Które mieszalniki są optymalne do wprowadzania aromatów i witamin do mleka w proszku bez uszkadzania struktury cząstek?
Wprowadzanie aromatów, prebiotyków, witamin i mikroelementów do mleka w proszku wymaga techniki mieszania łagodnej wobec produktu, a jednocześnie powtarzalnej. Zwłaszcza przy aglomerowanych lub instantyzowanych mlekach w proszku sypkość, zwilżalność, zachowanie podczas rekonstytucji i struktura cząstek powinny zostać zachowane. Jednocześnie wrażliwe składniki muszą być chronione przed ciepłem, wilgocią, tlenem i obciążeniem mechanicznym.
Decydujący nie jest sam typ mieszalnika, lecz współdziałanie zasady mieszania, stopnia napełnienia, obrotów, czasu mieszania, wprowadzania energii, podawania produktu i ilości dozowanych. Idealna instalacja zapewnia pewne przemieszczanie całego proszku, nie powodując przy tym przez wysokie siły ścinające niepotrzebnego ścierania ani istotnego nagrzewania. Ogólne wartości graniczne dla czasu mieszania, wzrostu temperatury czy wprowadzania energii są mało wiarygodne; muszą być określone na podstawie konkretnej jakości mleka w proszku, receptury, wielkości wsadu i pożądanego produktu końcowego.
Aromaty mogą występować w postaci suchej, kapsułkowanej, olejowej lub płynnej. Płynne aromaty są wprowadzane w mieszalniku głównym najczęściej bezpośrednio przez precyzyjnie dozującą lancę natryskową lub dyszę. Dysza powinna znajdować się w intensywnie poruszanej strefie produktu, aby ciecz szybko rozprowadziła się na wielu cząstkach. Zbyt duże krople, zbyt wysoka lokalna wydajność dozowania lub nieodpowiednia pozycja dyszy mogą powodować naklejenia i niepożądane aglomeraty. Przy higroskopijnym mleku w proszku wprowadzanie wody lub innych niepożądanych udziałów cieczy musi być szczególnie ograniczone.
Prebiotyki, takie jak inulina, fruktooligosacharydy czy galaktooligosacharydy, są z reguły stosowane w znacznie większych ilościach niż witaminy. Przy wystarczającym podobieństwie wielkości cząstek i gęstości nasypowej mogą być dlatego z reguły dozowane bezpośrednio do głównego wsadu. Wstępne mieszanie nie jest zasadniczo konieczne. Może być jednak sensowne, gdy ilość dodatku jest mała, prebiotyk skłania się do pylenia, występują duże różnice gęstości nasypowej lub wielkości ziaren, albo wymagana jest szczególnie wysoka dokładność dozowania.
Inaczej sytuacja wygląda w przypadku witamin i mikroelementów. Są one często dozowane w bardzo małych ilościach i mogą ulegać segregacji przy niekorzystnym rozkładzie wielkości cząstek lub gęstości. Dlatego są zwykle przygotowywane jako standaryzowane premiksy z odpowiednim nośnikiem lub z częściową ilością mleka w proszku. Premiks jest następnie wprowadzany do głównego wsadu. Stopniowe rozcieńczanie mieszanki witaminowej mlekiem w proszku przed wmieszaniem do całkowitej ilości jest sprawdzonym podejściem do poprawy jednorodności.
Do mieszania głównego nadaje się kilka systemów mieszania. Pionowe mieszalniki dwuwałowe łączą efektywny, trójwymiarowy ruch produktu ze stosunkowo łagodnym traktowaniem wrażliwych proszków. Są stosowane na całym świecie do wymagających zadań mieszania z mlekiem w proszku, składnikami odżywczymi, aromatami i innymi funkcjonalnymi dodatkami. Dzięki wysokiej wydajności przemieszczania cały materiał mieszany może być niezawodnie objęty. Przy odpowiednim doborze małe ilości, substancje suche i wprowadzane przez dysze ciecze mogą być rozprowadzane równomiernie, bez niepotrzebnego naruszania wrażliwej struktury aglomeratu. Czy wstępne mieszanie dla danego składnika jest konieczne, zależy przede wszystkim od jego ilości dozowania oraz od różnic wielkości cząstek, gęstości nasypowej i zachowania przepływu.
Dwuwałowe mieszalniki łopatkowe umożliwiają szybkie wymieszanie. Nadają się do większych wsadów, rozprowadzania bezpośrednio dozowanych prebiotyków i kontrolowanego dodawania płynnych aromatów. Ich obroty, geometria narzędzi i stopień napełnienia muszą być dobrane tak, aby wrażliwe aglomeraty nie były nadmiernie obciążane.
Poziome mieszalniki lemieszowe oferują intensywne przemieszczanie i mogą dobrze rozprowadzać małe ilości oraz ciecze. Nadają się przede wszystkim wtedy, gdy zachowanie struktur cząstek jest mniej istotne. Mieszalniki lemieszowe nie są jednak automatycznie ubogie w ścinanie. Przy wysokich obrotach lub zastosowaniu narzędzi rozdrabniających wprowadzanie energii może wyraźnie wzrosnąć. Ich przydatność do instantyzowanych mlek w proszku musi być dlatego sprawdzona pod kątem ścierania, wzrostu temperatury i zachowania podczas rekonstytucji.
Pionowe mieszalniki stożkowo-ślimakowe pracują przy niskich obrotach i są szczególnie łagodne wobec wrażliwych cząstek. Nadają się dobrze do suchych mieszanek mleka w proszku, do kapsułkowanych aromatów oraz do receptur z wrażliwymi składnikami. Ich stosunkowo długie czasy mieszania mogą być wadą przy składnikach wrażliwych na utlenianie lub wilgoć. Przy nisko dozowanych witaminach i mikroelementach wstępne mieszanie w tym typie mieszalnika jest z reguły szczególnie ważne.
Mieszalniki kontenerowe i grawitacyjne powodują tylko niewielkie obciążenie mechaniczne i nadają się dlatego do wrażliwych mieszanek suchych. Ich przydatność jest szczególnie dobra, gdy składniki mają podobne właściwości cząstek i nie trzeba dodawać cieczy. Przy bardzo małych ilościach dozowanych lub wyraźnych różnicach gęstości i wielkości ziaren mogą być jednak konieczne dłuższe czasy mieszania lub wstępne mieszanie.
Przy wyborze systemu mieszania obok jakości mieszania decydujące są także właściwości higieniczne. Mleko w proszku jest pylące i wrażliwe na wilgoć; osady produktu i pozostałości czyszczące mogą wpływać na jakość kolejnych wsadów. Powierzchnie mające kontakt z produktem powinny być dlatego dobrze dostępne, gładkie i możliwie wolne od miejsc osadzania. W instalacjach suchego proszku często stosuje się czyszczenie na sucho, aby uniknąć wprowadzania wilgoci. Jeśli konieczne jest czyszczenie na mokro, instalacja, a zwłaszcza trudno dostępne obszary, musi zostać niezawodnie wysuszona. EHEDG opisuje w tym zakresie specjalne zasady projektowania higienicznego dla instalacji do przetwarzania suchych materiałów sypkich.
Przy witaminach wrażliwych na światło lub tlen, zwłaszcza witaminie A i β-karotenie, sensowne może być prowadzenie procesu w sposób zamknięty i ubogi w tlen. Krótsze otwarte drogi produktu, odpowiednie opakowanie oraz ewentualnie inertyzacja azotem mogą pomóc ograniczyć straty oksydacyjne. Działanie ochronne musi być jednak zwalidowane dla receptury, czasu magazynowania i opakowania.
Tak amixon® przetwarza aromaty, witaminy i wrażliwe dodatki w mleku w proszku
Przy wytwarzaniu mleka w proszku, produktów instant, żywności dla niemowląt i suplementów diety aromaty, prebiotyki, witaminy, mikroelementy, enzymy, probiotyki i kapsułkowane składniki powinny być rozprowadzane równomiernie. Jednocześnie muszą być zachowane struktura cząstek, sypkość, zwilżalność i zachowanie podczas rekonstytucji mleka w proszku. amixon® realizuje w tym celu trzy podejścia procesowe: mieszalnik KoneSlid® typu KS dla wielkości wsadów od około 100 do 3000 litrów, pionowy mieszalnik dwuwałowy typu HM dla większych wsadów od około 1000 do 15 000 litrów oraz pracujący w sposób ciągły mieszalnik AMK do ciągłych procesów końcowych linii.
Mieszalnik KoneSlid® nadaje się szczególnie do wrażliwych, aglomerowanych proszków z wieży rozpyłowej, granulacji fluidyzacyjnej lub suszenia mrożeniowego. Jego zasada mieszania łączy łagodny ruch produktu z krótkimi czasami mieszania i opróżniania. Podczas opróżniania stożek zamykający KoneSlid® jest opuszczany; produkt może wypływać bez dodatkowych organów wyładowczych. Skraca to czas między mieszaniem a napełnianiem i może pomóc ograniczyć segregację po procesie mieszania. amixon® opisuje KoneSlid® szczególnie dla produktów o wrażliwej strukturze cząstek i dla zastosowań z krótkimi czasami cyklu.
Dla większych wsadów oferowany jest pionowy mieszalnik dwuwałowy. Dwa pionowo ustawione wały mieszające z narzędziami helikalnymi SinConvex® lub SinConcave® wytwarzają trójwymiarowy ruch produktu. Intensywność mieszania może być dostosowana do receptury poprzez obroty, wykonanie narzędzi, stopień napełnienia i czas procesu. Jest to szczególnie istotne dla aglomerowanych mlek w proszku, gdzie mieszanka powinna być jednorodna, a ścieranie ma pozostać możliwie niskie. Narzędzia mieszające MultiPlane® mogą przy dużych ilościach produktu pomóc odciążyć dolne warstwy proszku i wspierać ruch produktu na kilku poziomach.
Dla ciągłych linii produkcyjnych dostępny jest AMK. Mieszalnik może według informacji amixon® pracować zarówno w sposób ciągły, jak i wsadowy, i przetwarza produkty suche, wilgotne oraz zawiesinowe. Jego intensywność mieszania można ustawić od łagodnej homogenizacji do bardziej intensywnej deaglomeracji. Zastosowanie ciągłe wymaga jednak precyzyjnego i stabilnego dozowania wszystkich składników głównych i pobocznych. Zwłaszcza przy witaminach i mikroelementach często wymagany jest wcześniej przygotowany, dobrze dozowalny premiks.
Płynne lub olejowe aromaty mogą być wprowadzane do poruszającego się materiału mieszanego za pomocą odpowiednich lanc cieczowych i dysz dwuczynnikowych. Rozpylenie wspiera szerokopowierzchniowe zwilżenie cząstek proszku. Decydujące są przy tym wielkość kropli, pozycja dyszy, wydajność dozowania, lepkość spoiwa lub aromatu oraz ruch produktu w mieszalniku. Dodawanie w obszarze wysokiego ruchu produktu może ograniczyć lokalne przewilżenie, tworzenie się grudek i naklejenia. Przy cieczach wrażliwych na temperaturę lub lepkich można zastosować płaszcz temperujący. Prowadzenie temperatury musi być tak zaprojektowane, aby lepkość aromatu lub systemu nośnikowego pozostała w odpowiednim zakresie, nie naruszając stabilności produktu.
Witaminy i mikroelementy występują często w bardzo małych ilościach dozowanych. Dlatego są zwykle przygotowywane jako premiks z nośnikiem lub z częściową ilością mleka w proszku, a następnie wprowadzane do głównego wsadu. Aromaty i prebiotyki mogą natomiast przy wystarczającej ilości dozowanej i porównywalnych właściwościach cząstek być często dozowane bezpośrednio. Czy wstępne mieszanie jest konieczne, zależy od ilości dozowania, wielkości cząstek, gęstości nasypowej, zachowania przepływu i wymaganej jednorodności. Wytwarzanie premiksów witaminowo-mineralnych jest uznanym podejściem do zabezpieczenia dokładności dozowania i równomiernego rozprowadzenia mikroskładników odżywczych.
amixon® uzupełnia technikę mieszania cechami wyposażenia dotyczącymi higieny, opróżniania i bezpieczeństwa procesu. Należą do nich między innymi narzędzia mieszające helikalne SinConvex® i SinConcave®, MultiPlane®, ComDisc®, DosiFlap®, OmgaSeal® oraz programowalne dysze czyszczące o strumieniu celowanym systemu WaterDragon®. Narzędzia wyładowcze ComDisc® mogą być opuszczane podczas opróżniania w kierunku wylotu, zmniejszając ilości resztkowe. DosiFlap® służy jako dozowalny, według amixon® niskostrefowy pod względem stref martwych organ wyładowczy uszczelniający. OmgaSeal® to trwale uszczelniające wykonanie dla drzwi inspekcyjnych Clever-Cut®. System WaterDragon® służy do automatycznego czyszczenia na mokro i suszenia mieszalników i pokrewnych aparatów procesowych.
Projektowanie higieniczne obejmuje ponadto duże otwory inspekcyjne, dobrze dostępne obszary mające kontakt z produktem, górne łożyskowanie mieszadła oraz unikanie dolnego przepustu wału. Konkretna przydatność higieniczna – na przykład pod względem wymagań EHEDG, FDA czy 3-A – zależy od wybranej konfiguracji maszyny, zastosowanych uszczelnień, powierzchni, parametrów czyszczenia i przewidzianego zastosowania. Powinna być więc określona i udokumentowana dla danego projektu.
Przed inwestycją można przeprowadzić próby mieszania z oryginalnym produktem w centrum prób amixon®. Według informacji amixon® w siedzibie głównej w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji testowych o różnych wielkościach; dalsze centra prób znajdują się w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. W próbach można ocenić przy zbliżonych do praktyki stopniach napełnienia i wielkościach wsadów między innymi jednorodność, rozwój temperatury, ścieranie cząstek, rozprowadzenie cieczy, opróżnianie, czyszczalność i powtarzalność. Wyniki prób stanowią podstawę wyboru typu mieszalnika, wykonania narzędzi, koncepcji dozowania i metody czyszczenia.