DE69401604T2

DE69401604T2 - Verbesserte Trocknung von saurer Molke und/oder saurem Permeat

Info

Publication number: DE69401604T2
Application number: DE69401604T
Authority: DE
Inventors: Johann Dollmann; Rudolf Johann Fritsch; Albert Mathias Gotzmann; Josef Sebastian Nassauer
Original assignee: Kraft Jacobs Suchard R&D Inc USA
Current assignee: Kraft Foods R&D Inc USA
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2014-04-01
Also published as: ATE148307T1; AU5919094A; AU673579B2; DE69401604D1; EP0619075B1; DK0619075T3; ES2097001T3; CA2119117A1; EP0619075A1; NZ260269A; US5580592A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Trocknen von Sauermolke und/oder Sauermolkenpermeat. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist besonders ein Verfahren zum Sprühtrocknen der sauren Art von Käsemolke oder Casein, von teilweise entlactosierter Sauermolke oder einem Sauerpermeat, das durch Ultrafiltration von Sauermolke und/oder saurer Käsemilch erhalten wurde. Dies wird durch Einspritzen eines trockenen neutralisierenden genießbaren Calcium- oder Magnesiumsalzes während des Sprühtrocknens der Sauermolke und/oder Permeatprodukte und Trocknen des sich ergebenden Produktes erreicht.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Es ist weithin bekannt, daß die Sprühtrocknungstechnologie zu schwerer Verstopfung des Sprühturmes und des damit verbundenen Zyklonabscheiders führt, wenn Sauermolke und/oder Sauerpermeat sprühgetrocknet werden. Diese Situation führt zu sehr kurzen Laufzeiten und macht es deshalb unmöglich, die zunehmende Menge an Sauermolke und/oder Sauerpermeat, die sich aus der Frischkäseproduktion ergeben, zu handhaben. Die Verschmutzung und Verstopfung in dem Sprühturm kann teilweise durch Zugabe von circa 30 bis 40 Gew.-% Süßmolke zu der sauren Mischung oder durch Zugabe einer geringeren Menge an Süßmolke mit einem inerten Trennmittel verringert werden.
US-A-3840996 schlägt während des Trocknens einer Mineralstoff-enthaltenden wäßrigen Proteinlösung, wie zum Beispiel einer sauren oder süßen Käsemolke oder einer modifizierten Käsemolke, die Zugabe eines Trocknungsmittels, wie zum Beispiel Tricalciumphosphat oder Calciumhydrogenphosphat zu der Haupttrockenkammer, wie zum Beispiel einem Sprühtrockner vor. Bei Verwendung einer Fraktion mit niedrigem Molekulargewicht, die aus der Molekularsieb-Harztrennung der Käsemolke erhalten wird, wird die Verwendung eines Feststoffgehaltes bezogen auf eine zwischen circa 25%ige und circa 35%ige Gewichtsbasis gelehrt. Es wird darüber hinaus beschrieben wie das Trocknungsmittel bei einer Feststoff-Einspeisungsrate zugefügt wird, die zwischen circa 1 Gew.-% und circa 10 Gew.-% modifizierten Käsemolkenfeststoffen als Einspeisung in den Trockner entspricht.
FR-A-2212101 beschreibt ein Behandlungsmittel, das dem Zerstäubungsturm während der Sprühtrocknung von Molke als ein Pulver zugefügt werden kann. Dieses Behandlungsmittel enthält 1 bis 25% fein verteiltes Siliciumdioxid, 5 bis 60% von mindestens einem Erdalkalimetallsalz einer natürlichen Fettsäure und 30 bis 80% Magnesiumoxid oder Magnesiumhydroxid.
In einem Artikel unter dem Titel "Calcium as an Adjuvant for Spray-Drying Acid Whey" [Calcium als ein Adjuvans zum Sprühtrocknen von Sauermolke] von H.W. Modler und D.B. Emmons, J. Dairy Sci 61:294-299 wird eine Reihe von Experimenten beschrieben, in welchen Sauermolke mit einem Feststoffgehalt, der bei circa 22 bis 24% aufrechterhalten wurde, in einem Trockner in einer Pilotanlage dem Sprühtrocknen unterzogen wurde. In diesen Experimenten wurden der Molke vor dem Sprühtrocknen CaO und/oder CaCl&sub2; zugefügt. Obwohl die behandelte Molke leicht trocknet, wurde das Produkt als kreidig, bitter und zäh mit einem hohen Löslichkeitsindex beschrieben. Eine Klärung unter Verwendung einer Entschlammungszentrifuge verbesserte den Geschmack weitgehend, verringerte den Löslichkeitsindex, erhöhte die Klarheit des Produktes nach Rekonstitution, verringerte den Aschegehalt und verminderte den Verschleiß der Trocknungsausrüstung.
Zu anderen zur Verwendung gekommenen Verfahren zählen das in US-A-3615644 beschriebene, das ein Verfahren zur Entmineralisierung einer bei großer Hitze behandelten entlactosierten Molke nutzt und auch Molkenverarbeitungsschritte zur Verbesserung der Trocknungscharakteristika des Materials vorsieht. Dies wird durch Kristallisieren des flüssigen Molkenproduktes und Entfernen der Lactosekristalle erreicht. Die sich ergebende Molke wird geläutert und auf einen pH von 3,9 bis 4,2 für Cheddar-Käsemolke und 4,65 bis 6,5 für Süßmolke eingestellt, wobei die geläuterte Molke einer Elektrodialyse unterzogen wird, wobei das elektrodialysierte Material eingedickt und das sich ergebende Produkt sprühgetrocknet wird. US-A-4057655 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines freifließenden Lactulose-enthaltenden Pulvers aus Molkenlösungen oder -permeaten durch Zugabe von Calciumhydroxid, um den pH auf 9,4 bis 11,2 einzustellen, Erhitzen der Lösung, um den pH auf 7,5 bis 9 zu senken, dann Homogenisieren, Eindicken und Trocknen des sich ergebenden Produktes. Dieses Patent bezieht sich auf die Verwendung von Calciumhydroxid zur Überführung von Lactose in Lactulose. US-A-4088791 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines freifließenden modifizierten Molkenpulvers durch Bilden einer Emulsion aus Titandioxid, Fett und Wasser, Neutralisieren (pH 6,7 bis 7,4) der Emulsion und Zugabe der Emulsion zu einer eingedickten Molke und Sprühtrocknen des Produktes. Der Neutralisationsschritt wird durch die Zugabe von Calciumlactat oder einer Kombination aus Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Magnesiumcarbonat erreicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Sprühtrocknen eines Molkereiproduktes, das aus Sauermolke und sich von Sauermolke herleitenden Produkten ausgewählt wird, das folgendes umfaßt: Eindicken von genanntem Produkt durch Verdampfen, Einspeisen von genanntem Molkereiprodukt in einen Sprühtrockner und Einspritzen von bis zu 10 Gew.-% des Fertigproduktes eines trockenen, genießbaren Salzes in genannten Sprühtrockner und Trocknen des sich ergebenden Produktes, dadurch gekennzeichnet, daß das Molkereiprodukt kristallisierte Lactose enthält, aus Sauermolke, Sauermolkenpermeat und saurem Käsemilchpermeat ausgewählt wird und ohne vorherige Neutralisation auf eine Konzentration im Bereich von Gew.-% bis 60 Gew.-% Feststoffe eingedickt wurde und daß das trockene, genießbare Salz ein trockenes, neutralisierendes, genießbares Salz ist, das aus Calciumhydroxid, Calciumcarbonat, Calciumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid und Gemischen davon ausgewählt und in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des Fertigproduktes eingespritzt wird. Dieses Verfahren ist ein einfaches Verfahren; ohne die Notwendigkeit, Gebrauch von Mehrfachschritten machen zu müssen, das keine Zugabe einer Süßmolke oder eines Süßpermeates erforderlich macht (obwohl kleine Mengen von Süßmolke oder Süßpermeat vorliegen können), und das Sprühtrocknungsverfahren kann über verlängerte Zeitperioden ohne Verstopfen und Verschmutzung des Turmes durchgeführt werden.

AUSFUHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Rohmaterial ist eine Nebenproduktlösung aus Molkereianlagen, die vorwiegend Lactose enthält. Die Nebenproduktlösung enthält Molke aus der Käseherstellung, wie zum Beispiel Cottage Cheese, Rahmkäse und dergleichen, die in der Industrie als Sauermolke bekannt ist, die schwer zu kristallisieren ist und selbst, wenn sie kristallisiert ist, schwer in ein nicht klebriges, freifließendes Pulver zu trocknen ist. Sie schließt auch die Ultrafiltration von Permeaten aus saurer Käsemilch und/oder -molke ein.
Das Trocknen von Sauermolke und/oder Molkereipermeaten ist so problematisch, daß die meisten Hersteller von Cottage Cheese und Rahmkäse nicht einmal versuchen, ihre Molke zu trocknen. Sie wird ganz einfach in einem Abwasserbehandlungssystem entsorgt oder abgefahren, manchmal wird sie eingedickt, um ihr Volumen vor dem Abfahren zu verringern.
Gewöhnliche Molke wird gemäß ihrem Milchsäuregehalt in die Kategorien von Sauermolke eingestuft, die eine titrierbare Acidität von nicht weniger als 0,40% und Süßmolke, die eine titrierbare Acidität von nicht größer als 0,16% aufweist. In dieser Erfindung kann die Sauermolke von der Art sein, die aus Käse oder Casein, teilweise entlactosierter Sauermolke oder -permeat, das durch Ultrafiltration von Sauermolke und/oder saure (durch synthetische Kulturen sauer gewordene) Käsemilch erhalten wurde.
Vor dem Einspeisen der Sauermolke und/oder dem Sauerpermeat in den Sprühtrockner werden diese Materialien durch Verdampfen auf 45 bis 60 Gew.-% Feststoffe, die ein pastenähnliches Material bilden, eingedickt. Dieses pastenähnliche Material wird über eine Zeitperiode gelagert, um die Kristallisation des größten Teils der Lactose zu veranlassen. Die sich ergebende Paste wird in den Sprühtrockner eingespeist, der bei Temperaturen im Bereich von 110ºC bis 200ºC aufrechterhalten wird, um ein Trockenpulver zu produzieren, das den Sprühturm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 30 Gew.-% verläßt. Ein sich anschließender Erhitzungsschritt ist zum Trocknen des Pulvers auf Gehalte von 2 bis 5 Gew.-% Feuchtigkeit vorgesehen. Das wesentliche Element bei dieser Erfindung ist, daß während des Trocknungsverfahrens ein trockenes, neutralisierendes, genießbares Calcium- oder Magnesiumsalz in den Sprühtrockner eingespritzt wird, wobei es mit der Sauermolke und/oder dem Sauerpermeat in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf den Gesamtgehalt des Fertigproduktes vermischt wird. Die Menge des trockenen, neutralisierenden, genießbaren Calcium- oder Magnesiumsalzes führt zu einem pH des in dem Endwasser gelösten Molken- oder Permeatpulvers im Bereich von 5,8 bis 7,0.
Bei den trockenen, neutralisierenden, genießbaren Calcium- und/oder Magnesiumsalzen, die in dieser Erfindung verwendet werden können, handelt es sich um Calciumhydroxid, Calciumcarbonat, Calciumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid und Gemische davon.
Der signifikante Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Einspritzung des trockenen, neutralisierenden, genießbaren Salzes in den Sprühtrockner mit der Sauermolke und/oder dem Sauerpermeat, die kristallisierte Lactose enthalten, ein Verfahren vorsieht, das im wesentlichen frei von Verstopfung und Verschmutzung des Sprühturmes und des damit assoziierten Zyklonabscheiders über verlängerte Zeitperioden für eine Dauer bis zu 4 bis 5 Tagen oder länger ist.
Die Nutzung der beanspruchten Erfindung sieht eine hochwünschenswerte Sprühtrocknungstechnik für Sauerpermeate aus ultrafiltrierter saurer Käsemilch oder ultrafiltrierter Sauermolke vor, wo die Sprühtrockung dieser Produkte bisher äußerst schwierig und in einigen Fällen überhaupt nicht möglich war.
Die folgenden Beispiele sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung vorgesehen.

BEISPIEL 1

Ein Gemisch aus 50 Gew.-% Sauermolke und 50 Gew.-% Sauerpermeat wurde zu einer Trockenmasse von 52,3% (der pH war 4,37) eingedickt und einen Tag bei einer Temperatur von 24ºC gelagert. Das sich ergebende Konzentrat mit teilweise kristallisierter Lactose wurde bei einer Fließrate von 1500 Litern pro Stunde in einen Sprühtrockner gespeist. Die Lufteinlaßtemperatur des Sprühtrockners lag bei 130ºC, und die Auslaßtemperatur betrug 53ºC. Durch Luft in den Turm transportiertes trockenes Calciumhydroxid wurde bei einer Konzentration von circa 1,3 Gew.-% des fertigen sprühgetrockneten Produktes eingespeist. Die Sprühdüse für das Calciumhydroxid wurde circa 1,5 m unter der Sprühscheibe angebracht, um eine homogene Beschichtung der Tröpfchen des zu trocknenden Materials zu erlauben. Das Produkt fällt dann in einen Trommeltrockner mit einer Einlaßtemperatur der Luft von 178ºC und einer Auslaßtemperatur von 101ºC.
Die Analyse der Zusammensetzung des Fertigproduktes zeigte die folgenden Daten:
Gesamtfeststoffe 97,8 %
pH-Wert (7 g in 100 ml) 6,15
5 Fett 1,9 %
Protein 5,16%
NaCl 2,69%
Lactose 64,8 %
Calcium 2,6 %
Milchsäure 9,73%
Asche 13,0 %
Es wurden zusätzliche Versuche durchgeführt, wobei die Sauermolke oder das saure Konzentrat vor dem Sprühtrocknen durch Zufügen von Natriumhydroxid und getrennt Calciumhydroxid zu der Flüssigphase zur Erhöhung des pH von 4,2 bis 5,8 neutralisiert wurde. Während des Sprühtrocknens wurde innerhalb einer Stunde eine starke Verstopfung des Turmes sowohl mit dem Zufügen von Calciumhydroxid als auch Natriumhydroxid zu der Molke beobachtet.
In ähnlicher Weise stellt die Einspritzung von trockenem Natriumhydroxid in den Sprühturm keine signifikante Verbesserung bereit. Auch die Einspritzung einer wäßrigen Calciumhydroxid-Lösung zu der flüssigen Molke oder dem Permeat oder ihrem Konzentrat während des Sprühtrocknens stellte keine Verbesserungen im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung bereit.
Folglich ist die direkte Einspritzung von trockenen, pulverförmigen, neutralisierenden, genießbaren Calciumoder Magnesiumsalzen in den Sprühtrockner ein ausschlaggebendes Element der vorliegenden Erfindung. Es sieht die optimalen Reaktionsbedingungen vor, um ein freifließendes Pulver zu erhalten. Es wird angenommen, daß die Einspritzung von trockenen, pulverförmigen, neutralisierenden Calciumsalzen unverzüglich eine große innere Oberfläche durch Beschichtung der sprühgetrockneten Bestandteile erzeugt und zu einer allgemeinen Verringerung der Wasserkonzentrationen an der Oberfläche führt. Dies erlaubt die optimale und wirksame Kristallisation der Lactose in agglomerierte Partikel ohne Verstopfung. Es wird darüber hinaus angenommen, daß die Zugabe der trockenen gepulverten, neutralisierenden Calcium- oder Magnesiumsalze in die Sauermolke und/oder das Sauerpermeat die kinetischen Bedingungen verbessert, um eine fast vollständige Ausfällung der organischen Säuren, wie zum Beispiel der unlöslichen Calciumsalze von Milchsäure, Phosphorsäure und Citronensäure zu erlangen.
Ein anderer Effekt der direkten Pulvereinspritzung besteht darin, die hitze- und alkaliinduzierten Verschlechterungsreaktionen, wie zum Beispiel die Bildung von Lactulose aufgrund der minimalen Exposition gegenüber Hitze und Alkali, auf ein Minimum zu beschränken.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Sprühtrocknungstechnologie sind wie folgt:
- Sprühtrocknen von reiner Sauermolke und/oder reinem Sauerpermeat ohne Notwendigkeit des Vorliegens von Süßmolke.
- Ausgezeichnete Löslichkeit der Fertigmolke oder des Permeatpulvers.
- Sichere Handhabung der trockenen Calciumsalze (im Vergleich zu wäßrigen Calciumsalz-Lösungen).

Claims

1. Verfahren zum Sprühtrocknen eines Molkereiproduktes, das aus Sauermolke und sich von Sauermolke herleitenden Produkten ausgewählt wird, das folgendes umfaßt: Eindicken von genanntem Produkt durch Verdampfen, Einspeisen von genanntem Molkereiprodukt in einen Sprühtrockner und Einspritzen von bis zu 10 Gew.-% des Fertigproduktes aus einem trockenen, genießbaren Salz in genannten Sprühtrockner und Trocknen des sich ergebenden Produktes, dadurch gekennzeichnet, daß das Molkereiprodukt kristallisierte Lactose enthält, aus Sauermolke, Sauermolkenpermeat und saurem Käsemilchpermeat ausgewählt wird und ohne vorherige Neutralisation auf eine Konzentration im Bereich von 45 Gew.-% bis 60 Gew.-% Feststoffe eingedickt wurde und daß das trockene, genießbare Salz ein trockenes, neutralisierendes, genießbares Salz ist, das aus Calciumhydroxid, Calciumcarbonat, Calciumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid und Gemischen davon ausgewählt und in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% des Fertigproduktes eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% des genannten trockenen, neutralisierenden, genießbaren Salzes in genannten Sprühtrockner eingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß genanntes, trockenes, genießbares, neutralisierendes Calciumsalz Calciumhydroxid ist.