Phase Transitions During Food Powder Production and Powder Stability

I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 II. Food Powders and their Microstructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263A. Importance of Physical State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 III. Formation of Food Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265A. Crystalline Food Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 B. Amorphous Food Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 C. Mixed Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268IV. Phase Transitions in the Production of Food Powders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 A. Glass Transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 B. Phase Transitions during Drying of Foods for Powder Production . . . . . . . . . . . 2711. Freeze Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 2. Roller Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 3. Spray Drying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274V. Stickiness Evaluation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 A. Stickiness Testing of Drying Droplet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 B. Stickiness Testing Methods for Powder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2801. Shear Cell Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 2. Propeller Driven Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 3. Optical Probe Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 4. Blow Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 5. Fluidization Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 6. Cyclone Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282ENPO: “dk2963_c011” — 2005/3/21 — 18:25 — page 262 — #2VI. Phase Transitions during Instantization of Food Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 VII. Stability of Powders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283A. Crystallization and Caking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 B. Diffusion of Volatiles and Permeability to Oxygen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 C. Chemical Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 D. Structure Relaxation and Stability of Amorphous Products. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287VIII. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290I. INTRODUCTIONDry solid food materials are produced in various forms and dimensions, ranging from pieces to very fine micron size powders. The forms of dehydrated product are determined by the original state prior to processing, pretreatments, and water removal methods. Two methods of water removal are usually employed to produce the dry products, separation by crystallization/sublimation (freeze drying) and water removal by vaporization (various drying techniques). Depending on the physical states of the original (raw) material, the drying processes can be classified as solid or liquid drying. Although both types of raw products may have a similar amount of initial moisture (more than 75%), solid products (i.e., fruits and vegetables) have defined shape and size and do not flow, contrary to liquids (e.g., fruit puree). However, solids with high moisture content are characterized by viscoelastic behavior and may be prone to disintegration, even with a small shear force.