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Prozesstechnik im Überblick: Teil 3 Lebensmittel Mischen in der Lebensmittelindustrie

| Autor/ Redakteur: Sebastian Steinkamp / M.A. Manja Wühr

Die Mischung macht's – nicht zuletzt auch in der Lebensmittelproduktion. Dabei müssen vor allem Mischer so einiges leisten: Zunächst in kürzester Zeit homogen mischen. Selbstverständlich müssen sie ausgesprochen leicht zu reinigen sein – zertifiziert. Doch wie stellt man sicher, dass die verwendeten Flakes, Granulate und Körner in Form und Größe erhalten bleiben? Mit einem Pflugscharmischer.

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In der Lebensmittelindustrie können Pflugscharmischer vielfältig eingesetzt werden. Der abgebildete FKM 6000D ist für die Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln konzipiert.
In der Lebensmittelindustrie können Pflugscharmischer vielfältig eingesetzt werden. Der abgebildete FKM 6000D ist für die Herstellung von Nahrungsergänzungsmitteln konzipiert.
(Bild: Lödige)

Mischen ist eine der Grundoperationen in der Verfahrenstechnik. Es handelt sich hierbei um das gezielte Vereinigen von mindestens zwei unterscheidbaren Stoffen zu einem homogenen Gemisch. Um einen intensiven Mischeffekt zu erreichen, wie er bei industriellen Anwendungen gefordert ist, kommen dynamische Zwangsmischer zum Einsatz. Sie arbeiten mit angetriebenen, im Mischraum eingebauten Mischelementen. Durch die Mischelemente werden die Ausgangsstoffe gezielt beschleunigt und relativ zueinander bewegt. Mögliche Anwendungen für die vielfältig einsetzbaren Zwangsmischer sind Mischungen aus mehreren Feststoffen, Feststoffen und Flüssigkeiten, mehreren Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen sowie Gasen und Flüssigkeiten.

Homogene Zufallsmischungen in kürzester Mischzeit lassen sich mithilfe sogenannter Pflugscharmischer erzielen. Das von Lödige Process Technology entwickelte und patentierte System hat die Misch- und Aufbereitungstechnik entscheidend geprägt und wurde zum Synonym für eine ganze Mischergattung, den Horizontalmischern.

In einem liegenden, zylindrischen Mischbehälter rotieren als Mischelemente Pflugschar-Schaufeln, die auf einer horizontalen Welle in einer speziellen Systematik angeordnet sind. Die Mischwerkzeuge versetzen die in den Behälter eingefüllten Komponenten in eine dreidimensionale Bewegung aus axialer und radialer Komponente. Die dadurch hervorgerufene Turbulenz mit wellenartiger Bewegung von Produktclustern bewirkt eine schnelle und exakte Vermischung. Aufgrund des Bewegungsmusters wurde für diese Mischer auch der Begriff der mechanisch erzeugten Wirbelschicht geprägt, in dem die Partikel nach dem Schleuder- und Wirbelverfahren bewegt werden. Durch die starke Auflockerung des Produktbettes wird die Reibung zwischen den Partikeln verringert, sodass weniger Abrieb entsteht. Durch die spezielle Formgebung der Mischelemente wird in der Radialbewegung das Mischgut von der Trommelwand abgehoben, um ein Einquetschen der Partikel zwischen der Behälterwand und den Mischwerkzeugen zu vermeiden. Das Schleuder- und Wirbelverfahren ist daher prädestiniert für die Durchführung von besonders schonenden Mischprozessen bei fragilen Stoffen wie Müsli. Horizontalmischer stellen die beste Lösung für Produkte dar, die hinsichtlich Körnung, Partikelform, Schüttgewicht und Oberflächenbeschaffenheit große Unterschiede aufweisen. Sie können sowohl für Chargenprozesse als auch – fast ohne – Einschränkungen für kontinuierliche Anwendungen eingesetzt werden.

Für alle in der Lebensmittelindustrie eingesetzten Maschinen gilt: Sie müssen den strengen GMP-Vorschriften folgen und im Hygienic-Design ausgeführt sein. Für die Herstellung von Produkten mit der Absicht des Exports in die USA müssen zusätzlich die Richtlinien der FDA für alle produktberührenden Kunststoffe eingehalten werden. Im Hinblick auf die hygienischen Anforderungen stehen einige Bauelemente besonders im Fokus. So müssen die Mischelemente und Messerköpfe ein reinigungsfreundliches Design aufweisen, leicht zugänglich und demontierbar sein. Es dürfen keine Toträume oder Hohlräume im Mischerinnenraum vorhanden sein. Produktberührte Flächen werden mit einem Rauheitswert von Ra < 0,8 µm ausgeführt. Geschliffene und polierte Oberflächen sind am besten geeignet. Das sogenannte Washing-in-Place (WIP) ermöglicht eine automatisierte Reinigung. Diese ist u.a. notwendig, um Kreuzkontamination aller Art – sensorisch, mikrobiologisch oder durch Allergene – in der Produktion vor dem Hintergrund des Verbraucherschutzes weitest möglich zu vermeiden.

Das Design des Mischers für hygienerelevante Produktion muss die spätere Reinigbarkeit berücksichtigen. Oberste Priorität für die sichere Produktion bleibt aber: Eine homogene Mischung mit einer wertbestimmenden Komponente im Gehalt von 10 ppm (1:100.000) muss mit einer reproduzierbaren, zulässigen relativen Standardabweichung (von z.B. ≤ 5%) sowie mit hohen Durchsätzen, einer raschen Entleerung und schnellem Rezepturwechsel gegeben sein.

Neben dem klassischen Grundverfahren des Trockenmischens ist es möglich, die in der Lebensmittelindustrie häufig erforderlichen zusätzlichen Prozessschritte in einem Maschinensystem zu kombinieren. Beispielsweise ist das Anfetten von Pulvern ebenso möglich wie das Befeuchten, Aromatisieren, Jodieren, oder das Umhüllen – also Coaten – von Produkten.

* Der Autor ist tätig im Vertrieb Life Science Technologies bei Lödige, Paderborn.

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