包装時の偏析を防ぐために、ミューズリーやシリアルにはどのような混合物処理が適していますか。
ミューズリーやシリアルでは、包装時の偏析は、穏やかな基本混合、短く制御された製品経路、そして包装に近い位置での成分計量を組み合わせることで、最も効果的に防止できます。特に堅牢なのは、ナッツ、ドライフルーツ、チョコレート片、あるいは細かい香辛料や粉じん成分といった重要な成分を、できるだけ遅く、マルチヘッドスケールないし包装機の近くで合流させることです。これにより、混合物と袋の間に、成分が再び分離しうる時間と距離をわずかしか残しません。
偏析が生じる理由
ミューズリーやシリアルの混合物は、成分がしばしば粒度、形状、かさ密度、表面性状において大きく異なるため、とりわけ偏析しやすくなります。細かいフレーク、砂糖、粉体、破片は、より大きな成分の間隙を通って下方へこぼれ落ちることがあります。このメカニズムはパーコレーションと呼ばれます。丸い、あるいはコンパクトな成分は、堆積の斜面上で、平たいフレークや不規則な形のドライフルーツよりも遠くまで転がることがあります。自由落下ではさらに異なる軌道が生じます。搬送や輸送中の振動も、成分を再び選り分けることがあります。大きさ、形状、密度の違いは、こうした偏析効果の主要な要因です。
したがって、混合工程の最後に良好な混合品質が得られているだけでは十分ではありません。混合物は、排出時、中間容器内、移送地点、振動コンベヤ上、空気搬送配管内、落下経路上、あるいは密封された袋の中での輸送・保管中にさえ、再び偏析することがあります。したがって、完成した容器に至るまでのプロセスチェーン全体を、混合課題の一部として捉えなければなりません。
適した混合物処理
最初の有効な対策は、粒子構造の調和です。非常に細かく自由に動く成分は、粗い混合物の中でパーコレーションを助長します。レシピと製品プロファイルが許す範囲で、微粉成分を減らす、あらかじめ凝集させる、あるいはより粗い担体粒子に結合させることができます。より狭い粒度分布も、偏析傾向を下げることができます。ただし、これは口当たり、インスタント性、官能性、あるいは表示を犠牲にしてはなりません。すべての成分を一律に粉砕することは、望ましい粒感と外観上の製品品質が失われるため、ミューズリーには通常解決策となりません。
適したレシピでは、軽いコーティング工程が混合物を安定させることができます。少量の油、砂糖溶液、シロップ、レシチン、あるいは食品法上・官能上適したその他のバインダーは、微粒子をフレーク、ナッツ、押出成形品、その他の粗い担体に結合させることができます。これにより自由に動く微粒子の数が減り、パーコレーションのリスクが下がることがあります。ただし、バインダーは食感、パリッと感、水分活性、保存性、流動挙動、そして場合によってはアレルゲンや表示の状況を変化させます。したがって、レシピの目標がそれを許す場合にのみ用いるべきです。液体やバインダーによって凝集性を狙って高めることは、粉粒体の偏析傾向を減らす方法の一つとして挙げられます。
さらに適した処理として、重要な微量成分の定義された予備混合があります。細かい香辛料、ビタミン、ミネラル、砂糖、塩、粉末香料、色素は、まず適した担体成分の一部と均質化できます。この予備混合物は、その後主ミキサーに投入されます。これにより、微細な成分の少量が局所的に濃縮されたまま残ったり、製品内で独立した微粉画分として動いたりするのを防げます。一方、非常に繊細なドライフルーツ、チョコレート片、あるいは大きなナッツでは、これらをできるだけ遅く、特に低い混合強度で投入するのが有効なことがあります。
袋詰めまでのプロセス管理
基本的な均質化には、成分の流動性が良く、ほぼ凝集体を含まない場合、ドラム型やその他の低せん断ミキサーといった、穏やかに作動するバッチミキサーが適しています。多くの成分を含む、あるいは密度、形状、粒度に大きな違いがある、より複雑な混合物には、制御された三次元循環を伴う低速回転の対流式ミキサーのほうが、しばしばより堅牢です。その際、回転数、混合時間、充填率、投入順序、排出は、破損、微粉形成、過混合を招くことなく、必要な均一性が得られるように設定すべきです。
混合後は、自由落下高さを一貫して最小限に抑えるべきです。カスケード、シュート、パイプシュート、テレスコープ管、あるいは制御された移送地点は、軽く、平たく、大きく、コンパクトな成分の異なる軌道を抑えます。搬送技術は、できる限り振動を小さく抑えるべきです。大きな落下距離、速いコンベヤベルト、強い振動運動、長い空気搬送経路は、ミューズリー混合物では特に重要な問題です。パーコレーション、転がりによる偏析、破損を助長しうるためです。搬送速度と落下高さを下げることは、偏析を抑えるための確立された対策です。
貯留容器、サイロ、ホッパーは、マスフロー向けに設計すべきです。マスフローでは、材料が容器断面全体にわたって排出方向へ動きます。これにより、滞留時間の長いゾーン、チャンネルフローやパイプフロー、そして特定の成分の選択的な排出が抑えられます。重要なパラメータは、十分な壁面傾斜、適した壁材、十分に大きな排出口、流動性の良い形状、そして適合した排出機構です。マスフロー容器は、偏析に起因する問題を大幅に減らすことができます。
連続生産では、混合物が大きな中間バッファーを経ずに直接包装へ送られるのであれば、重量式に計量された個別成分による連続式ミキサーが有効なことがあります。これにより滞留時間と移し替え回数が減ります。しかし、多くの高品質なミューズリー・シリアル製品では、包装に近い位置での分離計量が最も確実な方法です。主要成分は、マルチヘッドスケールや同様の組み合わせ計量システムによってポーションごとに構成され、袋の直前で初めて合流します。個々の成分は別々に計量し、狙って組み合わせることができます。こうしたソリューションは、シリアル業界において、異なる部分成分を制御された形で計量し、包装に近い位置で合流させるために用いられています。
品質管理
有効性は、ミキサーからのサンプル一つだけで評価すべきではありません。有効なのは、排出の時間を追った検査、そして包装工程の始め、中間、終わりから採取した袋のサンプルです。レシピに応じて、重要成分の割合を計数、計量、あるいは画像解析やマーカー分析によって求めることができます。適した指標は、個々の原料の変動係数、最小値と最大値の範囲、そして層形成、破損割合、微粉濃縮の目視評価です。
安定したミューズリー混合物のためのKoneSlid®
ミューズリーやシリアルの混合物は、しばしば粒度、形状、かさ密度が大きく異なる成分から構成されます。そのためフレーク、押出シリアル、ナッツ、ドライフルーツ、砂糖、細かい香辛料、粉じんは、本来の混合の後、排出時、落下経路上、バッファー内、あるいは包装機への経路で、再び偏析する傾向があります。amixon® の KoneSlid® ミキサー KS は、穏やかで能動的に生み出される製品循環と、短い混合・排出時間を組み合わせます。これに加えて、専用の濡らし装置を用いることで、細かい粉じんをより大きな担体粒子に狙って結合させ、レシピの偏析傾向を減らすことができます。
KS は、インスタント飲料粉末、乾燥乳誘導体、インスタントスープ、ミューズリー、茶、噴霧乾燥製品、流動層造粒製品、バンド乾燥製品、あるいは冷凍食品の成分など、繊細で構造の異なる粉粒体向けに設計されています。中央の混合工具が三次元的な強制層入れ替えを生み出します。製品は壁面近くの領域で上方へ送られ、中心部では重力の作用で下方へ流れ、そこでコーン形の排除体によって再び外側の混合ゾーンへと導かれます。これにより、チャージ容積全体が連続的に捉えられ、空間的に分布されます。
約4回の工具回転で、容積全体が一度完全に入れ替わることがあります。レシピ、充填率、粒子構造、望ましい均一性に応じて、技術的に理想的なランダム混合は約20から40回転で達成できます。そのために必要な混合時間と実際の混合品質は、オリジナル製品で検証しなければなりません。制御された、比較的低速な製品運動は、機械的エネルギー投入を抑え、繊細なフレーク、凝集体、コーティング、粗い成分の構造を保つのに役立ちます。
偏析への対抗策の中心となるのは、細かい成分を狙って濡らすことです。amixon® のミューズリー・シリアルミキサーには、専用の濡らし装置を装備できます。これは、油、砂糖溶液、シロップ、レシチン、あるいはレシピに適合するその他の液体といった少量の適した液体バインダーを、動いている混合物の中に、細かく、できる限り均一に計量投入します。これにより、細かい粉じん、糖分、香辛料粉末、小さな破片を、フレーク、押出成形品、ナッツ、ドライフルーツといったより粗い担体粒子に付着させることができます。自由に動く微粒子の数が減り、とりわけ大きな成分の間隙を通る微粉のパーコレーションを抑えることができます。
濡らしは、製品とレシピに精密に合わせなければなりません。液体が少なすぎると望ましい結合効果が得られず、多すぎると局所的な塊、パリッと感や流動挙動の変化、水分活性の上昇、あるいは保存性の低下を招くことがあります。バインダーの量と組成に加えて、液滴サイズ、スプレーパターン、計量位置、投入時刻、製品温度、投入後の混合時間が決め手となります。ミキサーは、繊細な成分に過度な負荷をかけることなく、バインダーができる限り均一に分布するようにします。適したバインダーによる微粉成分の結合は、粒状混合物の偏析傾向を減らすための、確立されたアプローチです。
ダブルコーンミキサーやV型ミキサーのような自由落下型・タンブラー型ミキサーとは異なり、KS は能動的で定められた製品運動を生み出します。自由落下方式は、堆積物を繰り返し持ち上げては落とすことで作動します。流動性が良く、粒子特性が似た成分には適していることがありますが、複雑な混合物では通常より長い混合時間を必要とし、少量の液体を狙って混入させる可能性も限られます。さらに、粒度、形状、かさ密度に大きな違いがある場合、混合中、特に排出時に偏析が増すことがあります。これに対しKoneSlid® は、制御された対流的循環と、狙いを定めた液体混入を可能にします。
混合物の安定性には、排出も重要です。KS では、中央の閉鎖システムが下降し、大きな排出口断面を開くことができます。十分な流動性を持つミューズリー混合物であれば、チャージをわずか数秒で排出できます。短い排出工程は、微粒子が下方へこぼれ落ちたり、粗い成分が転がったり、成分が堆積の斜面で選り分けられたりする時間を短縮できます。ただし、最大99.98パーセントあるいはそれ以上という残留排出率は、常に具体的な製品、充填率、装置仕様に紐づくものです。強く凝集性のある、湿った、粘着性のある、あるいは非常に不均一な構造の混合物では、残留量と排出時間が異なることがあります。完全に偏析のない排出であるという説明も、それぞれのレシピについて、時間を追った排出サンプルによって証明しなければなりません。
混合の後も、袋詰めまでのプロセス経路は決定的に重要であり続けます。落下高さ、振動コンベヤ、バッファー内の堆積の斜面、長い輸送経路、繰り返しの移し替えは、最適な混合を行ったレシピでも再び偏析させることがあります。したがって、排出口、移送地点、搬送技術、包装機は、最小限の落下高さ、できる限り短い経路、そしてマスフロー志向の材料搬送で設計すべきです。特に成分が大きく異なるレシピでは、マルチヘッドスケールによる、包装に近い位置での分離計量が有効なことがあります。これにより、合流から袋までの経路が短縮され、再偏析の機会が抑えられます。
KS は、衛生面・安全技術面で要求の厳しい食品用途向けに、プロジェクトに応じた仕様で製作できます。これには、ATEXゾーン20対応の混合室、そして真空または不活性化のオプションが含まれます。合意された構造に応じて、EHEDG、FDA、あるいは3-A要求に沿った仕様も可能です。継ぎ目なく溶接・研磨された表面、上部支持のみの混合工具、OmgaSeal® シール付きの大型CleverCut® 点検扉、デッドスペースの少ない排出機構、そして内蔵の洗浄ランスが、アクセス性、洗浄、そして迅速な製品切替の前提条件を向上させます。乾式・湿式洗浄は、香辛料、アレルゲン、糖分、脂肪分に応じて検証可能な形で設計できます。
投資の前に、amixon® のテストセンターでオリジナル製品を用いた混合・包装試験を実施できます。本社パーダーボルンには、さまざまな機種寸法の30を超える試験設備があり、これに加えて日本、インド、タイ、中国、韓国、アメリカにもテストセンターがあります。調査対象は、混合品質、破損率、微粉割合、濡らし、微粉成分の結合、コーティングの分布、排出挙動、偏析安定性、洗浄性、再現性です。試験前後の粒度分析、そして排出と包装からの時間を追ったサンプルが、ミキサー、濡らし、排出、包装ラインを適切に設計するための基礎を提供します。