsluft belegt, wenn das pulverförmige Produkt gemäß der Erfindung hergestellt wird.

Claims (26)

  1. Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen Produkts aus einer Protein enthaltenden Flüssigkeit, die einen Feststoffgehalt aufweist, das folgende Schritte aufweist: Zurverfügungstellen eines ersten Zuführstromes einer Protein enthaltenden Flüssigkeit, Zurverfügungstellen eines zweiten Zuführstromes mit einem höheren Feststoffgehalt als der erste Zuführstrom, Vermischen des ersten Zuführstromes und des zweiten Zuführstromes, wodurch ein Hauptstrom erhalten wird, Erhitzen des Hauptstromes in einem Heizgerät, Überführen des erwärmten Hauptstromes an einen Separator, schnelles Separieren flüchtiger Komponenten aus dem erwärmten Hauptstrom, wodurch ein Protein enthaltendes Hauptstromkonzentrat erhalten wird, und den Schritt, zumindest einen Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats einem Trocknungsschritt zu unterziehen, wodurch ein pulverförmiges Produkt erhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsschritt in einem Wirbelschnelltrockner ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in kg/h gemessene Verhältnis der durch den ersten Zuführstrom zugeführten Menge zu der durch den zweiten Zuführstrom zugeführten Menge höchstens 1:20 ist, eher bevorzugt höchstens 1:40, am meisten bevorzugt höchstens 1:100.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats in den zweiten Zuführstrom zurückgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Protein enthaltende Hauptstromkonzentrat in einen Recyclingstrom und einen Trocknungsstrom aufgeteilt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Recyclingstrom als zweiter Zuführstrom verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Proteingehalt der Protein enthaltenden Flüssigkeit wenigstens 3% des gesamten Feststoffgehalts beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lactose höchstens 55% des Feststoffgehalts der Protein enthaltenden Flüssigkeit ausmacht.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Protein enthaltende Flüssigkeit Fett aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fettgehalt mindestens 0,5% des Feststoffgehalts beträgt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Protein enthaltende Flüssigkeit mindestens 20% Feststoffgehalt aufweist, bevorzugt mindestens 30%, und noch bevorzugter mindestens 40%.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Protein enthaltende Flüssigkeit Magermilch, Vollmilch, Buttermilch, Milchproteinkonzentrat, Na-Caseinat, Ca-Caseinat, pflanzliches Protein, pflanzliches isoliertes Protein, Sojaprotein, von Milchzucker befreite Molke, Sahne, Butter, Shortening, Kokosnußmilch, Ei, Eiweiß, Blut oder mit Malz versetzte Milch ist.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät ein Wärmetauscher ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgerät ein ohmsches Heizgerät ist.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Protein enthaltende Flüssigkeit bis zu einer Temperatur unterhalb der Koagulationstemperatur der Proteine der Flüssigkeit erhitzt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 30°C und 100°C liegt, bevorzugt zwischen 35°C und 65°C, und noch bevorzugter zwischen 35°C und 40°C.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Protein enthaltenden Flüssigkeit im Separator im Bereich zwischen 25°C und 95°C liegt, bevorzugt zwischen 30°C und 60°C, und noch bevorzugter zwischen 30°C und 35°C.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Separator im Bereich zwischen 0.05 und 0.9 bar liegt, bevorzugt zwischen 0.1 und 0.3 bar.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Protein enthaltende Konzentrat mindestens 25% Feststoffgehalt aufweist, bevorzugt mindestens 50%.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Recyclingstrom mindestens 80% des Feststoffgehaltes des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats aufweist, bevorzugt mindestens 85%.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, des weiteren aufweisend eine kontinuierliche Rückführung des Protein enthaltenden Konzentrats.
  22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats ein Zuführstrom ist, der einem zweiten Erhitzungsschritt in einem zweiten Heizgerät unterzogen wird, und einem zweiten Separationsschritt, wodurch ein Protein enthaltendes zweites Hauptstromkonzentrat erhalten wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Protein enthaltenden zweiten Hauptstromkonzentrats einem Trocknungsschritt unterzogen wird.
  24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Protein enthaltenden Hauptstromkonzentrats mit einem Sekundärstrom vermischt wird, bevor es dem Trocknungsschritt unterzogen wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstrom Vitamine, Proteine, Fette und/oder Kohlenhydrate aufweist.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsstrom vor dem Trocknungsschritt abgekühlt wird.
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