专利名称:颗粒材料的加工方法和设备的制作方法
本发明涉及颗粒材料的加工。
象可溶性或“速溶”咖啡这样的颗粒材料一般是要进行融合以便由此来调节颗粒的大小，体密度以及其它性质。这些将要融合的材料一般要暴露在有力的湍流蒸汽流下。当蒸汽冷凝时，蒸汽润湿並加热了这些颗粒，结果使这些颗粒被一个软而湿的材料构成的粘层复盖。当被复盖的颗粒在湍流条件下彼此接触时互相粘在一起，並且还粘在合并的邻近颗粒的复盖层上。在干燥时这种被合并的复盖层固化並在邻近颗粒间形成一个整体结合。
这种类型的生产过程一般来讲能够生产具有光滑圆形边缘和类似于海绵的疏松结构团块。通常，这种颗粒的表面一定要用蒸汽完全润湿才能产生满意的团块。这种完全湿润的特点是对产品颜色的影响均匀。对咖啡而言，团块的颜色一般来说是深色。
这样一种产品看上去不像焙炒並磨碎了的咖啡，焙炒並磨碎了的咖啡是一些边缘尖锐的薄片，其色杂，主要为黑色但带有一些浅色的斑点。消费者们总是把焙炒和磨碎的外观与风味质地结合在一起考虑。因此，在可溶性咖啡和其它产品的团块中改进对颗粒形状和外观的控制是十分必要的。
此外，传统的融合过程一般要消耗大量的蒸汽並可能引起融合材料短期风味的损失。因此就需要有克服这些缺陷的工艺过程和设备。
对本发明的总结本发明提供了满足这些需要的工艺过程和设备。
在本发明的工艺过程中，颗粒材料通过潮湿区被喷入流束中。含水气体的方向从流束的外围指向流束，使向内流向这股流束中心的含水气体围绕着该流束。在本发明中使用的术语“含水气体”包括蒸汽和在蒸汽或其它气体中悬浮的细小水珠微粒。含水气体润湿这些颗粒並在这些颗粒的表面形成液相或准液相。通过相邻颗粒各自的液相或准液相的融合把相邻颗粒或相互碰撞的颗粒聚在一起，由此形成团块。将这些团块干燥以便固化成融合态，然后再最好破裂成期望的大小。
虽然本发明不受任何操作原理的限制，但是应该相信，向内流动的含水气体有助于将颗粒材料流束限制在相当小的体积之内，因此使单位体积内颗粒数目或流束中的“颗粒数密度”最大。可以相信，在流束中占优势的相对较高的“颗粒数密度”增加了湿润区颗粒间接触的几率，因此也增加了在颗粒间发生融合的可能性。向内流动的含水气体最好具有相对较低的速度，而且不要产生重大的湍流。可以相信，在湿润区内占优势的相对静止的情况下，颗粒以相对较低的速度互相碰撞，这就更进一步增加了融合的可能性。更可取的是，至少含水气体的主要部分在与颗粒通路平行的方向上要以零速度分量引入到湿润区。由于含水气体沿着通路对这些颗粒没有明显的加速作用，所以颗粒在湿润区停留的时间最长，这就进一步促进了颗粒的融合。
根据本发明的另一方面，在湿润前颗粒就可能彼此聚集成团粒，这和将材料压紧的情况是一样的。将团粒喷入颗粒状材料组成的流束中，並在湿润区与含水气体相接触。在湿润区中相对静止占优势的情况下，团粒不完全破碎成单个的颗粒。至少某些原来的团粒在湿润阶段之后仍旧存在。每一个团粒形成后仍旧存在的颗粒在整个湿润阶段仍然要保持相互接触，並且在湿润时要有效地融合起来形成了团块。
可以对湿润阶段的工艺条件进行选择，或使每个团粒中的所有颗粒都得到充分的湿润，从而寻求一个均匀的着色效果，或使这些团粒的外表面的颗粒得到充分的湿润而团粒内表面的颗粒得不到充分的湿润。这种不均匀的湿润能给出外部为深色、内部为浅色的团块，在随后的破碎中浅色的内部即表露出来並形成了类似于焙炒並磨碎的咖啡中的浅色斑点。
可以相信，在湿润阶段保留团粒结构有助于保留香味。虽然本发明不受任何操作原理的限制，但应该相信，每个团粒内部的颗粒的香味损失被周围颗粒的屏蔽效应减至最小。
本发明的最佳融合过程能够控制产品的结构或颗粒形状、颜色以及密度，因此能在极宽的范围内大体上实现上述性质的任何期望的组合。这样，可溶性咖啡就可以融合成团块，得到的颗粒或者是类似于焙炒並磨碎了的咖啡颗粒的边缘尖锐的颗粒，或者是类似于常用团块产品(其颜色为从浅棕黄色到接近于黑色的深褐色之间的任何一种颜色，其体积密度为从约17克/分升-30克/分升中的任何值)的疏松颗粒。但是，若用蒸气做含水气体，一般来讲，可用本发明的融合过程来融合这些材料，其中使用的蒸汽喷射速率比以前使用的蒸汽喷射速率低些。这种较低的蒸汽速率有助于使材料的短暂香味或气味成份损失最小。
加工材料颗粒的大小对得到的结果有重大的影响。小于50微米左右的颗粒有助于在湿润前形成团粒。用本发明的工艺过程加工这样小的颗粒，不管有还是没有形成团粒的预备阶段，都有助于提供具有尖锐边缘的、颗粒状结构的融合而成的产品。最大为200微米左右的较大的颗粒有助于提供疏松的结构。颗粒的尺寸再大，融合的程度明显下降。利用本发明可以加工非常大的颗粒，使这些颗粒着色更深但又不产生明显的融合。
本发明还提供经过改进的加工颗粒状材料的设备。根据本发明这一方面内容提供的设备可以包括沿顺流方向的通路喷射材料流束的装置，提供含水气体使向内流向该通路的含水气体包围该流束的装置，以及使这种材料干燥的装置。该设备还可能包括将颗粒融合在一起形成团粒的装置和湿润后使材料破裂的装置。
本发明的上述目的以及其它的目的、本发明的特征和优点将从下面结合附图提出的最佳实施例的详细描述中得到更加清楚的阐述。
对附图的简单描述图1是本发明实施例的示意图。
图2是图1所示设备的局部放大剖面示意图。
图3是本发明第二个实施例设备的局部剖面图。
图4是本发明第三个实施例设备的局部透视示意图。
图5是本发明第四个实施例设备的局部示意图。
对最佳实施例的详细描述图1中所示的设备包括供料漏斗10，供料漏斗10通过气动输送系统12和热交换器14连到粉碎器16，粉碎器16又连到供料器18。供料器18包括管状外壳20，在管状外壳20的出口端有一个喷口22，外壳20还有一个螺旋形装置24，24在外壳内转动。螺旋形装置24被连接到变速马达26上。
喷口22被连到喷管装置30的供料进口漏斗28上，此喷管装置装在干燥器的腔室31的顶部。如图2所示，喷管装置30包括一个圆筒状供料管32，供料管32接在供料漏斗28的底部，供料管的下部或顺流端有圆形供料喷口34。漏斗28的顶部通向大气。
多个喷管环36与供料管同轴安装，因此喷管环包围着供料管的下端並且稍微延长到供料喷口34的顺流端。最靠内部的喷管环和供料管的壁共同确定了一个环形缝隙38，缝隙38通向大气。这些喷管环还共同确定了一对环形蒸汽喷口40，喷口40又通过一个调节压力的调节阀44连接到蒸汽源42上。还可能提供一些其它的适当的器件用来监视和控制供给喷口的蒸汽流速，压力和温度，或者用来除去蒸汽的冷凝。
扩散器装置46被安装在喷管环和供料管的下面。该扩散器装置46包括一个与供料管同轴的圆柱形的多孔环48，多孔环48由热压不锈钢制成，它在供料管下面确定了一个湿润室50。
在多孔环48上有数目巨大的微孔，这些微孔在多孔环上排开並且均匀地分布在多孔环的表面上。壁结构件52确定了圆形通道54，通道54环绕着多孔环並且和多孔环的外表面相对，围绕在多孔环的周围。环形通道54通过可调的调节阀56连到蒸汽源42上，以便为控制环形通道54的蒸汽状况和除去蒸汽的冷凝提供附加的监测和控制仪器(未示出)。用最外边的喷管环36将上壁60和壁结构件52连接起来，这样一来，湿润室顶部或上游端除了供料管、环形缝隙和蒸汽喷口外则都是被封闭的。
吸气机环62紧靠着壁结构件52的下面安装。在吸气机环62内有一个环形槽64，环形槽64与一个向内並向下的、窄的环形吸气机喷管66相连，吸气机喷管66靠近多孔环48的下端或顺流端並且与多孔环48同轴安装。环形槽64经过一个可调的调节器68连接到压缩空气源70上。
喷管装置30被安装在干燥器腔室31的顶上，並在干燥器腔室上壁开口的上方对齐，因此就在喷管装置和上壁开口的边缘之间形成了一个间隙72。干燥器腔室可以是一个常用的、在市场上称之为“顶部入口干燥器”的这种干燥器腔室。这样一个干燥器包括适当的常用设备(图中未示出)，这些设备被连接到能加热空气並由此处抽取被加热的空气的腔室上。安排空气处理设备来保持腔室内部的气压，使之略低于大气压。靠近腔室的底部有一个产品出口96(图1)。安排灰尘收集器100来收集在腔室中存在的空气中的细微颗粒，並把已经收集到的颗粒送回气动输送系统12。
干燥器腔室的产品出口96与一个常用的筛选器或分等器102相连，以便按大小分离进入的材料。该分等器有一个大筛渣出口102用于排放过大的颗粒，还有一个小筛渣出口106用于排放过小的颗粒，还有一个产品出口108用于排放期望的中等大小范围内的材料。可将一个如流体化床接触器的装置(图中未示出)与该产品出口相接以便冷却被排放出来的产品。将小筛渣出口106与输送系统12相接，而大筛渣出口经提升输送器110连接到破碎器112，又安排破碎器112使其能返回到分等器的入口。破碎器可以包括一对相对的平行轴，其中每一个轴上都装有多个锯齿形的类似圆盘的刀片，每个轴上的每个刀片都延伸到另一个轴上的两个刀片之间。还有一个适当的驱动装置(图中未示出)驱动这两个轴转动，这样一来通过破碎器的材料就被卷入到相对的两个轴上的刀片之间。
在根据本发明作出的一个工艺过程中，通过喷射干燥焙炒咖啡的含水提取物而形成的颗粒自供料漏斗10起，经热交换器14被输送到粉碎器16。微小的颗粒从该粉碎器进入供料器18。螺旋形装置24由马达26驱动旋转，从而使这些颗粒顺流穿过喷口22。
材料从喷口22起向下经过供料入口漏斗28到达喷管装置30的供料管32，並通过在供料管底部的供料喷口34下落。于是，截面大致为圆形、直径约等于供料喷口34直径的颗粒材料流束即从供料喷口开始、沿供料管10的延长轴线114在大体上是垂直的通路上向下或向顺流方向被喷射出。蒸汽源42和调节装置56使环形通道54保持在预定的蒸汽压力下。蒸汽通过多孔环48的壁来扩散，並且向内流向轴线114，从而在湿润室内形成了蒸汽云。当这些颗粒碰到蒸汽时，一些蒸汽即在这些颗粒上凝聚。
因为环形通道54对蒸汽的流动没有明显的阻力，並且环形通道的整个周围全都是多孔环，故多孔环的整个周围受到的蒸气压力大体上是均匀的。由于多孔环具有大体上是均匀的多孔性，因此蒸汽通过多孔环周围的扩散也大体上是均匀的，並且蒸汽在轴线114的径向方向以一个均匀的低速进入了湿润室50。穿过多孔环的蒸汽从多孔环表面开始在垂直于多孔环表面的方向上流动，因此在平行于该轴线的从上游至下游的方向上的蒸汽速度基本为零。
以极低的压力经调节装置44供给喷口40的蒸汽自喷口40开始以亚音速通过，接近颗粒的流束，並与蒸云云混合，这就为颗粒的湿润提供了附加的水分。
由蒸汽喷口流出的蒸气阻止蒸汽云逆流传播同时又能引起相对来说较冷的环境空气穿过环形缝隙38並穿过顶部开口的漏斗28和供料管32的顺流流动。这种冷空气冷却了供料管並且能防止蒸汽进入供料管。因此这就能防止供料管内部的材料粘到供料管的壁上。当冷空气顺流通入蒸汽云时，它又促进了蒸汽在颗粒上的凝聚。
压缩空气从环形槽64(位于吸气机环内)开始穿过环形喷管66，並且以与轴线114平行的较大速度向下或者说顺流运动。当以一个均匀的速率在该轴的四周排放压缩空气时，压缩空气没有要将颗粒偏转使其垂直于该轴线的趋向。来自环形喷管的压缩空气的顺流流动带走了腔室50的顺流边缘附近的颗粒和气体並且迫使它们顺流而下进入干燥器腔室31。
当颗粒顺流穿过湿润室时，在这些颗粒上凝聚的水分就与颗粒表面的固体混合並且将此固体溶解。与此同时，由蒸汽传递给颗粒的热量使材料的温度增高。这两种效应都对在颗粒的表面形成可流动的液相或准液相有贡献。当颗粒相互碰撞时，这种在碰撞粒子表面上的可流动的液相或准液相彼此合并在一起，于是即将颗粒融合成团块。
当团块进入干燥器腔室31时，这些团块碰到的是一种混合物，这种混合包括通过缝隙72抽到干燥器腔室的环境空气，由干燥器内包含的空气处理设备供给的热、干空气。这些团块摒弃了来自可流动的液相或准液相的水分，使每一个团块中的颗粒都通过来自可流动的液相或准液相的固体材料彼此合并在一起。烘干的团块由这个腔室通过出口96(图1)引出並通向分等器102。过大的团粒通过升降机110送到破碎器112，在破碎器122内将这些团块破碎成碎块。将这些碎块再返回到分类器102。在期望大小范围内的团块和碎块从这个系统开始通过产品出口108。而尺寸过小的团块和碎块返回到输送器12，在输送器12处，再将这些过小的团块与新的供料材料一道重新引入该工艺过程。被灰尘收集器100重新捕捉到的来自空气干燥器的细微颗粒被重新引入输送器12，以便通过这个工艺过程再次循环。
在预备阶段先将某些或全部颗粒彼此凝聚成团粒而后再将材料送入湿润室，通过这种办法可以将融合过程加强。一般而言这里所说的团粒的形成不涉及颗粒的彼此融合，但是团粒的形成却利用了微小颗粒能互相粘连在一起的天然趋向。这种趋向随颗粒的减小而增加;尺寸小于约100微米的颗粒，尤其是小于约50微米的颗粒能预先形成最令人满意的团粒。
通过先将颗粒状材料压紧和/或润 湿而后再将其送入湿润室的办法可以促进团粒的预先形成。因此，就可以选择供料器18(图1)的约束喷口22的直径和颗粒状材料的流速使得颗粒状材料在通过该喷口时被压紧。
为促进团粒的形成而使材料湿润，但最好不要使颗粒暴露于液态水或含水气体。可以让约60-80%相对湿度的空气与颗粒状材料接触，由此来调节颗粒状材料的湿度大小。当颗粒变成团粒时按重量计算的颗粒湿度最好在约2%和约8%之间;湿度约3 1/2 %至约4 1/2 %更好些，湿度约4%则最佳。在一般的处理和传送操作中如果不进行压紧也可形成团粒，尤其是在颗粒的大小和湿度的大小有利于团粒形成的情况下更是如此。
在湿润阶段前形成的团粒在颗粒状材料的流束中进入湿润室並且被湿润室内的蒸汽润湿。组成每一个团粒的颗粒彼此间处于已经互相接触的状态之中。一旦润湿就在每个团粒中的颗粒之间的空隙上形成了可流动的液相或准液相，因此即把团粒中的颗粒凝聚成团块。团粒与团粒、团粒与单个颗粒、团粒与先前由单个颗粒形成的团块之间也都可能发生凝聚。
在凝聚之前可能还存在一些消耗团粒的因素。但是，在湿润室中占优势的相对静止的状态有利于将这些消耗团粒的因素减至最小。有利于团粒形成的状态，如小的颗粒尺寸、压紧和湿润，也有利于给出能够抗消耗的比较结实的团粒。最好对工艺过程的条件进行选择使得至少有一些团粒结构依然存在，即使得团粒中有些已经彼此结合在一起的颗粒在湿润阶段中仍旧结合在一起，並且因此在进入干燥器腔室的团块中还能结合在一起。
不管团粒是否是在湿润阶段之前形成的，最终产品的外观和密度都随通过含水气体的蒸气云期间达到的湿润程度而变。湿润程度较大有利于产生颜色较暗以及紧密度稍大的产品。但是，团粒的预先形成阶段为控制产品的外观提供了额外的机会。由于湿润程度相对来说较高，所以每一个团粒中的所有颗粒的外表面都被润湿，因此产品的颜色均匀变深。但是湿润程度有一定限制，所以在每一个团粒的内部湿润的程度是不均匀的，在这些团粒的内部的颗粒的表面的湿润程度较差，因此颜色也比团粒外部的颗粒表面的颜色浅些。在破碎时浅色的内部即暴露出来，因此得到的产品即带有不均匀斑点的外观。
湿润的程度直接随团粒暴露于蒸汽云的时间长短而改变，也直接随蒸汽云的湿度大小而改变。
蒸汽云湿度的大小与供给蒸汽云的蒸汽流速有直接关系，蒸汽云湿度的大小主要是由穿过扩散器的蒸汽流速控制的。穿过扩散器或多孔环的最大蒸汽流速最好约为每平方米扩散器表面每分钟100公斤，每平方米扩散器表面和每分钟5到50公斤之间的流速则更好些。以这样一些每单位面积相对较低的流速进入湿润室的蒸汽将不会产生明显的涡流。对于可溶性咖啡而言，通过扩散器的蒸汽总流速的典型数值是每升湿润室体积每分钟约为0.9公斤到约为2.4公斤，每公斤被加工的颗粒状材料从约为0.25到约为0.50公斤。
暴露时间的长短直接随颗粒通过蒸汽云的通路的长度而变，因此也就随在平行于该通路的方向上的湿润室的长度而变。湿润室的长度最好在约2.5厘米到约20厘米之间，湿润室的直径最好在约5厘米到约25厘米之间。
暴露时间的大小还随湿润室内的气体的运动速度的顺流分量的大小而变，二者的变化关系相反。而此顺流分量的大小又和通过蒸汽喷口以及通过包围供料喷口而引入的蒸汽和空气的联合效应有密切关系。
通过蒸汽喷口供给的蒸汽有助于顺流地加速团粒，因此减小了所达到的湿润程度。还有，过大的蒸汽速度可能会引起不期望有的涡流和团粒的过多消耗。因此，最好以能防止蒸汽云逆流传播进入供料喷口所需要的最低速度来通过喷口供应蒸汽。可以使用的速度的量级为10米/秒。实现这样低的速度即实现亚临界蒸汽流量的办法是，供给喷口的蒸汽压力要比湿润室内的压力高但要小约9千帕，最好小4千帕。一般来说，该室内的压力接近于大气压。在湿润室内、包围並穿过供料管的空气流量最好是能保持供料管冷却和干燥所需要的最小值。穿过包围供料管的环形缝隙的空气速度如果为1米/秒，那就是很令人满意的了。一般而言，穿过供料管的空气速度小于穿过环形缝隙的空气速度。
通过多孔扩散器或多孔环的蒸汽对顺流方向的速度分量的影响不大，因此可以调整通过多孔环的蒸汽流速而不显著改变湿润室内颗粒的停留时间。借助于改变通过多孔环的蒸汽流速来根据需要调整室内的水蒸汽浓度或湿度以便将颗粒润湿到需要的程度。可以改变通过扩散器的蒸汽流量而不使操作工序的任何其它方面产生不利的变化。这样，通过扩散器的蒸汽就不利于带走空气。不管通过扩散器的蒸汽流速有多大，只有进入湿润室的空气才在供料管的周围並通过供料管被小心引入。这是一个突出的优点，因为过多的空气可能干扰蒸汽云的湿润作用。
通过扩散器进入湿润室的蒸汽有一个速度的径向分量，向内指向流束的轴线。这样，至少在湿润室的周围附近除了存在一个顺流方向的流动而外还存在一个向内的流动。于是，由供料喷口喷出的颗粒流束就被从该流束周边外部起始向内流向流速中心的蒸汽所包围。向内流动的蒸汽有助于约束颗粒，有利于维持一个紧紧包围轴线的相当窄的颗粒流束。这样的约束作用能使颗粒与多孔环不相接触，因此就能防止固体材料在多孔环上的积累。应该相信，将颗粒约束成一个窄的流束有利于在流束内维持一个相当高数目的每单位体积颗粒数或粒子数密度，因而增大了流束内粒子之间碰撞的几率並且促进了融合。如果流束中还存在在预备阶段形成的团粒，则团粒与团粒之间碰撞几率、单个颗粒和团粒之间的碰撞几率也都加大了，从而进一步促进了融合。
如果需要的产品的颗粒结构类似于焙炒並磨碎了的咖啡或者类似于典型的、市场上销售的、冷冻-干燥可溶性咖啡的结构，则在此工艺过程中使用的颗粒的平均尺寸应该小于40微米左右。在40-50微米左右的范围就要发生明显的转折;对于平均尺寸大于50微米左右的颗粒而言，其产品有形成疏松结构的趋势，这和按常用工艺过程融合成的材料的结构很相似;对于平均尺寸小于约40微米的颗粒，产品具有颗粒状的结构。可以相信，在润湿和干燥时形成了表面光滑的团块，並且在破碎期间这些团块被破碎成细粒。虽然本发明不受任何操作理论的限制，但是应该相信，向内流动的含水气体对表面平滑的团块的形成是有贡献的。
本发明中提到的颗粒尺寸指的是一种材料的平均颗粒尺寸，这种平均颗粒尺寸是通过使用“MLCROTRAC”颗粒尺寸分析器用光散射法测得的。上述分析器可以在“Leeds & Northrup Instruments Umit of General Signal Corporation”(通用信号公司的Leeds和Northrup仪器部)买到。此外还可以使用具有类似特点的其它仪器。通过破碎或磨碎较大的颗粒可以获得具有期望尺寸的颗粒。
还可以调整上述的工艺过程条件以便获得产品性能的多种不同的组合。于是，利用相当大的颗粒、结合较低的压紧或根本不予压紧，並且进行相对程度较高的湿润即可制成低密度、暗颜色的产品。使用小尺寸的颗粒、借助于高度压紧和低度湿润的团粒形成即可制成高密度的並且颜色较浅的产品;如用和上述产品相同的颗粒尺寸和相同的压紧程度但湿润的程度却较高，则可制成高密度的暗颜色的产品。当将本发明的工艺过程用于可溶性咖啡时就能得到类似于市场上可以买到的冷冻-干燥的细粒，或者是焙炒的並磨碎了的咖啡颗粒，或者是常用的融合咖啡(其期望的体密度在约17克/分升和约30克/分升之间)。一般而言，能够生产出这样的种类繁多的产品而勿需改动设备。
在由图3局部表示出来的本发明的又一实施例的设备中，粉碎器16′将料送入带有多孔层122的槽板120里。具有一定压力的湿润空气经过空气处理装置124进入多孔层122下面的腔室126，再向上流过多孔层。一个振动源平缓地摇动着槽板，使由粉碎器落入槽板的材料顺着多孔层而移动。此移动的颗粒与湿润空气相迂，就彼此聚合成团粒。团粒进入料斗28′，然后通过喷管装置30′和干燥器31′，再完成前面曾描述过的过程。这样，无需压缩，输送和湿润设备就可使其成为团粒。如果供给此过程的材料含有适当的潮湿成分，则即使没有湿润设备，只用输送设备通常也能达到满意的聚合效果。在此方案中，虽然振动可用于形成团粒，但是应当注意到，强烈的振动可能产生相反的效果，即使团粒散开。作为进一步的变形，湿润和输送设备可以和压缩设备同时运用。这样，如图3所示的湿润振动输送器就可以插入图1所示设备里的粉碎器16和螺旋形装置18的入口之间。
上述设备和工艺过程可以有各种方式的变化而不脱离本发明。例如，分等和破碎工序可以省略，产品可以直接从干燥器的出口取出。来自分等工序的细微颗粒不必像所述的那样再返回，可以用别的方式来代替。
作为进一步的变形，同样的干燥器既可以用于上述的融合过程，同时也可以用于干燥液体材料。当已融合成团块的材料通入喷管装置30(图1)时，可将液体材料的微滴经由通常的喷雾干燥喷管130喷入干燥器的内部。典型的情况是，由这种液体喷雾干燥所形成的颗粒明显地小于融合成的团块。喷雾干燥的颗粒的大部分进入干燥器中的流动空气中，被微粒收集器100收集，从而进入输送系统12。其余喷雾干燥的颗粒在分等器102中与干燥的团粒相分离，再通过小筛渣出口106返回到输送系统。这样，喷雾干燥的颗粒经过粉碎器就进入融合工序。作为进一步的变形，可以让分等器保留一部分喷雾干燥的颗粒，使之与干燥的团粒一起留在通过出口108而排出的最后产品中，因而得到不同颗粒尺寸和结构的混合产品。
以上所述的设备包括一个可产生圆形截面颗粒流束的圆形供料口和一个与供料口同轴的旋转面状的扩散器，该扩散器产生一径向含水气流流向该流束的轴线方向。可以认为，圆形的颗粒流束同径向气流结合在一起通过向内流动的蒸汽使颗粒流束受到最佳的约束。然而，其它方式也是可以采用的。图4所示的喷管装置包括有一个矩形截面的、确定带有长槽状供料口233的供料管232。一缕片状的颗粒材料流束沿着平面通路234顺流排出。一对加长的蒸汽支管242沿平行于供料口的长轴直伸到供料口的两个相对的侧边，其中每一支管都有一个长槽状蒸汽喷管或喷口252。通过这些喷口排出的蒸汽顺流而下，並通过喷管和供料管之间的一对长缝258吸入冷却空气。
扩散器包括一对安装在平面234两个相对侧边的长形平面多孔板274和一对在长板两个相对侧边直伸到长板之间的短的多孔板(图中只画出了一块)。这些多孔板就确定了环绕颗粒整个通路的矩形管。通过长板排出的蒸汽向内流向颗粒流束的宽面，而通过短板排出的蒸汽向内流向该流束的边缘。
该扩散器无需有上述的微形孔或开孔。合用的但並非最佳的扩散器可以具有分散而可见的开孔。就本发明而言，所谓“扩散器”，指的是一个具有微孔的多孔面或具有开孔的开孔面这样的物体，这些孔排列得如此紧密，以致使从这些孔喷出的蒸汽在物体表面附近相互汇合而成为实际上是连续的流体，並从与表面垂直的方向喷出。可以用精细编织的丝网来制造合用的扩散器。
最好，提供给湿润室的蒸汽为饱和蒸汽。过热蒸汽並不太好，因为它的湿润效果一般较差。湿蒸汽，即饱和蒸汽中细小水滴构成的水雾，是可以用的。其它含水气体，即含有分散在气体中的微小水滴的水雾但又不是水蒸汽的含水气体，也是可以采用的。水雾可以以预先确定的方式提供给湿润室，即通过适当的通路将水雾引入湿润室。例如，图5所示的设备包括一个环形管套300，其轴线为302，和一组径向延伸的叶片304。颗粒材料流束沿轴线302流向湿润室。水雾经进口306贴着管套的周边进入管套，顺着叶片之间向内径向穿过，从而径向向内流向轴线302。这样，颗粒材料流束就被向内流向轴线的水雾或含水气体所笼罩。
水溶性颗粒材料不同于咖啡，它可以按本发明所述的程序融合成团块。在本发明中，术语“水溶性颗粒材料”是指这样的颗粒材料，即在润湿时它成为可流动状态，而不管这种流动状态是否是真正的溶液，也不管这种流动状态是否涉及该材料的一切组分。能够融合成团块的材料中包括可溶性茶叶，可溶性菊苣粉，可溶性大麦粉，脱脂奶粉和可可类饮料的混合物。这些材料的混合物也可融合成团块。
上面所述的设备也可以用来使上述材料和其它的吸水性粉碎性材料色泽深化而不产生明显的团块。固体，即材料的单个细粒，通过喷管装置中的供料管导入，並暴露在蒸汽云中，从而使每一细粒的外表面湿润和色泽深化。然后将润湿的细粒干燥。用这种方式加工的细粒通常比上述融合过程中融合成的小颗粒大得多。实际上，这种细粒就可以看作是融合过程中所产生的团块。
为了获得预期的色泽深化效果，按照本发明有关此方面的内容，在色泽深化的技术中成功地利用了水蒸汽和其它含水气体。含水气体在颗粒通路上形成了静止云，因此含水气体没有使穿过该云的细粒获得较大的速度。因此，为了达到所预期的色泽深化程度而又不影响细粒在云中停留的时间，可以根据需要增加含水气体的供应量，即根据需要增加云中的湿气含量。对比之下，仅用从喷管喷射一股蒸汽的技术，其色泽深化效果是很有限的。试图在这样一股射流中增加蒸汽流量使色泽深化效果加强的做法是得不偿失的，因为蒸汽流量的增加将促使细粒以更大的速度运动，因而也缩短了这些细粒在蒸汽中的停留时间。
在本发明的一个实施例中，上面所述的融合过程被控制在既产生融合团块其色泽又较浅的程度。然后，让其中一部分这样的团块经过所描述的着色工序后再返回来同浅色的团块相混合，就生产出色泽斑驳多样的产品。用于融合和着色工序的喷管装置可以装入同一干燥室中。这样，由此干燥室出来的材料就成为深色和浅色团块的掺杂物。可以把破碎机的出口连接到着色喷管装置上，这样就只有过大尺寸的团块经破碎后形成的碎块能经着色工序返回。如果过大尺寸的团块仅来自融合工序而未经着色工序，则再循环到着色工序的材料将不包括前述的深色材料。
本发明的某些方面可以用以下的例子加以说明例1一种喷雾干燥的咖啡提取物粉末被粉碎成24微米的平均颗粒尺寸，然后由空气带入旋流收集器，並由旋流收集器输送到一个螺旋供料器。该螺旋供料器驱使粉末以大约每分钟每平方厘米喷口横断面积约0.35公斤的流速通过一个喷口。粉末以固体流束的形式从喷口喷出，当粉末落入融合喷管装置的供料管时被破碎成团粒。
喷管装置同图2所示的相似，但是在环形蒸汽喷口和供料管之间没有缝隙，因此环形蒸汽喷口的内圈就紧贴着供料管。吸气机环也可省去。扩散器是一个有1微米孔的多孔环。蒸汽在约750到1500千帕的压力作用下，以大约每分钟每平方米孔口面积1.28×103到2.1×103千克的流速通过环形蒸汽喷口。蒸汽在约17千帕压力作用下进入多孔环的外部，並以每分钟每平方米扩散器面积约13.3千克的流速穿过多孔环而扩散。
当这些团粒通过环内的蒸汽云时，它们被转换成团块。这些团块通入初级干燥室，在那里它们同热而干燥的空气相迂，其表面层被局部干燥。这些团块又从初级干燥室进入流体化床，在那里它们被进一步干燥到最终的湿润量，约为3.2%。已干燥的团块进入过滤筛，该过滤筛装有1.68毫米的顶筛和595微米的底筛。过大尺寸的团块直接送到破碎机中，然后再回到过滤筛，而尺寸不足的碎块则返回到粉碎器中。
滞留在顶筛和底筛之间的产品大体为边缘尖锐的碎块，其形状类似于焙炒並碾碎了的咖啡颗粒。这种产品有一种令人愉快的深颜色，並掺杂着类似在焙炒並碾碎了的咖啡中看到的浅色斑点。
例2在例1所示的方法中，当把施加于多孔环的蒸汽压力逐渐减小到7千帕，而使通过多孔环的蒸汽流量相应减少到每分钟每平方米扩散器面积约6.7公斤时，该产品的颜色就逐渐变浅，其密度逐渐减小，湿润度也逐渐下降。当把施加于多孔环的蒸汽压力逐渐增加到约21千帕时，使通过多孔环的蒸汽流量增加到每分钟每平方米扩散器面积约19公斤时，该产品的颜色逐渐变深，其密度增加，颗粒有更尖锐的边缘，显示出有更大的湿度。
例3喷雾干燥的可溶性咖啡均可按例1所述的方法加工，唯一的不同在于该粉末只被粉碎到约50微米的平均颗粒尺寸。其产品呈疏松状，有均匀的深色外观，没有尖锐的边缘和片状的外观。
例4在干燥泡的温度为370℃左右的情况下，将菊苣提取物的混合物同空气一起喷入干燥塔，使其干燥成粉末状。收集所得到的粉末，並将其粉碎成平均颗粒尺寸约40微米。已被粉碎的粉末通过一个可随意排放的螺旋形供料器而进入一个振动式供料器。粉末从振动式供料器通过类似于图2所示的融合喷管，再回到与用于干燥液体提取物相同的干燥室中，结果团块和被雾化的液体提取物同时被干燥。扩散器是一个具有5微米标称开孔的多孔环。蒸汽在约3千帕压力作用下进入环形喷口，而在约37千帕压力作用下进入多孔环。空气以大约0.04米3/分的流量、通过顺着多孔环流束方向安装的吸气机环供给。
由干燥器排出的干燥团块和粉末颗粒的混合物直接进入筛选装置，此装置装有2.38毫米的顶筛和707微米的底筛。该筛选装置还带有一个内部破碎器，以便在那些过大尺寸的团块进入顶筛前就先将其破碎。从喷雾干燥工序而得到的微细碎块和粉末颗粒通过两个筛后又返回到粉碎器。滞留在顶筛和底筛之间的产品具有尖锐的边缘和片状的外观，类似于焙炒和磨碎了的咖啡颗粒，並呈现出带有部分浅色的深颜色，其体密度为25.0克/分升。
例5大约2毫米大小的冷冻干燥的可溶性咖啡的单个细粒通过类似于图2所示的喷管装置(除掉省去吸气机环外)进入干燥室。蒸汽以每分钟每平方米扩散器面积约2.1公斤的流速通过多孔环向里扩散。附加的蒸汽顺流穿过环绕着供粉管的环形喷口。这些细粒起初呈浅褐色，其体密度约为23.2克/分升。当通过喷管装置和干燥器后，这些细粒呈极深的褐色，相当于通常最深色的焙炒咖啡粉，其体密度大致为25.5克/分升。在着色工序中，蒸汽的总消耗量为每千克所处理的细粒0.42千克。
例6一种喷雾干燥的咖啡提取物的粉末被粉碎到31微米平均颗粒尺寸，並经一个可随意排放的螺旋形供料器和一个振动式供料器而进入融合喷管的供料管。在进入融合喷管以前，粉末没有明显的结成团粒的现象。
该喷管装置类似于图2所示的喷管装置(除掉省去吸气机环而外)。该扩散器有5微米的标称开孔。在约1千帕的压力作用下，蒸汽以每分钟每平方米喷口面积约2.0×103公斤的流速穿过环绕着供料管的环形蒸汽喷口。在约33千帕的压力作用下，蒸汽进入扩散器的外部，並以每分钟每平方米扩散器面积45千克的流速穿过扩散器。
当粉末通过扩散器内的蒸汽云时，粉末就被融合成团块。这些团块经干燥后进入装有2.38毫米顶筛和707微米底筛的过滤筛。过大尺寸的团块被破碎后再返回到过滤筛，而尺寸不足的料被送回粉碎器。滞留在顶筛和底筛之间的产品具有尖锐的边缘和片状外观，类似于冷冻干燥的速溶咖啡。
例7(对比例)使用同样的粉末和相同的融合喷管，只是不用多孔环，重复例6的程序。蒸汽以每分钟每平方米喷口面积2.0×103的流速仅通过环形蒸汽喷口。这样，这种融合过程就与本发明所述的过程不符。
其产品呈疏松的、均匀深色的外观，而不是如例6所得到的产品那样有尖锐边缘和片状的外观。以例6所用的相同的粉末流速供料，输出的产品差不多仅为例6所得产品的一半，因为与例6相比只有较少比例的粉末被转变为在例6中期望得到的尺寸范围内的团块。
例8
一种喷雾干燥的荣叶提取物被粉碎成约40微米平均颗粒尺寸，並用与例6采用的相同的装置使其融合成团块。进入融合喷管的粉末流速约为例6所用流速的65%。蒸气压力调整到可以提供每分钟每平方米喷口面积约1.6×103公斤和每分钟每平方米扩散器面积约26公斤流速的程度。过程的其它方面和例6所用的相同。其产品具有尖锐的边缘和片状的外观，体密度为21克/分升。
例9一种可可粉、砂糖、卵磷酯和香料的混合物在研磨机中被粉碎，该研磨机装有排料筛，筛上钻有约3毫米直径的孔。该研磨机的料有各种各样的颗粒尺寸分布，既包括小尺寸的可可粉颗粒，也包括大尺寸的带有特殊的浅颜色的砂糖颗粒。此被粉碎的料以差不多相当于例6采用的粉末供料流速的65%的流速进入融合喷管。蒸汽压力选择在可以提供每分钟每平方米扩散器面积约36公斤的流速的程度上。过滤筛有1.19毫米孔径的顶筛但没有底筛，因此凡通过顶筛的材料均从该系统出来成为产品。在其它方面，该过程与例6所用的相同。其成品有很深的颜色。浅色的砂糖颗粒被可可粉所复盖，使细小的可可粉颗粒同砂糖颗粒一起融合成团块。
例10一种喷雾干燥的大麦提取物的粉末被粉碎到约35微米平均颗粒尺寸並通过融合喷管装置供料。该融合喷管装置仅有一个环形蒸汽喷口而没有处于蒸汽喷口和供料口之间的环形缝隙;有一个带有1微米孔的圆筒形扩散器而没有吸气机环。在湿润步骤之前没有明显的团粒形成。在湿润步骤过程中，蒸汽流速取每分钟每平方米扩散器面积约15.6千克的数值。在湿润步骤中产生的团块被干燥，再经2.38毫米的顶筛和707微米的底筛过筛。尺寸过大的碎块被排出而不再破碎，尺寸不足的也予以摒弃。顶筛和底筛之间收集的产品具有尖锐的边缘和片状的外观。
例11一种具有约35微米平均颗粒尺寸並且开始时没有明显结块的脱酯奶粉，将其通到如图2所示的带有5微米孔的扩散器但没有吸气机环的融合喷管装置中。
蒸汽以大约1.5千帕的压力供给环形喷口，並且以大约42千帕的压力供给多孔环。在喷管中形成的团块被干燥，再经3.36毫米的顶筛和707微米的底筛过筛。
尺寸过大的团块被返送到过滤筛並在过滤筛中被粉碎，而尺寸不足的颗粒被分类再加工。滞留在顶筛和底筛之间的产品是由一些不规则的碎块组成，其体密度为19克/分升，在热水中可迅速溶解。
权利要求
1.加工水溶性颗粒材料的工艺过程包括以下步骤(a)喷射一股颗粒材料流束使其自上流束到下流束方向穿过一段湿润区；(b)从这股流束外围向所说的粉末流束内部喷入一种含水气体使流向该流束中心的含水气流环绕着这股流束，从而使颗粒湿润；(c)使该材料干燥。
2.如权利要求
1所述的工艺过程，其中，该材料被喷入基本上是圆形截面的流束中，该含水气体向着此流束的轴线方向流动，其流速沿该流束周边基本上为一常数。
3.如权利要求
1所述的工艺过程，其中，所说的含水气体为蒸汽，此蒸汽通过一个沿该流束周边延伸的扩散器喷射。
4.如权利要求
1所述的工艺过程，其中，材料通过一个位于湿润区上流束端的供料口被喷射出，还包括这样一个步骤，即以亚音速由靠近所说的供料口的蒸汽喷口按顺流方向贴近上述流束喷射蒸汽。
5.如权利要求
1所述的工艺过程，其中，材料通过一个位于所说湿润区上流束端的供料口被喷射出，还包括这样一个步骤，即以亚音速沿供料喷口外缘顺流通入冷却气体。
6.如权利要求
1所述的工艺过程，还包括这样一个步骤，即至少破碎一部分已干燥的材料。
7.如权利要求
1所述的工艺过程，还包括这样一个步骤，即将一部分颗粒彼此聚合成团粒，並将其喷入所说的流束中。
8.如权利要求
7所述的工艺过程，其中所说的湿润步骤是在这种情形下进行的，即至少使一部分团粒结构在湿润步骤后仍然存在。
9.如权利要求
8所述的工艺过程，其中所说的湿润步骤完成后其结果是，至少有一部分团粒的中心部分比其外表部分变湿的程度要小，因此，一经干燥，由这种团粒形成的团块的中心部分与其表面部分相比将有不同的外观，还包括这样一个步骤，即将这些团块破碎，以便至少显露一部分这样的中心部分。
10.如权利要求
1所说的工艺过程，其中颗粒材料为可溶性咖啡。
11.如权利要求
1或11所述的工艺过程，其中颗粒材料的平均颗粒尺寸小于40微米左右。
12.用于加工水溶性颗粒材料的设备包括(a)沿通路顺流方向喷射材料流束的装置;(b)提供一种含水气体使由流束外围流向所说的通路内部的含水气体环绕该流束以便使材料湿润的装置;(c)用于干燥被上述湿润装置润湿的材料的装置。
13.如权利要求
12所述的设备，其中所说的含水气体供给装置包括一个顺所说通路周边延伸的扩散器和一个提供蒸汽到所说的扩散器中以便使蒸汽经过扩散器而流向通路的部件。
14.如权利要求
13所述的设备，其中所说的扩散器是一个竖直的延伸管套，所说的喷射装置包括一个装在管套上端附近的供料口和通过上述供料口排放材料的装置。
15.如权利要求
14所述的设备，其中所说的管套取围绕竖直延伸轴旋转面的形状，管套的周边遍布有大致均匀的孔，所说的提供蒸汽的装置是可以操作的，即使得在管套的周边以大致均匀的压力将蒸汽作用在管套的外表面上，所说的供料口是圆形的，並且与管套同轴。
16.如权利要求
14所述的设备，还包括一个装在所说的供料口附近且顺流向下的蒸汽喷口，以及用于以预先确定的压力向所说的蒸汽喷口提供蒸汽的装置。
17.如权利要求
14所说的设备，还包括一个环绕所说供料口顺流喷射冷却气体的装置。
18.如权利要求
12所述的设备，还包括一个将材料的颗粒彼此聚合成团粒並将其喷入所说的流束中的装置。
19.如权利要求
12或18所述的设备，还包括在暴露到含水气体之后至少破碎一部分材料的装置。
专利摘要
将粉碎的水溶性材料通过一段湿润区喷入一股流束内使该材料融合成团块，向位于湿润区的流束直接喷射水蒸汽或湿气，使向该流束内部流动的水蒸汽或湿气环绕着该流束，因而使颗粒湿润和融合，然后将材料干燥。在湿润之前，材料的颗粒可以彼此聚合成团粒。
文档编号A23F5/38GK86104893SQ86104893
公开日1987年5月13日 申请日期1986年7月1日
发明者徐胜雄 申请人:雀巢制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan