Powder Bed Structure and Imbibition - A Study of Spray Dried Dairy Powders
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Klumpbildning då pulver tillsätts till en vätska är ett problem som många känner igen. Det kan förekomma då såsen ska redas eller när en kopp varm choklad ska blandas till från kakaopulver. Samma problem uppträder också i industrin, där många ingredienser distribueras i pulverform. Att använda torra ingredienser (pulver) inom industrin har fördelar då dessa produkter har en låg vattenaktivitet, vilket gör det svårt för bakterier att växa. Detta leder till att hållbarheten för pulver är mycket lång. Pastöriserad mjölk har exempelvis en hållbarhet på ca 1 vecka i en kyld omgivning, medan mjölkpulver kan lagras i flera år i rumstemperatur utan att förlora sin kvalitet. Klumpbildning då pulver ska lösas upp innebär dock stora problem inom en del branscher. Klumpbildning kan exempelvis påverka kulören på en färg vid tillsättning av pigment eller näringsinnehållet i barnmat om en kritisk ingrediens inte fullständigt upplöses. Bildade klumpar ger dessutom slutprodukten ett utseende som sällan accepteras av konsumenter. Generellt ska förekomst av klumpar därför minimeras inom industrin.
För att en klumpfri upplösning av pulver ska kunna ske så är det viktigt att vätska snabbt tränger in i de bäddar (sjok) av pulverpartiklar som antingen bildas på en vätskeyta efter tillsättning av pulver eller rörs ner under ytan på grund av omrörning. Vätningen av sådana pulverbäddar styrs enbart av de kapillärkrafter och det flödesmotstånd som ges av bäddens interna struktur och är därför svår att påverka med omrörning eller olika former av mixningsutrustning. En snabb och effektiv vätning av en pulverbädd innebär att de enskilda partiklarna i bädden dispergerar sig väl i den tillsatta vätskan vilket ger klumpfri upplösning. En långsam vätning ger istället gelning av pulvermaterialet vilket förhindrar fortsatt vätning och genererar klumpbildning. I denna studie har de fenomen som styr vätning av pulverbäddar undersökts. Målet har varit att öka kunskapen kring klumpbildning genom att etablera en länk mellan pulveregenskaper och klumpbildningsrisk. Förhoppningen har varit att den ökade kunskapen ska kunna möjliggöra en tillverkning av pulver med en minskad risk för klumpbildning vilket skulle innebära energibesparingar då upplösning av pulver sker inom industrin.
I den här studien har spraytorkade mejeripulver undersökts. Genom att undersöka och jämföra olika analysmetoder för morfologi (form och uppbyggnad) har lämpliga parametrar tagits fram för karakterisering av spraytorkade pulver. Denna information har kopplats till vätningen av pulverbäddar och påverkan av dessa parametrar på pulverbäddars täthet och flödesmotstånd har etablerats. Resultaten visar dessutom att mycket luft innesluts i pulverbäddar vid vätning, vilket innebär att vätningen innefattar komplexa flödesfenomen.
Resultaten visar också att strukturen hos en pulverbädd inte kan anses vara konstant vid kontakt med ett lösningsmedel (t.ex. vatten). Interaktionen mellan pulver och vatten orsakar upplösning av partiklarna i pulvret, vilket ökar vattnets viskositet och försvårar vätningen. En kraftig svällning av enskilda partiklar var också tydlig, vilket antas förändra bäddstrukturen och därmed försvåra vätningen. Detta gör att den givna modellen behöver kompletteras med denna typ av information för att ge en fullständig bild av förloppen som styr klumpbildning.
Klumpbildning då pulver tillsätts till en vätska är ett problem som många känner igen. Det kan förekomma då såsen ska redas eller när en kopp varm choklad ska blandas till från kakaopulver. Samma problem uppträder också i industrin, där många ingredienser distribueras i pulverform. Att använda torra ingredienser (pulver) inom industrin har fördelar då dessa produkter har en låg vattenaktivitet, vilket gör det svårt för bakterier att växa. Detta leder till att hållbarheten för pulver är mycket lång. Pastöriserad mjölk har exempelvis en hållbarhet på ca 1 vecka i en kyld omgivning, medan mjölkpulver kan lagras i flera år i rumstemperatur utan att förlora sin kvalitet. Klumpbildning då pulver ska lösas upp innebär dock stora problem inom en del branscher. Klumpbildning kan exempelvis påverka kulören på en färg vid tillsättning av pigment eller näringsinnehållet i barnmat om en kritisk ingrediens inte fullständigt upplöses. Bildade klumpar ger dessutom slutprodukten ett utseende som sällan accepteras av konsumenter. Generellt ska förekomst av klumpar därför minimeras inom industrin.
För att en klumpfri upplösning av pulver ska kunna ske så är det viktigt att vätska snabbt tränger in i de bäddar (sjok) av pulverpartiklar som antingen bildas på en vätskeyta efter tillsättning av pulver eller rörs ner under ytan på grund av omrörning. Vätningen av sådana pulverbäddar styrs enbart av de kapillärkrafter och det flödesmotstånd som ges av bäddens interna struktur och är därför svår att påverka med omrörning eller olika former av mixningsutrustning. En snabb och effektiv vätning av en pulverbädd innebär att de enskilda partiklarna i bädden dispergerar sig väl i den tillsatta vätskan vilket ger klumpfri upplösning. En långsam vätning ger istället gelning av pulvermaterialet vilket förhindrar fortsatt vätning och genererar klumpbildning. I denna studie har de fenomen som styr vätning av pulverbäddar undersökts. Målet har varit att öka kunskapen kring klumpbildning genom att etablera en länk mellan pulveregenskaper och klumpbildningsrisk. Förhoppningen har varit att den ökade kunskapen ska kunna möjliggöra en tillverkning av pulver med en minskad risk för klumpbildning vilket skulle innebära energibesparingar då upplösning av pulver sker inom industrin.
I den här studien har spraytorkade mejeripulver undersökts. Genom att undersöka och jämföra olika analysmetoder för morfologi (form och uppbyggnad) har lämpliga parametrar tagits fram för karakterisering av spraytorkade pulver. Denna information har kopplats till vätningen av pulverbäddar och påverkan av dessa parametrar på pulverbäddars täthet och flödesmotstånd har etablerats. Resultaten visar dessutom att mycket luft innesluts i pulverbäddar vid vätning, vilket innebär att vätningen innefattar komplexa flödesfenomen.
Resultaten visar också att strukturen hos en pulverbädd inte kan anses vara konstant vid kontakt med ett lösningsmedel (t.ex. vatten). Interaktionen mellan pulver och vatten orsakar upplösning av partiklarna i pulvret, vilket ökar vattnets viskositet och försvårar vätningen. En kraftig svällning av enskilda partiklar var också tydlig, vilket antas förändra bäddstrukturen och därmed försvåra vätningen. Detta gör att den givna modellen behöver kompletteras med denna typ av information för att ge en fullständig bild av förloppen som styr klumpbildning.
Avdelning/ar
- Department of Food Technology, Engineering and Nutrition
Publiceringsår
2015
Språk
Engelska
Fulltext
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Ämne
- Food Engineering
Nyckelord
- powder bed structure
- Imbibition
- powder morphology
- porous media
Status
Published
Handledare
- Fredrik Innings
- Christian Trägårdh
- Björn Bergenståhl
- Marie Paulsson
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-8774303-0
Försvarsdatum
5 juni 2015
Försvarstid
09:30
Försvarsplats
Lecture hall C, Kemicentrum, Getingevägen 60, Lund University, Faculty of Engineering, Lund
Opponent
- Sam Saguy (Professor)