2 problèmes courants de mélange de poudres et comment les résoudre
1. Incorporation d’air et formation de mousse
Le défi :
L’un des principaux défis à relever lors du mélange de poudres avec des liquides est d’éviter l’incorporation d’air et la formation de mousse. De l’air peut intégrer votre produit via l’action fouettante d’un mélangeur, ou lors de l’ajout d’ingrédients tels que des poudres, qui ont tendance à emprisonner l’air.
Les bulles d’air montent à la surface puis s’échappent. Cependant, si des ingrédients stabilisateurs de mousse, tels que des protéines, sont présents dans votre recette, de la mousse va alors se former à la surface du produit. L’air peut se dissoudre dans les produits et provoquer la formation de mousse plus tard dans le processus de production.
L’incorporation d’air pose de gros problèmes pour le traitement. La présence d’air dans le produit peut entraîner une hausse de l’encrassement des échangeurs thermiques, de la cavitation dans les homogénéisateurs et de la formation indésirable de lactosérum dans les produits fermentés. L’encrassement des échangeurs thermiques entraîne une réduction de leur durée de fonctionnement et une augmentation du temps de nettoyage. La cavitation dans les homogénéisateurs entraîne des coûts de maintenance plus élevés.
En termes de qualité des produits, l’air présent dans les produits peut provoquer une oxydation pendant le traitement, mais aussi dans l’emballage pendant le transport jusqu’aux consommateurs. L’oxydation accroît le risque d’arômes indésirables, de brunissement et de perte de nutriments importants tels que la vitamine C. L’incorporation d’air peut également entraîner d’importantes pertes de produit pendant la production, car il crée de grands volumes de mousse indésirable dans les cuves de mélange ou autre structure, la mousse étant pratiquement impossible à éliminer.
La solution :
La bonne solution permettra de relever ces défis et de garantir des opérations efficaces avec des heures de production plus longues, des coûts de maintenance réduits et des produits finis sûrs et de haute qualité.
Vous devez d’abord choisir le bon équipement de mélange. Il est important d’examiner l’ensemble de la chaîne de traitement et de prendre toutes les mesures nécessaires pour réduire autant que possible la présence d’air et de mousse, surtout lorsque l’on travaille avec un produit sensible à ces deux éléments. Il est important de tenir compte du type d’équipement de mélange, de la conception des équipements avoisinants, de la manière dont la poudre est intégrée et de la température de traitement.
Il est également important de tenir compte du type de poudre et des ingrédients que vous voulez dissoudre et de la vitesse de mélange que vous souhaitez obtenir. Des poudres différentes nécessitent une durée de mélange et un taux de cisaillement différents pour être dissoutes.
Lorsqu’il s’agit d’ingrédients facilement solvables et que le mélange est non visqueux, typiquement en dessous de 300 cP, un mélangeur à faible cisaillement est généralement suffisant.
Certains ingrédients nécessitent des taux de cisaillement plus élevés, comme les stabilisants. Plus un mélange est visqueux, plus il est important de minimiser l’incorporation d’air.
Une bonne alternative est alors d’utiliser un mélangeur sous vide, qui permet d’évacuer tout l’air de la cuve de mélange. La surface du liquide est alors en contact avec le vide et non l’air, en conséquence de quoi l’action fouettante à l’intérieur de la cuve de mélange ne crée pas de bulles d’air. Les ingrédients sont injectés par des entrées de poudre placées sur le corps de la cuve de mélange, bien en dessous de la surface du liquide.
Sans mélangeur sous vide, il est extrêmement important de contrôler l’action fouettant afin de minimiser l’incorporation d’air. Lorsque l’on mélange à la surface du produit avec intensité, il se forme un tourbillon qui va alors attirer l’air dans le produit. Afin de ne pas incorporer d’air dans le produit, le mélange doit être calme en surface, tout en étant assez intense en profondeur. De manière générale, le mélange doit être efficace à tous les niveaux dans la cuve.
Il est important de minimiser le temps de mélange et ainsi le temps au cours duquel de l’air pourrait intégrer le produit. Pour les produits plus difficiles comme les stabilisants et les poudres d’aspartame, un taux de cisaillement plus élevé permet de minimiser le temps de mélange. Il est notamment possible d’employer un mélangeur qui utilise un rotor et un stator pour obtenir les taux de cisaillement nécessaires pour dissoudre, émulsionner et disperser efficacement les ingrédients et obtenir ainsi un produit lisse et homogène.
Avec cette technique, le liquide et la poudre sont aspirés vers le bas, là où les pales sous le rotor poussent le mélange à travers le stator perforé. Ce mouvement crée les taux de cisaillement élevés nécessaires pour garantir que les deux ingrédients se dissolvent efficacement et entièrement.
Pour les poudres plus simples à dissoudre, un taux cisaillement plus faible suffira et n’influencera pas le temps de dissolution de manière significative. Une technologie de mélange adaptée à cette situation est celle du mélange à jet radial, avec un taux de cisaillement plus faible et une incorporation d’air minime grâce à son activité plus calme en surface.
Enfin, il est également important de choisir la bonne température de traitement pour chaque produit. Par exemple, il est intéressant d’effectuer le processus de mélange à une température plus élevée, car l’air est moins soluble dans un environnement chaud.
2. Colmatage et formation de grumeaux
Le défi :
La formation de grumeaux lors du mélange de poudres avec des liquides est particulièrement préoccupante lorsque l’on travaille avec des stabilisants à haute viscosité et d’autres poudres, comme le cacao, qui résistent au mouillage. Des grumeaux apparaissent lorsqu’une grande quantité de poudre est ajoutée en une seule fois à la phase liquide.
En effet, avec une telle manipulation, les stabilisants peuvent former une surface gélifiée autour des particules de poudre. Cette surface gélifiée empêche alors le liquide de mouiller complètement la poudre et provoque la formation de grumeaux. La présence de grumeaux nuit à l’efficacité d’un stabilisant, il faut donc en ajouter davantage à la recette pour obtenir les mêmes résultats.
La formation de grumeaux réduit la stabilité du produit et peut entraîner une sédimentation, pouvant réduire la durée de conservation. Les grumeaux peuvent également causer des problèmes en matière de stérilité du produit, le risque étant que leur température interne n’atteigne pas le niveau requis pendant le traitement thermique.
La formation de grumeaux particulièrement gros dans un produit peut être un problème si l’ingrédient en poudre est exposé à l’humidité. Ces gros morceaux peuvent provoquer le colmatage des équipements, réduisant ainsi la capacité de production et l’efficience opérationnelle.
La solution :
Pour éviter la formation de grumeaux et le colmatage, il est important de manipuler la poudre correctement, de choisir le bon équipement avec des taux de cisaillement élevés, de contrôler la façon dont la poudre est ajoutée au mélange et de choisir la bonne température de mélange.
Certaines poudres cohésives, comme les stabilisants, ont tendance à s’agglomérer si elles ne sont pas stockées ou manipulées correctement. Les poudres stockées dans un environnement humide, par exemple, absorbent l’humidité et forment des grumeaux.
Le mélange sous vide permet de stocker et de doser la poudre dans un espace de traitement séparé conçu pour le stockage et la manipulation des poudres. Cela permet de s’assurer que les poudres ne sont pas exposées à l’environnement humide de la zone de mélange et d’éviter les problèmes de grumeaux et de colmatage.
De nombreuses poudres qui ont tendance à s’agglomérer, comme les stabilisants, sont également réputées difficiles à disperser. Ces poudres difficiles exigent un mélange à haut cisaillement pour éviter la formation de grumeaux et le colmatage. Pour obtenir les taux de cisaillement élevés nécessaires à la dispersion complète d’ingrédients en poudre difficiles, il est important que la conception de la cuve, du rotor et du stator soit optimisée.
Les mélangeurs en batch, dont l’unité de mélange se trouve à l’intérieur de la cuve du mélangeur, sont la solution idéale pour traiter les poudres difficiles et les produits très visqueux. Le dosage de la poudre sur la surface du liquide et son transport rapide vers la tête de mélange dans un vortex contrôlé permet d’obtenir un mouillage optimal de la poudre en assurant une exposition maximale au milieu liquide.
Comme il n’y a pas de boucles de circulation autour du mélangeur, la totalité du mélange dans la cuve passe à travers la tête de mélange plus souvent que dans les systèmes conventionnels avec boucles de circulation. Cela permet de mélanger efficacement les poudres à faible mouillabilité ou solubilité, ainsi que les produits à très haute viscosité.
Ces mêmes poudres difficiles à manipuler peuvent également être mélangées à d’autres ingrédients en poudre, comme le sucre, avant d’être ajoutées à un mélange liquide. Cela permet par exemple d’ajouter en une seule fois, en un flux régulier, des stabilisants qui, autrement, ne peuvent être introduits que par intermittence et en petites quantités, et de les disperser plus rapidement dans le liquide.
Pour dissoudre plus facilement les poudres à haute viscosité en grandes quantités, il est courant de les traiter à une température plus élevée. Certaines poudres ayant des propriétés fonctionnelles spécifiques peuvent également nécessiter un traitement à une température plus élevée, afin de rendre ces propriétés effectives.
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