SÜT TOZU TEKNOLOJİSİ Prof.Dr.Ahmet AYAR.

... konulu sunumlar: "SÜT TOZU TEKNOLOJİSİ Prof.Dr.Ahmet AYAR."— Sunum transkripti:

1 SÜT TOZU TEKNOLOJİSİ Prof.Dr.Ahmet AYAR

2 Türk Gıda Kodeksi Yönetmeliği
Yayımlandığı R.Gazete Tebliğ No 2005/18 Koyulaştırılmış Süt ve Süttozu Tebliğinde Değişiklik Yapılması Hakkında Tebliğ Yayımlandığı R.Gazete: Tebliğ No: 2008/51

3 Madde 4 - Koyulaştırılmış süt: Yağlı, yağı kısmen veya tamamen alınmış sütten veya bu ürünlerin karışımından suyun doğrudan kısmi olarak uzaklaştırılması ile elde edilen, içine süttozu ve/veya krema katılabilen, şekerli veya şekersiz sıvı ürünü, b) Süttozu: Yağlı, yağı kısmen veya tamamen alınmış sütten, kremadan veya bu ürünlerin karışımından suyun doğrudan uzaklaştırılması ile elde edilen ve son üründe nem içeriğinin ağırlıkça en fazla %5 oranında olduğu katı ürünü ifade eder.

4 Süt Kuru Maddesi (Ağırlıkça, %)
Koyulaştırılmış Sütlere Ait Yağ ve Kuru Madde Oranları Süt Yağı (Ağırlıkça, %) Süt Kuru Maddesi (Ağırlıkça, %) Koyulaştırılmış Yağsız Süt Süt Yağı≤1 En az 20 Koyulaştırılmış Yarım Yağlı Süt 1<Süt Yağı≤7,5 Koyulaştırılmış Tam Yağlı Süt Süt Yağı >7,5 En az 25 Koyulaştırılmış Yüksek Yağlı Süt Süt Yağı≥15 En az 26,5 Şekerli Koyulaştırılmış Yağsız Süt En az 24 Şekerli Koyulaştırılmış Yarım Yağlı Süt 1<Süt Yağı≤8 Şekerli Koyulaştırılmış Tam Yağlı Süt Süt Yağı >8 En az 28

5 Nem Miktarı* (Ağırlıkça, %)
Süttozlarının Bileşimi * Süt kuru maddesi ve yağsız süt kuru maddesi, laktozun kristalizasyon suyunu da içermektedir Süt Yağı (Ağırlıkça,%) Nem Miktarı* (Ağırlıkça, %) Yağsız Süttozu Süt Yağı≤1,5 En fazla % 5 Yarım Yağlı Süttozu 1,5 <Süt Yağı ≤26 Tam Yağlı Süttozu 26 <Süt Yağı ≤ 42 Yüksek Yağlı Süttozu Süt Yağı>42

6 Bazı kurutma yöntemleri

7 Filtrasyon tekniği ile kurutma
Reverse Osmosis Ultrafiltration Nanofiltration Microfiltration Filtrasyon tekniği ile kurutma Filtrasyon tekniği ile kurutma

8

9

10 Milk Powder Drying Oven

11 Milk powder NFDM Whole milk powder Whey powder Buttermilk powder Processing conditions depend on expected functionality in the end product Beverage milk : no off-flavor Cheese : good clotting properties Recombined evaporated milk : heat stable, no autoxidation

12 Manufacture Pasteurization
intense for inhibiting autoxidation, 95 C/1 min lower degree for skim milk powder Evaporation (45% dm) Homogenization if no atomization Spray drying (8% water) Fluid bed drying agglomerating lecithin added for whole milk powder Gas flushing (püskürtme) N2 or N2/CO2 to prevent autoxidation Packaging if gas flushing not done multilayer paper bags with polyethylene inner layer tin or plastic containers

13 Şekersiz koyulaştırılmış süt
Standardization Evaporation Homogenization Cooling & Inspection Packaging Sterilization Cooling Storage Şekerli koyulaştırılmış süt Standardization Sugar Addition Evaporation Cooling Seeding and Crystallization Packaging in sterilized Cans Storage it is concentrated up to 26% 8% Fat and 18% SNF). Normally it contains 8% Fat, 45% Sugar, 20% SNF and 28% Moisture

14

15

16 The only real heat treatment (85-90° C for several seconds) this product recieves is after the raw milk has been clarified and standardized. The benefits of this treatment include totally destroying osmophilic and thermophilic microorganisms, inactivating lipases and proteases, decreases fat separation and inhibits oxidative changes. Unfortunately it also affects the final product viscosity and may promote the defect age gelation.

17 Düşen film evaparatör there is a sudden sharp increase in viscosity accompanied by visible gelation and irreversible aggregation of the micelles into long chains forming a three-dimensional network. The actual cause and mechanism is not yet clear, however, some theories exist: Proteolytic breakdown of the casein: bacterial or native plasmin enzymes that are resistant to heat treatment may lead to the formation of a gel Chemical reactions: polymerization of casein and whey proteins due to Maillard type or other chemical reactions Formation of kappa-casein-ß -lactoglobulin complexes

18 Diagram of a falling film evaporator (Source: GEA Niro Inc.)

19 "Şekersiz koyulaştırılmış süt (evapore süt), homojenize edilip koyulaştırılan sütün kutulara doldurulup otoklavda sterilize edilmesiyle elde olunur." "Yağlı koyulaştırılmış şekersiz sütte en az yüzde 7.5 süt yağı, yüzde 17.5 süt kuru maddesi; yağsız koyulaştırılmış şekersiz sütte en az yüzde 22 süt kuru maddesi bulunur. Şekerli koyulaştırılmış süt (kondanse süt), pastörize edilip koyulaştırılan sütün belli oranlarda sakaroz (şeker) katılıp soğutulduktan sonra, kutulara doldurulmasıyla elde olunur.“ "Şekerli koyulaştırılmış sütte 100 mililitrede en az 7,5 gram süt yağı, 22 gram süt kuru maddesi ve gram şeker; yağsız şekerli koyulaştırılmış sütte 100 mililitrede en az 24 gram süt kuru maddesi, gram şeker bulunur." Koyulaştırılmış sütler, koyulaştırıldıkları oranda sulandırıldıklarında yapımlarında kullanılan sütlerin özelliğini göstermelidir.

20 The sweetened evaporated milk is then cooled and lactose crystallization is induced.
The milk is inoculated, or seeded, with powdered lactose crystals, then rapidly cooled while being agitated. The lactose can crystalize without the seeding but there is the danger of forming crystals that are too large. This would result in a texture defect similar in ice cream called sandiness, which affects the mouthfeel. By seeding, the number of crystals increases and the size of those crystals decreases.

21 Şeker iki şekilde ilave edilir: Isıl işlemden önce kuru şeker ilavesi
Evaporasyon esnasında şeker şurubu ilavesi Şekerli koyulaştırılmış süt % 8 yağ, % 45 şeker % 27 su Şekersiz % 8 yağ %18 yağsız kurumadde Isıl işlemden önce kuru şeker ilavesi

22

23

24

25 Ön Isıtma 73-74 °C'de 1-3 dk uygulanması zorunludur. Ancak uygulamada ürünün dayanıklılık süresi ile bakteriyolojik kalitesini yüksek düzeyde tutmak amacıyla tam yağlı süt 88 °C, yağsız süt de °C'e kadar ısıtılmaktadır. Daha etkin ısı işlemlerini uygulamakla, bakterilerin tahrip olma oranını artırmak ve sütte oluşacak bazı doğal antioksidantlarla (-SH grupları) mevcut yağın oksidasyonunu geciktirmek mümkündür. Ancak bu ısı işlemleri, sütte denatüre olan serum proteini oranını artırarak, süt tozunun çözünürlüğünü olumsuz yönde etkilediğinden çoğu kez uygulanmamaktadır.

26 Sütün ön-ısıtma işleminde, direkt ve endirekt ısıtma sistemlerinden yararlanılır. Direkt ısıtma sistemi ya buharın süte injeksiyonu ya da sütün buhara püskürtülmesi şeklinde yapılır. Endirekt ısıtma sistemlerinde ise ya plakalı ya da borulu (spiral veya düz) ısıtma sistemlerinden biri kullanılır. Spiral (sarmal) borulu ısıtıcılar, evaporatörde inen (düşen) film tüplerinin etrafında, düz borulu ısıtıcılar da evaporatörün dış kısmında bulunur.

27 Uygulamada, sütün ön-ısıtma işleminde, genellikle evaporatördeki sütün buharından yararlanılır. Böylece sütün evaporatörde kaynama noktasına kadar ısıtılması için gerekli buhardan ve sütün buharının yoğunlaştırılmasında kullanılacak soğutma suyundan tasarruf edilir.

28 Homojenizasyon Sıvı faz içinde emülsiyon halde dağılmış bulunan parçacıkların çaplarını küçülterek ortamın emülsiyonunu stabil hale getirmek, diğer bir anlatımla emülsiyon fazındaki parçacıkların sıvı faz içindeki doğal sedimentasyonunu durdurmak veya yavaşlatmak amacıyla yapılan mekaniksel işleme homojenizasyon denir. Süt teknolojisinde homojenizasyon işleminde amaç, büyük yağ taneciklerinin parçalanmasını sağlamak ve ortalama 3–4 pm olan yağ kürecikleri çapını 0,5-1 pm'ye getirmektir. Kuşkusuz homojenizasyonun; rengin beyazlatılması, viskozitenin artırılması, tadın iyileştirilmesi gibi diğer amaçları da vardır. Ancak asıl amaç, yukarıda da vurgulandığı üzere, yoğunluğu akışkan fazdan daha az olan ve doğal olarak yüzeyde toplanma eğiliminde bulunan yağ taneciklerinin çaplarını küçü1terek hareketlerini durdurmak veya çok yavaşlatmaktır.

29 Yoğunlaştırma (Evaporasyon):
Ürünün uzun süre dayanmasını sağlamaktadır. Sütün atm basıncında kaynatılarak yoğunlaştırılması süt proteinlerinin denatürasyonuna yol açacağından süt vakumda düşük basınçta kaynatılarak yoğunlaştırılır. a. Dolaşımlı evaporatörler b. İnen film tabakalı evaporatörler kullanılarak yapılmaktadır.

30 Dolaşımlı evaporatörler
Süt sürekli vakum altında kaynatılarak kısmen suyundan arındırılır. Kuru madde süzeyi % olacak şekilde yoğunlaştırılır. Uygulanışı: Süt alttan pompa ile sevk edilir. Süt tüplerden geçerken buharla ısınır. Uygulanan vakuma bağlı olarak düşük ısıda kaynamaya başlar. Kaynayan süt sıvı-buhar separatörüne geçer Buharlaşan kısmı dışarı alınır. Geri kalan kısmen yoğunlaşmış kısım ise aletin alt kısmından tekrar sisteme girer. Yoğunlaşan süt istenilen yoğunluğa ulaştığında dışarı alınır. Dışarı alınan miktar kadar da taze süt alete sevk edilir. İşlemden daha etkin bir şekilde yararlanmak için birkaç evaporatör seri şekilde bağlanır. İlk evaporatörden çıkan sütün buharı ikincisinde ısıtma ortamı olarak kullanılır. İlk kısımda yoğunlaşan sütün ikinci kısımda arzulana yoğunluğa ulaşması sağlanır.

31 Buharlaştırmanın amacı
Bu işlemin uygulanmasıyla üretim hızının artması ve aynı zamanda süt tozundaki hava miktarının az olması, diğer bir deyişle ürünün uzun süre dayanması, mümkün kılınır. İşlem sırasında sütün atmosfer basıncında kaynatılarak buharlaştırılması, süt proteinlerinin denatürasyonuna yol açacağından, süt vakumda (düşük basınçta) kaynatılarak buharlaştırılır.

32 Silindir metodu ile kurutma
* Bakteriyolojik yönden kaliteli çiğ süt temin edilir. * Kirleri temizlenir, yağ standardize edilir. Cihazın özellikleri: 1. Yatay ve paralel silindirler bulunur. 2. Silindir alt kısmınında kurutulmuş sütlerin toplandığı kap bulunur. 3. Silindirler dakikada devir yapacak şekilde dönerler. ***** Ön ısıtma yapılmaz. Patojen m.o’lar güvenilir şekilde tahrip olur

33 Bu metot, eski olmasına rağmen endüstride halen kullanılmaktadır; 20
Bu metot, eski olmasına rağmen endüstride halen kullanılmaktadır; 20. asrın başından bu yana pek az değişmiştir. Metot, temelde basittir. Şöyle ki, bu metotta süt, °C ısıdaki buharla ısıtılmış metal yüzeylerde, atmosfer basıncı altında, 2-3 saniye ısıtılarak ince tabaka şeklinde kurutulur. Silindir Metodunun Yararları: Sermaye ve çalıştırma masrafı az Koyulaştırılmış süt kullanımı zorunlu değil Az miktarda sütü işlemek mümkün Kurutma sistemi az yer işgal eder ve özel binaya gereksinilmez İşlemle sütteki bakterilerin çoğu tahrip olur

34 Silindirler arasına süt akıtılır.
İŞLEM Silindirler arasına süt akıtılır. Süt ince tabaka şeklinde silindirlerin sıcak yüzeyine yayılır. Yarım devirden sonra suyu tamamen buharlaşarak kurutulur. Silindirin üst kısmında bulunan kazıyıcı bıçaklar kuru ince süt tabakasını kazır. Kurutulmuş süt alt kısımda bulunan taşıyıcıda ince tabakalar halinde toplanır. Öğütülür, elekten geçirilerek sert ve yanmış partiküller ayrılır.

35

36

37

38

39 Diagram of a drum dryer (Source: Simon Dryers)

40 Püskürterek Kurutma Bu sistemde yoğunlaştırılmış süt, kurutma odasına püskürtülerek kurutulur. Bu işlem üç aşamada meydana gelir: Yoğun sütün çok ufak damlacıklar halinde püskürtülmesi, Püskürtülen sütün, sıcak havayla kurutulması, Süt tozu partiküllerinin kurutma havasından ayrılması. Damlacıkla sıcak havanın kurutma hücresine giriş şekline ve bunların hareket yönünün birbirlerine göre durumlarına bağlı olarak çeşitli tipte püskürtmeli kurutma cihazları vardır.

41 Bunlar : Ters akımlı, Karışık akımlı ve Paralel akımlı püskürtmeli kurutuculardır. Ters akımlı püskürtmeli kurutucuda, oldukça yüksek sıcaklıklarda olan giriş havası, kurutulmuş veya oldukça kuru ürünle temas eder. Bu durumda, kuru ürüne etki eden ısı nedeniyle ürün kalitesi azalabilir. Eş yönlü akım kullanılan püskürtmeli kurutucular, ısıya duyarlı gıda maddeleri için en iyi düzenlemedir. Çünkü sıvı ürün, yüksek sıcaklıktaki giriş havasıyla temas ederken kurutulmuş ürün, sıcaklığı oldukça azalmış havayla temas etmektedir. Karışık hava düzenlemesinde ise birim hacim için buharlaştırma kapasitesi çok yüksektir.

42 Bir püskürtmeli kurutma cihazının en önemli kısmı atomizerdir
Bir püskürtmeli kurutma cihazının en önemli kısmı atomizerdir. Atomizer, kurutulacak sıvıyı, çeşitli faktörlere bağlı olarak mikrometre çapında küçük zerreciklere parçalayan cihazdır. Atomizerde ne kadar küçük damla elde edilebilirse, belli ağırlıktaki ürünün yüzey alanı o kadar artacağından kurumada o kadar hızlı gerçekleşir. En yaygın olarak püskürtme memeli ve döner diskli atomizerler kullanılmaktadır. Atomizerlerde damlacıkların tek düze ve küçük olarak sağlanması kadar bu damlacıkların henüz kurumadan sıcak hücre duvarına değmeyecek şekilde dağıtılması da önemlidir

43

44 Döner atomizerler, sütün kurutulmasında daha çok tercih edilmektedir
Döner atomizerler, sütün kurutulmasında daha çok tercih edilmektedir. Döner atomizerde süte basınç uygulanmaz. Süt yüksek hızda ( devir/dk) dönmekte olan bir diskin merkezkaç kuvvetiyle püskürtülür. Bu tipin başlıca iki şekli vardır. Birinde hızlı dönmekte olan bir disk, üzerine akıtılan sütü etrafındaki şemsiye şeklindeki çanağa püskürterek dağıtır. Diğerinde ise dönmekte olan yassı bir disk, içine akıtılan sütü kenarındaki deliklerden dağıtır. Her iki sistemde de süt zerreciklerinin büyüklüğü diskin çap ve dönme hızına bağlıdır. Bu atomizerle elde edilen süt tozları yeknesak ve büyük (50-250m) olduklarından suda kolay çözünürler. Atomizerde yoğun süt, dönmekte (3000 devir/dk) olan santrifugal püskürtme diskine merkezinden sevk edilir ve diskin etrafından verilen basınçlı havayla da süt μm büyüklükte zerrecikler halinde kurutma odasına dağıtılır.

45

46

47

48 Yoğun sütün çok ufak parçacıklar halinde püskürtülmesi: Atomizerle sıcak havaya püskürtülür.
Basınçlı durağan atomizerlerde: Düşük: kgf/cm2 Yüksek: kgf/cm2 basınç altında sert çelikten yapılmış sabit dikste bulunan ufak deliklerden püskürtülür. Döner atomizerler: Süte basınç uygulanmaz. Daha çok tercih edilir. Süt yüksek hızda ( devir/dak) dönmekte olan bir diskin merkezkaç kuvvetiyle püskürtülür. Süt zerreciklerinin büyüklüğü diskin çapı ve dönme hızına bağlıdır.

49

50 Sütün Kurutulması Kurutma odasına °C'de püskürtülen süt, sıcak havayla kurur. Kurutma odaları, genellikle ya düz ya da konik tabanlı silindir şeklindedir. Silindir şeklinde olanların konik tabanları 40-60° meyillidir. Bunlar süt tozunun, kütle çekimiyle kurutma odasını terk etmesine imkan verdiğinden daha çok kullanılmaktadır. Kurutma odasına yoğun süt, üstten püskürtülür ve filtre edilmiş eş yönlü sıcak ( °C) havayla karışarak çok kısa sürede kurur. Kurutma odasında süt tozu, bir aşamalı işlemde son rutubet içeriğine kadar; iki aşamalı işlemde ise son rutubet içeriğinden % 2-10 daha fazla rutubet içerecek şekilde kurutulur.

51

52

53

54

55

56

57 Püskürtme metodu ile üretim
Püskürtülen sütün sıcak havayla kurutulması: Kurutma odasına 60-70OC’lerde püskürtülen süt sıcak havayla kurur. Kurutma odasına yoğun süt üstten verilir. Filtre edilmiş paralel yönlü sıcak havayla karışarak kurur. Son nem içeriğine ulaşılıncaya kadar kurutulur. Nemli sıcak hava üst taraftan kurutulmuş süt alt taraftan soğutuculu sistemlerle dışarı alınır. Süt tozu kısa sürede soğutulduğundan yağın katılaşması ve kimyasal değişimlerin kontrol altına alınması sağlanır.

58 Süt tozu partiküllerinin kurutma havasından ayrılması:
Havayla birlikte emilen süt tozu siklon separatörlerle etkin bir şekilde dışarı alınarak ayırt edilir. Partikülller siklonun altından alınarak havalı taşıma sistemine geçer. Hava da boşalma fanı ile dışarı atılır. Siklondan çıkan hava az da olsa partikül içerdiğinden torba süzgeçten geçirilerek temizlenir.

59 Metot, geniş bir kazana çok ufak damlacıklar şeklinde püskürtülen sütün, sıcak hava ile karıştırılarak çok kısa sürede toz şeklinde kurutulması ilkesine dayanır. Püskürtme Metodunun Yararları: Sermaye ve çalıştırma masrafı az Çok kısa süre ürün elde edilir Koyulaştırılmış sütün kullanımı zorunlu değil Fazla miktarda sütü işlemek mümkün Kurutma aygıtı az yer işgal eder ve özel binaya gereksinim duyulmaz

60 Figure-3 Pressure nozzle[
Figure- 2 Rotary atomizer[5 Formation of product in spray drying

61 Fluidbed - Fluidbed Drying - Spray Dryer - Spray Drying - GBM TECHNICAL

62 Lecithin is a food product derived from soybean that is added in a very small amount to agglomerated milk powder for the purpose of enhancing solubility. Read more: For this purpose lecithin (originating from soy beans) dissolved in pure butter-oil, in order to make a liquid, may be used. Lecithin is superior as to the functional performance, i.e. achieving of instant properties. The butter-oil is chosen also in order to use a natural milk component, as using a vegetable fat, even it is done in many cases, could be considered a falsification. The amount of lecithin and of the total free fat (i.e. original free fat + added butter-oil + lecithin) in the final powder may vary from % and 1-2%, respectively. However, variations within these limits result in rather big differences as to the desired properties. One must be aware that a high amount of total free fat together with high amount of lecithin improves the wettability, but on the other hand it is affecting the flowability and may seriously affect the dispersibility. At lecithin levels >0.5% it is possible to detect the characteristic soy flavour. The structure of the powder and the degree of agglomeration are of importance too, as poorly agglomerated powders require higher amount of wetting agent than well agglomerated products.

63 Fig. 119 Lecithin dosing equipment

64 Paketleme Silindir metoduyla elde edilen süt tozu tabakaları öğütüldükten, püskürtme metoduyla elde edilenler ise kaba küme parçacıklarından elenerek ayrıldıktan, sonra paketlenir. Paketlemede sağlam; oksijen ve rutubeti geçirmeyen veya pek az geçiren materyaller kullanılır. En iyi paketleme materyali teneke ve mukavva kutulardır. Koruyucu tabakayla kaplı kağıt ve kartondan yapılan materyaller, kısa süre saklanacak süt tozları için elverişlidir. Bununla beraber son yıllarda oksijen ve rutubeti çok az geçiren plastik ve sentetik materyaller (örn., selüloz, polietilen, politen, pliofilm, naylon ve kriovak) de, özellikle ufak miktarlarda süt tozunun paketlenmesinde, yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

65

66 Ambalajlama ve Depolama
Oksijen ve rutubeti geçirmeyen ambalaj malzemesi kullanılır. En iyi paketleme teneke ve mukavva kutulardır. Paketlemede vakumla çalışan doldurma makineleri kullanılır. Paketteki hava vakum pompası ile dışarı alınır. Isı, ışık ve rutubet olmayan ortamlarda depolanır.

67 Depolama Depolama koşulları, özellikle ışık, ısı ve rutubet, süt tozunun kalitesini, daha açık bir anlatımla dayanıklılık süresini, önemli ölçüde etkiler. Bu bakımdan süt tozunun, özellikle renk, erime özelliği ve lezzetinde meydana gelebilecek kusurların en az düzeye indirilmesi, ürünün başlıca serin, düşük rutubetli ve ışıksız ortamlarda muhafazasıyla mümkün olmaktadır.

68 http://spraydrying. blogspot. com/2006/03/technology-in-spray-dryers

69 Figure 7: Microstructure of milk powder ( electron micrograph), on the left drum-dried, on the right spray-dried; particle size: drum-dried powder, primary particles approx. 250–500 ym, spray-dried powder, primary particles 25–50 ym diameter. (Source: Livstek).

70

71 Chemical and physical properties of full and skimmed milk powder
The important quality parameters for milk powder are microbiological quality, sensory characteristics and the following physicochemical properties: Water content Fat content Free fat Protein content Minerals content Titratable acid Solubility, reconstitutability Pouring behaviour Bulk density Thermal stress for skimmed milk powder (fraction of non-denatured whey proteins) Burnt particles Particle size distribution Residual oxygen level in the packaging

72

73 Schematic presentation of DIC reactor: (1) treatment vessel; (2) vacuum tank; (3) controlled instant pressure-drop valve; (4) generator of steam under pressure; (5) air compressor; and (6) vacuum pump.

74

75 Instant powder Powder agglomerated so that a few fine particles are left The pores through which water penetrates are much wider Agglomerates are readily dispersed and subsequenty they dissolve Agglomerates should be strong enough to avoid breakage during packaging and storage Fluid bed dryer

76 Instant powder coarse-grained powder
powder particles collide intensely, they agglomerate if they are sufficiently sticky outside agglomeration is enhanced by rewetting by blowing steam into powder air velocity is adjusted so that dry smallest particles escape smallest particles are fed back to the drying chamber and become agglomerated with the atomized liquid in drying droplets smallest particles are not heat damaged extensively

77

78 Influence of process variables on product properties
Flavor cooked flavor: methyl ketones and lactones formed from fat during preheating and evaporation Maillard reaction products gluey not from drying sulfhydryl compounds removed

79

80 Concentration, T, duration, intensity of stirring
Insolubility Concentration, T, duration, intensity of stirring fraction that has not been dissolved determined volumetrically after centrifugation or as dry matter solubility index = insolubility heat coagulation time at high temperature and degree of concentration during drying High preheating, high viscosity, large droplets on atomization, more intense heat treatment during drying, increased insolubility homogenization increases insolubility (increase viscosity) but may be compensated by homogenization achieved during evaporation and atomization

81 Free fat - 1/wettability Enzymes not inactivated by drying
bacterial lipases Crystallization of lactose aw > 0.4, crystallization, stickiness nonhygroscopic: most of lactose crystallized before drying Maillard reaction: T, aw browning and off-flavor gluey flavor (o-aminoacetophenone) insolubilization of protein, decrease protein digestibility loss of nutritive value also by extensive autoxidation formation of weak mutagens

82 Autoxidation tallowy flavor to prevent intense heat treatment
adjust aw remove oxygen by gas flushing light/air impermeable packaging Cu contamination avoided intense homogenization

83 Roller-dried milk Freeze-dried milk
flakes, intense heat treatment, brownish, cooked flavor, lysine availability (50% reduced) Freeze-dried milk coarse, irregularly shaped, voluminous particles dissolve quickly minimum heat damage

84

85

86

87

88 hot gas and milk suspension are continuously injected into the top of the dryer chamber at uniform rates; the gas phase, formed of air and vapor, behavesas an ideal mixture and flows inside the dryer as aperfect mixture; the suspension is properly atomized forming spherical, homogeneous and uniform drops, which are well mixed inside the chamber without interacting with one another; § heat flows from hot air to drops or particles and temperature gradients inside the particles are negligible; the individual drying rate is described by water evaporation transfer from a single particle to the gas phase; the overall drying rate is a weight sum of individual rates of all particles that remain in the dryer; the drying kinetics is represented by two distinct periods: the first one, in which free water is evaporated from drops until a thin semipermeable crust is formed on the particle surface, and the second one, characterized by the thickening of this crust as predicted by the shrinking core model.

89 EVAPORATION In the evaporator the preheated milk is concentrated in stages or "effects" from around 9.0% total solids content for skim milk and 13% for whole milk, up to 45-52% total solids. This is achieved by boiling the milk under a vacuum at temperatures below 72C in a falling film on the inside of vertical tubes, and removing the water as vapour. This vapour, which may be mechanically or thermally compressed, is then used to heat the milk in the next effect of the evaporator which may be operated at a lower pressure and temperature than the preceding effect. Modern plants may have up to seven effects for maximum energy efficiency. More than 85% of the water in the milk may be removed in the evaporator. Evaporators are extremely noisy because of the large quantity of water vapour travelling at very high speeds inside the tubes.

90 SPRAY DRYING Spray drying involves atomising the milk concentrate from the evaporator into fine droplets. This is done inside a large drying chamber in a flow of hot air (up to 200C) using either a spinning disk atomiser or a series of high pressure nozzles. The milk droplets are cooled by evaporation and they never reach the temperature of the air. The concentrate may be heated prior to atomisation to reduce its viscosity and to increase the energy available for drying. Much of the remaining water is evaporated in the drying chamber, leaving a fine powder of around 6% moisture content with a mean particle size typically of < 0.1 mm diameter. Final or "secondary" drying takes place in a fluid bed, or in a series of such beds, in which hot air is blown through a layer of fluidised powder removing water to give product with a moisture content of 2-4%. Precautions (önlemler) must be taken to prevent fires and to vent dust explosions (patlama) should they occur in the drying chamber or elsewhere. Such explosions can be extremely dangerous to life, property and markets.

91 AGGLOMERATED POWDERS Standard powders, because of their fine dusty (ince toz) nature, do not reconstitute well in water. "Agglomerated" and "instant" powders were specifically developed to counter (karşılık) this. The manufacture of an agglomerated powder initially follows the standard process of evaporation and drying, described above. However, during spray drying small particles of powder leaving the drier (the "fines") are recovered in cyclones and returned to the drying chamber in the close proximity (yakın) of the atomiser. The wet concentrate droplets collide (çarpışmak) with the fines and stick together, forming larger ( mm), irregular shaped "agglomerates". Agglomerated powders disperse in water more rapidly and are less dusty and easier to handle than standard powders.

92 INSTANT WHOLE MILK POWDER
With WMP, an extra step is required after agglomeration to make the product truly "instant“ and overcome the hydrophobic (water-hating) nature of traces of free fat on the surface of the particles. This extra step consists of spraying minute quantities of the natural surfactant or wetting agent, soy lecithin, on to the powder in a fluid bed. Soy lecithin is extracted from soy bean oil. Lecithins are widespread in nature and they occur naturally in milk.

93 Atomiser: A device for producing fine droplets of liquid
Atomiser: A device for producing fine droplets of liquid. Usually either a high pressure nozzle or a perforated spinning disk through which the liquid is pumped. Concentrate: Milk concentrated by evaporation, typically containing around 48% total solids. Cyclone: A device for separating air and powder particles. Effect : A single unit in an evaporator operating at a particular pressure and temperature. Evaporators commonly have three to seven effects to allow heat to be reused several times. Fluid bed: A piece of equipment used for drying or cooling milk powder. Air is blown through the powder from below, causing the powder particles to separate and behave rather like a fluid. Alternatively, a layer of fluid-like powder in which the particles are kept apart by an air flow. Recombined: Liquid milk or other "fresh" product made by mixing skim milk powder, milkfat, water and possibly other components. Reconstituted: Liquid milk or other "fresh" product made by mixing milk powder and water.

94 Typical example of ion exchange technology