Aby w mieszankach piekarniczych z ekstraktami piekarniczymi, lecytyną, tłuszczem i kilkoma funkcjonalnymi dodatkami proszkowymi osiągnąć RSD poniżej 5 procent przy krótkich czasach mieszania, dodawanie cieczy, rozprowadzenie dodatków proszkowych i kinematyka mieszania muszą być zaprojektowane jako wspólny proces. Krytycznym punktem nie jest premiksowanie pierwiastków śladowych, lecz równomierne, wolne od grudek wprowadzenie kilku składników ciekłych i funkcjonalnych proszków, bez wytwarzania lokalnego przewilgocenia, grudek tłuszczu lub późniejszego rozdzielania się mieszaniny.

Prawidłowa ocena sytuacji wyjściowej

Mieszanki piekarnicze mogą zawierać liczne funkcjonalne składniki proszkowe, na przykład frakcje mąki, skrobię, cukier, środki spulchniające, środki zakwaszające, emulgatory, proszek mleczny lub jajeczny, kakao, aromaty, sól, enzymy, błonnik, hydrokoloidy, barwniki i ekstrakty piekarnicze. Dodatkowo mogą być wprowadzane lecytyna, tłuszcze płynne lub stopione, oleje, aromaty, ekstrakty lub inne dodatki ciekłe. Składniki te często wyraźnie różnią się wielkością cząstek, gęstością nasypową, zwilżalnością, zawartością tłuszczu, kohezyjnością i wrażliwością na wilgoć.

Bardzo wysoka jakość mieszania oznacza zatem więcej niż równomierne rozprowadzenie pojedynczego znacznika. Ciecze muszą występować możliwie w cienkiej, równomiernej warstwie na poruszającym się złożu proszku. Jednocześnie funkcjonalne dodatki proszkowe muszą być rozprowadzone bez tworzenia aglomeratów i bez lokalnych nadmiernych stężeń. Już niewielkie ilości źle rozprowadzonej cieczy mogą wytworzyć lepkie gniazda, do których przylega proszek. Takie aglomeraty pogarszają optyczne i funkcjonalne właściwości późniejszego produktu piekarniczego. Dodawanie substancji ciekłych może w środkach piekarniczych powodować powstawanie aglomeratów; dlatego równomierne rozprowadzenie cieczy w proszku jest szczególnie ważne.

Najpierw sucha premiksacja

Przed dodaniem cieczy najpierw powinna zostać zhomogenizowana sucha receptura główna. Dotyczy to zwłaszcza funkcjonalnych dodatków proszkowych, które wyraźnie różnią się wielkością ziaren, gęstością nasypową lub kohezyjnością od głównej matrycy. Krótka, zdefiniowana faza mieszania na sucho wytwarza równomierny rozkład wyjściowy i zapobiega temu, aby po rozpoczęciu zwilżania pozostały suche wyspy lub lokalnie wysoko skoncentrowane dodatki funkcjonalne.

Dla szczególnie kohezyjnych, tłustych lub drobnych składników proszkowych sensowna może być celowa premiksacja z odpowiednim udziałem głównej matrycy. Nie chodzi tu o klasyczne rozcieńczanie pierwiastków śladowych, lecz o rozbicie aglomeratów, poprawę dozowalności i równomierne wstępne rozprowadzenie składników funkcjonalnych. Premiks jest następnie wprowadzany do poruszającego się głównego wsadu. Odpowiednia kolejność dodawania proszków zmniejsza ryzyko, że drobne składniki przylegną do ścian, uszczelnień lub obszarów słabo przepływanych.

Precyzyjne wprowadzanie cieczy

Lecytyna, tłuszcz, olej, ekstrakty piekarnicze i inne dodatki ciekłe nie powinny być podawane jako strumień, fala lub pojedyncze duże krople na spoczywającą warstwę proszku. Decydujące jest drobno rozpylone, precyzyjnie dozowane i powierzchniowo rozprowadzone dodawanie do aktywnej strefy mieszania. Dysze dwuczynnikowe lub odpowiednie dysze rozpylające wytwarzają kontrolowane spektrum kropli i mogą lepiej rozprowadzać bardziej lepkie ciecze na produkcie, o ile temperatura cieczy, lepkość, ciśnienie i geometria dyszy są odpowiednio ustawione. W przypadku środków piekarniczych zalecane jest stosowanie dysz dwuczynnikowych, ponieważ ciecz musi być rozprowadzona na cząstkach możliwie równomiernie.

Dozowanie odbywa się najlepiej podczas stabilnego, trójwymiarowego przemieszczania produktu. Każda faza cieczy powinna być wprowadzana w strefie, przez którą nieustannie przepływa świeży proszek. Zmniejsza to lokalne przewilgocenie i zapobiega przywieraniu tłuszczu lub lecytyny do ścian, narzędzi lub już utworzonych grudek. Obraz rozpylania nie może trafiać na ścianę zbiornika ani na spoczywające obszary produktu. Czas rozpylania powinien być wystarczająco długi, aby rozprowadzić ilość cieczy w całej objętości produktu; zbyt szybkie dodawanie zwiększa ryzyko powstawania grudek. Po dodaniu wymagana jest zdefiniowana faza domieszania, aby ciecz mogła się dalej rozprowadzić. Techniczne wytyczne dotyczące dodawania cieczy zalecają również wcześniejsze mieszanie na sucho, wystarczająco długą fazę rozpylania w poruszającym się produkcie oraz następujący po niej czas mieszania na mokro.

Przy kilku cieczach nie wszystko musi być koniecznie dodawane jednocześnie. Często sensowne jest dozowanie stopniowe. Na przykład część tłuszczu lub oleju może najpierw służyć do związania określonych frakcji pylistych lub ustawienia zwilżalności głównej matrycy. Lecytyna może – w zależności od formy podania i receptury – zostać rozpuszczona lub rozcieńczona w odpowiednim tłuszczu nośnikowym lub oleju, a następnie drobno rozpylona. W suchych mieszankach spożywczych lecytyna jest stosowana zarówno jako proszek, jak i rozcieńczona w oleju, aby pokryć cząstki cienką warstwą fosfolipidów. Dopuszczalna kolejność musi jednak zostać ustalona na podstawie prób recepturowych, ponieważ wpływa ona na płynność, instantyzację, aglomerację, wchłanianie wody i późniejsze właściwości wypiekowe.

Odpowiednia technika mieszania

Dla krótkich czasów mieszania z kilkoma dodatkami ciekłymi i proszkowymi wymagany jest mieszalnik, który w sposób ciągły kieruje całą objętość wsadu do aktywnej strefy mieszania. Zasadniczo nadaje się do tego mieszalnik konwekcyjny z intensywnym, trójwymiarowym przemieszczaniem produktu. Dodatkowe rotory tnące, choppery lub narzędzia o wysokim ścinaniu mogą być stosowane do celowego rozbijania aglomeratów powstających wskutek dodawania cieczy. Ten stopień intensywny powinien być jednak stosowany tylko przez ograniczony czas i tylko tak intensywnie, jak to konieczne. W przeciwnym razie mogą wystąpić niepożądane tworzenie się frakcji drobnej, nagrzewanie lub zmiana właściwości materiału sypkiego.

Optymalna technika mieszania zależy od stosunku ilości proszku do ilości cieczy, lepkości dodatków, temperatury topnienia tłuszczu, wymaganego powlekania, wrażliwości składników funkcjonalnych oraz pożądanej struktury cząstek. Przy niskich ilościach cieczy na pierwszym planie jest równomierne zwilżenie. Przy wyższych udziałach tłuszczu lub spoiwa może wystąpić przejście do aglomerującego lub pastowatego stanu produktu. Wtedy narzędzie mieszające, rezerwa momentu obrotowego, prowadzenie temperatury, koncepcja dysz oraz w razie potrzeby osobny stopień deaglomeracji muszą być zaprojektowane pod ten stan.

Temperatura i prowadzenie procesu

Temperatura jest przy lecytynie i tłuszczu często decydującą dźwignią sterującą. Wpływa ona na lepkość, pompowalność, rozpylanie, wielkość kropli i rozprowadzalność cieczy. Jeśli tłuszcz jest zbyt zimny, może być lepki, częściowo skrystalizowany lub słabo rozpylalny. Jeśli jest zbyt ciepły, może zbyt szybko wnikać w proszek, zmieniać pożądaną powierzchnię cząstek lub przy składnikach wrażliwych na temperaturę powodować straty jakości. Temperatura mieszalnika, cieczy, przewodów i dysz powinna być zatem zdefiniowana i monitorowana.

Temperowany płaszcz mieszalnika lub temperowane przewody cieczy mogą pomóc utrzymać stabilną lepkość fazy ciekłej. Prowadzenie temperatury powinno być jednak wybrane tylko na tyle wysokie, na ile jest to konieczne dla stabilnego procesu rozpylania. Przy tłuszczach, które po dodaniu ponownie krystalizują, także krzywa chłodzenia może wpływać na późniejszy stan płynięcia i stabilność magazynową mieszanki piekarniczej.

Czas mieszania powinien zostać ustalony na podstawie badania kinetyki mieszania. Najpierw badany jest czas mieszania na sucho, następnie optymalny czas rozpylania dla każdej cieczy, a na koniec wymagany czas mieszania na mokro po zakończeniu dodawania cieczy. Celem jest najkrótsza solidna sekwencja procesowa, przy której pewnie osiągane są docelowa RSD, pożądane rozprowadzenie tłuszczu i lecytyny oraz wymagana swobodna płynność. Niepotrzebnie długi czas mieszania na mokro może prowadzić do dalszej aglomeracji, rozmazywania tłuszczu, narastania na ścianie lub zmiany struktury cząstek.

Prawidłowy dowód jednorodności

RSD poniżej 5 procent musi zostać wykazane dla rzeczywiście krytycznych cech receptury. Pojedynczy znacznik solny lub barwnikowy może wprawdzie ocenić ogólną mieszaninę suchą, ale nie potwierdza automatycznie równomiernego rozprowadzenia lecytyny, tłuszczu, ekstraktu piekarniczego lub funkcjonalnych proszków. Dlatego powinno się łączyć kilka analiz. Odpowiednie są na przykład oznaczanie zawartości tłuszczu, oznaczanie wilgotności, specyficzna analiza poszczególnych dodatków funkcjonalnych, analityka ekstraktów, analiza obrazu widocznych aglomeratów, analiza sitowa do kontroli grudek oraz badania sensoryczne i piekarskie.

Pobieranie próbek musi obejmować cały wsad i wyładunek. Sensowne są próbki z różnych stref komory mieszania oraz rozłożone w czasie próbki z wyładunku, z początku, środka i końca opróżniania. Z co najmniej dziesięciu pojedynczych próbek można obliczyć wartość średnią, odchylenie standardowe i RSD:

RSD=s/x̄×100%

Obok RSD i wartości średniej powinny być uwzględniane maksimum, minimum, rozstęp, rozprowadzenie tłuszczu lub lecytyny, udział grudek, swobodna płynność oraz stabilność po magazynowaniu. Mieszanina może być jednorodna bezpośrednio po zmieszaniu i mimo to jeszcze się zmieniać wskutek krystalizacji tłuszczu, wibracji, dróg transportu lub dłuższego magazynowania.

Praktyczna sekwencja procesowa

Solidna sekwencja procesowa zaczyna się od kontrolowanego dozowania i krótkiej homogenizacji suchych głównych składników oraz funkcjonalnych dodatków proszkowych. Następnie fazy ciekłe – ekstrakty piekarnicze, lecytyna, tłuszcz, olej lub aromaty – są wprowadzane w zdefiniowanej kolejności, temperowane i drobno rozpylone do aktywnie poruszającego się produktu. Po każdym dodaniu następuje wystarczająco długa, ale nie za długa faza domieszania. Jeśli powstają grudki lub kohezyjne dodatki muszą zostać rozbite, lokalny stopień mieszania intensywnego jest dołączany tylko na niezbędny czas. Następnie produkt jest wyładowywany i napełniany możliwie bez długiego oczekiwania, dużych odcinków spadku lub silnych wibracji.