YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 2005, 2 (43) Supl., 156 163 KAROLINA POSZYTEK, ANDRZEJ LENART WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH W PROSZKU DLA DZIECI S t r e s z c z e n i e Celem pracy było okrelenie wpływu aglomeracji nawileniowej na właciwoci fizyczne aglomeratów kaszek mleczno-zboowych z dodatkiem kakao bd suszonych owoców w kawałkach lub w proszku. Aglomeracj prowadzono poprzez mieszanie nawilanej mieszaniny w pneumatycznie lub mechanicznie generowanym złou fluidalnym. Analiza właciwoci fizycznych obejmowała nastpujce oznaczenia: aktywno i zawarto wody, skład granulometryczny, gsto nasypowa i utrzsiona, sypko, kt zsypu z rónych powierzchni i zwilalno kaszek przed i po aglomeracji. Nieaglomerowane kaszki były proszkami trudno rozpuszczalnymi w wodzie, o duej gstoci nasypowej i małej sypkoci. Aglomeracja nawileniowa wpłynła na polepszenie właciwoci fizycznych kaszek mleczno-zboowych. Uzyskane aglomeraty charakteryzowały si szczególnie dobr sypkoci i zwilalnoci, niezalenie od składu surowcowego kaszki i zastosowanej metody aglomeracji. Słowa kluczowe: kaszki dla dzieci, proszki spoywcze, aglomeracja, złoe fluidalne Wprowadzenie Obserwuje si coraz wiksze zapotrzebowanie na ywno wygodn, łatwo dostpn, umoliwiajc proste przygotowanie posiłków w dowolnym czasie i rónych sytuacjach. Od dawna poszukuje si takich sposobów przetwarzania i utrwalania surowców ywnociowych, aby otrzyma produkt bezpieczny, o podwyszonej jakoci [2]. Ma to szczególne znaczenia w przypadku produktów dla dzieci i niemowlt, gdy te produkty gotowe musz odpowiada rygorystycznym wymaganiom. Cechy produktów spoywczych w formie sypkiej, otrzymywanych rónymi metodami, które bardzo czsto decyduj o jakoci gotowego produktu, zwizane s Mgr in. K. Poszytek, prof. dr hab. A. Lenart; Katedra Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji, Wydz. Technologii ywnoci, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, ul. Nowoursynowska 159 C, 02-776 Warszawa
WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH... 157 z właciwoci fizycznymi proszków [4]. Znajomo tych właciwoci pozwala na okrelenie cech produktów sypkich wanych zarówno dla konsumenta, jak i producenta. Celem pracy było okrelenie wpływu aglomeracji nawileniowej, poprzez mieszanie w pneumatycznie i mechanicznie generowanym złou fluidalnym, na właciwoci fizyczne otrzymanych aglomeratów, na przykładzie produktów dla dzieci kaszek mleczno-zboowych z dodatkiem kakao bd suszonych owoców w kawałkach lub w proszku. Materiał i metody bada Materiał do bada stanowiły cztery rodzaje rynkowych kaszek mlecznozboowych w proszku dla dzieci. Kaszki zawierały dodatkowo kakao lub suszone owoce w postaci proszku lub liofilizowanych kawałków. Skład surowcowy kaszek był nastpujcy: A mleko w proszku, mka ryowa, cukier, kakao. B mleko w proszku, kaszka ryowa, cukier, kawałki truskawek, kuleczki ryowe. C mleko w proszku, kaszka pszenna, cukier, proszek bananowy, zmielone sucharki. D mleko w proszku, kaszka ryowa, cukier, kawałki jabłek, proszek jabłkowy. Aglomeracj w pneumatycznie generowanym złou fluidalnym przeprowadzono w aglomeratorze STREA 1 firmy Niro-Aeromatic AG. Parametry procesu aglomeracji były nastpujce: wsad 300 g, ciecz nawilajca woda 60 g, temp. powietrza wlotowego 50±2 o C, strumie przepływu powietrza przez złoe od 50 do 80 m 3 /h, cinienie spronego powietrza w dyszy rozpylajcej 1 bar, nawilanie z przerwami w czasie około 10 min, suszenie aglomeratu przez 15 min w temp. 60±2 o C. Aglomeracj w mechanicznie generowanym złou fluidalnym przeprowadzono w laboratoryjnym mieszalniku lemieszowo-płucym firmy Lodige, typ L5, do granulacji substancji sypkich. Parametry procesu aglomeracji były nastpujce: wsad 400 g, ciecz nawilajca woda 70 g, cinienie spronego powietrza w dyszy rozpylajcej 0,5 bara, nawilanie w czasie 3 min, suszenie aglomeratu przez 30 min w temp. 50±2 o C. Analiza właciwoci fizycznych kaszek i utworzonych z nich aglomeratów obejmowała: skład granulometryczny (analizator wielkoci czstek ciał stałych w powietrzu AWK-V97, Kamika), gsto nasypow lun i utrzsion, współczynnik Hausera (objtociomierz wstrzsowy STAV 2003, Engelsmann AG) [1], kt zsypu, sypko, zwilalno, a take zawarto i aktywno wody. Wyniki i dyskusja Analiza składu granulometrycznego kaszek przed aglomeracj i powstałych aglomeratów wykazała, e proces aglomeracji wpłynł na zmian składu
158 Karolina Poszytek, Andrzej Lenart granulometrycznego poprzez zwikszenie udziału wikszych czstek [3]. Sposób aglomeracji (w pneumatycznie, jak i mechanicznie generowanym złou fluidalnym) nie powodował istotnych rónic w składzie granulometrycznym kaszek. Wyjtek stanowiła kaszka A, która charakteryzowała si najwiksz wielkoci czstek aglomerowanych w mechanicznie generowanym złou (tab. 1, 2, 3; rys. 1). Gsto nasypowa luna i utrzsiona kaszek po aglomeracji, niezalenie od ich rodzaju, była zdecydowanie mniejsza ni kaszek przed aglomeracj. Bardziej znaczce zmniejszenie gstoci nasypowej zaobserwowano podczas aglomeracji w pneumatycznie generowanym złou fluidalnym (rys. 2 i 3). Właciwoci fizyczne kaszek mleczno-zboowych przed aglomeracj. Physical properties of infant milk-and-cereal powdered porridges before the agglomeration. Wyróniki fizyczne Physical properties Skład granulometryczny Granulometric composition: d 10 [µm] d 50 [µm] d 90 [µm] Współczynnik Hausera Hausner ratio, I H [-] Kt zsypu z metalu Repose angle from metal [ o ] Kt zsypu ze szkła Repose angle from glass [ o ] Zwilalno Flowability [s] Aktywno wody Water activity, a w [-] Zawarto wody Water content, x [g H 2 O/100 g s.s.] Kaszki mleczno-zboowe Infant milk-and-cereal powdered porridges 340 759 1573 285 648 1375 252 582 1089 T a b e l a 1 307 659 1122 1,17 1,19 1,17 1,17 24 23 16 15 36 36 34 35 >300 >300 >300 >300 0,22 0,16 0,13 0,08 4,07 5,12 4,67 4,03 Objanienia: / Explanatory notes: d 10 rednica / diameter of the particle; d 50 rednia rednica (mediana) / mean diameter of the particle; d 90 rednica / diameter of the particle Z gstoci nasypow lun i utrzsion zwizany jest współczynnik Hausera I H (stosunek gstoci nasypowej utrzsionej do gstoci nasypowej lunej). Współczynnik I H jest wskanikiem sypkoci proszków [5]. Kaszki przed aglomeracj
WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH... 159 charakteryzowały si gorsz sypkoci ni po aglomeracji. Aglomerowanie w mechanicznie generowanym złou fluidalnym powodowało, e badane kaszki charakteryzowały si najmniejszym współczynnikiem Hausera. Podobny współczynnik I H miały kaszki aglomerowane w pneumatycznie generowanym złou fluidalnym, co wiadczy o dobrej sypkoci utworzonych aglomeratów (tab. 1, 2 i 3). Inny wskanik sypkoci, czas wysypu (sypko), w sposób bardziej jednoznaczny charakteryzuje badane kaszki. Kaszki aglomerowane uzyskały czas mniejszy ni 20 s, czyli charakteryzowały si dobr sypkoci (rys. 4). T a b e l a 2 Właciwoci fizyczne kaszek mleczno-zboowych aglomerowanych w pneumatycznie generowanym złou fluidalnym. Physical properties of milk-and cereal powdered porridges agglomerated in a fluidized, pneumatically generated bed. Wyróniki fizyczne Physical properties Skład granulometryczny Granulometric composition distribution d 10 [µm] d 50 [µm] d 90 [µm] Współczynnik Hausera Hausner ratio, I H [-] Kt zsypu z metalu Repose angle from metal [ o ] Kt zsypu ze szkła Repose angle from glass [ o ] Zwilalno Flowability [s] Aktywno wody Water activity, a w [-] Zawarto wody Water content x [g H 2 O/100 g s.s.] Pneumatycznie aglomerowane kaszki mleczno-zboowe Pneumatically agglomerated milk-and cereal powdered porridges for infants 428 935 1595 Objanienia jak w tab. 1 / Explanatory notes as in Tab. 1. 340 659 2752 285 615 1144 384 792 1786 1,16 1,12 1,15 1,15 19 18 18 17 30 33 37 35 3 4 3 3 0,04 0,03 0,05 0,04 2,68 2,34 2,75 3,04 Wskanikiem charakteryzujcym właciwoci rekonstytucyjne jest zwilalno. Zwilalno kaszek nieaglomerowanych jest niewielka, porcja proszku utrzymywała si na powierzchni cieczy przez dłuszy czas. Uległa ona zdyspergowaniu w wodzie dopiero w trakcie intensywnego mieszania. Zwilalno odpowiadajc właciwoci
160 Karolina Poszytek, Andrzej Lenart błyskawicznej rozpuszczalnoci (instant) uzyskano we wszystkich aglomeratach niezalenie od zastosowanej metody (tab. 1, 2 i 3). Analiza kta zsypu z powierzchni metalowej i szklanej nie wykazała rónic w mierze kta pomidzy kaszkami przed i po aglomeracji, niezalenie od zastosowanej metody (tab. 1, 2 i 3). T a b e l a 3 Właciwoci fizyczne kaszek mleczno-zboowych aglomerowanych w mechanicznie generowanym złou fluidalnym. Physical properties of milk-and cereal powdered porridges agglomerated in a mechanically generated fluidized bed. Wyróniki fizyczne Physical properties Skład granulometryczny Granulometric composition d 10 [µm] d 50 [µm] d 90 [µm] Współczynnik Hausera Hausner ratio, I H [-] Kt zsypu z metalu Repose angle from metal [ o ] Kt zsypu ze szkła Repose angle from glass [ o ] Zwilalno Flowability [s] Aktywno wody Water activity, a w [-] Zawarto wody Water content x [g H 2 O/100 g s.s.] Mechanicznie aglomerowane kaszki mleczno-zboowe Mechanically agglomerated milk-and cereal powdered porridges for infants 725 1177 2036 340 670 1430 Objanienia jak w tab. 1 / Explanatory notes as in Tab. 1. 274 604 1210 362 714 1816 1,10 1,14 1,14 1,14 27 23 23 22 27 27 28 28 3 5 2 5 0,66 0,66 0,69 0,65 12,02 12,66 13,28 12,61
WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH... 161 Mediana Mediana/Mean / Mean diameter particle size of d50 the particle [mm] Rys. 1. Fig. 1. 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 759 935 1177 648 659 przed aglomeracj/before agglomeration aglomeracja pneumatyczna/pneumatical agglomeration aglomeracja mechaniczna/mechanical agglomeration 670 582 615 604 659 Kaszki mleczno-zboowe Kaszki / Milk-and mleczno-zboowe/baby cereal powdered food porridges powders for infants Mediana d 50 kaszek mleczno-zboowych przed i po aglomeracji w pneumatycznie lub mechanicznie generowanym złou fluidalnym. d 50 mean diameter of particles of the milk-and cereal powdered porridges before and after the agglomeration in a pneumatically or mechanically generated fluidized bed. 792 714 Gsto Gsto nasypowa nasypowa luna luna/loose / bulk density [kg/m 3 ] 3 ] Rys. 2. Fig. 2. 600 500 400 300 200 100 0 479 przed aglomeracj/before agglomeration aglomeracja pneumatyczna/pneumatical agglomeration aglomeracja mechaniczna/mechanical agglomeration 400 406 368 372 314 322 261 278 299 269 262 Kaszki mleczno zboowe Kaszki / mleczno-zboowe/baby Milk-and cereal powdered food powders porridges for infants Gsto nasypowa luna kaszek mleczno-zboowych przed i po aglomeracji w pneumatycznie lub mechanicznie generowanym złou fluidalnym. Loose bulk density of the milk-and cereal powdered porridges before and after the agglomeration in a pneumatically or mechanically generated fluidized bed.
162 Karolina Poszytek, Andrzej Lenart Gsto nasypowa utrzsiona/tapped / Tapped bulk bulk density density [kg/m [kg/m 3 ] 3 ] Rys. 3. Fig. 3. 600 500 400 300 200 100 0 561 przed aglomeracj/before agglomeration aglomeracja pneumatyczna/pneumatical agglomeration aglomeracja mechaniczna/mechanical agglomeration 475 475 436 407 358 366 341 304 313 308 301 A-kakaowa B-truskawkowa C-bananowa D-jabłkowa Kaszki mleczno-zboowe Kaszki / mleczno-zboowe/baby Milk-and cereal powdered food powders porridges for infants Gsto nasypowa utrzsiona kaszek mleczno-zboowych przed i po aglomeracji w pneumatycznie lub mechanicznie generowanym złou fluidalnym. Tapped bulk density of the milk-and cereal powdered porridges before and after the agglomeration in a pneumatically or mechanically generated fluidized bed. Sypko Sypko/Flowability / [s] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 przed aglomeracj/before agglomeration 35 aglomeracja pneumatyczna/pneumatical 16 24 20 19 14 15 13 14 15 16 16 Kaszki mleczno-zboowe / Milk-and cereal powdered porridges for infants Rys. 4. Fig. 4. Sypko kaszek mleczno-zboowych przed i po aglomeracji w pneumatycznie lub mechanicznie generowanym złou fluidalnym. Looseness of the milk-and cereal powdered porridges before and after the agglomeration in a pneumatically or mechanically generated fluidized bed. Wnioski 1. Nieaglomerowane kaszki mleczno-zboowe były proszkami o wysokiej gstoci nasypowej, słabej sypkoci i trudno rozpuszczalne w wodzie. 2. Aglomeracja nawileniowa wpłynła na polepszenie właciwoci fizycznych kaszek mleczno-zboowych. Uzyskane aglomeraty charakteryzowały si
WPŁYW AGLOMERACJI NA WŁACIWOCI FIZYCZNE KASZEK MLECZNO-ZBOOWYCH... 163 szczególnie dobr sypkoci i zwilalnoci, niezalenie od składu surowcowego kaszki i zastosowanej metody aglomeracji. Literatura [1] DIN 66145: 1976. Darstellung von Korn (Teilchen-) grüender Teilungen, RRSB Netz, Ausgabe 1976-04. [2] Gwiazda A.: Wzrost popytu na wygodn zdrow ywno. Przem. Spo., 2002, 8, 46-48. [3] Kowalska J., Lenart A.: The influence of ingredients distribution on properties of agglomerated cocoa products. J. Food Eng., 2005, 68, 155-161. [4] Schubert H.: Instantization of powdered foods. Inter. Chem.l Engin., 1993, 33 (1), 28-45. [5] Wong A.C.-Y.: Characterisation of the flowability of glass beads by bulk densities ratio. Chem. Eng. Sci., 2000, 55, 3855-3859. THE EFFECT OF AGGLOMERATION ON PHYSICAL PROPERTIES OF MILK-AND- CEREAL POWDERED PORRIDGES FOR INFANTS S u m m a r y The objective of this paper was to determine the effect of moisture agglomeration on physical properties of milk-and-cereal powdered porridges with added cocoa, pieces of dried fruits, or powdered dried fruits, developed for infants. The agglomeration was carried out by mixing the mixture being moisturized in a fluidized bed that was either pneumatically or mechanically generated. The analysis of physical properties included: water activity and water content, granulometric composition, loose and tapped bulk density, looseness, repose angle from different surfaces and flowability of powdered porridges before and after the agglomeration accomplished. Non-agglomerated porridges for infants were sparingly water-soluble powders, showed a high bulk density and a low looseness. The moisture agglomeration contributed to improving the physical properties of milk-and-cereal powdered porridges for infants. The agglomerates produced were characterized by a particularly high looseness and flowability, regardless of the content of raw materials in the porridges and of the agglomeration method applied. Key words: milk-and-cereal powdered porridge for infants, food powders, agglomeration, fluidized bed