Kontakt-Scheibentrockner Allgaier

1) Trocknung von Milchkonzentrat mit dem Kontakt-Scheibentrockner. Bild: Allgaier

Entscheider-Facts

  • Ein neuer Kontakt-Scheibentrockner wurde für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie untersucht.
  • Die Untersuchungen zeigen, dass sich die Maschine sehr gut für milchbasierte Produkte eignet.
  • Produkteigenschaften können reproduzierbar und individuell eingestellt werden.

Der CDry ist ein dampfbeheizter Scheibentrockner, der nach dem Prinzip der Kontakttrocknung arbeitet. Durch die große Wärmeübertragungsfläche auf engem Raum und die robuste Betriebsweise, hat er sich in den vergangenen Jahren zur Trocknung von feststoffbeladenen Flüssigkeiten in der Feinchemie, Pigment-, Keramik- und Düngemittelindustrie bis hinein in die Abwassertechnik bewährt.

Als CDry food ist er in einer Ausführung für Lebensmittelanwendungen erhältlich. Die Konstruktion ist durch die Anwendung der aktuellen EHEDG Guidelines hygienegerecht und CIP-fähig gestaltet. Durch die gezielte Kombination von Temperatur und Verweilzeit kann bei der Trocknung von Milch ein sehr breites Spektrum an Pulvereigenschaften erzeugt werden. Durch ausführliche Versuchsreihen wurden die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Pulvereigenschaften untersucht und mit marktüblichen sprüh- und walzengetrockneten Pulvern verglichen. Die Milchtrocknung dient damit als ein Beispiel für die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten des Kontakt-Scheibentockners in der Lebensmittelindustrie.

Der Trockner nutzt eine neuartige Methode der Kontakttrocknung: Auf ein sich drehendes, im Innern hohles und mit Sattdampf beheiztes Scheibenbündel, wird mittels sogenannter „feed pipes“ die zu behandelnde Flüssigkeit im Überschuss beidseitig auf alle Scheiben aufgegeben. Die Flüssigkeit läuft von den Scheiben in einen Zirkulationstank ab und hinterlässt auf den Scheibenoberflächen den zu trocknenden Flüssigkeitsfilm. Während das Lösemittel (hier Wasser) verdampft, trocknet der Feststoff auf den Scheibenoberflächen auf und wird bis zur gewünschten Restfeuchte entwässert.

Nach einer Scheibenumdrehung wird der getrocknete Feststoff abgeschabt. Die einfach einzustellenden Messer sind kurz. Sie justieren sich selbst, sodass sie jederzeit optimal an der Scheibe anliegen und den getrockneten Feststoff zuverlässig und verschleißarm abschaben. Die verdampfte Flüssigkeit wird mittels eines Abluftventilators durch einen vergleichsweise geringen Luftstrom mit hoher Wasserdampfbeladung abgeführt.

Kontakt-Scheibentrockner  Allgaier
2) Trocknung von Milchkonzentrat mit dem Kontakt-Scheibentrockner. Bild: Allgaier

Lebensmittelkonforme hygienische Ausführung

Als CDry food ist er nun in einer Ausführung für Lebensmittelanwendungen erhältlich und erfüllt die strengen Anforderungen der EHEDG Guidelines: Die Rohrleitungen sowie der komplette Prozessraum sind CIP-fähig und selbstentleerend konstruiert.

Um Rüst- undReinigungszeiten zu minimieren, wurden intelligente Schnellwechselmechanismen integriert. Im Technikum des Herstellers wurden ausführliche Versuchsreihen zur Trocknung von Magermilch- und Vollmilchkonzentraten mit der Laborvariante des Scheiben-Kontakt-Trockners durchgeführt und so die Einflüsse verschiedener Prozessparameter auf für die Lebensmittelindustrie relevanten Pulvereigenschaften untersucht.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik und Pulvertechnologie der Universität Hohenheim, der Hochschule Neubrandenburg sowie mehreren Industriepartnern wurden ausführliche Versuchsreihen zur Trocknung von Magermilch- und Vollmilchkonzentraten durchgeführt.

Die Wärmebildaufnahmen während der Trocknung von rekonstituierter Magermilch mittels Infrarotkamera (Bild 3) ermöglichen Rückschlüsse auf die Hitzebelastung während der Trocknung. Es ist zu erkennen, dass im Bereich direkt nach dem Auftragen der Flüssigkeit (1), die niedrigsten Temperaturen auftreten. Im Verlauf der Rotation steigt die Produkttemperatur an und die Flüssigkeit wird getrocknet. Je geringer die Drehzahl und je höher der Dampfdruck, desto früher trocknet das Gut auf der Scheibe ab und umso eher im Rotationsverlauf erwärmt sich die Oberfläche.

Diese Darstellung belegt anschaulich, dass die thermische Beanspruchung des Produktes durch die Auswahl des Heizdampfdrucks und der Scheibendrehzahl präzise eingestellt werden kann. Der Trockner kann sowohl produktschonend trocknen als auch mit hohem thermischem Eintrag gezielt höhere Produkttemperaturen erreichen.

Wärmebildaufnahme Allgaier
3) Wärmebildaufnahmen des am Labortrockner getrockneten 36-prozentigem Magermilchkonzentrat in Abhängigkeit von Druck und Drehzahl. Bild: Allgaier

Restfeuchte und HMF-Gehalt als Qualitätskriterien


Die Restfeuchte im Pulverprodukt ist ein sehr wichtiges Kriterium, welches je nach Einsatzzweck des Pulvers in einem sehr engen Bereich spezifiziert wird, zudem ist es ein wichtiger Einflussfaktor auf die Verderblichkeit und Lagerstabilität des Pulvers. Der im Diagramm blau markierte Bereich zeigt den Bereich der Restfeuchte an, der bei der Herstellung von handelsüblichen Milchpulvern angestrebt wird (1,5 - 5,0 %). Neben den Ergebnissen der mit dem Kontakt-Scheibentrockner hergestellten Produkte, sind außerdem die Referenzproben am Markt gehandelter Milchpulver im Diagramm dargestellt.

Bei der thermischen Zersetzung von Zucker oder Kohlehydraten bildet sich Hydroxymethylfurfural. Die Bestimmung des HMF-Gehalts lässt Rückschlüsse auf die Hitzebelastung und Aromabildung während der Trocknung zu. Die sprühgetrockneten Referenzproben besitzen einen sehr geringen Gesamt-HMF-Gehalt, welcher unterhalb derer walzengetrockneter Pulver liegt.

Bei niedriger Drehzahl und damit längerer Trocknungsdauer zeigen sich hohe HMF-Gehalte, bei höheren Drehzahlen sinken die HMF-Gehalte. Dies zeigt, dass es die Kontakt-Scheibentrocknung ermöglicht, sowohl schonend zu trocknen als auch hohe thermische Wirkungen auf das Pulver auszuüben und damit gezielt Aromen zu erzeugen. Dies bietet Spezialitätenherstellern vielfältige Möglichkeiten zur Produktindividualisierung.

Grafik Restfeuchte  Allgaier
4) Restfeuchten der mit dem Kontakt-Scheibentrockner getrockneten Magermilchkonzentrate und Referenzproben. Bild: Allgaier

Schmutzbilder und Freifettanteile im Vergleich

Das Schmutzbild ist bei der Beurteilung der Pulverqualität eine entscheidende Eigenschaft. Verbrannte Partikel im Milchpulver stoßen insbesondere bei hellen Endprodukten auf Ablehnung beim Konsumenten. Nach der Scorched Particle Method des ADP-Institute wird Probenpulver gelöst, gereinigt und filtriert und anschließend das Schmutzbild auf dem Filterpapier anhand von Referenzproben beurteilt. Für sprühgetrocknete Pulver wird meist mindestens Kategorie B und für kontaktgetrocknete Pulver mindestens Kategorie C spezifiziert. Versuche mit rekonstituierter Vollmilch haben gezeigt, dass mit dem Kontakt-Scheibentrockner die besten Ergebnisse dann erzielt werden, wenn bei niedrigen Dampfdrücken und hohen Drehzahlen getrocknet wird. Insgesamt befinden sich alle Proben in einem für Kontakttrockner sehr guten Bereich.

Dies ist vor allem den effektiv arbeitenden Schabern zu verdanken, welche das getrocknete Produkt zuverlässig von den Trocknerscheiben entfernen.

Der Freifettanteil spielt vor allem bei der Anwendung des Pulvers in Schokoladenprodukten eine große Rolle. Ein hoher Freifettanteil verbessert die sensorischen Eigenschaften der Schokolade und den Energieverbrauch beim Conchieren. Der freie Fettanteil zeigt eine Abhängigkeit von der Drehzahl. Je höher die Drehzahl eingestellt wurde, desto niedriger fällt der Freifettanteil aus. Damit bieten sich sehr interessante Individualisierungsmöglichkeiten für unterschiedlichste Endprodukte.

Besonders interessant ist die Möglichkeit, den gewünschten Freifettgehalt sehr zielgerichtet und reproduzierbar einstellen zu können.

Fazit: Die Untersuchungen zeigen, dass sich der Kontakt-Scheibentrockner sehr gut zur Trocknung von milchbasierten Produkten eignet. Die im Milchbereich üblicherweise spezifizierten Eigenschaften können reproduzierbar eingestellt werden. Zudem gehen die erzielbaren Pulvereigenschaften über die mit konventionellen Verfahren erreichbaren Eigenschaften hinaus, was Produzenten vielfältige Individualisierungsmöglichkeiten bietet.

Grafik HMF Gehalte  Allgaier
5) HMF-Gehalte der mit dem Kontakt-Scheibentrockner getrockneten Magermilchkonzentrate und Referenzproben. Bilder: Allgaier Process Technology

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