Was verursacht Viskosität beim Sprühtrocknen? Wie lässt sich die Viskosität kontrollieren?

Was verursacht Viskosität beim Sprühtrocknen? Wie lässt sich die Viskosität kontrollieren?

 Zusammenfassung:

Sprühgetrocknete Lebensmittel werden in zwei Kategorien unterteilt: nicht-klebrige und viskose. Nicht-klebrige Zutaten lassen sich leicht sprühtrocknen, der Trockner ist einfach konstruiert und das fertige Pulver fließt problemlos. Beispiele für nicht-klebrige Materialien sind Eipulver, Milchpulver, Lösungen sowie Maltodextrin, Gummi und Proteine. Bei klebrigen Lebensmitteln treten unter normalen Sprühtrocknungsbedingungen Probleme auf. Sie haften meist an den Wänden des Trockners oder werden in Trockenkammern und Transportsystemen unbrauchbar, was zu Betriebsstörungen und geringen Produktausbeuten führt. Typische Beispiele sind zucker- und säurehaltige Lebensmittel.

Viskosität ist ein Phänomen, das beim Trocknungsprozess von glykolsäurereichen Lebensmitteln auftritt. Die Viskosität eines Pulvers ist eine Form der Kohäsion und Adhäsion. Sie erklärt die Viskosität zwischen den Partikeln (Kohäsion) und die Viskosität zwischen Partikel und Wand (Adhäsion). Die Bindungskraft zwischen den Pulverpartikeln beruht auf deren inneren Eigenschaften, der Kohäsion, die zur Bildung von Massen im Pulverbett führt. Daher muss die Kraft, die zum Aufbrechen der Pulveragglomerate erforderlich ist, größer als die Kohäsion sein. Adhäsion ist eine Grenzflächeneigenschaft, die die Haftung der Pulverpartikel an der Sprühtrocknungsanlage beeinflusst. Kohäsion und Adhäsion sind Schlüsselparameter für die Auslegung des Trocknungsprozesses und der Trocknungsbedingungen. Die Oberflächenzusammensetzung der Pulverpartikel ist maßgeblich für die Viskosität verantwortlich. Die Kohäsion und Adhäsion verschiedener Oberflächenmaterialien von Pulverpartikeln unterscheiden sich. Da beim Trocknen eine große Menge an gelöstem Stoff an die Partikeloberfläche transportiert werden muss, ist die Viskosität im Volumen vorhanden. Beide Viskositätseigenschaften (Kohäsion und Adhäsion) können bei der Sprühtrocknung zuckerreicher Lebensmittel gleichzeitig auftreten. Die Viskosität zwischen den Partikeln entsteht durch die Bildung von festen und beweglichen Flüssigkeitsbrücken, mechanischen Ketten zwischen den Molekülen sowie elektrostatischen und gravitationsbedingten Bindungen. Hauptgrund für das Anhaften von Pulverpartikeln an den Wänden der Trockenkammer ist der Materialverlust beim Sprühtrocknen von zucker- und säurereichen Lebensmitteln. Bei längerer Lagerung trocknet das Pulver an den Wänden.

Es führt zu zähflüssig

SSprühtrocknungstechnologie zur Wiederverwertung von pulverreichen Lebensmitteln. Besonders problematisch sind niedermolekulare Zucker (Glucose, Fructose) und organische Säuren (Zitronensäure, Äpfelsäure, Weinsäure). Niedrigmolekulare Substanzen mit hoher Wasseraufnahme, Thermoplastizität und niedriger Glasübergangstemperatur (Tg) führen zu Viskositätsproblemen. Die Sprühtrocknungstemperatur liegt über Tg20.°C. Die meisten dieser Komponenten bilden weiche Partikel auf der viskosen Oberfläche, was zu einer erhöhten Viskosität des Pulvers und schließlich zur Bildung einer pastösen Struktur anstelle eines Pulvers führt. Die hohe molekulare Beweglichkeit dieses Moleküls ist auf seine niedrige Verglasungstemperatur (Tg) zurückzuführen, die in Sprühtrocknern, die üblicherweise bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, zu Viskositätsproblemen führt. Die Hauptmerkmale sind die Glasübergangstemperatur und die Temperatur der Umwandlung in die amorphe Phase. Der Glasübergang findet in einem harten, festen, amorphen Zucker statt, der sich in eine weiche, gummiartige Flüssigkeit umwandelt. Festes Glas hat eine niedrige Oberflächenenergie und haftet nicht an Oberflächen mit niedriger Energie. Durch den Übergang vom glasartigen in den gummiartigen Zustand (oder in die flüssige Phase) kann die Oberfläche des Materials angehoben werden, und die Wechselwirkung zwischen Molekül und fester Oberfläche kann beginnen. Bei der Lebensmitteltrocknung befindet sich das Produkt in einem flüssigen oder klebrigen Zustand, und das flüssige/klebrige Lebensmittel, dem das Bindemittel (Wasser) entzogen wird, wird glasartig. Wenn sich die Lebensmittelrohstoffe nicht von einer hohen Trocknungstemperatur unter die Glasübergangstemperatur verändern, behält das Produkt eine hohe Viskosität bei. Wenn diese Art von Lebensmittel mit einer energiereichen festen Oberfläche in Berührung kommt, bleibt es daran haften.

Viskositätskontrolle 

Es gibt zahlreiche materialwissenschaftliche und verfahrenstechnische Methoden zur Viskositätsreduzierung. Zu den grundlegenden materialwissenschaftlichen Methoden gehören Materialien mit hochmolekularen, flüssigen Trocknungszusätzen, um die Temperatur außerhalb der Verglasungsumwandlung zu erhöhen. Verfahrenstechnische Methoden umfassen die Beschichtung der Wände und des Bodens der mechanischen Kammer.