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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Trocknen einer Protein enthaltenden Flüssigkeit wie
Milch und aus Milch gewonnenen Flüssigkeiten zur Herstellung
eines pulverförmigen
Produkts.
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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.
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Hintergrund
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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.
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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%.
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Außerdem können die Milchpulver funktionelle
Zusätze
enthalten, wie z.B. Emulgatoren, Stabilisatoren und Geschmacks-
oder Farbzusätze.
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Milchpulver werden zu verschiedenen
Zwecken als Bestandteile menschlicher und tierischer Nahrung verwendet.
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Stand der
Technik
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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.
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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).
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Das erwähnte Verfahren des Standes
der Technik ist in der Industrie weit verbreitet. Es hat jedoch mehrere
Nachteile.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Verdampfungseinheit eines Systems
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Durchführen
des Verfahrens.
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2 zeigt
die Einheit aus 1, verbunden
mit einer Trocknungseinheit gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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 Flash
TM-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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Hauptstrom, der erhalten wird,
indem der erste Zuführstrom
und der zweite Zuführstrom
vermischt werden, wird in einer geeigneten Heizvorrichtung erhitzt.
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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.
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Eine andere Heizvorrichtung ist eine
Elektro-Heizvorrichtung, die eine volumetrische Erwärmung über direktes
Erwärmens
mittels elektrischem Widerstand erzeugt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispiele von pflanzlichen, Protein
enthaltenden Flüssigkeiten
sind pflanzliche Proteine, isolierte pflanzliche Proteine, Sojaproteine
und Kokosnußmilch.
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Weitere Protein enthaltende Flüssigkeiten
sind Ei, Eiweiß,
Blut und Shortening.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein weiterer Zweck der Bereitstellung
des Sekundärstroms
ist, die Konzentration der Gesamtfeststoffe vor dem Trocknen zu
erhöhen.
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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.
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Dementsprechend kann der Sekundärstrom Fette,
Proteine, Kohlenhydrate, Vitamine, Mineralien oder Mischungen hiervon
enthalten.
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Beispiele von Fett sind tierische
oder pflanzliche Fette, wie Schmalz, Butter, Butterfett, Kokusnußöl, Palmöl.
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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.
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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.
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Normalerweise wird eine Mischung
aus den obigen verwendet werden, zum Beispiel aus Magermilchpulver,
Vollmilchpulver und Molkeproteinkonzentraten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine detaillierte Beschreibung des
Systems gemäß der Erfindung
wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geliefert.
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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.
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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.
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Wie aus den obigen Ausführungen
deutlich wird, umfaßt
die Erfindung auch ein System mit mindestens zwei Verdampfungseinheiten,
wobei die Einheiten in Serie geschaltet sind.
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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.
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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.
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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.
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Beispiele
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Die Erfindung und die erhaltenen
Vorteile werden durch die Ergebnisse des folgenden Experiments 1 (Vergleich)
und Experiment 2 (gemäß der Erfindung)
deutlich.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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Die Daten, die bei den Experimenten
1 und 2 erhalten wurden, sind unten in Tabelle 1 gezeigt.
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Aus den obigen Daten wird klar, daß ein frei
fließendes,
nicht verklebendes Magermilchpulver (SMP) mit einer hohen Schüttdichte
erhalten wird.
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Außerdem ist wird die Energiewirksamkeit
durch den Verbrauch von weniger Trocknungsluft belegt, wenn das
pulverförmige
Produkt gemäß der Erfindung
hergestellt wird.