Anreichern und Benetzen von pulverförmigen Lebensmitteln mit Flüssigkeiten in diskontinuierlichen Mischaggregaten

Ziel war es, den Prozess des Anreicherns und Benetzens von Pulvern mit Flussigkeiten zu untersuchen. Einen Schwerpunkt stellten dabei die Benetzungsvorgange dar. Unter Verwendung verschiedener, reiner Flussigkeiten sowie diverser Feststoffsysteme wurden eine Reihe grundlegender Benetzungsphanomene untersucht. Dabei ist zwischen dem Spreiten der Flussigkeit auf den Feststoffoberflachen und deren Penetration in das porose Innere einzelner Partikeln zu unterscheiden. Das Spreiten hangt neben der chemischen Zusammensetzung der festen und der flussigen Phase auch von der Struktur der Feststoffoberflache ab. Der in diesem Zusammenhang relevante Einfluss der Rauhigkeit auf den Kontaktwinkel konnte qualitativ anhand eines einfachen, geometrischen Modells unter Berucksichtigung des Laplacedruckes der Tropfen und des Kapillardruckes der Rauhigkeiten erklart werden. Tropfen benetzender Flussigkeiten dringen stets in Poren, mit welchen sie in Kontakt kommen, ein. Aber auch eine Penetration von Tropfen nicht benetzender Flussigkeiten in einzelne Kapillaren ist, wie gezeigt, moglich, sofern ein kritisches Verhaltnis zwischen Tropfen- und Porenradius nicht uberschritten wird. Des weiteren wurde die Kinetik des Durchfeuchtens von Pulverschuttungen untersucht. Unter Verwendung einer modifizierten Form der Washburn-Gleichung, dem gemessenen Radius der Poren und eines entsprechenden Formfaktors konnte die Geschwindigkeit, mit welcher verschiedene, in Form eines Kontinuums vorliegende Flussigkeiten in die Pulverschuttungen eindringen, berechnet werden. Auf der Basis dieser modifizierten Washburn-Gleichung wurde ein einfaches Modell fur die Tropfenpenetration in porose Oberflachen entwickelt und experimentell verifiziert. In einer Reihe weiterer Versuche wurden verschiedene Pulver im Pflugscharmischer mit Flussigkeiten versetzt. Es konnte gezeigt werden, dass bei hochporosen Einzelpartikeln und einer ausreichend feinen Zerstaubung samtliche Flussigkeit in die Partikeln penetriert. Daher andern sich die Fliesfahigkeit und die Partikelgrose des Pulvers bis zur Sattigung des Partikelinneren nur unwesentlich. Anders ist dies bei agglomerierenden Pulverprodukten, welche aus nicht porosen Einzelpartikeln bestehen. Hier hat die Flussigkeit einen erheblichen Einfluss auf die pulvertypischen Eigenschaften, da sie auf der Partikeloberflache vorliegt. Auf der Grundlage der Agglomeration kann eine maximale Flussigkeitskonzentration der Pulver definiert werden. Unter Verwendung einer von Leuenberger angegebenen Gleichung, bzw. unter Voraussetzen einer bestimmten Partikelporositat war es moglich, diese kritische Produktfeuchte der Pulver zu berechnen. Weiterhin konnte in Ubereinstimmung mit den Uberlegungen zur Benetzungsfahigkeit ein aus porosen Einzelpartikeln bestehendes Pulverprodukt, bei feinem Verdusen der flussigen Komponente, mit einer nicht benetzenden Flussigkeit durchfeuchtet werden. Abschliesend erfolgte eine Diskussion verschiedener prozessseitiger Einflussgrosen. Fur die unerwunschte partielle Agglomeration eines Pulvers im Spruhkegel einer Duse, uber welche die Flussigkeit zugegeben wird, wurde ein auf verschiedenen Massen- und Impulsbilanzen beruhendes Modell erarbeitet und experimentell uberpruft. Es zeigte sich, dass eine Verringerung des Flussigkeitsdurchsatzes durch die Duse und eine Intensivierung der Fluidisierung der Partikeln den Anteil an agglomeriertem Produkt erheblich zu reduzieren vermag.