Какие смесители оптимальны для введения ароматизаторов и витаминов в сухое молоко без повреждения структуры частиц?
Введение ароматизаторов, пребиотиков, витаминов и микроэлементов в сухое молоко требует щадящей для продукта и одновременно воспроизводимой смесительной техники. Особенно у агломерированного или инстантизированного сухого молока должны сохраняться сыпучесть, смачиваемость, поведение при восстановлении и структура частиц. Одновременно чувствительные компоненты должны быть защищены от тепла, влаги, кислорода и механической нагрузки.
Решающее значение имеет не только тип смесителя, а взаимодействие принципа смешивания, степени наполнения, частоты вращения, времени смешивания, внесения энергии, подачи продукта и дозируемых количеств. Идеальная установка обеспечивает надёжное перемешивание всего порошка, не вызывая при этом излишнего истирания или заметного нагрева из-за высоких сдвиговых сил. Универсальные предельные значения для времени смешивания, роста температуры или внесения энергии малонадёжны; их необходимо определять исходя из конкретного качества сухого молока, рецептуры, размера партии и желаемого конечного продукта.
Ароматизаторы могут быть сухими, инкапсулированными, масляными или жидкими. Жидкие ароматизаторы обычно вводятся в основной смеситель напрямую через тонко дозирующее распылительное копьё или форсунку. Форсунка должна располагаться в зоне интенсивного движения продукта, чтобы жидкость быстро распределялась на множество частиц. Слишком крупные капли, слишком высокая локальная скорость дозирования или неподходящее положение форсунки могут вызывать налипание и нежелательные агломераты. У гигроскопичного сухого молока внесение воды или других нежелательных жидких компонентов необходимо особенно ограничивать.
Пребиотики, такие как инулин, фруктоолигосахариды или галактоолигосахариды, как правило, применяются в заметно бо́льших количествах, чем витамины. При достаточном сходстве размера частиц и насыпной плотности их поэтому обычно можно дозировать напрямую в основную партию. Предварительное смешивание не является принципиально обязательным. Однако оно может быть целесообразным, если добавляемое количество мало, пребиотик склонен к пылеобразованию, существуют значительные различия в насыпной плотности или размере зерна, либо требуется особенно высокая точность дозирования.
Иначе обстоит ситуация с витаминами и микроэлементами. Их часто дозируют в очень малых количествах, и они могут расслаиваться при неблагоприятном распределении частиц по размерам или плотности. Поэтому их обычно готовят как стандартизированные премиксы с подходящим носителем или с частью сухого молока. Затем премикс вводится в основную партию. Ступенчатое разбавление витаминной смеси сухим молоком перед введением в общее количество является проверенным подходом для улучшения однородности.
Для основного смешивания подходят несколько смесительных систем. Вертикальные двухвальные смесители сочетают эффективное трёхмерное движение продукта со сравнительно щадящей обработкой чувствительных порошков. Они применяются по всему миру для требовательных задач смешивания с сухим молоком, компонентами питательных веществ, ароматизаторами и другими функциональными ингредиентами. За счёт высокой производительности перемешивания надёжно охватывается весь смешиваемый материал. При подходящем расчёте можно равномерно распределять малые количества, сухие вещества и вводимые через форсунки жидкости, не нанося излишнего вреда чувствительной структуре агломератов. Необходимость предварительного смешивания для конкретного компонента зависит прежде всего от его дозируемого количества, а также от различий в размере частиц, насыпной плотности и текучести.
Двухвальные лопастные смесители обеспечивают быстрое перемешивание. Они подходят для более крупных партий, распределения напрямую дозируемых пребиотиков и контролируемого введения жидких ароматизаторов. Их частота вращения, геометрия инструмента и степень наполнения должны быть рассчитаны так, чтобы чувствительные агломераты не подвергались чрезмерной нагрузке.
Горизонтальные плужшарные смесители обеспечивают интенсивное перемешивание и хорошо распределяют малые количества, а также жидкости. Они подходят прежде всего тогда, когда сохранение структуры частиц менее важно. Однако плужшарные смесители не являются автоматически низкосдвиговыми. При высокой частоте вращения или использовании измельчающих инструментов внесение энергии может заметно возрастать. Поэтому их пригодность для инстантизированного сухого молока необходимо проверять по истиранию, росту температуры и поведению при восстановлении.
Вертикальные конусно-шнековые смесители работают при низких частотах вращения и особенно щадящи по отношению к чувствительным частицам. Они хорошо подходят для сухих смесей молочного порошка, инкапсулированных ароматизаторов, а также рецептур с чувствительными компонентами. Их сравнительно длительное время смешивания может быть недостатком для чувствительных к окислению или влаге компонентов. При низко дозируемых витаминах и микроэлементах предварительное смешивание в этом типе смесителя, как правило, особенно важно.
Контейнерные и гравитационные смесители создают лишь незначительную механическую нагрузку и поэтому подходят для чувствительных сухих смесей. Они особенно хорошо подходят, если компоненты обладают схожими свойствами частиц и не требуется добавление жидкостей. Однако при очень малых дозируемых количествах или заметных различиях в плотности и размере зерна могут потребоваться более длительное время смешивания или предварительное смешивание.
Для выбора смесительной системы наряду с качеством смешивания решающее значение имеют и гигиенические свойства. Сухое молоко пылит и чувствительно к влаге; отложения продукта и остатки моющих средств могут ухудшать качество последующих партий. Поэтому контактирующие с продуктом поверхности должны быть хорошо доступными, гладкими и по возможности свободными от мест отложений. На установках для сухих порошков часто применяется сухая очистка, чтобы избежать внесения влаги. Если требуется влажная очистка, установку и особенно труднодоступные зоны необходимо надёжно высушить. EHEDG описывает для этого специальные принципы гигиенического дизайна для установок переработки сухих сыпучих материалов.
Для чувствительных к свету или кислороду витаминов, в частности витамина A и β-каротина, может быть целесообразным закрытое и малокислородное ведение процесса. Более короткие открытые участки движения продукта, подходящая упаковка и при необходимости инертизация азотом могут способствовать ограничению потерь от окисления. Однако защитный эффект должен быть валидирован для конкретной рецептуры, срока хранения и упаковки.
Так amixon® перерабатывает ароматизаторы, витамины и чувствительные добавки в сухом молоке
При производстве сухого молока, инстант-продуктов, детского питания и биологически активных добавок ароматизаторы, пребиотики, витамины, микроэлементы, ферменты, пробиотики и инкапсулированные компоненты должны распределяться равномерно. Одновременно должны сохраняться структура частиц, сыпучесть, смачиваемость и поведение при восстановлении сухого молока. Для этого amixon® применяет три технологических подхода: смеситель KoneSlid® типа KS для размеров партий примерно от 100 до 3.000 литров, вертикальный двухвальный смеситель типа HM для более крупных партий примерно от 1.000 до 15.000 литров, а также непрерывно работающий смеситель AMK для непрерывных процессов на конце линии (end-of-line).
Смеситель KoneSlid® особенно подходит для чувствительных агломерированных порошков из распылительной башни, грануляции в псевдоожиженном слое или сублимационной сушки. Его принцип смешивания сочетает щадящее движение продукта с коротким временем смешивания и выгрузки. При выгрузке запирающий конус KoneSlid® опускается; продукт может вытекать без дополнительных органов выгрузки. Это сокращает время между смешиванием и фасовкой и может способствовать ограничению расслоения после процесса смешивания. amixon® характеризует KoneSlid® как особенно подходящий для продуктов с чувствительной структурой частиц и для применений с короткими временами цикла.
Для более крупных партий подходит вертикальный двухвальный смеситель. Два вертикально расположенных смесительных вала со спиральными мешалками SinConvex® или SinConcave® создают трёхмерное движение продукта. Интенсивность смешивания можно согласовывать с рецептурой через частоту вращения, исполнение инструмента, степень наполнения и продолжительность процесса. Это особенно актуально для агломерированного сухого молока, где смесь должна быть однородной, а истирание при этом должно оставаться минимальным. Мешалки MultiPlane® при больших количествах продукта могут способствовать разгрузке нижних слоёв порошка и поддержке движения продукта на нескольких уровнях.
Для непрерывных производственных линий доступен AMK. По данным amixon®, смеситель может работать как непрерывно, так и периодически и перерабатывает сухие, влажные, а также суспендированные продукты. Его интенсивность смешивания можно настраивать от щадящей гомогенизации до более интенсивной дезагломерации. Однако непрерывное применение предполагает точное и стабильное дозирование всех основных и второстепенных компонентов. Именно для витаминов и микроэлементов часто требуется заранее приготовленный, хорошо дозируемый премикс.
Жидкие или масляные ароматизаторы можно вводить в движущийся смешиваемый материал через подходящие жидкостные копья и двухкомпонентные форсунки. Распыление способствует широкому смачиванию частиц порошка. Решающими при этом являются размер капель, положение форсунки, скорость дозирования, вязкость связующего или ароматизатора и движение продукта в смесителе. Введение в зоне интенсивного движения продукта может снижать локальное переувлажнение, образование комков и налипание. Для температурно-чувствительных или вязких жидкостей может применяться термостатируемая двойная рубашка. Температурный режим должен быть рассчитан так, чтобы вязкость ароматизатора или системы-носителя оставалась в подходящем диапазоне, не нарушая стабильность продукта.
Витамины и микроэлементы часто присутствуют в очень малых дозируемых количествах. Поэтому их обычно готовят в виде премикса с носителем или с частью сухого молока и затем вводят в основную партию. Ароматизаторы и пребиотики, напротив, при достаточном дозируемом количестве и сопоставимых свойствах частиц часто можно дозировать напрямую. Необходимость предварительного смешивания зависит от дозируемого количества, размера частиц, насыпной плотности, текучести и требуемой однородности. Приготовление витаминных и минеральных премиксов является устоявшимся подходом для обеспечения точности дозирования и равномерного распределения микронутриентов.
amixon® дополняет смесительную технику конструктивными особенностями для гигиены, выгрузки и надёжности процесса. К ним относятся, среди прочего, спиральные мешалки SinConvex® и SinConcave®, MultiPlane®, ComDisc®, DosiFlap®, OmgaSeal®, а также программируемые направленные форсунки очистки системы WaterDragon®. Выгрузные органы ComDisc® при выгрузке можно опускать в направлении выпускного отверстия, снижая тем самым остаточные количества. DosiFlap® служит дозируемым выгрузным органом, уплотняющим, по данным amixon®, с минимумом застойных зон. OmgaSeal® — это долговременно уплотняющее исполнение для смотровых дверей Clever-Cut®. Система WaterDragon® служит для автоматической влажной очистки и сушки смесителей и родственных технологических аппаратов.
Гигиенический дизайн дополнительно включает крупные смотровые отверстия, хорошо доступные контактирующие с продуктом области, верхнюю опору мешалки и отсутствие нижнего вывода вала. Конкретная гигиеническая пригодность — например, в отношении требований EHEDG, FDA или 3-A — зависит от выбранной конфигурации машины, применяемых уплотнений, поверхностей, параметров очистки и предусмотренного применения. Поэтому её следует определять и документировать для конкретного проекта.
Перед инвестицией можно провести испытания смешивания с оригинальным продуктом в испытательном центре amixon®. По данным amixon®, в головном офисе в Падерборне доступно более 30 испытательных установок разных типоразмеров; дополнительные испытательные центры находятся в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. В испытаниях при близких к практическим степенях наполнения и размерах партий можно оценивать, среди прочего, однородность, развитие температуры, истирание частиц, распределение жидкости, выгрузку, очищаемость и воспроизводимость. Результаты испытаний образуют основу для выбора типа смесителя, исполнения инструмента, концепции дозирования и метода очистки.