Какие способы обработки смешиваемого материала подходят для мюсли и хлопьев, чтобы предотвратить расслоение смеси в упаковке?
У мюсли и хлопьев расслоение в упаковке эффективнее всего предотвращается сочетанием бережного базового смешивания, коротких и контролируемых путей продукта, а также дозирования компонентов вблизи упаковки. Особенно надёжно объединять критичные компоненты — например, орехи, сухофрукты, кусочки шоколада или тонкие доли специй и пыли — как можно позже и ближе к многоголовочным весам или упаковочной машине. Тогда между смешиванием и пакетом остаётся мало времени и расстояния, в течение которых компоненты могли бы вновь разделиться.
Почему возникает расслоение
Смеси мюсли и хлопьев особенно склонны к сегрегации, поскольку их компоненты часто заметно различаются по размеру частиц, форме, насыпной плотности и поверхности. Тонкие хлопья, сахар, порошок или обломки могут просыпаться вниз через промежутки между более крупными компонентами. Этот механизм называют перколяцией. Круглые или компактные компоненты могут скатываться по конусу насыпи дальше, чем плоские хлопья или неправильно сформированные сухофрукты. При свободном падении также возникают разные траектории; вибрации во время транспортировки и перегрузки также могут заново пересортировать компоненты. Различия в размере, форме и плотности являются существенными факторами таких эффектов сегрегации.
Поэтому одного хорошего качества смешивания в конце процесса недостаточно. Смесь может вновь расслоиться при опорожнении, в промежуточных ёмкостях, в точках передачи, на вибрационных транспортёрах, в пневматических транспортных линиях, на участках падения или даже во время транспортировки и хранения в закрытом пакете. Поэтому всю технологическую цепочку вплоть до готовой тары следует рассматривать как часть задачи смешивания.
Подходящие способы обработки смешиваемого материала
Первой эффективной мерой является гармонизация структуры частиц. Очень тонкие, свободно подвижные доли способствуют перколяции в грубых смесях. Там, где это позволяют рецептура и профиль продукта, доли мелкой фракции можно уменьшить, предварительно агломерировать или связать с более крупными частицами-носителями. Более узкое распределение частиц по размерам также может снижать склонность к расслоению. Однако это не должно ухудшать ощущение во рту, инстант-свойства, сенсорику или маркировку. Общее измельчение всех компонентов для мюсли, как правило, не является решением, поскольку при этом теряется желаемая кусковатость и оптическое качество продукта.
В подходящих рецептурах лёгкий этап нанесения покрытия может стабилизировать смесь. Небольшие количества масла, сахарного раствора, сиропа, лецитина или другого пригодного с точки зрения пищевого права и сенсорики связующего могут связывать мелкие частицы с хлопьями, орехами, экструдатами или другими более крупными носителями. Благодаря этому снижается число свободно подвижных мелких частиц, и опасность перколяции может уменьшиться. Однако связующие вещества изменяют текстуру, хрустящесть, активность воды, срок хранения, поведение текучести и при необходимости ситуацию с аллергенами или маркировкой. Поэтому их следует применять только тогда, когда это допускает цель рецептуры. Целенаправленное повышение когезии за счёт жидкостей или связующих указывается как способ снижения склонности сыпучих материалов к сегрегации.
Ещё одним подходящим способом обработки является определённое предварительное смешивание критичных малых компонентов. Тонкие специи, витамины, минеральные вещества, сахар, соль, порошковые ароматизаторы или красители могут сначала гомогенизироваться с частью подходящего компонента-носителя. Эта предварительная смесь затем вводится в основной смеситель. Благодаря этому можно предотвратить, чтобы малые количества тонкого компонента оставались локально концентрированными или двигались в продукте как самостоятельная фракция мелких частиц. Для очень чувствительных сухофруктов, кусочков шоколада или крупных орехов, напротив, может быть целесообразно добавлять их лишь на позднем этапе и с особенно низкой интенсивностью смешивания.
Ведение процесса до пакета
Для базовой гомогенизации подходят бережно работающие смесители периодического действия, например барабанные или другие низкосдвиговые смесители, если компоненты хорошо текучи и в значительной степени свободны от агломератов. При более сложных смесях со множеством компонентов или большими различиями плотности, формы и размера частиц медленно вращающийся конвективный смеситель с контролируемой трёхмерной циркуляцией часто более надёжен. При этом частоту вращения, время смешивания, степень наполнения, порядок добавления и выгрузку следует настраивать так, чтобы достигалась требуемая однородность без разрушения, образования мелкой фракции или перемешивания.
После смешивания следует последовательно минимизировать высоту свободного падения. Каскады, лотки, трубные спуски, телескопические трубы или контролируемые точки передачи снижают различие траекторий лёгких, плоских, крупных и компактных компонентов. Транспортная техника должна создавать по возможности минимальные вибрации. Большие участки падения, быстрые ленточные транспортёры, сильные встряхивающие движения и длинные пневматические транспортные пути особенно критичны для смесей мюсли, поскольку могут способствовать перколяции, расслоению при перекатывании и разрушению. Снижение скорости транспортировки и высоты падения является устоявшейся мерой ограничения расслоения.
Буферные ёмкости, силосы и воронки следует рассчитывать на массовый поток. При массовом потоке материал движется по всему поперечному сечению ёмкости в направлении выгрузки. Благодаря этому уменьшаются зоны с долгим временем пребывания, канальное или шахтное течение и избирательная выгрузка отдельных компонентов. Важными параметрами являются достаточный наклон стенок, подходящие материалы стенок, достаточно большое выпускное отверстие, обтекаемая геометрия и подходящий орган выгрузки. Ёмкости с массовым потоком способны существенно снижать проблемы, связанные с сегрегацией.
При непрерывном производстве может быть целесообразен непрерывный смеситель с гравиметрически дозируемыми отдельными компонентами, если смесь без крупных промежуточных буферов направляется непосредственно на упаковку. Это снижает время пребывания и число перегрузок. Однако для многих высококачественных продуктов мюсли и хлопьев наиболее надёжным методом является раздельное дозирование компонентов вблизи упаковки. Основные компоненты при этом порционно составляются через многоголовочные весы или сопоставимую систему комбинационного взвешивания и объединяются лишь непосредственно перед пакетом. Отдельные компоненты при этом могут взвешиваться раздельно и целенаправленно комбинироваться. Такие решения применяются в отрасли производства хлопьев для контролируемого дозирования различных частичных компонентов и их объединения вблизи упаковки.
Контроль качества
Эффективность не следует оценивать только по одной пробе из смесителя. Целесообразны разнесённые во времени исследования выгрузки, а также пробы из пакетов от начала, из середины и с конца упаковочного цикла. В зависимости от рецептуры доли критичных компонентов можно подсчитывать, взвешивать или определять с помощью анализа изображений и маркерной аналитики. Подходящими показателями являются коэффициент вариации отдельных ингредиентов, размах между минимумом и максимумом, а также визуальная оценка расслоения, доли брака и накопления мелкой фракции.
KoneSlid® для стабильных смесей мюсли
Смеси мюсли и хлопьев часто состоят из компонентов с сильно различающимися размерами частиц, формой и насыпной плотностью. Поэтому хлопья, экструдированные зерновые, орехи, сухофрукты, сахар, тонкие специи и пыль склонны к повторному расслоению после собственно смешивания — при выгрузке, на участках падения, в буферах или на пути к упаковочной машине. Смеситель amixon® KoneSlid® KS сочетает бережную, активно создаваемую циркуляцию продукта с коротким временем смешивания и выгрузки. Дополнительно могут применяться специальные устройства смачивания для целенаправленного связывания тонкой пыли с более крупными частицами-носителями и снижения склонности рецептуры к расслоению.
KS рассчитан на чувствительные, структурно разнородные сыпучие материалы, например для инстант-порошков напитков, производных сухого молока, инстант-супов, мюсли, чая, продуктов, высушенных распылением, гранулированных в псевдоожиженном слое, ленточно высушенных продуктов или компонентов замороженных продуктов. Центральный смесительный инструмент создаёт трёхмерное принудительное перемешивание. Продукт поднимается вверх в пристенной области, в центре под действием силы тяжести опускается вниз и там направляется коническим вытеснительным телом обратно во внешнюю зону смешивания. Благодаря этому весь объём партии непрерывно охватывается и распределяется в пространстве.
Примерно после четырёх оборотов инструмента весь объём может быть однократно полностью перегруппирован. В зависимости от рецептуры, степени наполнения, структуры частиц и желаемой однородности технически идеальная случайная смесь может достигаться примерно после 20–40 оборотов. Однако требуемое для этого время смешивания и фактическое качество смешивания необходимо проверять с оригинальным продуктом. Контролируемое, сравнительно тихоходное движение продукта ограничивает механический ввод энергии и может помочь сохранить структуру чувствительных хлопьев, агломератов, покрытий и крупных компонентов.
Центральным элементом против расслоения является целенаправленное смачивание тонких компонентов. Смесители amixon® для мюсли и хлопьев могут оснащаться специальными устройствами смачивания. Они дозируют небольшие количества подходящего жидкого связующего — например, масла, сахарного раствора, сиропа, лецитина или другой соответствующей рецептуре жидкости — тонко и максимально равномерно в движущуюся смесь. Благодаря этому тонкая пыль, доли сахара, порошок специй или мелкие обломки могут прилипать к более крупным частицам-носителям — хлопьям, экструдатам, орехам или сухофруктам. Число свободно подвижных мелких частиц снижается, благодаря чему может уменьшаться, в частности, перколяция мелкой фракции через промежутки между крупными компонентами.
Смачивание должно быть точно согласовано с продуктом и рецептурой. Слишком малое количество жидкости может не обеспечить желаемого связующего эффекта; слишком большое количество жидкости может вызывать локальные комки, изменять хрустящесть и текучесть, повышать активность воды или ухудшать срок хранения. Помимо количества и состава связующего решающее значение имеют размер капель, картина распыления, положение дозирования, момент добавления, температура продукта и продолжительность смешивания после добавления. Смеситель обеспечивает максимально равномерное распределение связующего, не подвергая чувствительные компоненты чрезмерной нагрузке. Связывание мелкой фракции подходящими связующими веществами является признанным подходом к снижению склонности гранулированных смесей к сегрегации.
В отличие от смесителей свободного падения и опрокидывающихся смесителей, таких как двухконусные или V-образные смесители, KS создаёт активное и определённое движение продукта. Системы свободного падения работают за счёт многократного подъёма и обратного падения насыпи. Они могут подходить для хорошо текучих и схожих по свойствам частиц компонентов, однако для сложных смесей часто требуют более длительного времени смешивания и предоставляют лишь ограниченные возможности для целенаправленного введения малых количеств жидкости. При сильных различиях размера частиц, формы или насыпной плотности расслоение во время смешивания или особенно при выгрузке может усиливаться. KoneSlid®, напротив, обеспечивает контролируемую конвективную циркуляцию и целенаправленное подмешивание жидкости.
Выгрузка также важна для стабильности смеси. У KS центральная система запирания может опускаться, открывая большое сечение выгрузки. Для достаточно сыпучих смесей мюсли партия может опорожняться за несколько секунд. Короткая процедура выгрузки может сокращать время, в течение которого мелкие частицы просыпаются вниз, крупные компоненты скатываются или компоненты сортируются на конусе насыпи. Однако остаточное опорожнение до 99,98 процента или лучше всегда следует относить к конкретному продукту, степени наполнения и исполнению аппарата. Для сильно когезивных, влажных, липких или очень неравномерно структурированных смесей остаточное количество и время опорожнения могут отличаться. Утверждение о полностью свободной от расслоения выгрузке также необходимо подтверждать для каждой рецептуры разнесёнными во времени пробами выгрузки.
После смешивания решающее значение сохраняют технологические пути вплоть до пакета. Высота падения, вибрационные транспортёры, конусы насыпи в буферах, длинные транспортные участки и повторные перегрузки могут вновь расслаивать рецептуру, несмотря на оптимальное смешивание. Поэтому выпускное отверстие, точки передачи, транспортную технику и упаковочную машину следует рассчитывать с минимальной высотой падения, максимально короткими путями и транспортировкой материала, ориентированной на массовый поток. Для рецептур с особенно различающимися компонентами может быть целесообразно раздельное дозирование компонентов вблизи упаковки через многоголовочные весы. Это сокращает путь между объединением и пакетом и ограничивает возможность повторной сегрегации.
KS может выполняться под конкретный проект для гигиенически и с точки зрения безопасности требовательных пищевых применений. Сюда относятся смесительная камера, рассчитанная на зону ATEX 20, а также опции для вакуума или инертизации. Исполнение по требованиям EHEDG, FDA или 3-A возможно в зависимости от согласованной конструкции. Сваренные без щелей и отшлифованные поверхности, мешалка только с верхней опорой, большие смотровые двери CleverCut® с уплотнениями OmgaSeal®, органы выгрузки без застойных зон и встроенные моющие копья улучшают доступность, очистку и предпосылки для быстрой смены продукта. Сухая и мокрая очистка могут проектироваться валидируемо в зависимости от специй, аллергенов, доли сахара или жира.
Перед инвестицией испытания смешивания и упаковки с оригинальным продуктом можно провести в испытательном центре amixon®. На головном предприятии в Падерборне доступно более 30 испытательных установок различных типоразмеров; дополнительно испытательные центры имеются в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Исследуются качество смешивания, доля брака, доля мелкой фракции, смачивание, связывание мелкой фракции, распределение покрытия, поведение при выгрузке, стабильность против расслоения, очищаемость и воспроизводимость. Анализы размера частиц до и после испытания, а также разнесённые во времени пробы из выгрузки и упаковки дают основу для подходящего расчёта смесителя, смачивания, выгрузки и упаковочной линии.