Które mieszalniki do przypraw umożliwiają szerokie zastosowanie, idealną jakość mieszania, minimalne obciążenie cząstek i bardzo szybką zmianę produktu?
Dla mieszanek przyprawowych o szerokim spektrum produktów, wysokiej jednorodności, niskim obciążeniu cząstek i szybkich zmianach produktu nie ma jednej uniwersalnie najlepszej konstrukcji. W praktyce wolnoobrotowe, konwekcyjne mieszalniki jedno- lub dwuwałowe o dobrze dostępnym projektowaniu higienicznym są zwykle najbardziej wszechstronnym rozwiązaniem okresowym. Bębny powlekające są szczególnie odpowiednie, gdy kruche przekąski, orzechy, zioła lub ekstrudaty mają być powlekane olejem, zawiesiną lub suchymi przyprawami. Systemy kontenerów wymiennych są atrakcyjne przede wszystkim wtedy, gdy na pierwszy plan wysuwają się częste zmiany asortymentu, wysokie ryzyko alergenowe oraz zrównoleglenie ważenia, mieszania, czyszczenia i przygotowania.
Uniwersalne mieszalniki okresowe
Wolnoobrotowe mieszalniki jedno- lub dwuwałowe z wielkopowierzchniowymi narzędziami wężownicowymi, taśmowo-śrubowymi lub łopatkowymi mogą przetwarzać szeroką paletę suchych mieszanek przyprawowych, ziół, proszków sosowych, soli przyprawowych, proszków do marynat oraz receptur zwilżonych. Decydujące jest, aby narzędzie wytwarzało trójwymiarową cyrkulację konwekcyjną i włączało całą objętość wsadu w wymianę produktu. Dzięki temu również składniki o różnych gęstościach nasypowych, wielkościach cząstek i kształtach ziaren dają się stosunkowo równomiernie rozłożyć.
Dla niskiego obciążenia cząstek takie mieszalniki pracują z niskimi prędkościami obwodowymi. Duże, tępe i korzystnie ukształtowane pod względem przepływu narzędzia wywołują cyrkulację poprzez transport produktu, a nie poprzez wyraźne strefy uderzenia, odbicia czy mielenia. Może to ograniczać łamanie, powstawanie frakcji drobnej i pylenie oraz pomaga chronić listki ziół, cząstki warzyw, powłoki cukrowe, kruche ekstrudaty lub wrażliwe składniki przyprawowe. Mimo to obciążenie musi zostać sprawdzone z oryginalnym produktem: zwłaszcza bardzo suche zioła, cząstki liofilizowane, chipsy lub orzechy mogą już przy niskich prędkościach ulec uszkodzeniu przez wysokość spadku, kontakt ze ścianą lub wyładunek.
Przy częstych zmianach produktu opróżnianie resztkowe, dostępność i czyszczalność są często ważniejsze niż sam czas mieszania. Duży wylot o niskiej liczbie stref martwych, krótkie drogi produktu, gładkie i dobrze spawane powierzchnie wewnętrzne, łatwo dostępne narzędzia mieszające, zminimalizowane połączenia uszczelniające i śrubowe w przestrzeni produktowej oraz duże drzwi inspekcyjne skracają czyszczenie na sucho lub na mokro. Przy recepturach krytycznych pod względem alergenów proces czyszczenia musi być zwalidowany dla rzeczywistej receptury, krytycznych powierzchni styku oraz odnośnego alergenu. Same gładkie powierzchnie do tego nie wystarczą; szczególnie armatury wylotowe, pokrywy, miejsca dozowania, filtry, uszczelnienia i punkty przekazania muszą zostać uwzględnione. Konstrukcja higieniczna ocenia w szczególności powierzchnie, spoiny, opróżnialność, koncepcję uszczelnień, dostępność oraz unikanie szczelin i stref martwych.
Bębny powlekające
Bębny powlekające lub przyprawiające są preferowanym rozwiązaniem, gdy produkt ma być podczas procesu obciążany mechanicznie w możliwie najmniejszym stopniu. W wolno obracającym się bębnie produkt jest unoszony i ponownie zsuwa się lub toczy w dół. Olej, płynna przyprawa, zawiesina lub sucha przyprawa są nanoszone poprzez dysze rozpylające, posypywacze lub systemy dozujące. Bęben zapewnia następnie rozprowadzenie powłoki przy stosunkowo niskim obciążeniu ścinającym.
Ta konstrukcja jest szczególnie odpowiednia dla chipsów, przekąsek, orzechów, ekstrudatów, płatków zbożowych, powlekanych wyrobów piekarskich, kostek mięsa lub warzyw oraz całych lub grubych ziół. Dla produktów wrażliwych decydujące są wysokość spadku, prędkość obrotowa bębna, nachylenie bębna, elementy wewnętrzne, stopień napełnienia, czas przebywania, temperatura oraz kolejność dodawania oleju i proszku. Bęben może być bardzo delikatny, jeśli jest prawidłowo dobrany; nieodpowiednia prędkość obrotowa lub zbyt intensywny ruch spadkowy mogą jednak także powodować łamanie i ścieranie.
Przy suchych proszkach przyprawowych o wyraźnej kohezyjności lub trwałych aglomeratach bęben nadaje się jedynie w ograniczonym zakresie. Systemy swobodnego spadku z reguły nie wytwarzają wystarczającego działania ścinającego, aby niezawodnie rozbić aglomeraty. Także przy dużych różnicach wielkości cząstek lub gęstości nasypowej podczas mieszania bębnowego, a zwłaszcza przy opróżnianiu, może wystąpić rozdzielanie się mieszaniny. Takie systemy nadają się zatem przede wszystkim do zastosowań powlekających, dobrze płynących mieszanek przyprawowych lub składników, które są już wystarczająco zdeaglomerowane i kompatybilne pod względem właściwości cząstek.
Przy dużej częstotliwości zmian sensowne mogą być bębny z wyjmowanym lub wymiennym korpusem bębna. Dla zastosowań przyprawiających dostępne są systemy, w których bęben i komponenty dozujące zaprojektowano pod szybką, bezustawową zmianę smaku. Może to ograniczać czasy przezbrojenia i czyszczenia, nie zastępuje jednak niezbędnej, opartej na ryzyku walidacji czyszczenia w przypadku alergenów.
Kontenery i linie
Systemy mieszania oparte na kontenerach nadają się szczególnie do suchych, dobrze płynących mieszanek przyprawowych oraz do zakładów z częstymi zmianami wsadu i receptury. Kontener może być wykorzystywany do ważenia, transportu wewnątrzzakładowego, magazynowania i mieszania. Dzięki temu maleje liczba otwartych przekazań produktu, co może zmniejszać emisję pyłu i potencjalne zanieczyszczenia krzyżowe. Kilka kontenerów pozwala zrównoleglić procesy: podczas gdy jeden wsad jest mieszany, kolejne gebindy mogą być przygotowywane, czyszczone lub zwalniane.
Przydatność zależy jednak od zasady mieszania. Czyste kontenerowe mieszalniki swobodnego spadku lub obrotowe są dobrze odpowiednie dla dobrze płynących, w dużej mierze pozbawionych aglomeratów i kompatybilnych pod względem właściwości cząstek przypraw. Przy kohezyjnych proszkach przyprawowych, dodatkach wilgoci, olejach przyprawowych, dużych różnicach gęstości lub krytycznych mikroskładnikach należy preferować kontener z aktywną głowicą mieszającą lub stacjonarny mieszalnik dynamiczny. Dzięki temu można zapewnić wymagane konwekcyjne działanie mieszające, nie rezygnując z zalet zamkniętej logistyki kontenerowej.
Dla ciągłych linii przekąskowych i convenience food bębny powlekające, powlekarki taśmowe i systemy przyprawiania na maszynie (on-machine seasoning) są często bardziej sensowne niż mieszalniki okresowe. Produkt jest transportowany w kontrolowanej grubości warstwy, najpierw celowo spryskiwany olejem lub spoiwem, a następnie posypywany suchą przyprawą. Delikatne stacje obracające lub obrotowy bęben powlekający rozprowadzają przyprawę. Takie instalacje umożliwiają wysokie wydajności, określone czasy przebywania i dobrą integrację z linią. Ich mocną stroną jest powtarzalne powlekanie wyrobów sztukowych, a nie homogenizacja złożonych, suchych receptur proszkowych.
Wybór w praktyce
Odpowiednia technologia zależy w pierwszej kolejności od tego, co dokładnie jest mieszane. Jeśli chodzi o suchą recepturę proszku przyprawowego z solą, cukrem, papryką, udziałami ziół i mikroskładnikami, wolnoobrotowy, dobrze opróżniający się i dobrze dostępny dynamiczny mieszalnik okresowy jest zwykle najbardziej solidnym wyborem. Jeśli wrażliwe produkty sztukowe mają być jedynie powlekane olejem i przyprawą, bęben powlekający lub powlekarka taśmowa są z reguły bardziej delikatne dla produktu. Przy bardzo częstych zmianach, małych do średnich wsadach i ścisłej logistyce alergenowej rozwiązanie kontenerowe może przynieść korzyści ekonomiczne, o ile zadanie mieszania pasuje do wybranej zasady kontenerowej.
Decydującymi punktami doboru są wrażliwość produktu, kształt i wielkość cząstek, kohezyjność, wilgotność, pożądane powlekanie, wielkość wsadu, udział mikroskładników, częstotliwość zmian, profil alergenowy, opróżnialność oraz dostępna koncepcja czyszczenia. Jakość mieszania powinna być oceniana odpowiednią, specyficzną dla produktu metodą, na przykład za pomocą współczynnika zmienności składnika znacznikowego, analityki soli lub barwnika, rozkładu wilgotności lub zwalidowanej oceny sensorycznej i optycznej. Do porównania należą również wskaźnik łamania, udział frakcji drobnej, pylenie, równomierność powłoki, opróżnianie resztkowe i rzeczywisty czas czyszczenia.
Delikatnie mieszać, szybko zmieniać
Dla przypraw, ziół, herbaty, kawy, produktów instant i innych wrażliwych materiałów sypkich amixon® oferuje systemy mieszania, które łączą wysoką jednorodność z niskim obciążeniem mechanicznym. Decydujący jest przy tym nie sam czas mieszania, lecz kontrolowany ruch produktu: składniki muszą się niezawodnie rozłożyć, bez niepotrzebnego łamania kruchych listków, aglomeratów, kryształów, powłok czy cząstek suszonych rozpyłowo, powstawania pyłu lub zmiany ich struktury.
Mieszalniki amixon® pracują w tym celu ze stosunkowo niską prędkością obwodową narzędzia, zaczynając od około 0,8 m/s. W zależności od zadania mieszania, formy konstrukcyjnej i produktu może być ona ustawiona do około 3,5 m/s. Taśma śrubowa SinConvex® wytwarza trójwymiarowe wymuszone przemieszczanie. Mieszanina jest transportowana na obrzeżu ku górze, w centrum spływa pod wpływem grawitacji ponownie w dół i jest ponownie kierowana do aktywnej strefy mieszania. Działanie mieszające opiera się zatem na ciągłej cyrkulacji produktu, a nie na wyraźnych ruchach rzutu, uderzenia czy zgniatania. Wspiera to delikatną homogenizację przy ograniczonym wprowadzaniu energii mechanicznej i cieplnej.
Dla wrażliwych produktów przyprawowych i ziołowych ten sposób mieszania może oferować korzyści. Suszone listki ziół, herbata, całe lub grube cząstki przypraw, aglomeraty instant suszone rozpyłowo i powlekane składniki mają często zachować swój rozkład wielkości cząstek, wygląd optyczny, rozpuszczalność lub właściwości sensoryczne. Zbyt wysoka prędkość obrotowa, duże wysokości spadku, ostrokrawędziowe narzędzia lub długie czasy mieszania mogą natomiast sprzyjać powstawaniu frakcji drobnej, pyłu i łamaniu cząstek. Rzeczywista ochrona produktu musi być zatem sprawdzona z oryginalnym materiałem. Sensowna jest analiza wielkości cząstek przed i po próbie mieszania, uzupełniona oceną wskaźnika łamania, udziału frakcji drobnej, pylenia, barwy, integralności powłoki i jakości sensorycznej.
Intensywność mieszania może być w amixon® dostosowana do danego zadania. Dla czystej homogenizacji pracuje się z delikatnym przepływem podstawowym. Jeśli mocno kohezyjne proszki przyprawowe, zbrylone składniki lub trudno dyspergowalne komponenty poboczne muszą zostać celowo rozdrobnione, rotory tnące mogą być dołączane miejscowo ograniczone i przez zdefiniowany czas. Dzięki temu deaglomerację można skoncentrować na rzeczywiście koniecznej fazie, podczas gdy przeważająca część wsadu jest nadal delikatnie przemieszczana. Czas mieszania, prędkość obrotowa narzędzia, czas pracy rotora, kolejność dozowania oraz w razie potrzeby dodawanie cieczy mogą być zapisane jako program receptury w sterowniku PLC i wykonywane powtarzalnie dla każdego wsadu.
Skalowanie do dużych wsadów wymaga szczególnej uwagi, ponieważ wraz z wielkością zbiornika, stopniem napełnienia i masą produktu zmieniają się także drogi produktu, momenty rozruchowe i obciążenia mechaniczne. Podobna prędkość obwodowa narzędzia może pomóc przenieść obciążenie produktu z centrum prób na skalę produkcyjną, nie gwarantuje jednak sama w sobie identycznej jakości mieszania czy ochrony cząstek. Dla mieszalników pionowych i dwuwałowych, takich jak VM i HM, możliwe są projektowe wielkości do około 50 m³. Gyraton® GM jest zaprojektowany dla dużych wsadów do około 100 m³ i może być, w zależności od produktu i wykonania, ustawiony na szczególnie niski pobór mocy lub na krótkie czasy mieszania. Czy pożądana jakość mieszania jest osiągalna przy stopniach napełnienia między około 10 a 100 procent objętości użytkowej, ustala się w próbie dla konkretnej receptury.
Dla szczególnie kruchych produktów sensowne są wyspecjalizowane formy konstrukcyjne. Kulisty mieszalnik SpherHelics® SH posiada kulistą komorę mieszania i może dzięki temu wspierać szczególnie równomierną, przyjazną dla produktu cyrkulację. Dla tej konstrukcji przewidziano wielkości od około 400 do 5000 litrów. Mieszalnik KoneSlid® KS nadaje się również do produktów wrażliwych, suszonych rozpyłowo, granulowanych fluidalnie lub suszonych taśmowo. Dzięki swojej aktywnej, trójwymiarowej cyrkulacji objętość produktu może zostać jednokrotnie w pełni przemieszczona po około czterech obrotach narzędzia. Pożądaną jakość mieszania można, w zależności od produktu, osiągnąć po około 20 do 30 obrotach narzędzia. Szybkie opróżnianie przez wielkopowierzchniowy centralny wylot może dodatkowo skrócić czas wsadu. To, jak szybko, całkowicie i z jak małym rozdzielaniem się mieszaniny rzeczywiście przebiega wyładunek, zależy jednak od sypkości, kohezyjności, wilgotności, struktury cząstek i wybranego wykonania aparatu.
Przy częstych zmianach receptury obok ochrony produktu decydujące są przede wszystkim opróżnianie resztkowe, dostępność i czyszczenie. Daleko idące opróżnianie zmniejsza udział pozostałych resztek przypraw i tym samym obniża ryzyko przeniesienia smaku lub zanieczyszczenia krzyżowego związanego z alergenami. Dobrze dostępne komory mieszania, duże drzwi inspekcyjne, gładkie powierzchnie mające kontakt z produktem, armatury wylotowe o niskiej liczbie stref martwych oraz konstrukcyjnie przyjazne dla czyszczenia mieszadło ułatwiają czyszczenie na sucho lub na mokro. Wymagany rodzaj czyszczenia i wykazywany stopień czystości wynikają z receptury, profilu alergenowego, olejków przyprawowych, barwników, udziału cukru oraz zakładowej strategii zmian. Przy produktach krytycznych proces czyszczenia musi być zwalidowany dla najmniej korzystnej zmiany produktu.
Gyraton® GM może homogenizować przyprawy, herbatę i kawę również w dużych wsadach. Dla tych zastosowań istotna jest nie tylko jakość mieszania, ale połączenie niskiego obciążenia mechanicznego, odpowiedniej wielkości wsadu, szybkiego opróżniania resztkowego i dobrze planowalnego czyszczenia. Zwłaszcza przy intensywnych aromatach, olejkach eterycznych lub składnikach zawierających alergeny wybór mieszalnika powinien następować wspólnie z całą koncepcją higieny, logistyką napełniania i przewidzianą strategią czyszczenia.
Przed inwestycją amixon® może przeprowadzić próby mieszania z oryginalnym produktem. W centrum prób w głównej siedzibie w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji próbnych w różnych wielkościach; dodatkowo istnieją centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby mogą odbywać się przy rzeczywistych stopniach napełnienia, wielkościach wsadów oraz przewidzianych warunkach temperatury i ciśnienia. Oceniane są jakość mieszania, czas mieszania, ochrona cząstek, wprowadzanie energii, deaglomeracja, opróżnianie resztkowe, czyszczalność i powtarzalność. Wyniki są dokumentowane i stanowią wiarygodną podstawę technicznego i ekonomicznego doboru instalacji.