Quels traitements du produit à mélanger conviennent pour le muesli et les céréales, afin d'éviter une ségrégation dans l'emballage ?
Pour le muesli et les céréales, une ségrégation dans le conditionnement peut être évitée le plus efficacement par une combinaison d'un mélange de base ménageant, de trajets de produit courts et contrôlés ainsi que d'un dosage des composants proche du conditionnement. Il est particulièrement robuste de réunir les composants critiques — par exemple noix, fruits secs, morceaux de chocolat ou fractions fines d'épices et de poussière — le plus tard possible et à proximité de la balance multitêtes ou de la machine de conditionnement. Il ne reste ainsi que peu de temps et de distance entre le mélange et le sachet, pendant lesquels les composants pourraient se séparer à nouveau.
Pourquoi la ségrégation apparaît
Les mélanges de muesli et de céréales sont particulièrement sujets à la ségrégation parce que leurs composants présentent souvent des tailles de particules, formes, masses volumiques apparentes et surfaces nettement différentes. Les flocons fins, le sucre, les poudres ou les fragments peuvent s'infiltrer vers le bas à travers les interstices de composants plus gros. Ce mécanisme est appelé percolation. Les composants ronds ou compacts peuvent rouler plus loin sur un cône de déversement que les flocons plats ou les fruits secs de forme irrégulière. Lors de la chute libre apparaissent en outre des trajectoires différentes ; les vibrations pendant le transport et la manutention peuvent également retrier les composants. Les différences de taille, de forme et de densité sont des moteurs essentiels de tels effets de ségrégation.
Une bonne qualité de mélange à la fin du processus de mélange ne suffit donc pas à elle seule. Le mélange peut à nouveau se ségréger lors de la vidange, dans des cuves intermédiaires, aux points de transfert, sur des convoyeurs vibrants, dans des conduites de transport pneumatique, sur des trajets de chute, ou même pendant le transport et le stockage dans le sachet fermé. L'ensemble de la chaîne de procédé jusqu'au conditionnement fini doit donc être considéré comme faisant partie de la tâche de mélange.
Traitements appropriés du mélange
Une première mesure efficace est l'harmonisation de la structure des particules. Des proportions très fines et librement mobiles favorisent la percolation dans les mélanges grossiers. Là où la recette et le profil du produit le permettent, les fractions fines peuvent être réduites, agglomérées en amont ou liées à des particules porteuses plus grossières. Une distribution granulométrique plus étroite peut également réduire la tendance à la ségrégation. Cela ne doit toutefois pas se faire au détriment de la sensation en bouche, du comportement instantané, de la perception sensorielle ou de la déclaration. Un broyage général de tous les composants n'est le plus souvent pas une solution pour le muesli, car la granulosité et la qualité optique du produit souhaitées en seraient perdues.
Dans des recettes appropriées, une légère étape d'enrobage peut stabiliser le mélange. De petites quantités d'huile, de solution de sucre, de sirop, de lécithine ou d'un autre liant adapté sur le plan légal et sensoriel peuvent lier les particules fines aux flocons, noix, extrudés ou autres supports plus grossiers. Le nombre de particules fines librement mobiles diminue ainsi, et le risque de percolation peut se réduire. Les liants modifient toutefois la texture, le croquant, l'activité de l'eau, la conservation, le comportement d'écoulement et, le cas échéant, la situation allergène ou de déclaration. Ils ne devraient donc être utilisés que si l'objectif de la recette le permet. L'augmentation ciblée de la cohésion par des liquides ou des liants est citée comme une possibilité de réduire la tendance à la ségrégation des solides en vrac.
Un autre traitement approprié est le prémélange défini de petits composants critiques. Les épices fines, vitamines, minéraux, sucres, sel, arômes en poudre ou colorants peuvent d'abord être homogénéisés avec une quantité partielle d'un composant porteur adapté. Ce prémélange est ensuite introduit dans le mélangeur principal. Cela permet d'éviter que de petites quantités d'un composant fin restent localement concentrées ou se déplacent dans le produit comme une fraction fine indépendante. Pour les fruits secs très sensibles, les morceaux de chocolat ou les grosses noix, il peut au contraire être judicieux de ne les ajouter que tardivement et avec une intensité de mélange particulièrement faible.
Conduite du procédé jusqu'au sachet
Pour l'homogénéisation de base, des mélangeurs discontinus exploités de façon ménageante conviennent, par exemple des mélangeurs à tambour ou d'autres mélangeurs à faible cisaillement, lorsque les composants s'écoulent bien et sont largement exempts d'agglomérats. Pour des mélanges plus complexes comportant de nombreux composants ou de plus grandes différences de densité, de forme et de taille de particules, un mélangeur convectif à faible vitesse avec un retournement tridimensionnel contrôlé est souvent plus robuste. La vitesse de rotation, le temps de mélange, le taux de remplissage, l'ordre d'ajout et l'évacuation devraient alors être réglés de sorte à atteindre l'homogénéité requise, sans provoquer de rupture, de formation de fines ou de surmélange.
Après le mélange, les hauteurs de chute libre devraient être systématiquement minimisées. Les cascades, glissières, chutes à tube, tubes télescopiques ou points de transfert contrôlés réduisent la différence de trajectoire entre les composants légers, plats, gros et compacts. La technique de transport devrait générer le moins de vibrations possible. De grands trajets de chute, des convoyeurs à bande rapides, de fortes vibrations et de longs trajets de transport pneumatique sont particulièrement critiques pour les mélanges de muesli, car ils peuvent favoriser la percolation, la ségrégation par roulement et la casse. La réduction de la vitesse de transport et de la hauteur de chute est une mesure établie pour limiter la ségrégation.
Les cuves tampons, silos et trémies devraient être conçus pour l'écoulement en masse. Lors de l'écoulement en masse, la matière se déplace sur toute la section de la cuve en direction de l'évacuation. Cela réduit les zones à long temps de séjour, l'écoulement en canal ou en cheminée et une évacuation sélective de certains composants. Les paramètres importants sont une inclinaison de paroi suffisante, des matériaux de paroi adaptés, une sortie suffisamment grande, une géométrie favorable à l'écoulement et un organe d'évacuation adapté. Les cuves à écoulement en masse peuvent réduire sensiblement les problèmes liés à la ségrégation.
Pour une production continue, un mélangeur continu avec des composants individuels dosés gravimétriquement peut être judicieux, à condition que le mélange soit acheminé directement au conditionnement sans grands tampons intermédiaires. Cela réduit le temps de séjour et le nombre d'opérations de transvasement. Pour de nombreux produits de muesli et de céréales de qualité supérieure, cependant, le dosage séparé et proche du conditionnement est la méthode la plus sûre. Les composants principaux sont alors assemblés par portions via une balance multitêtes ou un système de pesée combinatoire comparable, et réunis seulement immédiatement avant le sachet. Les composants individuels peuvent ainsi être pesés séparément et combinés de façon ciblée. De telles solutions sont utilisées dans l'industrie des céréales pour doser de façon contrôlée différents composants partiels et les réunir à proximité du conditionnement.
Contrôle qualité
L'efficacité ne devrait pas être évaluée uniquement à partir d'un échantillon prélevé dans le mélangeur. Des examens échelonnés dans le temps de l'évacuation ainsi que des échantillons de sachets prélevés au début, au milieu et à la fin d'un cycle de conditionnement sont pertinents. Selon la recette, les proportions de composants critiques peuvent être comptées, pesées ou déterminées par analyse d'image et analytique de marqueurs. Les grandeurs caractéristiques adaptées sont le coefficient de variation d'ingrédients individuels, l'étendue entre minimum et maximum, ainsi qu'une évaluation visuelle de la stratification, de la proportion de casse et de l'enrichissement en fines.
KoneSlid® pour des mélanges de muesli stables
Les mélanges de muesli et de céréales se composent souvent de composants aux tailles de particules, formes et masses volumiques apparentes très différentes. Les flocons, céréales extrudées, noix, fruits secs, sucre, épices fines et poussières ont donc tendance à se ségréger à nouveau après le mélange proprement dit, lors de l'évacuation, sur des trajets de chute, dans des cuves tampons ou sur le chemin vers la machine de conditionnement. Le mélangeur KoneSlid® KS d'amixon® allie un retournement de produit ménageant et activement généré à des temps de mélange et d'évacuation courts. Des dispositifs de mouillage spéciaux peuvent en outre être utilisés pour lier de façon ciblée les poussières fines à des particules porteuses plus grosses et réduire la tendance à la ségrégation de la recette.
Le KS est conçu pour des solides en vrac sensibles et de structures diverses, par exemple pour des poudres de boissons instantanées, des dérivés de lait en poudre, des soupes instantanées, du muesli, du thé, des produits séchés par atomisation, des produits granulés en lit fluidisé, des produits séchés sur bande ou des composants de produits surgelés. L'outil de mélange central génère un retournement forcé tridimensionnel. Le produit est convoyé vers le haut à proximité de la paroi, s'écoule vers le bas au centre sous l'effet de la gravité, et y est reconduit vers la zone de mélange extérieure par un corps de déplacement conique. Ainsi, l'ensemble du volume de la charge est saisi et réparti spatialement en continu.
Après environ quatre tours d'outil, le volume complet peut avoir été retourné une fois. Selon la recette, le taux de remplissage, la structure des particules et l'homogénéité souhaitée, le mélange aléatoire techniquement idéal peut être atteint après environ 20 à 40 tours. Le temps de mélange nécessaire à cet effet et la qualité de mélange réelle doivent être vérifiés avec le produit d'origine. Le mouvement de produit contrôlé, à vitesse comparativement faible, limite l'apport d'énergie mécanique et peut aider à préserver la structure des flocons sensibles, des agglomérats, des enrobages et des composants grossiers.
Un élément central contre la ségrégation est le mouillage ciblé des composants fins. Les mélangeurs à muesli et céréales amixon® peuvent être équipés de dispositifs de mouillage spéciaux. Ceux-ci dosent de petites quantités d'un liant liquide adapté — par exemple huile, solution de sucre, sirop, lécithine ou un autre liquide conforme à la recette — de façon fine et aussi uniforme que possible dans le mélange en mouvement. Les poussières fines, proportions de sucre, poudres d'épices ou petits fragments peuvent ainsi adhérer à des particules porteuses plus grossières telles que flocons, extrudés, noix ou fruits secs. Le nombre de particules fines librement mobiles diminue, ce qui peut réduire en particulier la percolation des fines à travers les interstices de composants importants.
Le mouillage doit être précisément adapté au produit et à la recette. Trop peu de liquide peut manquer l'effet liant souhaité ; trop de liquide peut provoquer des amas locaux, modifier le croquant et le comportement d'écoulement, augmenter l'activité de l'eau ou compromettre la conservation. Outre la quantité et la composition du liant, la taille des gouttelettes, le profil de pulvérisation, la position de dosage, le moment d'ajout, la température du produit et la durée de mélange après l'ajout sont déterminants. Le mélangeur veille à ce que le liant soit réparti aussi uniformément que possible, sans solliciter excessivement les composants sensibles. La liaison des fractions fines par des liants adaptés est une approche reconnue pour réduire la tendance à la ségrégation des mélanges granulaires.
À la différence des mélangeurs à chute libre et à mouvement oscillant tels que les mélangeurs bi-cônes ou en V, le KS génère un mouvement de produit actif et défini. Les systèmes à chute libre fonctionnent par soulèvement et retombée répétés du lit de produit. Ils peuvent convenir à des composants bien fluides et de caractéristiques particulaires similaires, mais nécessitent souvent des temps de mélange plus longs pour des mélanges complexes et n'offrent que des possibilités limitées pour l'incorporation ciblée de petites quantités de liquide. En cas de fortes différences de taille, de forme ou de masse volumique apparente des particules, la ségrégation peut en outre s'accroître pendant le mélange, et surtout lors de la vidange. Le KoneSlid® permet en revanche un brassage convectif contrôlé et une incorporation ciblée de liquide.
L'évacuation est également importante pour la stabilité du mélange. Sur le KS, le système de fermeture central peut s'abaisser et ouvrir une grande section d'évacuation. Pour des mélanges de muesli suffisamment fluides, la charge peut être vidangée en quelques secondes. Le déroulement court de l'évacuation peut réduire le temps pendant lequel les particules fines s'infiltrent vers le bas, les composants grossiers roulent ou les composants se trient sur un cône de déversement. Une vidange résiduelle allant jusqu'à 99,98 % ou mieux doit toutefois toujours être rapportée au produit concret, au taux de remplissage et à l'exécution de l'appareil. Pour les mélanges fortement cohésifs, humides, collants ou de structure très inégale, la quantité résiduelle et le temps de vidange peuvent différer. L'affirmation d'une vidange totalement exempte de ségrégation doit elle aussi être démontrée pour chaque recette par des échantillons d'évacuation échelonnés dans le temps.
Après le mélange, les trajets de procédé jusqu'au sachet restent déterminants. Les hauteurs de chute, les convoyeurs vibrants, les cônes de déversement dans les tampons, les longs trajets de transport et le transvasement répété peuvent ségréger à nouveau une recette malgré un mélange optimal. C'est pourquoi la sortie, les points de transfert, la technique de transport et la machine de conditionnement devraient être conçus avec des hauteurs de chute minimales, des trajets aussi courts que possible et un transport de matière orienté écoulement en masse. Pour les recettes aux composants particulièrement différents, un dosage séparé des composants, proche du conditionnement, via une balance multitêtes, peut être judicieux. Cela raccourcit le trajet entre la réunion des composants et le sachet et limite l'occasion d'une nouvelle ségrégation.
Le KS peut être exécuté de façon spécifique au projet pour des applications alimentaires exigeantes sur le plan hygiénique et sécuritaire. En font partie une chambre de mélange conçue pour la zone ATEX 20 ainsi que des options de vide ou d'inertage. Une exécution conforme à l'EHEDG, à la FDA ou aux exigences 3-A est possible selon la construction convenue. Des surfaces soudées et polies sans joint apparent, un outil de mélange monté uniquement en partie haute, de grandes portes d'inspection CleverCut® avec joints OmgaSeal®, des organes d'évacuation à faible espace mort et des lances de lavage intégrées améliorent l'accessibilité, le nettoyage et les conditions d'un changement de produit rapide. Le nettoyage à sec et humide peut être conçu de façon validable selon les épices, allergènes, proportions de sucre ou de graisse.
Avant l'investissement, des essais de mélange et de conditionnement avec le produit d'origine peuvent être réalisés en halle d'essais amixon®. Au siège de Paderborn, plus de 30 installations d'essai de tailles diverses sont disponibles ; des centres techniques existent en complément au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Sont étudiés la qualité de mélange, le taux de casse, la proportion de fines, le mouillage, la liaison des fractions fines, la répartition de l'enrobage, le comportement à l'évacuation, la stabilité contre la ségrégation, la nettoyabilité et la reproductibilité. Les analyses granulométriques avant et après l'essai ainsi que des échantillons échelonnés dans le temps issus de l'évacuation et du conditionnement fournissent la base permettant de dimensionner de façon adaptée le mélangeur, le mouillage, l'évacuation et la ligne de conditionnement.