Quali trattamenti del prodotto da miscelare sono adatti per muesli e cereali, per prevenire la segregazione nella confezione?
Nel muesli e nei cereali, la segregazione nella confezione può essere evitata in modo più efficace tramite una combinazione di miscelazione base delicata, percorsi di prodotto brevi e controllati nonché un dosaggio dei componenti vicino al confezionamento. È particolarmente robusto riunire i componenti critici – ad esempio noci, frutta secca, pezzi di cioccolato o frazioni fini di spezie e polvere – il più tardi possibile e vicino alla bilancia multitesta ovvero alla macchina confezionatrice. In questo modo tra la miscelazione e il sacchetto rimane poco tempo e poco percorso, in cui i componenti possono separarsi di nuovo.
Perché insorge la segregazione
Le miscele di muesli e cereali sono particolarmente inclini alla segregazione, perché i loro componenti presentano spesso dimensioni delle particelle, forme, densità apparenti e superfici nettamente diverse. Fiocchi fini, zucchero, polveri o frammenti possono percolare verso il basso attraverso gli interstizi dei componenti più grandi. Questo meccanismo viene definito percolazione. I componenti rotondi o compatti possono rotolare più lontano lungo un cono di scarico rispetto a fiocchi piatti o frutta secca di forma irregolare. Nella caduta libera si formano inoltre traiettorie diverse; anche le vibrazioni durante il trasporto possono nuovamente ordinare i componenti. Le differenze di dimensione, forma e densità sono i principali motori di tali effetti di segregazione.
Una buona qualità di miscelazione al termine del processo di miscelazione da sola non è quindi sufficiente. La miscela può segregarsi nuovamente durante lo svuotamento, in contenitori intermedi, nei punti di trasferimento, su trasportatori a vibrazione, in tubazioni di trasporto pneumatico, lungo i tratti di caduta o persino durante il trasporto e lo stoccaggio nel sacchetto chiuso. L'intera catena di processo fino al contenitore finito deve quindi essere considerata come parte del compito di miscelazione.
Trattamenti idonei del prodotto da miscelare
Una prima misura efficace è l'armonizzazione della struttura delle particelle. Frazioni molto fini e liberamente mobili favoriscono la percolazione nelle miscele grossolane. Dove la ricetta e il profilo di prodotto lo consentono, le frazioni fini possono essere ridotte, agglomerate a monte o legate a particelle portanti più grossolane. Anche una distribuzione granulometrica più stretta può ridurre la tendenza alla segregazione. Ciò non deve tuttavia avvenire a scapito della sensazione in bocca, del comportamento instant, degli aspetti sensoriali o della dichiarazione. Una riduzione generale di tutti i componenti non è di norma una soluzione per il muesli, perché con essa si perderebbero la struttura a pezzi desiderata e la qualità visiva del prodotto.
In ricette idonee, una leggera fase di coating può stabilizzare la miscela. Piccole quantità di olio, soluzione zuccherina, sciroppo, lecitina o un altro legante idoneo dal punto di vista alimentare e sensoriale possono legare le particelle fini a fiocchi, noci, estrusi o altri supporti più grossolani. In questo modo diminuisce il numero di particelle fini liberamente mobili e il rischio di percolazione può ridursi. I leganti, tuttavia, modificano texture, croccantezza, attività dell'acqua, conservabilità, comportamento di scorrimento ed eventualmente la situazione allergenica o dichiarativa. Dovrebbero quindi essere impiegati solo se l'obiettivo della ricetta lo consente. L'aumento mirato della coesione tramite liquidi o leganti viene citato come possibilità per ridurre la tendenza alla segregazione dei prodotti sfusi.
Un ulteriore trattamento idoneo è la premiscelazione definita dei componenti minori critici. Spezie fini, vitamine, minerali, zucchero, sale, aromi in polvere o coloranti possono essere dapprima omogeneizzati con una quantità parziale di un componente portante idoneo. Questa premiscela viene poi introdotta nel miscelatore principale. Ciò consente di evitare che piccole quantità di un componente fine restino concentrate localmente o si muovano nel prodotto come frazione fine indipendente. Per frutta secca molto sensibile, pezzi di cioccolato o noci grandi può invece essere sensato aggiungerli solo tardivamente e con un'intensità di miscelazione particolarmente bassa.
Conduzione del processo fino al sacchetto
Per l'omogeneizzazione di base si prestano miscelatori batch a funzionamento delicato, ad esempio tamburi o altri miscelatori a basso taglio, quando i componenti scorrono bene e sono in gran parte privi di agglomerati. Nelle miscele più complesse con molti componenti o differenze maggiori di densità, forma e dimensione delle particelle, un miscelatore convettivo a bassa velocità con rimescolamento tridimensionale controllato è spesso più robusto. In questo caso numero di giri, tempo di miscelazione, grado di riempimento, ordine di aggiunta e scarico dovrebbero essere impostati in modo da raggiungere l'omogeneità richiesta senza causare rottura, formazione di fine o una miscelazione eccessiva.
Dopo la miscelazione, le altezze di caduta libera dovrebbero essere ridotte al minimo in modo coerente. Cascate, scivoli, tubi di caduta, tubi telescopici o punti di trasferimento controllati riducono la traiettoria diversa di componenti leggeri, piatti, grandi e compatti. La tecnica di trasporto dovrebbe generare vibrazioni il più possibile ridotte. Grandi tratti di caduta, nastri trasportatori veloci, forti movimenti vibranti e lunghi percorsi di trasporto pneumatico sono particolarmente critici nelle miscele di muesli, perché possono favorire percolazione, segregazione per rotolamento e rottura. La riduzione della velocità di trasporto e dell'altezza di caduta è una misura consolidata per limitare la segregazione.
I contenitori tampone, i silos e le tramogge dovrebbero essere dimensionati per il flusso di massa. Nel flusso di massa il materiale si muove su tutta la sezione del recipiente in direzione dello scarico. Ciò riduce le zone con tempo di permanenza lungo, il flusso a canale o a pozzo e uno scarico selettivo di determinati componenti. Parametri importanti sono un'inclinazione di parete sufficiente, materiali di parete idonei, uno scarico sufficientemente grande, una geometria favorevole al flusso e un organo di scarico adeguato. I recipienti a flusso di massa possono ridurre notevolmente i problemi legati alla segregazione.
Nella produzione continua può essere utile un miscelatore continuo con componenti singoli dosati gravimetricamente, a condizione che la miscela venga trasferita direttamente al confezionamento senza grandi accumuli intermedi. Ciò riduce il tempo di permanenza e il numero di operazioni di travaso. Per molti prodotti muesli e cereali di alta qualità, tuttavia, il dosaggio separato e vicino al confezionamento è il metodo più sicuro. I componenti principali vengono in questo caso composti in porzioni tramite una bilancia multitesta o un sistema di pesatura combinato equivalente e riuniti solo immediatamente prima del sacchetto. I singoli componenti possono così essere pesati separatamente e combinati in modo mirato. Tali soluzioni vengono impiegate nell'industria dei cereali per dosare in modo controllato i diversi componenti parziali e riunirli vicino al confezionamento.
Controllo qualità
L'efficacia non dovrebbe essere valutata sulla base di un solo campione prelevato dal miscelatore. Sono utili esami scaglionati nel tempo dello scarico, nonché campioni prelevati dai sacchetti all'inizio, a metà e alla fine di un ciclo di confezionamento. A seconda della ricetta, le quote dei componenti critici possono essere contate, pesate o determinate tramite analisi di immagine e analitica di marcatori. Parametri idonei sono il coefficiente di variazione dei singoli ingredienti, l'intervallo tra minimo e massimo, nonché una valutazione visiva di stratificazione, quota di rottura e arricchimento di fine.
KoneSlid® per miscele di muesli stabili
Le miscele di muesli e cereali sono spesso composte da componenti con dimensioni delle particelle, forme e densità apparenti molto diverse tra loro. Fiocchi, cereali estrusi, noci, frutta secca, zucchero, spezie fini e polveri tendono quindi a segregarsi di nuovo, dopo la vera e propria miscelazione, durante lo scarico, lungo i tratti di caduta, negli accumuli intermedi o lungo il percorso verso la macchina confezionatrice. Il miscelatore amixon® KoneSlid® KS combina un rimescolamento del prodotto delicato e generato attivamente con tempi di miscelazione e scarico brevi. In aggiunta è possibile impiegare dispositivi di bagnatura speciali per legare in modo mirato le polveri fini a particelle portanti più grandi e ridurre la tendenza alla segregazione della ricetta.
Il KS è concepito per prodotti sfusi sensibili e strutturalmente diversi, ad esempio polveri per bevande instant, derivati del latte in polvere, minestre instant, muesli, tè, prodotti essiccati per atomizzazione, prodotti granulati a letto fluido, prodotti essiccati su nastro o componenti di prodotti surgelati. L'utensile di miscelazione centrale genera un rimescolamento forzato tridimensionale. Il prodotto viene convogliato verso l'alto nella zona vicina alla parete, fluisce al centro verso il basso sotto l'effetto della gravità e viene lì ricondotto verso la zona di miscelazione esterna da un corpo di deflusso conico. In questo modo l'intero volume della charge viene coinvolto e distribuito spazialmente in modo continuo.
Dopo circa quattro giri dell'utensile, l'intero volume può essere rimescolato completamente una volta. A seconda di ricetta, grado di riempimento, struttura delle particelle e omogeneità desiderata, la miscela casuale tecnicamente ideale può essere raggiunta dopo circa 20-40 giri. Il tempo di miscelazione necessario e la qualità di miscelazione effettiva devono essere verificati con il prodotto originale. Il movimento del prodotto controllato e relativamente a bassa velocità limita l'apporto energetico meccanico e può contribuire a preservare la struttura di fiocchi sensibili, agglomerati, coating e componenti grossolani.
Un elemento centrale contro la segregazione è la bagnatura mirata dei componenti fini. I miscelatori amixon® per muesli e cereali possono essere dotati di dispositivi di bagnatura speciali. Questi dosano piccole quantità di un legante liquido idoneo – ad esempio olio, soluzione zuccherina, sciroppo, lecitina o un altro liquido conforme alla ricetta – in modo fine e il più possibile uniforme nella miscela in movimento. Le polveri fini, le quote di zucchero, le spezie in polvere o i piccoli frammenti possono così aderire a particelle portanti più grossolane come fiocchi, estrusi, noci o frutta secca. Il numero di particelle fini liberamente mobili diminuisce, riducendo in particolare la percolazione del fine attraverso gli interstizi dei componenti grandi.
La bagnatura deve essere adattata con precisione a prodotto e ricetta. Troppo poco liquido può mancare l'effetto legante desiderato; troppo liquido può causare grumi locali, modificare croccantezza e comportamento di scorrimento, aumentare l'attività dell'acqua o compromettere la conservabilità. Oltre a quantità e composizione del legante, sono decisivi dimensione delle gocce, quadro di spruzzatura, posizione di dosaggio, momento di aggiunta, temperatura del prodotto e durata di miscelazione dopo l'aggiunta. Il miscelatore assicura che il legante venga distribuito nel modo più uniforme possibile, senza sollecitare eccessivamente i componenti sensibili. Il legame delle frazioni fini tramite leganti idonei è un approccio riconosciuto per ridurre la tendenza alla segregazione delle miscele granulari.
A differenza dei miscelatori a caduta libera e a ribaltamento come i miscelatori a doppio cono o a V, il KS genera un movimento di prodotto attivo e definito. I sistemi a caduta libera lavorano tramite il ripetuto sollevamento e ricaduta della massa sfusa. Possono essere idonei per componenti ben scorrevoli e simili nelle caratteristiche particellari, ma per miscele complesse richiedono spesso tempi di miscelazione più lunghi e offrono possibilità limitate per l'incorporazione mirata di piccole quantità di liquido. In presenza di forti differenze di dimensione delle particelle, forma o densità apparente, inoltre, la segregazione può aumentare durante la miscelazione o soprattutto durante lo svuotamento. Il KoneSlid®, invece, consente un rimescolamento convettivo controllato e un'incorporazione mirata di liquido.
Anche lo scarico è importante per la stabilità della miscela. Nel KS il sistema di chiusura centrale può abbassarsi e aprire un'ampia sezione di scarico. Per miscele di muesli sufficientemente scorrevoli, la charge può essere svuotata in pochi secondi. Il breve processo di scarico può ridurre il tempo in cui le particelle fini percolano verso il basso, i componenti grossolani rotolano o i componenti si ordinano lungo un cono di scarico. Uno svuotamento residuo fino al 99,98 per cento o migliore è tuttavia sempre riferito al prodotto concreto, al grado di riempimento e all'esecuzione dell'apparecchio. Per miscele fortemente coesive, umide, appiccicose o molto disomogenee nella struttura, la quantità residua e il tempo di svuotamento possono differire. Anche l'affermazione di uno svuotamento completamente privo di segregazione deve essere dimostrata per ogni ricetta tramite campioni di scarico scaglionati nel tempo.
Dopo la miscelazione restano decisivi i percorsi di processo fino al sacchetto. Altezze di caduta, trasportatori a vibrazione, coni di scarico negli accumuli, lunghi tratti di trasporto e travasi ripetuti possono segregare nuovamente una ricetta nonostante una miscelazione ottimale. Perciò lo scarico, i punti di trasferimento, la tecnica di trasporto e la macchina confezionatrice dovrebbero essere progettati con altezze di caduta minime, percorsi il più possibile brevi e un trasporto del materiale orientato al flusso di massa. Per ricette con componenti particolarmente diversi tra loro può essere utile un dosaggio separato dei componenti, vicino al confezionamento, tramite una bilancia multitesta. Ciò accorcia il percorso tra riunione e sacchetto e limita l'occasione di una nuova segregazione.
Il KS può essere realizzato, in base al progetto, per applicazioni alimentari esigenti dal punto di vista igienico e della sicurezza. Tra queste rientrano una camera di miscelazione progettata per la zona ATEX 20, nonché opzioni per vuoto o inertizzazione. Un'esecuzione secondo EHEDG, requisiti FDA o 3-A è possibile in base alla costruzione concordata. Superfici saldate senza fughe e levigate, un organo miscelante supportato solo in alto, ampi sportelli di ispezione CleverCut® con guarnizioni OmgaSeal®, organi di scarico a basso spazio morto e lance di lavaggio integrate migliorano l'accessibilità, la pulizia e i presupposti per un cambio di prodotto rapido. La pulizia a secco e a umido può essere progettata in modo convalidabile in base a spezie, allergeni, quote di zucchero o grassi.
Prima dell'investimento, le prove di miscelazione e confezionamento possono essere effettuate con il prodotto originale nel centro prove amixon®. Presso la sede principale di Paderborn sono disponibili oltre 30 impianti di prova in diverse taglie; a completamento esistono centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e negli Stati Uniti. Vengono esaminati qualità di miscelazione, tasso di rottura, quota di fine, bagnatura, legame delle frazioni fini, distribuzione del coating, comportamento allo scarico, stabilità alla segregazione, pulibilità e riproducibilità. Le analisi granulometriche prima e dopo la prova, nonché i campioni scaglionati nel tempo dallo scarico e dal confezionamento, forniscono la base per dimensionare in modo adeguato miscelatore, bagnatura, scarico e linea di confezionamento.