Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mehrstufige Sprühtrocknung: Wirbelschicht-Sprühagglomeration zur kontrollierten Agglomeration von milchbasierten Mehrkomponenten-Systemen

In der Lebensmittelverarbeitung wird vielfach die Wirbelschicht-Agglomeration eingesetzt, um die Eigenschaften von Lebensmittelpulvern, insbesondere die Dispergier- und Dosierbarkeit, zu verbessern. Es handelt sich hierbei um ein sehr energieeffizientes Verfahren, dessen Potentiale durch die Kombination mit einem Sprühtrockner in Form einer mehrstufigen Sprühtrocknung gesteigert werden könnten.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung bzw. Erarbeitung eines modifizierten Sprühtrocknungsverfahrens zur Herstellung forciert agglomerierter Lebensmittelpulver. Am Beispiel von Milchpulver (Mager- und Vollmilchpulver) sowie von Mehrkomponentenpulvern soll gezeigt werden, dass sich durch die Führung der Agglomeration als Sprühagglomeration (Agglomeration durch Eindüsung einer Flüssigkeit) eine optimalere Partikelgrößenverteilung und eine stärkere Partikelbindung erreichen lässt und sich hierdurch die Produktqualitäten signifikant verbessern (bessere Fließfähigkeit, größere mechanische Stabilität sowie verbessertes Dispergierverhalten).

Durch eine Integration der Agglomeration in den Sprühturm entstehen besonders für KMU neue Möglichkeiten, Spezialprodukte mit hoher Flexibilität und vertretbarem finanziellen Aufwand herzustellen. Eine bessere Prozessstabilität (Produktionszyklendauer und Varianz der Produkteigenschaften), bessere Produktqualitäten (Fließfähigkeit und Agglomeratstabilität) sowie eine erhöhte Rezepturflexibilität werden es KMU erlauben, neuartige bzw. gegenüber dem Marktstandard signifikant verbesserte Produkte herzustellen.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsprojekt wurde die Prozessintegration von Sprühtrocknung und Agglomeration untersucht, einem Schlüsselprozess für die Strukturierung partikulärer Produkte. Besonderes Augenmerk wurde auf den Wassergehalt und die Klebrigkeit der Partikel gelegt, die in Echtzeit gemessen und kontrolliert wurden, sowie auf deren Einfluss auf die Partikelgröße. Die Ergebnisse zeigen, dass die natürliche Agglomeration in bestimmten Bereichen begrenzt ist und eine forcierte Agglomeration durch Bindemittel notwendig ist, um größere Partikelstrukturen zu erzeugen. Die Verbesserung von Mess- und Steuerungskonzepten ermöglicht eine zielgerichtete Zugabe von Bindemitteln während des Agglomerationsprozesses. Zur Anpassung der Prozesse in Echtzeit an die gewünschten Eigenschaften wurde zunächst Wasser als Bindemittel verwendet. Darüber hinaus wurden diverse funktionelle Bindemittel getestet, wobei lediglich geringe Unterschiede in den Agglomerateigenschaften festgestellt wurden. Beide Verfahren wurden erfolgreich zur Herstellung qualitativ hochwertiger Agglomerate angewendet.

Die Forschungsergebnisse erweitern das Verständnis für die Echtzeitmessung und ermöglichen eine präzise Regelung des Wassergehalts und der Klebrigkeit. Dadurch wird ein stabiler Prozess gewährleistet, der es ermöglicht Agglomerationsprozesse zu optimieren, die Produktqualität zu verbessern, die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken. Die zugrundeliegende Theorie zur bindemittelfreien Agglomeration wurde bestätigt und kann als Grundlage für die Implementierung des untersuchten Prozesses dienen. Dadurch kann die Effizienz in der mehrstufigen Sprühtrocknung in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie gesteigert werden.