¿Qué tratamientos del material de mezcla son adecuados para muesli y cereales para evitar la segregación en el envase?
En el muesli y los cereales, la segregación en el envase puede evitarse de la forma más eficaz mediante una combinación de un mezclado base cuidadoso, trayectos de producto cortos y controlados, así como una dosificación de los componentes próxima al envasado. Resulta especialmente robusto unir los componentes críticos —por ejemplo, frutos secos, frutas desecadas, trozos de chocolate o fracciones finas de especias y de polvo— lo más tarde posible y cerca de la báscula multicabezal o de la máquina envasadora. Así, entre la mezcla y la bolsa queda poco tiempo y poco recorrido en los que los componentes puedan volver a separarse.
Por qué se produce la segregación
Las mezclas de muesli y cereales son especialmente propensas a la segregación porque sus componentes suelen presentar tamaños de partícula, formas, densidades aparentes y superficies claramente distintos. Los copos finos, el azúcar, el polvo o los fragmentos pueden filtrarse hacia abajo a través de los huecos entre componentes más grandes. Este mecanismo se denomina percolación. Los componentes redondos o compactos pueden rodar más lejos en un cono de vertido que los copos planos o las frutas desecadas de forma irregular. En la caída libre se generan además trayectorias distintas; las vibraciones durante el transporte también pueden reordenar los componentes. Las diferencias de tamaño, forma y densidad son los principales impulsores de estos efectos de segregación.
Por ello, una buena calidad de mezcla al final del proceso de mezclado no es suficiente por sí sola. La mezcla puede volver a segregarse al vaciarse, en depósitos intermedios, en puntos de transferencia, en transportadores vibratorios, en conducciones de transporte neumático, en tramos de caída o incluso durante el transporte y el almacenamiento en la bolsa cerrada. Por ello, toda la cadena de proceso hasta el envase terminado debe considerarse parte de la tarea de mezclado.
Tratamientos adecuados del producto a mezclar
Una primera medida eficaz es la armonización de la estructura de partícula. Las fracciones muy finas y de libre movimiento favorecen la percolación en mezclas gruesas. Cuando la receta y el perfil del producto lo permiten, las fracciones finas pueden reducirse, aglomerarse previamente o unirse a partículas portadoras más gruesas. Una distribución del tamaño de partícula más estrecha también puede disminuir la tendencia a la segregación. Sin embargo, esto no debe ir en detrimento de la sensación en boca, el comportamiento instantáneo, la sensorial o la declaración. Una trituración general de todos los componentes no suele ser una solución para el muesli, porque con ello se pierde la textura en trozos deseada y la calidad óptica del producto.
En recetas adecuadas, un ligero paso de recubrimiento puede estabilizar la mezcla. Pequeñas cantidades de aceite, solución de azúcar, sirope, lecitina u otro aglutinante adecuado desde el punto de vista alimentario y sensorial pueden unir partículas finas a copos, frutos secos, extrudidos u otros soportes más gruesos. Con ello disminuye el número de fracciones finas de libre movimiento y puede reducirse el riesgo de percolación. No obstante, los aglutinantes modifican la textura, la crujencia, la actividad de agua, la vida útil, el comportamiento de flujo y, en su caso, la situación de alérgenos o de declaración. Por ello, solo deberían emplearse cuando el objetivo de la receta lo permita. El aumento dirigido de la cohesión mediante líquidos o aglutinantes se menciona como una posibilidad para reducir la tendencia a la segregación de los productos a granel.
Otro tratamiento adecuado es la premezcla definida de componentes minoritarios críticos. Las especias finas, las vitaminas, los minerales, el azúcar, la sal, los aromas en polvo o los colorantes pueden homogeneizarse primero con una parte de un componente portador adecuado. Esta premezcla se incorpora después al mezclador principal. Con ello puede evitarse que pequeñas cantidades de un componente fino queden concentradas localmente o se muevan por el producto como una fracción fina independiente. En cambio, en el caso de frutas desecadas muy sensibles, trozos de chocolate o frutos secos grandes, puede resultar razonable añadirlos solo al final y con una intensidad de mezclado especialmente baja.
Conducción del proceso hasta la bolsa
Para la homogeneización base son adecuados los mezcladores por lotes operados de forma cuidadosa, por ejemplo mezcladores de tambor u otros mezcladores de baja cizalla, cuando los componentes tienen buena fluidez y están en gran medida libres de aglomerados. En mezclas más complejas con muchos componentes o mayores diferencias de densidad, forma y tamaño de partícula, un mezclador convectivo de marcha lenta con recirculación tridimensional controlada suele ser más robusto. En ello, la velocidad de giro, el tiempo de mezclado, el grado de llenado, el orden de adición y la descarga deberían ajustarse de modo que se alcance la homogeneidad requerida sin provocar rotura, formación de finos o un mezclado excesivo.
Después del mezclado, las alturas de caída libre deberían minimizarse de forma sistemática. Las cascadas, los toboganes, los tubos de caída, los tubos telescópicos o los puntos de transferencia controlados reducen la distinta trayectoria de los componentes ligeros, planos, grandes y compactos. La técnica de transporte debería generar la menor vibración posible. Los tramos de caída grandes, las cintas transportadoras rápidas, los movimientos de vibración intensos y los trayectos de transporte neumático largos son especialmente críticos en las mezclas de muesli, porque pueden favorecer la percolación, la segregación por rodadura y la rotura. Reducir la velocidad de transporte y la altura de caída es una medida establecida para limitar la segregación.
Los depósitos tampón, los silos y las tolvas deberían diseñarse para flujo másico. En el flujo másico, el material se mueve hacia la descarga a través de toda la sección del recipiente. Con ello se reducen las zonas con tiempo de permanencia largo, el flujo de canal o de embudo y la descarga selectiva de determinados componentes. Los parámetros importantes son una inclinación de pared suficiente, materiales de pared adecuados, una salida suficientemente grande, una geometría favorable al flujo y un órgano de descarga adecuado. Los recipientes de flujo másico pueden reducir de forma sustancial los problemas derivados de la segregación.
En una fabricación continua puede resultar razonable un mezclador continuo con componentes individuales dosificados gravimétricamente, siempre que la mezcla se conduzca directamente al envasado sin grandes depósitos intermedios. Esto reduce el tiempo de permanencia y el número de trasvases. Sin embargo, para muchos productos de muesli y cereales de alta calidad, la dosificación separada y próxima al envasado es el método más seguro. En ella, los componentes principales se componen por porciones mediante una báscula multicabezal o un sistema de pesaje combinado comparable, y solo se unen inmediatamente antes de la bolsa. Los distintos componentes pueden pesarse por separado y combinarse de forma dirigida. Estas soluciones se emplean en la industria de cereales para dosificar de forma controlada distintos componentes parciales y unirlos cerca del envasado.
Control de calidad
La eficacia no debería evaluarse únicamente mediante una muestra del mezclador. Resultan razonables los análisis escalonados en el tiempo de la descarga, así como muestras de bolsas del inicio, la mitad y el final de una tirada de envasado. Según la receta, las proporciones de los componentes críticos pueden contarse, pesarse o determinarse mediante análisis de imagen y analítica de marcadores. Los indicadores adecuados son el coeficiente de variación de ingredientes individuales, el rango entre el mínimo y el máximo, así como una evaluación visual de la formación de capas, la proporción de rotura y el enriquecimiento de finos.
KoneSlid® para mezclas de muesli estables
Las mezclas de muesli y cereales suelen estar compuestas por componentes con tamaños de partícula, formas y densidades aparentes muy distintos. Por ello, los copos, los cereales extrudidos, los frutos secos, las frutas desecadas, el azúcar, las especias finas y los polvos tienden a volver a segregarse, tras el mezclado propiamente dicho, durante la descarga, en los tramos de caída, en los depósitos tampón o en el camino hacia la máquina envasadora. El mezclador amixon® KoneSlid® KS combina una recirculación de producto generada activamente y cuidadosa con tiempos cortos de mezclado y descarga. De forma complementaria pueden emplearse dispositivos especiales de humectación para unir de forma dirigida los polvos finos a partículas portadoras más grandes y reducir la tendencia a la segregación de la receta.
El KS está diseñado para productos a granel sensibles y de estructura variada, por ejemplo polvos de bebidas instantáneas, derivados de leche en polvo, sopas instantáneas, muesli, té, productos secados por atomización, productos granulados en lecho fluidizado, productos secados en banda o componentes de productos congelados. La herramienta de mezclado central genera una recirculación forzada tridimensional. El producto se transporta hacia arriba en la zona próxima a la pared, fluye hacia abajo en el centro por efecto de la gravedad y allí se conduce de nuevo, mediante un cuerpo desplazador cónico, hacia la zona de mezclado exterior. Con ello, todo el volumen del lote se capta y se distribuye espacialmente de forma continua.
Tras aproximadamente cuatro revoluciones de la herramienta, todo el volumen puede quedar recirculado por completo una vez. Según la receta, el grado de llenado, la estructura de partícula y la homogeneidad deseada, la mezcla aleatoria técnicamente ideal puede alcanzarse tras aproximadamente 20 a 40 revoluciones. El tiempo de mezclado necesario para ello y la calidad de mezcla real deben comprobarse con producto original. El movimiento de producto controlado y comparativamente de baja velocidad limita el aporte de energía mecánica y puede ayudar a conservar la estructura de copos sensibles, aglomerados, recubrimientos y componentes gruesos.
Un elemento central contra la segregación es la humectación dirigida de los componentes finos. Los mezcladores de muesli y cereales amixon® pueden equiparse con dispositivos especiales de humectación. Estos dosifican pequeñas cantidades de un aglutinante líquido adecuado —por ejemplo aceite, solución de azúcar, sirope, lecitina u otro líquido conforme a la receta— de forma fina y lo más uniforme posible en la mezcla en movimiento. Con ello, los polvos finos, las fracciones de azúcar, los polvos de especias o los pequeños fragmentos pueden adherirse a partículas portadoras más gruesas, como copos, extrudidos, frutos secos o frutas desecadas. El número de partículas finas de libre movimiento disminuye, con lo que puede reducirse en particular la percolación de finos a través de los huecos entre los componentes grandes.
La humectación debe ajustarse con precisión al producto y a la receta. Muy poco líquido puede no lograr el efecto de unión deseado; demasiado líquido puede provocar grumos locales, alterar la crujencia y el comportamiento de flujo, aumentar la actividad de agua o afectar a la vida útil. Además de la cantidad y la composición del aglutinante, son decisivos el tamaño de gota, el patrón de pulverización, la posición de dosificación, el momento de adición, la temperatura del producto y el tiempo de mezclado tras la adición. El mezclador se encarga de que el aglutinante se distribuya de la forma más uniforme posible, sin solicitar en exceso a los componentes sensibles. La unión de fracciones finas mediante aglutinantes adecuados es un enfoque reconocido para reducir la tendencia a la segregación de las mezclas granulares.
A diferencia de los mezcladores de caída libre y basculantes, como los mezcladores de doble cono o en V, el KS genera un movimiento de producto activo y definido. Los sistemas de caída libre trabajan mediante el elevado y la caída repetidos del lecho. Pueden ser adecuados para componentes con buena fluidez y de características de partícula similares, pero para mezclas complejas suelen necesitar tiempos de mezclado más largos y ofrecen solo posibilidades limitadas para la incorporación dirigida de pequeñas cantidades de líquido. Además, con grandes diferencias en el tamaño de partícula, la forma o la densidad aparente, la segregación puede aumentar durante el mezclado o, sobre todo, durante el vaciado. El KoneSlid®, en cambio, permite una recirculación convectiva controlada y una incorporación dirigida de líquido.
También la descarga es importante para la estabilidad de la mezcla. En el KS, el sistema de cierre central puede descender y abrir una gran sección de descarga. Para mezclas de muesli con fluidez suficiente, el lote puede vaciarse en pocos segundos. El proceso de descarga corto puede reducir el tiempo durante el cual las partículas finas se filtran hacia abajo, los componentes gruesos ruedan o los componentes se ordenan en un cono de vertido. No obstante, un vaciado residual de hasta el 99,98 % o mejor siempre debe referirse al producto concreto, al grado de llenado y a la ejecución del aparato. Para mezclas fuertemente cohesivas, húmedas, pegajosas o de estructura muy desigual, la cantidad residual y el tiempo de vaciado pueden diferir. También la afirmación de un vaciado completamente libre de segregación debe demostrarse, para cada receta, mediante muestras de descarga escalonadas en el tiempo.
Después del mezclado, los trayectos de proceso hasta la bolsa siguen siendo decisivos. Las alturas de caída, los transportadores vibratorios, los conos de vertido en depósitos tampón, los trayectos de transporte largos y el trasvase repetido pueden volver a segregar una receta a pesar de un mezclado óptimo. Por ello, la salida, los puntos de transferencia, la técnica de transporte y la máquina envasadora deberían diseñarse con alturas de caída mínimas, trayectos lo más cortos posible y un transporte de material orientado al flujo másico. En recetas con componentes especialmente distintos, puede resultar razonable una dosificación separada de los componentes, próxima al envasado, mediante una báscula multicabezal. Esto acorta el trayecto entre la unión de los componentes y la bolsa y limita la posibilidad de una nueva segregación.
El KS puede ejecutarse de forma específica para el proyecto para aplicaciones alimentarias exigentes en términos higiénicos y de seguridad. Entre ellas se incluyen una cámara de mezclado diseñada para la zona ATEX 20, así como opciones de vacío o inertización. Es posible una ejecución conforme a los requisitos de EHEDG, FDA o 3-A, en función de la construcción acordada. Las superficies soldadas sin juntas y rectificadas, un órgano mezclador apoyado únicamente en la parte superior, las grandes puertas de inspección CleverCut® con juntas OmgaSeal®, los órganos de descarga con pocos espacios muertos y las lanzas de lavado integradas mejoran la accesibilidad, la limpieza y las condiciones para un cambio de producto rápido. La limpieza en seco y en húmedo puede diseñarse de forma validable en función de las especias, los alérgenos y las proporciones de azúcar o de grasa.
Antes de la inversión pueden realizarse ensayos de mezclado y envasado con producto original en el centro de ensayos amixon®. En la sede central de Paderborn hay disponibles más de 30 instalaciones de prueba en distintos tamaños; complementariamente existen centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y Estados Unidos. Se estudian la calidad de mezcla, la tasa de rotura, la proporción de finos, la humectación, la unión de fracciones finas, la distribución del recubrimiento, el comportamiento de descarga, la estabilidad frente a la segregación, la limpiabilidad y la reproducibilidad. Los análisis de tamaño de partícula antes y después del ensayo, así como las muestras escalonadas en el tiempo de la descarga y el envasado, proporcionan la base para diseñar de forma adecuada el mezclador, la humectación, la descarga y la línea de envasado.