团聚工艺及其装置的制作方法

专利名称：团聚工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使颗粒食物，尤其是使可溶咖啡或速溶咖啡团聚的工艺和一种实现这种团聚的装置。
颗粒食物的团聚，特别是可溶咖啡粉末的团聚已经在食品工业中实施，这主要是为了改善食物粉末恢复水份的性能(溶解度)、增加颗粒的尺寸以提高消费者对产品的兴趣和调节处理过的产品的堆积密度。通常，在可溶咖啡颗粒团聚时，是使这些颗粒与湍流的蒸汽喷流相接触。当蒸汽冷凝时，颗粒表面会变得潮湿和粘稠。在湍流蒸汽域内，这些粘稠的颗粒会相互碰撞和粘附。其后，在颗粒干燥后，颗粒之间的融粘层得以固化，从而产生团聚物。
喷雾干燥塔已用来实现这种团聚。喷雾干燥的可溶咖啡颗粒是由侧面喷入塔内，在塔内，这些颗粒与一股蒸汽喷雾相接触，然后掉落到塔底收集品的部位。所生产的这种团聚物的粒度分布极不规则，而且，除了团聚物外，还回收百分比较高的碎屑，其数量一般达到进料的35-75%。对团聚装置来说，还存在这样的要求，即团聚装置应能收集粒度分布较窄的团聚物和/或收集百分比较低的碎屑排出物。具体地说，是要求为可熔咖啡和类似的干燥提取物特别设计和制造一种团聚器。这种团聚器应能允许在湿润/蒸烘干燥状态下进行独立运行，以生产较深色、较硬的团聚产品，同时使循环减至最少，从而改善挥发物的滞留性。
授予B.Sienkiewicz等人的美国专利第2977203号叙述了前面描述的可溶咖啡颗粒的传统团聚。近来，工作人员已尝试着改进团聚工艺以生产一种具有焙炒磨碎外观的团聚物。美国专利第4594256号、第4594257号和第4594258号已经提出了实现这一目的许多种不同工艺。赫休(Hsu)在美国专利第4640839号和第4724620号中公开了一种使可溶咖啡团聚的工艺和装置。在这种装置中，沿垂直路径落下的咖啡颗粒与沿水平方向向内流动的含水气体相接触。气体在相对静止的状态下环封着这些可溶咖啡颗粒，使颗粒变得潮湿并融粘在一起。然后，再使潮湿和融粘的颗粒干燥。据说这种工艺能够生产具有焙炒磨碎外观的团聚物以及能够使浅色冻干咖啡的颜色变深。
目前已研究出一种工艺，该工艺很适合于细碎的可溶咖啡粉末和其它用途粉末的松散颗粒的团聚。该工艺是将可溶咖啡颗粒排放到一个细长容室的顶部，从顶部落下的干燥颗粒粒幕与一对蒸汽分配器喷出的蒸汽相接触，该两个蒸汽分配器是相互隔开的以产生与颗粒粒流交叉的稀薄蒸汽喷雾。然后，颗粒在一股层流空气中向下落去，以使团聚物的表面得到部分干燥，最后，团聚物掉落在一条传送带上、然后送往一个干燥器，以生产含湿量为5%或更低的最终团聚物。
团聚开始于连续的粉末粒幕在两个喷出的蒸汽喷雾会聚于落下粒幕的扩张型蒸汽分配器之间进入团聚器器室的时候。在细碎的颗粒粒幕快要进入团聚器内时产生约小于0.040英寸，理想的是约小于0.015英寸水柱的微小负压，以便使蒸汽弥漫在团聚器器室内。因此，就产生了一个相对于颗粒落入团聚区的落入点附近大气的微小负压。在团聚物离开团聚区后，受潮的团聚物不受约束地发散开，从而其颗粒密度得以减小到使其内部团聚物的碰撞达到最小的程度。然后，落下的团聚物粒幕自由地通过一个调温区，在调温区内，团聚物的表面至少部分地受到一股与其向下并流、温度最好低于200°F的层流干燥空气干燥。在团聚过程中，粉末的含湿量比初始颗粒含温量增加了至少50%，最高达到400%，湿润团聚物的含湿量约为6-8%。
潮湿团聚物自由落下，被收集在传送器的平展表面上。一般来说，团聚物颗粒通常堆积在一个料床上，料层厚度为一、两层团聚物，当需要一种粗粒团聚物时，料层厚度还可更厚，这是通过改变传送带的速度进行控制的。团聚物最后干燥到含湿量为5%或更低的程度，这种干燥一般会使含湿降低至少50%，更通常的情况是，使最终含湿量达到3.0%到4.5%。
本发明还公开了一种可溶咖啡颗粒团聚装置，它包括将可溶咖啡粉末以一种自由落体的稀薄粒幕形式向下送进的送料装置。提供该送料装置是用来使稀薄粒幕发生团聚，该送料装置包括一对蒸汽分配器，每一个蒸汽分配器都有多个以相对方向向内、向下喷汽的独立蒸汽孔，其中一块喷雾板对着另一块。调温区位于紧靠团聚区下方的位置，它可以使空气环绕受潮的团聚物以层流形式向下流动。一个水平传送器位于调温区的底部，它可以收集潮湿团聚物，并将它的传送到一个独立的干燥区，在干燥区内，团聚物可以在一个流化床或其它型式的干燥器内干燥到具有稳定含湿量的程度。
前述团聚装置配置有一个位于团聚器上部末端的装置，该装置可产生相对于粉末落入团聚区内的落入点的、约低于0.04英寸水柱的微小负压。
独立的蒸汽孔可排列成多种形式。这些孔也可以使蒸汽与水平面成锐角向内喷出，蒸汽孔的孔径通常小于1/8英寸，最好是小于1/16英寸，它们位于多排对准的分隔开的孔线上。提供负压产生装置，即可使向下流动的层流空气和与向下环流空气接触从而使产品可以渐渐落下并使其表面得到干燥的中部低温空气相结合。团聚物收集在一个水平传送器上，并且传送到一个独立的干燥区。
本发明具有广泛的用途，它可以用于生产喷雾干燥的和冻干的咖啡粉末团聚物，以及生产其它食物(例如类似于奶酪这样的干奶制品)的团聚物，而且象橙那样的柑橘属水果干果汁和类似的果汁也可以便利地进行团聚。
由此可见本发明包括下述阶段使咖啡粉末在一个湍流蒸汽区内变湿和融溶，用温热的层流空气流使湿润的团聚物升温，然后，在一个独立的加工步骤中对团聚物作最终的干燥处理。独立的蒸烘区段和干燥区段允许对团聚物的两种独立相进行优化，这在传统的团聚操作中没有实施过。调温区内层流空气的温度一般小于200°F，通常要大于125°，最常见的是小于140-175F°之间。这种工艺的咖啡受热程度远较许多现有技术小得多，因此所造成的滋味和香味的损失也少得多。
蒸汽分配器的多个分散的蒸汽开口孔径为1/8英寸，比较理想是1/16英寸或更小。两个对置的蒸汽分配器与垂直方位的夹角可达到30°，一般，每一个蒸汽分配器与垂直方位成15°左右的夹角。
蒸汽分配器设计成具有适应下述几个处理区域的灵活性，即涉及该位置处蒸汽的蒸发、在蒸汽区内的蒸汽量和蒸汽滞留时间。在某些情况下，蒸汽在蒸汽分配器的顶部直接进入团聚区，这样，使得团聚物主要在其表面变湿，而水分没有渗入其核心。另一方面，可以实施一些变更型，在这些变更型中，蒸汽分配器的开口位于设计的蒸烘段颗粒进入点的下面，以使团聚物内部受潮达到各种含湿量和产生一种不规则的团聚物形。
在一个实施例中，该工艺可生产一种具有焙炒磨碎外观的团聚速溶咖啡产品，其中，碎屑成份的最小量一般远小于50%，最好是20%至40%(以所生产的团聚速溶咖啡产品的重量计)。因此，正如在前面Zemelman等人、Leblanc等人以及Vitti等人的美国专利第4594256、4594257、4594258号中所述，可以采取下述步骤生产一种团聚速溶咖啡产品研磨喷雾干燥的咖啡以生产一种平均粒度为25至75微米的磨碎粉末，可以任选地将油(例如压榨咖啡油)加到该粉末上或者将焙炒磨碎的胶状颗粒加到该粉末上，以使这种添加物稍为密实地粘合在一起，因而使粉末形成一种规则成形、粘合松散、结构完好无损的簇团，然后至少使族固外表面融溶、而让其内部充满干燥的粉末。本发明在实现这种融溶和团聚以及随后对团聚物进行干燥处理方面均显示出较现有技术的先进性。
根据下面结合附图所描述的咖啡实施例对此工艺所作的详细描述将使该工艺更易理解，其中

图1是团聚装置和干燥系统的侧视立面图;
图2是该团聚器的俯视图，示出了图1所示装置的空气进气口和团聚器的进料口;
图3是空气进气口之一的正视图;
图4是该团聚器顶部的正视截面图，更详细地示出了除去蒸汽分配器后的空气进气分配器;
图5是用于本发明的一对蒸汽分配器之一的侧视立面图;
图6是该分配器的蒸汽歧管的视图，为表示出歧管的构形作了局部剖除。
参见附图，喷雾干燥的咖啡，一般是喷雾干燥的提取物颗粒在标号30处送到一个配置有磨刀或锤叶装置的费兹米尔(Fitzmill)研磨机内，该研磨机用来将喷雾干燥的物料粉碎成破碎的颗粒。这些细分的可溶咖啡颗粒沿输送线34送往料斗36。
料斗36装在一个旋转式进料器40的上方。物料从进料器40送到斜槽42，并在其上沉积，然后从斜槽通过团聚器进料口44送入团聚区74。一种可选的方法是，可以在斜槽和团聚区之间插入一个进料漏斗，以便导引粉末粒幕。正如下文将要讨论的，斜槽42可以是静止的或者是振动的，这取决于最终所需的颗粒形状。
从斜槽42排出的颗粒物料被装入一个用标号46表示的团聚器内，然后向下掉落在一条很长的水平传送带48上。根据要形成的团聚物，可以实施许多种组合，但是一般都是让稀薄松散速溶咖啡颗粒降雾落下并得以增湿。然后，通过标号50处层流空气对粒幕表面的作用，使颗粒干燥，并且防止粒幕进一步扩散。
湿润团聚物收集在传送皮带48上，物料被排放到携带着湿润团聚物的湿涧团聚物传送装置52上，团聚物最后在流化床干燥器54内进行干燥。一种可选的方法是，传送带48上的湿润团聚物可以直接沉积在流化床干燥器54上。在流化床干燥器54内，物料沉积在第一干燥段56，在该段上，咖啡颗粒开始最后的干燥过程;在第二段58内继续干燥，最后在流动冷却空气60影响下结束干燥过程。干燥过的团聚物从干燥器54排放到一个Sweco圆形筛62，最后作为产品64收集起来。
送入团聚器入口44的细分喷雾干燥的咖啡粉末的含湿量一般为2.0%，不过在加入碎屑和研磨的筛除物时可以使温度更高些。在长形传送带48的排放点处收集所形成的湿度为6～8%的团聚物。在筛62和产品料斗64处回收的最终产品的最后含湿量为5%或更低，一般为3-4%，以便获得深色的效果和一种松散的团聚形态。
本工艺与众不同之处在于使用了位于团聚器46的顶部、可以与封闭壁70和72(图2)配合构成一个蒸烘室74的蒸汽分配器，它们以标号66和68表示。蒸汽分配器将在下文详述，但在任何情况下，它们都是向下伸入团聚器46内大约16～18英寸，并且如图示那样，一般与垂直方位成15°倾斜角。垂直的封闭壁70和72将蒸汽分配器66和68排放的蒸汽封闭在蒸烘区内。
环绕团聚物的降落料流流型的是确保温热空气得以加入的装置，加入空气的温度一般低于200°F，它随在蒸烘室74中形成的潮湿团聚物的下降而逐渐降低。如标号76、78所示，空气流入域最后收紧引向外下方，排气管的位置大约是在自团聚器底部标高的1/3处。空气断路装置80和81一般位于排气管下方，大约在团聚器底部上方团聚器高度的1/6处，并且环绕着团聚器。由于气流断路效应，使气流形成上升环流，然后通过排气装置76、78流出。由于通过空气断路装置80、81流入的空气流的影响，使团聚器终段可能存在的过量蒸汽也形成上升环流并向外流去，从而使以标号82表示的团聚器的最下部区域实际上没有蒸汽喷雾，而只装有可以降下并且最后沉积在长形水平传送带48上的湿润团聚物。
为防止湿润团聚物与团聚器侧壁接触，希望标号84所示的团聚器下端段向外倾斜，一般也是与垂直方位成15°角(该侧壁平行于蒸汽分配器)。锥形段84最终与标号86所示的挠性裙座相连，该裙座使没有空气混入的团聚物物料落在皮带48上，同时可以使物料向前输送。因此，锥形段84的位置相对于落下的团聚物是偏向外下方的。这就允许团聚物物料进一步散开，而又不会与团聚器器壁相接触。板66和68基本上与壁件84平行，以确保落下的颗粒与团聚器器壁的接触达到最小或者完全不接触。
通常，在皮带装置48上的团聚物物料在皮带上的沉积厚度不大于0.5英寸，理想的情况是只有单层物料，尽管应该认识到，在不多的最佳实施例中，使料层厚些看起来似乎要优些。当排放到传送带48上的团聚物以单层传送时，它们会保持这样的单体性。因此，当含湿量为前述的6-8%的湿润团聚物以单层沿传送带48继续传送时，团聚物中的大部分彼此受限制地接触。在不多的希望生产粗粒团聚物的优选实施例中，传送带的速度降低了，以便获得多层团聚物，这些团聚物将融粘在一起形成更大的团聚体。
传送带48包括滚子90、92和白氯丁橡胶皮带48自身。刮刀96将皮带上的团聚物刮净，并且还配置有一个转动刷98，它将皮带上的咖啡碎屑全部扫净，随后皮带继续环行，以便再次接收不断落下的团聚物物料。
应该注意到这一点，进入紧靠挠性裙座86下的团聚室最下部区域82内的大气环流的进入量是最少的。这部分空气有助于除去该区域内的过量蒸汽和/或湿气。
如前面所指出的那样，加温过程发生在较低的温度下，理想的是温度高于140°F的进气，尽管一般可以采用175°F或更高些温度。此温热的空气通过四个空气分配器100、102、104和106(如图2所示)吹入团聚器的顶部。空气在标号108处流入每一分配器，并且流过空气分配器，在那里，空气分别分流入尺寸扩大的通道112、114、116和118内(如图3所示)，然后这些通道就在标号120处向下送出一股环绕团聚器46的蒸烘室74的温热空气。因此，所示四个空气分配器伸入环绕蒸烘区域74的团聚器46，蒸汽分配器66和68以及端壁70、72就装在团聚器46内。
在本工艺中，使含湿量少于3%的细碎干燥进料的松散颗粒流过，以相对湍流方式影响团聚作用。从分配器66和68喷出的收敛蒸汽喷雾与落入团聚器的稀薄松散颗粒喷流相交叉。
蒸汽喷雾是由蒸汽分配器上的多个独立孔产生的，蒸汽分配器可以通过这些孔喷出蒸汽，每一股蒸汽喷雾都与在团聚区74内落下的粉末粒幕相交叉。所产生的蒸汽是均匀的，并且蒸汽量达到使经过引起团聚作用的蒸汽喷雾的产品的湿含量至少加倍的程度。
蒸烘区是由一排排向内下方悬浮着的各个蒸汽喷雾形成的，这些蒸汽喷雾与产品粒幕的向下平面相交叉，每一股蒸汽喷雾向下喷去，与下落颗粒相交叉以使颗粒得到湿润从而形成团聚物凝块。这些微小孔的孔径一般小于1/8英寸，通常为1/16英寸，这些孔是沿每块的长度均匀排列的。每一块板的表面66、68以相对于垂直方位的同样角度悬向下方，因此，蒸汽使所形成的团聚物得到均匀湿润。
参见图5和图6，图中示出了一个蒸汽分配器66。在图5中，所示出的多孔面板100上装在固紧螺钉102，所示出的网筛138上装有固紧螺钉142。在图6中，网筛138和多孔面板100均未示出。所示出的蒸汽分配器66带有一根有6根管柱122、124、126、128、130和132的蒸汽歧管134。在图中可见，蒸汽输入管136为蒸汽歧管134输送蒸汽。六根管122、124、126、128、130和132的蒸汽喷出孔未在图中示出(这些孔面朝分配器外壳的背面)，但每根管柱大约有9个孔，这些孔的口径为3/32英寸，它们用来在分配器的横向范围内提供喷速均匀的蒸汽流。图中还示出了凝液管140。蒸汽分配器68的结构形式与蒸汽分配器66的上述结构形式是类似的。
本工艺的特点是有多个上述的小孔，这些孔的数目可能会有1000个左右或更多，这取决于分配器的横向尺寸可以有多大;根据各种产品的不同粒幕特征而分别设置这些孔。在一个实施例中，小孔孔带可以紧靠团聚区74上部的入口处。在这种产生具有焙炒磨碎外观的可溶咖啡的实施例中，团聚物的表面基本上是湿润的，而内部是相对干燥的。
在其它实施例中，这些排成一排排且最好交错开的小孔的分布面积至多占多孔板66、68相应面积的50%;这种类型的实施例将使粉末的各个颗粒更加湿润，从而融粘在一起形成更大的不规则团聚物。
实际上，本工艺还注重在多孔板中央1/3面积的微孔孔带。这些微孔使咖啡颗粒在与蒸汽接触之前落下。这种接触会导致其与初始蒸汽接触减少，以便能使已经成形的团聚物颜色变深或按所需使冻干产品的颜色变深。
湿润团聚物在分配器66和68之间继续落下，接着与团聚器46内向下层流的温热干空气相接触，导入团聚器内的干空气的温度一般低于200°F，但高于125°F，通常介于140至170°F之间。温热空气将向下流经团聚器很长一段距离，随后这股空气流与来自空气断开装置80和81的、温度更低的上升空气流混合，这股空气的温度一般只有室温那么高，即68°F左右。因此，在调温区的较下端，与上升空气流混合的这股温热空气背离以松散颗粒粒幕形式正在落下的团聚物向外流去，这些团聚物则在排气装置的下游端堆积成料层。
为使这样收集的湿润团聚物变干，配置了一种装置，以便至少除去其含湿量的50%，最好是在流化床干燥器54内干燥，然后在含湿量少于5%时收集上述团聚物。通常，可溶咖啡的含湿量为3～4.5%。
团聚器器壁是要起这种明显的作用，即要使在团聚器最上端处从送气段流来的气流在器壁范围内基本上保持层流状态，并继续向下流入排放管76、78。在该装置调温区内出现的流动完全是层流，即其雷诺数大大地小于2300。可以假定蒸汽分配器66、68的中部和在标号74附近的器室体积是端流区，这是因为进料口粉末形成向下的粉雾以及蒸汽引入角的原因。不过，在颗粒与蒸汽喷雾相混合时，颗粒会如所示那样向外下方流去，然后这些颗粒与流向下方的层流空气相接触，这股空气与调温区内的颗粒相互接触并使颗粒变干。
因此，在尺寸为5平方英尺的团聚装置内，送气装置使温热的空气环绕着矩形轮廓的团聚区74向下流去，在该区域内，蒸汽和颗粒相互碰撞以产生初始团聚效应。向下流动的空气进气流量一般为1000立方英尺/分，而且可以高达2000立方英尺/分，它们拦阻着所形成的团聚物;咖啡粉末的进料率为300英磅/每小时。
在出现的层流流型内，当颗粒继续向下和逐渐地向外落下时，加温继续进行，直到颗粒在一般情况下至少是其表面干燥了为止。
由分配器66、68形成的进料口维持在0.010到0.040英寸水柱的微小负压状态下。此负压使团聚蒸汽弥漫在器室74内。微小的负压是通过控制空气进气方式维持的。这样，使输入空气和排出空气之间保持平衡，为了调节进入气流，采用了转速可变的风扇(未示出)。该风扇装置包括一个通过多根排气管与排成一排的多个集尘器连通的排气扇，以便收集从团聚器逸出的粉粒。这些管道与排气扇汇合并连通。通过调节送气扇的转速，就可维持上面所述的微小负压，以确保团聚物以更加一致的流型落下。
当湿润团聚物连续向下流动时，团聚物通常会有程度较轻的脱水，脱水率通常小于0.5%，这一现象一般称为表面干燥。连续掉落的团聚物最终堆积在皮带48上。裙座84向外的斜度确保了团聚颗粒不间断地向下滑移沉积在皮带48上。
至于分配器66、68，它所喷出的蒸汽一般呈两股旋转交叉喷流形式。端流实际上都是在器室74范围内出现，然后，受潮的团聚物在向下流动的层流空气的干燥作用的控制下继续向外下方落下。
当需要一种不规则的蜂窝状团聚物时，就使用其下段有独立多孔的面板66、68。在蒸汽开始以6磅/英寸2表压接触之前，喷汽筒需要有某种锥形扩口，这种扩口可产生更不规则的团聚形。该颗粒流型使得蒸汽流允许颗粒掉落时散得更开些。大部分蒸汽喷口一般是在每一分配器面板的下半部分，应该理解到，少量的一些喷口可以设在中点的上方。这样，一般无需搅动进入团聚器的咖啡粉末就可获得这种产品，即无需采用振动器42。喷雾干燥的进料在照例磨碎成平均粒度为75～120微米的颗粒后，将要研磨成粒度为20～70微米、粒度标准偏差为35-75%的颗粒。
根据本发明，还有可能产生一种具有更象焙炒磨碎咖啡外观的团聚速溶咖啡。这就要寻找一种粘性很强的粉末，而且在研磨之前可以在喷雾干燥的粉末的表面涂覆一层油。另一种方法是，可以将胶状的焙炒磨碎咖啡与可溶咖啡相混合以增加粉末的粘性。磨过的粉末将以60周/每秒的振动频率振动以产生所说的约0.2英寸的位移。由于振动器41的振动，送往料盘42的咖啡物料将团聚成团，然后送往振动筛以筛出具有明显形状的排放料，即通过6至8目美国标准筛的筛料。所得干燥的团聚颗粒具有明显的立方体形状。
为了确保簇团完好无损，通过靠近每一分配器上半部的面板孔喷出的压力为6磅/英寸2的蒸汽与这些簇团相接触，从而导致了与落下的簇团直接接触并使面板外部变湿的交叉蒸汽喷雾。团聚簇团的粒度为6至10目，最好为8目，并且有少于35%的碎屑、通常为25%以下，比如说20%。团聚颗粒干燥后成为一种深色的簇团，它有着焙炒磨碎的外观，其中心含有未团聚的粉末。团聚产品实际上呈现出较高的挥发滞留性和改进的产品质量，这归因于循环相当低之故。
本发明的装置和工艺也可以用来团聚两种不同的可溶咖啡产品的混合物，例如使可溶咖啡片状粉末和喷雾干燥的可溶咖啡粉末(已磨过或未磨均可)的混合物团聚。类似地，该装置和工艺也可用来以最小的蒸汽-咖啡比(一般小于0.1，最好蒸汽的磅数与咖啡的磅数之比为0.03至0.09)使一种浅色粒状可溶咖啡产品(例如冻干可溶咖啡)的颜色变深。当使粒状可溶咖啡产品颜色变深时，有可能获得高达10Lumetron色度单位的变深效果(即从一种34°L单位的浅色冻干咖啡变成24°L单位的深色的成品)。密度在10至25%范围内的极少量增加就可获得颜色变深的效果，密度值增加量取决于颜色变深的程度。密度的极少量增加是因为只有极少量蒸汽渗入咖啡产品的事实。除了颜色变深和密度增加外，该工艺将改善可溶咖啡的硬度值，而且有能力基本上除去所有的碎屑。
实例实例1此例将描述一种深色咖啡团聚物的生产。
将一种经由传统的高粘性喷雾干燥法生产的、堆积密度约为0.26克/厘米3、含湿量介于2.0～3.0%之间的喷雾干燥的可熔咖啡粉送入费兹米尔式(Fitzmill)D型研磨机中研磨成平均粒度为50微米的颗粒。所产生的研磨过的粉末具有介于0.5～0.6克/厘米3的堆积密度。研磨还可在带有分级机的Micropul磨机中进行。如果需要的话，循环的颗粒在研磨之前可以在螺带式混合机中与新进入的咖啡粉末相混合。
将研磨过的咖啡粉末输送到旋转式进料器的料斗。该旋转进料器以一定的转速运转，转速一般为20-30转/分，它应能为固定的进料斜板产生250-300磅/小时的粉末进料率。进料斜板与水平面成20至40度的夹角，从而使得咖啡粉末可以一种规则的粒幕形式落入进料漏斗中。漏斗接收通过一个6目的固定筛筛出的粉末并导引这些粉末通过21/2英寸×12英寸的团聚器进料口，最后导入蒸烘区内。蒸汽经两个平行于进料口并与垂直方位成15°夹角的2英尺×1.5英尺蒸汽分配器进入该区内。多孔板的面板将蒸汽导入蒸烘区(团聚区)内。然后，压强为4-8个表压(磅/英寸2)的蒸汽以小于700磅/小时的流量输往分配器。
在蒸烘区内形成的不规则咖啡团聚物通过团聚器落入调温区内。温度介于140-150°F之间的温热空气以1900 ACFM左右的流量吹入环绕蒸烘区的空气进气室，以便在进料口处保持0.01-0.15英寸水柱的负压。流量约为47 ACFM的环境空气被抽入进料口，从而使蒸汽滞留在蒸烘区中。空气从5英尺长×1.5英尺高的排气装置排出，该排气装置距团聚器底部4英尺，空气以3200 ACFM的恒定速率平行于进料口流出。排放气流通过将补充的环境空气抽入排气罩内的方式得到平衡。补充空气的总体积是980 ACFM。环境空气在370 ACFM的速量抽入空气断路器内。进入口的进入空气、补充空气和排放蒸汽的平衡由Dwyer型＃2304号magnehlic压力计进行检测。通过使流量为300英尺3/分(CFM)、温度为180°F的空气通过3英寸深的团聚器外壳循环流动来防止蒸汽在团聚器器壁的上的冷凝。
水份约为6.1%的湿润团聚物掉落在定制的、6英尺×15英尺长的白氯丁橡胶传送带上并且以介于120至160英尺/分的速率送离团聚器。皮带上咖啡料层的厚度应尽可能的薄，以避免团聚物出现结块。在传送器的端头，团聚物通过一个不锈钢转换件落入一个收集料斗内，该料斗用于将湿润团聚物转送到干燥器进料料斗内。一个紧靠皮带下的马达驱动刷全速地转动，以便扫清皮带上粘积的咖啡。
湿润团聚物经由一个Eriez HS 50振动进料器送往产品干燥器内。所用的干燥器是长宽为15英尺×2英尺的Jeffrey TMV振动式流化床干燥器，该干燥器具有三个2英尺×5英尺长的区段和可调的冲程长度。1/8英寸的冲程长度用来在干燥器中产生2分钟的滞留时间。干燥器的头两段都提供流量为1000 ACFM、温度为180-190°F的起干燥作用的空气，而第三区段则接收流量为1000 ACFM、温度为55-60°F的用于产品冷却的空气。含水份约为4.5-5.0%的干燥团聚物从干燥器中排出，并且通过一个直径为18英寸、型号为LS 18S3333的Sweco筛选器，所收集的成品是通过8目美国筛的所有团聚物和20目美国筛的筛上产品，不过可以采用其它尺寸的筛。这样，就得到了一种堆积密度约为0.23克/厘米3、色度为16.0°L、碎屑不足10%的产品。
实例2此例将描述一种共团聚的可溶咖啡产品、特别是一种由研磨过的喷雾干燥的可溶咖啡和可溶咖啡片状粉末的混合物产生的团聚物的生产。
如例1所示，对喷雾干燥的可溶咖啡粉末进行研磨。然后，将研磨过的咖啡粉末与经由另一咖啡工艺生产的咖啡片状粉末以7比3的比状粉末混合物传送到一个旋转式进料器中进行团聚。这样，就得到一种堆积密度约为0.23克/厘米3、色度为19.5°L、水份为4.5%和碎屑不足10%的产品。最终的产品呈现出一种深色晶状光泽外观。
实例3此例描述的是一种具有焙炒磨碎外观的团聚咖啡产品的生产。
将一种喷雾干燥的可溶咖啡粉按例1的方法进行研磨，其不同的地方在于，在这里推荐使用一种带有分级机的研磨机。将磨碎了的粉末传送到旋转式进料器的料斗内，并以150-200磅/小时的流量送入团聚器中。例1中的固定进料斜板由一个长度为26英寸×10英寸的振动料盘所代替，该料盘由一个Eriez HS-40-1驱动装置驱动，该装置带有一个分流器，以便将粉末分配在料盘的整个宽度上。当粉末从该料盘的排放端落下时，会掉落在置放于料口上方的两个端齿驱动结构的振动筛上面。这两个振动筛容放在两个定制的U形盒尺寸的框架内，并经由两个Eriez HS-20驱动装置驱动产生平行于料口开口方向的振动。该种结构的振动筛的振动可以经由变阻器进行控制以获得桥接效应。压强小于5个表压的分配器蒸汽压力用来提供较缓和的蒸烘。其它的团聚、干燥、和处理条件均如例1所示。这样，就得到了一种堆积密度为0.28克/厘米3、色度为20.5°L和碎屑不足10%的产品。
实例4此例描述的是使用本装置使冻干可深咖啡成品颜色变深的情况。
将堆积密度约为0.21克/厘米3、含水量为3.7%和色度为33°L的冻干咖啡颗粒输送到一个Siletta振动式进料器的料斗内。振动式进料器用来避免颗粒受损。咖啡从振动式进料器以800-1000磅/小时的流量送往团聚器进料口。相应的蒸汽量约为40至45磅/小时，从时的流量送往团聚器进料口。相应的蒸汽量约为40至45磅/小时，从而使蒸汽与咖啡之比达到0.05左右。
在蒸烘区内，咖啡颗粒暴露于压强小于3个表压的蒸汽中。在进料口保持0.015英寸水柱的负压。团聚器的空气流和温度与例1中的空气流和温度相似。颜色变深的冻干颗粒如例1所述那样在长宽为15英寸×2英寸的杰弗里斯(Jeffrey)TMV型振动式流化床干燥器中进行干燥，所采用的温度稍微偏低(170°F、70°F、50°F)。这样，所得成品颜色得以变深，其色度达到25.5°-26.5°L，且其堆积密度和含湿量分别为0.26克/厘米3和3.8～3.9%。
权利要求
1.一种使可溶咖啡颗粒团聚的工艺，它包括下述步骤(a)将可溶咖啡颗粒以粒幕形式在两个准备于颗粒落入团聚器内时使其交叉的独立的蒸汽分配器之间送进团聚器内；(b)使颗粒与稀薄的蒸汽喷雾接触，该蒸汽喷雾与颗粒相交流，造成咖啡颗粒变湿和融粘，从而形成团聚物；(c)使落下的颗粒通向调温区，在调温区内，与所述团聚物向下并流的一股层流空气使团聚物的部分表面变得干燥，所述层流空气的温度低于200°F。(d)在一条连续移动的传动皮带上收集表面部分干燥的团聚物；(e)将这些团聚物传送到干燥机中；(f)将这些团聚物干燥到其含湿量为5%或更低。
2.如权利要求1所述的团聚工艺，其特征在于在颗粒快要落入上述团聚器内时，产生相对于周围大气的微小负压。
3.如权利要求2所述的团聚工艺，其特征在于上述负压小于0.04英寸水柱。
4.如权利要求1所述的团聚工艺，其特征在于调温区内层流空气的温度超过125°F。
5.如权利要求4所述的团聚工艺，其特征在于上述层流空气的温度介于140-175°F之间。
6.如权利要求5所述的团聚工艺，其特征在于上述蒸汽分配器是平面型的，并且与水平面形成锐仰角。
7.如权利要求6所述的团聚工艺，其特征在于每一蒸汽分配器是由多个对咖啡颗粒粒幕喷雾的独立微小孔域组成的。
8.如权利要求7所述的团聚工艺，其特征在于上述每一蒸汽分配器的平面与垂直方位的夹角都可达到30°。
9.如权利要求8所述的团聚工艺，其特征在于上述蒸汽分配器与垂直方位的夹角为15°。
10.如权利要求6所述的工艺，其特征在于上述微孔排列成多排，并且可以使蒸汽向内下方喷出。
11.如权利要求6所述的团聚工艺，其特征在于上述每一小孔的孔径小于1/8英寸。
12.如权利要求1所述的工艺，其特征在于上述团聚物在步骤1(f)中是在一个流化床干燥器中干燥和冷却。
13.如权利要求1所述的工艺，其特征在于上述可溶咖啡颗粒物料是在喷雾干燥后已经过研磨的喷雾干燥的粉末。
14.如权利要求1所述的团聚工艺，其特征在于上述团聚物具有一种焙炒磨碎的外观，其工艺还包括如下的步骤(a)将喷雾干燥的粉末研磨成平均粒度为25-75微米的颗粒，所述粉末在步骤1(a)中形成可溶咖啡颗粒粒幕;(b)在与蒸汽接触之前，振动该磨过的喷雾干燥的粉末，以形成许多将通过一个筛子的簇团;(c)在步骤1(b)中使簇团的外表面融熔，同时让其内部充满干燥的粉末。
15.如权利要求14所述的团聚工艺，其特征在于上述喷雾干燥的粉末加有咖啡油。
16.如权利要求14所述的团聚工艺，其特征在于上述喷雾干燥的粉末加有胶状的焙炒磨碎咖啡。
17.一种使浅色粒状可溶咖啡产品颜色变深的工艺，它包括下述步骤(a)将可溶咖啡产品以粒幕形式在两个准备在颗粒落入团聚器时使其交流的独立的蒸汽分配器之间送进团聚器内;(b)使该可溶咖啡产品与稀薄的蒸汽喷雾接触，该蒸汽喷雾与该产品相交叉，造成咖啡产品变湿，蒸汽与咖啡的接触保持在蒸汽与咖啡之比小于0.1的状态下，(c)使掉落的湿润产品通向调温区，在调温区内，与所述湿润产品向下并流的一股层流空气使湿润产品的部分表面变得干燥，所述层流空气的温度低于200°F。(d)在一条连续移动的传动皮带上收集表面部分干燥的产品;(e)将该产品传送到干燥机中;(f)将该产品干燥到其含湿量为5%或更低。
18.如权利要求17所述的工艺，其特征在于在上述浅色粒状可溶咖啡产品快要落入上述团聚器内时，产生相对于周围大气的微小负压。
19.如权利要求18所述的工艺，其特征在于上述负压低于0.04英寸水柱。
20.如权利要求17所述的工艺，其特征在于上述调温区内层流空气的温度超过125°F。
21.如权利要求20所述的工艺，其特征在于上述层流空气的温度介于140-175°F之间。
22.如权利要求21所述的工艺，其特征在于上述蒸汽分配器是平面型的，并且与水平面形成锐仰角。
23.如权利要求22所述的工艺，其特征在于每一蒸汽分配器是由多个对咖啡产品料幕喷雾的独立微小孔域组成的。
24.如权利要求23所述的工艺，其特征在于上述每一蒸汽分配器的平面与垂直方位的夹角都可达到30°。
25.如权利要求24所述的工艺，其特征在于上述蒸汽分配器与垂直方位的夹角为15°。
26.如权利要求22所述的工艺，其特征在于上述微孔排列成多排，并且可以使蒸汽向内下方喷出。
27.如权利要求22所述的工艺，其特征在于上述小孔孔径小于1/8英寸。
28.如权利要求17所述的工艺，其特征在于上述部分表面干燥的咖啡产品在步骤(f)中是在一个流化床干燥器中干燥和冷却。
29.如权利要求17所述的工艺，其特征在于上述浅色粒状可溶咖啡物料是冻干的可溶咖啡。
30.如权利要求17所述的工艺，其特征在于上述蒸汽与咖啡的比值在0.03至0.09之间变化。
31.用于使可溶咖啡颗粒团聚的装置，它包括(a)将可溶咖啡粉末以一种自由落体的稀薄粒幕形式向下送进的送料装置;(b)一个包括有一对蒸汽分配器的团聚区，每一个蒸汽分配器上都有多个可以使粒幕与向下和向上两相对方向流动的蒸汽喷雾接触的独立蒸汽孔;(c)一个可以使空气以低于200°F的温度围绕潮湿团聚物向下层流的调温区;(d)一条在该调温区底部可以收集潮湿团聚物的传送带;(e)一个用于使该潮湿团聚的干燥从而使其恢复到具有稳定含湿量的独立的干燥区。
32.如权利要求31所述的装置，其特征在于上述送料装置位于团聚区上部末端，它产生相对于粉末快要落入团聚区处的微小负压。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于上述负压小于0.04英寸水柱。
34.如权利要求31所述的装置，其特征在于调温区内空气的温度大于125°F。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于调温区内空气的温度介于140-175°F。
36.如权利要求31所述的团聚装置，其特征在于上述蒸汽分配器是平面型的，它们与掉落的咖啡颗粒粒幕隔开相等的距离。
37.如权利要求36所述的团聚装置，其特征在于上述每一蒸汽分配器的平面与垂直方位的夹角可达到30°。
38.如权利要求36所述的团聚装置，其特征在于上述蒸汽分配器与垂直方位的夹角为15°。
39.如权利要求36所述的装置，其特征在于在上述蒸汽分配器上的孔的孔径小于1/8英寸。
40.如权利要求31所述的团聚装置，其特征在于上述独立的干燥区是一个流化床干燥器。
全文摘要
一种使可溶咖啡颗粒团聚的工艺和装置。该工艺包括将可溶咖啡颗粒以粒幕形式送入团聚器内，粒幕在一对蒸汽分配器间落下，蒸汽分配器喷射与颗粒交叉的蒸汽，使咖啡颗粒湿润和溶融，以形成团聚物。潮湿团聚物流过调温区，在调温区内，一股与其向下并流、温度低于200的层流空气使团聚物的部分表面干燥。团聚物被收集在一条传送带上，传送到一个干燥器中、随后干燥到含湿量为5％或更低。本文还公开了使浅色粒状可溶咖啡产品颜色加深的工艺。
文档编号A23F5/38GK1050485SQ90108140
公开日1991年4月10日 申请日期1990年9月27日 优先权日1989年9月28日
发明者维杰伊·库马尔·阿罗拉, 鲁道夫·安东尼·维蒂, 克里斯托弗·包希达 申请人:卡夫通用食品有限公司