2 häufige Herausforderungen beim Vermischen von Pulvern und wie man sie überwindet
1. Lufteintrag und Aufschäumen
Die Herausforderung:
Eine der größten Herausforderungen beim Mischen von Pulvern und Flüssigkeiten sind unerwünschter Lufteintrag und Aufschäumen. Die Luft kann beim Verquirlen oder mit anderen Bestandteilen wie Pulvern, in denen sich Luftblasen bilden können, ins Produkt gelangen.
Die Luftblasen steigen an die Oberfläche und gasen aus. Doch wenn schaumstabilisierende Zutaten wie Eiweiß vorhanden sind, bilden die Blasen einen stabilen Schaum an der Produktoberfläche. Luft kann auch im Produkt gelöst werden und erst später im Prozess aufschäumen.
Lufteintrag führt zu großen Problemen bei der Verarbeitung. Wenn sich Luft im Produkt befindet, kann dies zu vermehrtem Fouling in Wärmetauschern, Kavitation in Homogenisatoren und unerwünschter Molkebildung in fermentierten Produkten führen. Fouling in Wärmetauschern verkürzt deren Betriebsdauer und erhöht die Reinigungsdauer. Kavitationen in Homogenisatoren bedeuten höhere Wartungskosten.
Was die Produktqualität anbelangt, kann Luft im Produkt zu Oxidation während der Verarbeitung und in der Verpackung (also auf dem Weg zum Verbraucher) führen. Oxidation erhöht das Risiko von Fehlgeschmäckern, Bräunung und des Verlusts empfindlicher Nährstoffe wie Vitamin C. Lufteintrag kann zudem zu deutlichen Produktverlusten in der Fertigung führen, beispielsweise wenn die Luft zu großen Schaummengen in den Mischtanks und anderen Anlagen führt, denn dieser Schaum ist nahezu unmöglich zu entfernen.
Die Lösung:
Die passende Lösung überwindet diese Herausforderungen und sorgt für einen effizienten Betrieb mit längeren Betriebszeiten, geringeren Wartungskosten und sicheren, hochwertigen Endprodukten.
Zunächst müssen Sie sich für die richtige Mischanlage entscheiden. Betrachten Sie unbedingt die gesamte Prozesslinie und ergreifen Sie Maßnahmen, um Luft und Schaum zu minimieren. Das gilt vor allem dann, wenn Sie ein gegenüber Lufteintrag und Aufschäumen empfindliches Produkt verarbeiten. Berücksichtigen Sie die Art der Mischanlage, die umgebenden Maschinen, die Art und Weise, wie Pulver hinzugefügt wird, und welche Prozesstemperatur herrscht.
Wichtig sind auch die Pulver- und Zutatenarten, die sie lösen möchten, sowie die Frage, wie schnell die Mischung fertig sein soll. Unterschiedliche Pulver erfordern unterschiedliche Scherkräfte und Verarbeitungszeiten für das Lösen.
Wenn es um relativ einfach zu lösenden Zutaten und eine nicht viskose Mischung geht (meist unter 300 cP), können Sie normalerweise einen Mischer mit geringer Scherkraft einsetzen.
Andere Bestandteile wie Stabilisatoren erfordern höhere Scherkräfte. Je viskoser die Mischung, desto wichtiger ist es, Lufteinträge beim Mischen zu vermeiden.
In diesen Fällen empfiehlt sich ein Vakuummischer, dessen Mischtank entlüftet wird, sodass ein Vakuum entsteht. Die Oberfläche der Flüssigkeit steht dann in Kontakt zum Vakuum, sodass beim Verquirlen oder Aufschlagen mangels Luftkontaktfläche keine Luftblasen entstehen können. Die Zutaten werden über unter dem Flüssigkeitsspiegel befindliche Pulverinjektoren in den Tank gespritzt.
Wird kein Vakuummischer verwendet, muss das Aufschlagen so erfolgen, dass möglichst wenig Luft eingetragen wird. Bei einem starken Mischvorgang an der Oberfläche der Mischung entsteht ein Wirbel, der Luft in das Produkt saugt. Um dies zu verhindern, sollte die Oberfläche im Mischer möglichst still sein, ohne dass dadurch der Umlaufstrom im Tank leidet. Die Durchmischung muss sowohl unten als auch oben im Tank wirkungsvoll erfolgen.
Es ist daher wichtig, eine kürzestmögliche Mischdauer zu erreichen, denn dadurch wird auch die Zeit reduziert, in der Lufteinträge erfolgen können. Bei anderen Zutaten wie Stabilisatoren und Aspartampulvern kann die Mischdauer mit einem Mischer verkürzt werden, der eine höhere Scherkraft bietet. In diesen Mischern wird durch den Einsatz von Rotor und Stator eine höhere Scherwirkung für eine effiziente Lösung, Emulgierung und Dispergierung der Bestandteile erzielt, sodass ein glattes, homogenes Produkt entsteht.
Dazu werden Flüssigkeit und Pulver nach unten bewegt, wo die Blätter unter dem Rotor die Mischung durch den perforierten Stator drücken. Diese Bewegung erzeugt die höhere Scherwirkung, die für eine effiziente und vollständige Lösung der beiden Zutaten benötigt wird.
Wenn ein einfacher zu lösendes Pulver vermischt wird, reichen geringere Scherkräfte aus. Die Kraft hat in diesem Fall keinen großen Einfluss auf die Lösedauer. In diesem Fall könnte die Radialstrahlmischtechnologie eingesetzt werden. Sie weist eine geringere Scherwirkung und geringe Oberflächenaktivitäten auf, wodurch Lufteinträge auf ein Minimum reduziert werden.
Ein letzter wichtiger Punkt ist die richtige Prozesstemperatur für das Produkt. Eine höhere Temperatur beim Mischvorgang ist vorteilhaft, da Luft in warmen Umgebungen weniger löslich ist.
2. Klumpenbildung und Verstopfung
Die Herausforderung:
Klumpenbildung beim Mischen von Pulvern und Flüssigkeiten ist dann ein Problem, wenn hochviskose Stabilisatoren und andere Pulver eingesetzt werden, die wie Kakao schwierig zu befeuchten sind. Wenn große Pulvermengen gleichzeitig zur flüssigen Phase gegeben werden, bilden sich Klumpen.
Wenn dies geschieht, können Stabilisatoren eine gelierende Oberfläche um die Pulverpartikel bilden. Die gelierte Oberfläche verhindert die vollständige Benetzung des Pulvers mit Flüssigkeit und lässt das Pulver verklumpen. Bei einer Klumpenbildung können die Stabilisatoren ihre Funktion nicht effizient erfüllen, sodass mehr Stabilisatoren benötigt werden, um dieselben funktionellen Ergebnisse zu erzielen.
Pulverklumpen reduzieren die Stabilität des Produkts und können zu Sedimentablagerungen führen, die wiederum die Haltbarkeit verkürzen. Klumpen können auch die Sterilität beeinträchtigen, da die Kerntemperatur im Klumpen möglicherweise nicht das für die Wärmebehandlung erforderliche Maß erreicht.
Die Bildung besonders großer Klumpen im Produkt kann ein Problem darstellen, wenn bindiges Pulver Feuchtigkeit ausgesetzt wurde. Diese großen Klumpen können Anlagen verstopfen und so die Produktionskapazität und die Betriebseffizienz reduzieren.
Die Lösung:
Damit Klumpenbildung und Verstopfung verhindert werden können, muss das Pulver korrekt gehandhabt werden. Dabei spielen Anlagentyp, Scherkraft, das Hinzufügen zur Mischung und die Mischtemperatur eine Rolle.
Einige bindige Pulver wie Stabilisatoren neigen zum Verklumpen, wenn sie nicht korrekt gelagert oder verwendet werden. Beispielsweise ziehen in einer feuchten Umgebung gelagerte Pulver Feuchtigkeit an und bilden Klumpen.
Beim Vakuummischen können Pulver in einem abgetrennten, für Pulver optimierten Prozessbereich gelagert und dosiert werden. So sind sie der hohen Luftfeuchte in der Mischumgebung nicht ausgesetzt. Klumpenbildung und Verstopfung wird vorgebeugt.
Viele Pulver, die – wie Stabilisatoren – zum Verklumpen neigen, sind auch schwierig zu dispergieren. Damit es nicht zu Klumpenbildung und Verstopfung kommt, sind hohe Scherkräfte erforderlich. Für eine vollständige Dispergierung dieser Zutaten müssen Tank, Rotor und Stator optimal aufeinander abgestimmt werden.
Chargenmischer, bei denen sich die Mischeinheit im Mischtank befindet, sind ideal für derart „anspruchsvolle“ Pulver und hochviskose Produkte. Durch eine dosierte Abgabe des Pulvers auf die Oberfläche der Flüssigkeit und den anschließenden, rasch erfolgenden Transport in einem kontrollierten Strudel nach unten zum Mischkopf lässt sich eine optimale Befeuchtung des Pulvers erreichen, denn es ist dem flüssigen Medium maximal ausgesetzt.
Da es im Mischer keine Zirkulationsschleifen gibt, wird die gesamte Mischung im Behälter häufiger als in klassischen Systemen mit derartigen Schleifen durch den Mischkopf geführt. So werden Pulver mit geringer Benetzbarkeit oder Löslichkeit sowie Produkte mit sehr hoher Viskosität gut vermischt.
Diese „anspruchsvollen“ Pulver profitieren außerdem von einer Vermengung mit anderen Pulverbestandteilen (wie Zucker), bevor sie zur flüssigen Mischung gegeben werden. Auf diese Weise können zum Beispiel Stabilisatoren, die ansonsten nach und nach in geringen Mengen hinzugefügt werden müssten, auf einmal in einem konstanten Strom zugeführt und schneller in der Flüssigkeit dispergiert werden.
Höhere Prozesstemperaturen erleichtern das Lösen großer Mengen hochviskoser Pulver. Einige Pulver mit spezifischen funktionellen Eigenschaften müssen möglicherweise ebenfalls bei höheren Temperaturen verarbeitet werden, damit diese Eigenschaften aktiviert werden.
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