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Verfahren zum Herstellen eines schnellöslichen Milchpulvers
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Milchpulver,
bei dem ein Milchpulver aus Klümpchen oder Agglomerierungen vieler Einzelteilchen
entsteht, so daß das erzeugte Produkt besonders leicht löslich ist.
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Man kennt Verfahren zum Herstellen von Milchpulver, bei denen Milchkonzentrat
zerstäubt und getrocknet wird. Man hat auch schon vorgeschlagen, dem Milchkonzentrat
vor dieser Behandlung Laktose zuzusetzen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren,
bei dem das vorkonzentrierte und mit Laktose versetzte Gut in einer ersten Trocknungsstufe
bei der Zerstäubung durch Einführung von Luft mit einer Eintrittstemperatur von
116 bis 149° C bis zu einem Wassergehalt von 10 bis 18 0/0 .getrocknet, in der Zerstäuberzone
agglomeriert und in einer zweiten Trocknungsstufe, die eine Trocknung in einem Zyklon
und einem Tellertrockner mit einer Eintrittstemperatur der Luft von 85 bis 93 bzw.
116° C einschließt, ohne Zerstörung der agglomerierten Klümpchen bis zu einem Wassergehalt
von 5% getrocknet und anschließend mit Luft gekühlt wird, wobei sich im Endprodukt
ein Wassergehalt von 2 bis 4% einstellt. Dabei sei bemerkt, daß die in den einzelnen
Verfahrensschritten zum Erwärmen ohne Kühlen des Gutes zugeführte Luft in der üblichen
Weise durch Zyklone od. dgl. aus dem Verfahrensablauf wieder ausgeschieden wird.
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Das nach der Erfindung hergestellte Produkt weist eine gute Benetzbarkeit
mit Wasser auf und führt zu einer sehr guten Milch, bei der ein wesentlicher Teil
des Laktosegehaltes in der Form von identifizierbarer Alpha-Laktose vorhanden ist..
Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß die Klümpchenbildung im Gut steuerbar
ist, wobei der Feuchtigkeitsgehalt auf einen Zwischenwert vermindert wird und erst
dann durch einen weiteren Trockenschritt auf den gewünschten Endwassergehalt durch
Verfahrensschritte gesenkt wird, in der die Klümpchen nicht zerstört werden.-. _
` Das Verfahren soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigt
F i g. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Ausführung der
Erfindung geeignet ist, und F i g. 2 ein Diagramm über die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt
bei verschiedenen Stufen des Verfahrens.
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Nach F i g. 1 wird das Milchkonzentrat, dem Laktosekristalle zugesetzt
sind, durch den Einlaß 11 in den Zerstäuber 10 geführt. Gleichzeitig wird Luft mit
einer Temperatur von etwa 116 bis 149° C durch Rohre 15 in der Nähe der Zerstäuberelemente
eingeleitet, während zusätzliche Luft durch das Rohr 17 tangential in die Zerstäuberkammer
eingeführt werden kann. Das in der Kammer erzeugte Pulver hat vorzugsweise einen
Wassergehalt von nicht über 18%. Es ist gefunden worden, daß das Pulver bei einem
Wassergehalt von 20% oder darüber zum Zusammenkleben in unerwünscht große Klümpchen
neigt.
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Dieses Zwischenprodukt wird aus dem Boden der Zerstäuberkammer 13
durch die Leitung 19 abgezogen, die das Gut tangential in zwei Sammel- oder Trennzyklone
21 und 23 führt. Das Gut fällt unten aus den Zyklonen 21, 23 in den zweiteiligen
Schnekkenförderer 25, der durch den Motor 27 angetrieben wird und das Gut über den
Stutzen 29 in den Kanal 31- abgibt. Das. Gut hat an dieser Stelle vorzugsweise einen
-Wassergehalt von annähernd 12 bis 13 0/0. Durch den Kanal 31 strömt erhitzte
Luft von etwa 85 bis .93° C ein, die durch einen Radiator 33 erwärmt und durch das
Gebläse 35 bewegt wird. Der Kanal 31 entlädt das Gut tangential in den oberen Teil
des Zyklons 37, das auf den Boden von Zyklon 37 fällt und durch die Leitung 39 abgeführt
wird. An dieser Stelle hat das Gut vorzugsweise einen Wassergehalt von etwa 8 bis
9 %.
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Aus der Leitung 39 strömt das Gut in einen Tellertrockner 41, der
durch Luft erhitzt wird, die aus dem Radiator 43 über die Rohre 45 und 47 unter
den Tellern
in dem Trockner austritt, Diese Luft hat eine Temperatur
von ewa 116° C und wird aus dem Trockner nach oben durch die Leitung 49 in den Zyklon
51 abgeführt. Die dort ausgeschiedenen Teilchen werden über die Leitung 53 wieder
dem Tellertrockner zugeführt. Aus dem Tellertrockner 41 tritt das Gut durch die
Leitung 64 in einen Tellerkühler 55 und wird dort durch Luft gekühlt, die von dem
Gebläse 57 durch die Rohre 59 in die Verzweigung 61 unter dem Tellertrockner 55
gedrückt wird. Das von der Kühlluft mitgenommene Gut wird über die Leitung und den
Zyklon 51 wieder in den Prozeß eingeführt. Aus dem Tellerkühler 55 fällt das fertige
Pulver durch die Leitung 65- in den Speicher. Dabei hat es einen Wassert gehalt
von etwa 2 bis 3 % für Vollmilch und von 3 bis 4 % für nicht fette Milch.
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Bei der Trocknung in dem Zerstäuber ist ein wesentlicher Prozentsatz
von Laktose in glasartigem Zustand vorhanden. Diese Laktose ist bei dem in dieser
Stufe vorhandenen Wassergehalt etwas klebrig; die Teilchen werden sich infolge dieser
Klebrigkeit zu Klümpchen agglomerieren. Eine merkliche Menge der Teilchen kann infolge
der dem Konzentrat beigemengten Keimkristalle im wesentlichen ihre Laktose als Alpha-Laktosehydrat-Kristalle
enthalten, die bei dem vorhandenen Wassergehalt nicht klebrig sind. Diese verschiedenen
Teilchen werden jedoch vollständig gemischt, so daß die meisten nicht klebrigen
Teilchen mit den klebrigen Teilchen zu Klümpchen agglomeriert werden. Die Feuchtigkeit
der Teilchen ist, wenn sie in den Trocknungszyklon 37 einströmen und aus diesem
wieder hinausgehen, ausreichend, so daß die Klümpchen nicht unter eine gewünschte
Größe zerbrechen. Die Tellertrocknungsstufe hat keine wesentliche Wirkung auf das
Zerbrechen der Klümpchen, so daß das Gut, das bei dem in dieser Stufe erreichten
Feuchtigkeitsgehalt nicht länger klebrig ist, die gewünschte Agglomerierung beibehält.
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Apparate, die von der in F i g. 1 erläuterten Ausführungsform etwas
abweichen, können ebenfalls benutzt werden. Sie können z. B. die feinen Teilchen,
welche aus dem Tellertrockner 41 durch das Rohr 49 und aus dem Kühler 55 durch das
Rohr 63 abgeleitet werden, auch in die Trockenkammer 13 oder in das Rohr 19 zurückgebracht
werden. Ferner kann ein Zyklon von entsprechender Größe an _ Stelle der beiden Zyklone
21 und 23 eingesetzt werden. Das Gut kann auch durch einen mechanischen Förderer
aus den Zyklonen 21 und 23 unmittelbar an einen Tellertrockner abgegeben werden,
der dann etwas vergrößert werden muß, um das gewünschte Ausmaß an Tellertrocknung
herbeizuführen.
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Das Diagramm nach F i g. 2 zeigt .abhängig von der Zeit die Temperatur
und den Wassergehalt in den verschiedenen Stufen des Verfahrens. Auf dem linken
Teil der F i g. 2 zeigt die senkrecht schraffierte_Fläc-e 70 die Temperaturen des
Gutes bei Durchführung des Verfahrens in einem niedrigen. Temperaturbereich, beginnend
in einem Temperaturbereich von etwa 63 bis 80° C und endend nach einem proportionalen
Zeitintervall in einem Bereich von 43 bis 57° C. Wenn das Verfahren unter hohen
Temperaturen durchgeführt wird, kann man die Temperatur des Gutes auf etwa 150°
C erhöhen, wie es durch die diagonal schraffierte Fläche 72 angegeben ist. Die gebrochene
Linie, die durch Ziffer 74 bezeichnet ist, zeigt den Wassergehalt des Produkts,
der in dieser Stufe von etwa 88 auf etwa 5501o sinkt. Diese Angaben beziehen sich
auf eine einstufige Verdampfung. Man kann aber auch zuerst eine leichte Konzentrationsstufe,
gefolgt von einer zweiten Verdampfung anwenden, um ein Konzentrat mit den angegebenen
Eigenschaften zu erzeugen.
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Am Ende der Konzentrationsstufe wird das Konzentrat mit Laktosekristallen
gemischt, bevor es in den Zerstäubungstrockner eingeführt wird. Die Temperatur des
Gutes kann vor der Einführung in den Zerstäubungstrockner erniedrigt werden. F i
g. 2 zeigt die Einführung des Konzentrats in den Zerstäubungstrockner bei einer
Temperatur von etwa 24 bis etwa 57° C. Es sei hierbei bemerkt, daß die Menge der
zugesetzten Laktosekristalle von dei Temperatur, bei der das Konzentrat in den Zerstäubungstrockner
eingeführt wird,. abhängig ist, wobei eine größere Zusatzmenge bei den höheren Temperaturen
notwendig ist.
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Der Temperaturbereich des Gutes in dem ersten Trocknungsschritt ist
durch die senkrecht schraffierte Fläche 76 angegeben. Die gebrochene Linie, hier
mit 78 bezeichnet, zeigt, daß die erste Trocknung in dem Zerstäuber den Wassergehalt
von etwas mehr als 50 auf etwa 12 0lo vermindert. Die horizontal schraffierte Fläche
80 zeigt die Temperatur der Luft während dieser ersten Trocknung in dem Zerstäuber,
die mit etwa 150 bis zu etwa 115° C eintritt und diese Stufe mit etwa 53 bis 71°
C verläßt.
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Der nächste Teildes Diagramms, der als zweite Trocknung bezeichnet
ist, schließt Trocknen in dem Tellertrockner 41 nach F i g. 1 ein. Die Temperatur
des Gutes ist hier durch die senkrecht schraffierte Fläche 82 angezeigt, die von
etwa 44 bis 54° C auf etwa 68 bis 74° C am Ende der Trocknung ansteigt. Die durch
die horizontal schraffierte Fläche 84 angezeigte Lufttemperatur liegt in diesem
zweiten Trocknungsbereich beim Lufteintritt zwischen 85 bis 93° C und sinkt beim
Austritt auf etwa 70 bis 76° C.
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Die diagonal schiaffierte Fläche 86 zeigt die Lufttemperaturen in
dem Tellertrockner 41, die über denen im Zyklon 37 liegen und von einer Einlaßtemperatur
von etwa 116° C auf eine Austrittstemperatur von etwa 88° C sinken. Zu diesem Abschnitt
des Diagramms ist zu bemerken, daß die Trocknung im Tellertrockner 41 eine kürzere
Zeitdauer einnimmt als die Trocknung im Zyklon 37.
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In diesen beiden Trocknungsstufen wird der Wassergehalt des Gutes,
der durch die gebrochene Linie 88 angezeigt ist, von etwa 12 auf etwa 2 bis 5 0/a
vermindert. Der letzte Abschnitt des Diagramms zeigt die Kühlung des Gutes durch
die Fläche 90, dessen Anfangstemperatur von 65 bis 74° C auf eine- Endtemperatür
von etwa 29 bis 35° C sinkt.
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Es- ist verständlich, .daß ...die Angaben des Dia---gramms nach F
i g. 2 Abwandlungen unterworfen sein können, die von den Eigenschaften des Konzentrats
und anderen veränderlichen Faktoren abhängen. Beispielsweise kann der Wassergehalt
bei der Behandlung von Vollmilch in den verschiedenen Stufen etwas niedriger sein
als bei der Behandlung von Magermilch. Das -Diagramm dient deshalb nur als Erläuterung
für charakteristische Verfahrensbedingungen.
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In F i g.1 ist als letzte Trocknungsstufe ein Tellertrockner vorgesehen,
der hier zweckmäßiger ist als ein Zyklon oder ein Luftwirbeltrockner. Der Tellertrockner
dient der Erhaltung der geklumpten Teilchen, die bei der geringeren Feuchtigkeit
des Gutesin
dieser Stufe leicht zerbrechen. Die dabei anfallenden
feinen Teilchen werden nach F i g. 1 aus dem Tellertrockner 41 in frühere Stufen
des Verfahrens zurückgebracht: Zur unmittelbaren Kennzeichnung des fertigen Produkts
kann man Siebe nach DIN 4188 benutzen. Es wurde gefunden, daß man das Verfahren
so steuern kann, daß der Hauptteil des Produkts durch ein Sieb mit 1,4 mm Maschenweite
und 0,1 mm Drahtdurchmesser hindurchgeht und auf einem Sieb mit 0,14 mm Maschenweite
und 0,1 mm Drahtdurchmesser zurückgehalten wird.
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Obwohl man das Verfahren auch so steuern kann, daß es einen etwas
engeren Bereich für die Größe der Klümpchen ergibt, so zeigte sich doch, daß der
obige Bereich für die meisten Zwecke angemessen ist. Gewöhnlich wird bei gutem Betrieb
der Teil des Produkts, welcher nicht durch das weitermaschige Sieb geht, meist vernachlässigbar
sein. In gleicher Weise wird die Menge, die durch das engmaschige Sieb hindurchgeht,
ganz gering im Verhältnis zu dem Gesamtprodukt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung ist folgendes:
Ausgangsstoff ist konzentrierte nicht fette Milch, die 47% Gesamtfeststoffe enthielt.
Dieses Konzentrat wurde nach einem früheren Verfahren mit Laktose gemischt und durch
einen rohrförmigen Wärmeaustauscher in den Zerstäuber eingeführt, wobei die Temperatur,
wenn gewünscht, bis auf etwa 52° C erhöht werden kann, wie es durch die Fläche 76
in F i g. 2 angegeben ist. Die dabei benutzte Geschwindigkeit und das Volumen der
Luft waren die gleichen wie bei der herkömmlichen Trocknung. Die Temperatur betrug
143° C. Die zugeführte Menge des Konzentrats wurde schnell so eingestellt, daß die
Luftauslaßtemperatur des Primärtrockners bis auf etwa 63° C sank. Bei dieser Temperatur
war das vorgetrocknete Gut, das aus den Zyklonen 21 und 23 in F i g. 1 austritt,
nicht ganz ausreichend geklumpt, so daß die zugeführte Menge des Ausgangsstoffes
etwas erhöht wurde, um die Austrittstemperatur der Luft bis auf 57° C zu erniedrigen.
Bei dieser Temperatur war die Klumpung völlig befriedigend. Wenn die Klumpen sehr
zerbrechlich erscheinen, wurde die Temperatur des Ausgangskonzentrats um 2 oder
3° C erhöht, bis die befriedigende Haltbarkeit gesichert war. In diesem Beispiel
betrug die Konzentrattemperatur an dem Zerstäuber 49° C, die Auslaßlufttemperatur
aus dem Primärtrockner 57° C und die Temperatur des Gutes, das aus den Zyklonen
21 und 23 austritt, war 46° C. Der Wassergehalt des geklumpten Gutes an dieser Stelle
betrug 13%. Es wurde fortlaufend durch die Schnecke 23 in den Stutzen 29 und in
den längeren Kanal 31 geführt, durch den es durch die Sekundärtrocknungsluft bei
88° C in den Zyklon 37 gefördert wurde. Die Luft, die den Zyklon 37 oben verläßt,
hatte eine Temperatur von 71° C. Das aus dem Bodenauslaß des Zyklons 37 austretende
Gut hatte einen Wassergehalt von 811/o. Es wurde durch den Kanal 39 in den Tellertrockner
41 gefördert, wo es mit Trocknungsluft von etwa 110° C in Berührung gebracht wurde.
Das Gut trat aus dem Tellertrockner mit einem Wassergehalt von weniger als 5% bei
einer Temperatur von 71° C aus. Von dem Tellertrockner ging das Gut in den Tellerkühler
55, dem durch das Gebläse 57 Kühlluft zugeführt wurde. Das getrocknete und gekühlte
Produkt, welches den Tellerkühler durch Auslaßrohr 65 verließ, hatte eine Temperatur
von 33° C und einen Wassergehalt von 4 %.
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Das so erhaltene fertige Produkt zeigt eine augenblickliche Benetzbarkeit
in einem einzigartigen Ausmaß, was den geklumpten Anteilen zuzuschreiben ist. Dieser
ist so groß, daß 95% des fertigen Produkts durch ein Sieb mit 1,4 mm Maschenweite
und 0,1 mm Drahtdurchmesser hindurchging und auf einem Sieb mit 0,14 mm Maschenweite
und 0,1 mm Drahtdurchmesser zurückblieb.
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Es sei noch bemerkt, daß an Stelle des Zentrifugalzerstäubers und
der konisch geformten Primärtrockenkammer, die nach F i g. 1 vorgesehen sind, auch
andere Apparate für die primäre Trocknungsstufe benutzt werden können. Beispielsweise
wurde auch ein Kastentrockner mit Sprühzerstäubern und: mit ununterbrochener Entfernung
des Gutes von dem Boden mittels eines Ausräumers benutzt, aus dem das Gut fortlaufend
an die zweiten und dritten Trocknungsstufen geleitet wurde.