Jakie zabiegi na mieszaninie nadają się dla musli i płatków zbożowych, aby zapobiec rozdzielaniu się mieszaniny w opakowaniu?
W przypadku musli i płatków zbożowych rozdzielaniu się mieszaniny w opakowaniu najskuteczniej zapobiega się poprzez połączenie delikatnego mieszania podstawowego, krótkich i kontrolowanych dróg produktu oraz dozowania składników blisko opakowania. Szczególnie solidnym rozwiązaniem jest łączenie krytycznych składników – na przykład orzechów, suszonych owoców, kawałków czekolady lub drobnych udziałów przypraw i pyłu – możliwie późno i blisko wagi wielogłowicowej lub maszyny pakującej. Dzięki temu między mieszaniem a workiem pozostaje niewiele czasu i drogi, na której składniki mogłyby ponownie się rozdzielić.
Dlaczego powstaje rozdzielanie się mieszaniny
Mieszanki musli i płatków zbożowych są szczególnie podatne na segregację, ponieważ ich składniki mają często wyraźnie różne wielkości cząstek, kształty, gęstości nasypowe i powierzchnie. Drobne płatki, cukier, proszek lub okruchy mogą przesypywać się w dół przez przestrzenie między większymi składnikami. Ten mechanizm nazywany jest perkolacją. Okrągłe lub zwarte składniki mogą toczyć się dalej po stożku usypowym niż płaskie płatki lub nieregularnie ukształtowane suszone owoce. Podczas swobodnego spadku powstają ponadto różne tory lotu; wibracje podczas transportu wewnętrznego i zewnętrznego mogą również ponownie posortować składniki. Różnice w wielkości, kształcie i gęstości są istotnymi czynnikami napędzającymi takie efekty segregacji.
Sama dobra jakość mieszania na koniec procesu mieszania nie wystarcza zatem. Mieszanina może ponownie się rozdzielić podczas opróżniania, w zbiornikach pośrednich, w punktach przekazania, na przenośnikach wibracyjnych, w przewodach transportu pneumatycznego, na odcinkach spadku, a nawet podczas transportu i magazynowania w zamkniętym worku. Cały łańcuch procesowy aż do gotowego opakowania musi być zatem traktowany jako część zadania mieszania.
Odpowiednie sposoby postępowania z mieszaniną
Pierwszym skutecznym środkiem jest harmonizacja struktury cząstek. Bardzo drobne, swobodnie ruchome udziały sprzyjają perkolacji w grubych mieszaninach. Tam, gdzie pozwala na to receptura i profil produktu, udziały frakcji drobnej mogą być redukowane, wstępnie aglomerowane lub wiązane z grubszymi cząstkami nośnymi. Również węższy rozkład wielkości cząstek może obniżać skłonność do rozdzielania się mieszaniny. Nie może się to jednak odbywać kosztem odczucia w ustach, zachowania instant, sensoryki lub deklaracji. Ogólne rozdrabnianie wszystkich składników nie jest zwykle rozwiązaniem dla musli, ponieważ prowadzi to do utraty pożądanej kawałkowatości i optycznej jakości produktu.
W odpowiednich recepturach lekki etap powlekania może ustabilizować mieszaninę. Niewielkie ilości oleju, roztworu cukru, syropu, lecytyny lub innego, dopuszczalnego prawnie i sensorycznie spoiwa mogą wiązać drobne cząstki z płatkami, orzechami, ekstrudatami lub innymi grubszymi nośnikami. Dzięki temu maleje liczba swobodnie ruchomych drobnych cząstek, a ryzyko perkolacji może się zmniejszyć. Spoiwa zmieniają jednak teksturę, chrupkość, aktywność wody, trwałość, zachowanie płynięcia oraz ewentualnie sytuację alergenową lub deklaracyjną. Powinny być zatem stosowane tylko wtedy, gdy pozwala na to cel receptury. Celowe zwiększanie kohezji za pomocą cieczy lub spoiw jest wymieniane jako sposób na zmniejszenie skłonności materiałów sypkich do segregacji.
Kolejnym odpowiednim sposobem postępowania jest zdefiniowane premiksowanie krytycznych mikroskładników. Drobne przyprawy, witaminy, składniki mineralne, cukier, sól, aromaty w proszku lub barwniki mogą być najpierw homogenizowane z częścią odpowiedniego składnika nośnego. Ten premiks jest następnie wprowadzany do mieszalnika głównego. Dzięki temu można zapobiec temu, aby niewielkie ilości drobnego składnika pozostawały lokalnie skoncentrowane lub poruszały się w produkcie jako niezależna frakcja drobna. Przy bardzo wrażliwych suszonych owocach, kawałkach czekolady lub dużych orzechach sensowne może być natomiast dodanie ich dopiero późno i przy szczególnie niskiej intensywności mieszania.
Prowadzenie procesu aż do worka
Do homogenizacji podstawowej nadają się delikatnie eksploatowane mieszalniki okresowe, na przykład bębnowe lub inne mieszalniki o niskim ścinaniu, jeśli składniki dobrze płyną i są w dużej mierze pozbawione aglomeratów. Przy bardziej złożonych mieszaninach z wieloma składnikami lub większymi różnicami gęstości, kształtu i wielkości cząstek zwykle bardziej solidny jest wolnoobrotowy mieszalnik konwekcyjny z kontrolowaną trójwymiarową cyrkulacją. Prędkość obrotowa, czas mieszania, stopień napełnienia, kolejność dodawania i wyładunek powinny być przy tym tak ustawione, aby osiągnąć wymaganą jednorodność bez powodowania łamania, powstawania frakcji drobnej lub przemieszania.
Po zmieszaniu wysokości swobodnego spadku powinny być konsekwentnie minimalizowane. Kaskady, zsuwnie, rury spustowe, rury teleskopowe lub kontrolowane punkty przekazania zmniejszają zróżnicowany tor lotu lekkich, płaskich, dużych i zwartych składników. Technika transportowa powinna wytwarzać możliwie niskie wibracje. Duże odcinki spadku, szybkie przenośniki taśmowe, silne ruchy wstrząsowe i długie drogi transportu pneumatycznego są przy mieszankach musli szczególnie krytyczne, ponieważ mogą sprzyjać perkolacji, rozdzielaniu się przez toczenie i łamaniu. Zmniejszenie prędkości transportu i wysokości spadku jest uznanym środkiem ograniczającym rozdzielanie się mieszaniny.
Zbiorniki buforowe, silosy i leje powinny być zaprojektowane pod przepływ masowy. Przy przepływie masowym materiał porusza się w kierunku wyładunku na całym przekroju zbiornika. Dzięki temu ograniczane są strefy o długim czasie przebywania, przepływ kanałowy lub rdzeniowy oraz selektywny wyładunek określonych składników. Ważnymi parametrami są wystarczające nachylenie ścian, odpowiednie materiały ścian, wystarczająco duży wylot, korzystna pod względem przepływu geometria oraz odpowiednio dobrany organ wyładowczy. Zbiorniki o przepływie masowym mogą istotnie zmniejszać problemy związane z segregacją.
Przy produkcji ciągłej sensowny może być mieszalnik ciągły z grawimetrycznie dozowanymi pojedynczymi składnikami, o ile mieszanina jest kierowana bezpośrednio do pakowania bez dużych buforów pośrednich. Zmniejsza to czas przebywania i liczbę czynności przesypywania. Dla wielu wysokiej jakości produktów musli i płatków zbożowych najbezpieczniejszą metodą jest jednak oddzielne dozowanie blisko opakowania. Główne składniki są przy tym porcjowo zestawiane za pomocą wagi wielogłowicowej lub porównywalnego systemu ważenia kombinacyjnego i łączone dopiero bezpośrednio przed workiem. Poszczególne składniki mogą być przy tym ważone osobno i celowo łączone. Takie rozwiązania są stosowane w przemyśle płatków zbożowych, aby w kontrolowany sposób dozować różne składniki cząstkowe i łączyć je blisko opakowania.
Kontrola jakości
Skuteczność nie powinna być oceniana wyłącznie na podstawie próbki z mieszalnika. Sensowne są rozłożone w czasie badania wyładunku oraz próbki z worków z początku, środka i końca przebiegu pakowania. W zależności od receptury udziały krytycznych składników mogą być liczone, ważone lub oznaczane za pomocą analizy obrazu i analityki znacznikowej. Odpowiednimi wskaźnikami są współczynnik zmienności poszczególnych składników, rozstęp minimum i maksimum oraz wizualna ocena rozwarstwienia, udziału łamanych cząstek i wzbogacenia frakcji drobnej.
KoneSlid® dla stabilnych mieszanek musli
Mieszanki musli i płatków zbożowych składają się często ze składników o mocno różniących się wielkościach cząstek, kształtach i gęstościach nasypowych. Płatki, ekstrudowane produkty zbożowe, orzechy, suszone owoce, cukier, drobne przyprawy i pyły mają dlatego skłonność do ponownego rozdzielania się po właściwym mieszaniu – podczas wyładunku, na odcinkach spadku, w buforach lub w drodze do maszyny pakującej. Mieszalnik amixon® KoneSlid® KS łączy delikatną, aktywnie wytwarzaną cyrkulację produktu z krótkimi czasami mieszania i wyładunku. Uzupełniająco mogą być stosowane specjalne urządzenia zwilżające, aby celowo wiązać drobne pyły z większymi cząstkami nośnymi i zmniejszać skłonność receptury do rozdzielania się.
KS jest zaprojektowany do wrażliwych, różnorodnie ustrukturyzowanych materiałów sypkich, na przykład proszków do napojów instant, pochodnych mleka w proszku, zup instant, musli, herbaty, produktów suszonych rozpyłowo, granulowanych fluidalnie, suszonych taśmowo lub składników produktów mrożonych. Centralne narzędzie mieszające wytwarza trójwymiarowe wymuszone przemieszczanie. Produkt jest transportowany w obszarze przyściennym ku górze, w centrum spływa pod wpływem grawitacji w dół i jest tam przez stożkowy korpus wypierający ponownie kierowany w stronę zewnętrznej strefy mieszania. Dzięki temu cała objętość wsadu jest w sposób ciągły obejmowana i rozprowadzana przestrzennie.
Po około czterech obrotach narzędzia cała objętość może zostać jednokrotnie w pełni przemieszczona. W zależności od receptury, stopnia napełnienia, struktury cząstek i pożądanej jednorodności technicznie idealną mieszaninę losową można osiągnąć po około 20 do 40 obrotach. Wymagany do tego czas mieszania i rzeczywista jakość mieszania muszą zostać sprawdzone z oryginalnym produktem. Kontrolowany, stosunkowo niskoobrotowy ruch produktu ogranicza wprowadzanie energii mechanicznej i może pomóc zachować strukturę wrażliwych płatków, aglomeratów, powłok i grubych składników.
Kluczowym elementem przeciwdziałania rozdzielaniu się mieszaniny jest celowe zwilżanie drobnych składników. Mieszalniki amixon® do musli i płatków zbożowych mogą być wyposażone w specjalne urządzenia zwilżające. Dozują one niewielkie ilości odpowiedniego płynnego spoiwa – na przykład oleju, roztworu cukru, syropu, lecytyny lub innej zgodnej z recepturą cieczy – drobno i możliwie równomiernie do poruszającej się mieszaniny. Drobne pyły, udziały cukru, proszek przyprawowy lub małe okruchy mogą dzięki temu przylegać do grubszych cząstek nośnych, takich jak płatki, ekstrudaty, orzechy lub suszone owoce. Liczba swobodnie ruchomych drobnych cząstek maleje, dzięki czemu można w szczególności zmniejszyć perkolację frakcji drobnej przez przestrzenie między dużymi składnikami.
Zwilżanie musi być precyzyjnie dostosowane do produktu i receptury. Zbyt mało cieczy może nie zapewnić pożądanego działania wiążącego; zbyt dużo cieczy może powodować lokalne grudki, zmieniać chrupkość i zachowanie płynięcia, zwiększać aktywność wody lub pogarszać trwałość. Obok ilości i składu spoiwa decydujące są wielkość kropli, obraz natrysku, pozycja dozowania, moment dodawania, temperatura produktu i czas mieszania po dodaniu. Mieszalnik zapewnia możliwie równomierne rozprowadzenie spoiwa, nie obciążając nadmiernie wrażliwych składników. Wiązanie frakcji drobnej odpowiednimi spoiwami jest uznanym podejściem do zmniejszania skłonności mieszanin granularnych do segregacji.
W odróżnieniu od mieszalników swobodnego spadku i obrotowych, takich jak mieszalniki dwustożkowe lub typu V, KS wytwarza aktywny i zdefiniowany ruch produktu. Systemy swobodnego spadku pracują poprzez wielokrotne unoszenie i opadanie usypiska. Mogą być odpowiednie dla dobrze płynących i podobnych pod względem cech cząstek składników, jednak dla złożonych mieszanin wymagają często dłuższych czasów mieszania i oferują tylko ograniczone możliwości celowego wprowadzania niewielkich ilości cieczy. Przy dużych różnicach wielkości cząstek, kształtu lub gęstości nasypowej rozdzielanie się mieszaniny może ponadto nasilać się podczas mieszania, a zwłaszcza przy opróżnianiu. KoneSlid® umożliwia natomiast kontrolowaną cyrkulację konwekcyjną i celowe wmieszanie cieczy.
Także wyładunek jest ważny dla stabilności mieszaniny. W KS centralny system zamknięcia może się obniżyć i otworzyć duży przekrój wyładunkowy. Dla wystarczająco sypkich mieszanek musli wsad może zostać opróżniony w ciągu kilku sekund. Krótki proces wyładunku może skrócić czas, w którym drobne cząstki przesypują się w dół, grube składniki toczą się lub składniki sortują się na stożku usypowym. Opróżnianie resztkowe do 99,98 procent lub lepsze odnosi się jednak zawsze do konkretnego produktu, stopnia napełnienia i wykonania aparatu. Dla mocno kohezyjnych, wilgotnych, lepkich lub bardzo nierównomiernie ustrukturyzowanych mieszanin ilość resztkowa i czas opróżniania mogą się różnić. Również stwierdzenie o całkowicie wolnym od rozdzielania się opróżnianiu musi być dla każdej receptury wykazane rozłożonymi w czasie próbkami z wyładunku.
Po zmieszaniu decydujące pozostają drogi procesu aż do worka. Wysokości spadku, przenośniki wibracyjne, stożki usypowe w buforach, długie odcinki transportu i wielokrotne przesypywanie mogą ponownie rozdzielić recepturę mimo optymalnego zmieszania. Dlatego wylot, punkty przekazania, technika transportowa i maszyna pakująca powinny być zaprojektowane z minimalnymi wysokościami spadku, możliwie krótkimi drogami i transportem materiału zorientowanym na przepływ masowy. Przy recepturach o szczególnie różniących się składnikach sensowne może być oddzielne dozowanie składników blisko opakowania za pomocą wagi wielogłowicowej. Skraca to drogę między połączeniem a workiem i ogranicza możliwość ponownej segregacji.
KS może być wykonany projektowo pod kątem wymagających zastosowań spożywczych pod względem higieny i bezpieczeństwa. Należą do nich komora mieszania zaprojektowana pod strefę ATEX 20 oraz opcje próżni lub inertyzacji. Wykonanie zgodne z wymaganiami EHEDG, FDA lub 3-A jest możliwe w zależności od uzgodnionej konstrukcji. Bezszczelinowo spawane i szlifowane powierzchnie, mieszadło łożyskowane wyłącznie od góry, duże drzwi inspekcyjne CleverCut® z uszczelnieniami OmgaSeal®, elementy wylotowe o niskiej liczbie stref martwych oraz zintegrowane lance myjące poprawiają dostępność, czyszczenie i warunki szybkiej zmiany produktu. Czyszczenie na sucho i na mokro może być, w zależności od przypraw, alergenów, udziału cukru lub tłuszczu, zaprojektowane w sposób walidowalny.
Przed inwestycją w centrum prób amixon® można przeprowadzić próby mieszania i pakowania z oryginalnym produktem. 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. Badane są jakość mieszania, wskaźnik łamania, udział frakcji drobnej, zwilżanie, wiązanie frakcji drobnej, rozprowadzenie powłoki, zachowanie przy wyładunku, stabilność wobec rozdzielania się mieszaniny, czyszczalność i powtarzalność. Analizy wielkości cząstek przed i po próbie oraz rozłożone w czasie próbki z wyładunku i pakowania dostarczają podstawy do odpowiedniego doboru mieszalnika, zwilżania, wyładunku i linii pakującej.