Konus-Mischer Mischer für Instant-Nährmittel und Getränkepulver

Moderne Lebens- und Genussmittel sind ohne den Einsatz von Aromen kaum denkbar. Sie bewirken den spezifischen Geschmack und Geruch eines Nahrungsmittels und seiner Anpassung an die Erfordernisse in verschiedenen Kulturkreisen. Entscheidend für die Qualität der Produkte ist die richtige Wahl des Mischers. Der folgende Beitrag stellt einen Konus-Mischer vor.

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Das Wort „Aroma“ stammt aus dem Griechischen und heißt Gewürz. Viele Aromen resultieren aus chemischen Verbindungen wie Aromate, Ester, Terpene, Aldehyde, Ketone und andere Basisstoffe. Natürliche Aromastoffe sind in Lebensmittelrohstoffen enthalten oder sie entstehen beim Backen oder Kochen. Naturidentische Aromastoffe haben denselben chemischen Aufbau wie natürliche, werden aber synthetisch hergestellt.

Künstliche Aromastoffe hingegen kommen in der Natur nicht vor. Oftmals lassen sich mit künstlichen Aromen ansprechende Geschmacksqualitäten erzeugen, die in der Akzeptanz den natürlichen Geschmack übertreffen. Andererseits können bestimmte Geschmacksrichtungen mit künstlichen Aromen nicht befriedigend nachgebildet werden und müssen aus der Natur gewonnen werden.

Wahrnehmung durch den Menschen

Die Sinnesorgane des Menschen umfassen den Gesichts-, den Tast-, Gehör-, Geruchs- und den Geschmackssinn. Eine aromatische Empfindung ist immer die Kombination aus Geschmack und Geruch. Der Geschmackseindruck entsteht, wenn beim Verkosten durch den Rachen eingeatmet wird. Im Rachenraum erwärmen sich Aromastoffe und gelangen über die Rachen-Nasen-Verbindung auch an die Rezeptoren der Nase.

Die Zunge kann nur fünf Geschmacksrichtungen erkennen (süß, sauer, salzig, bitter und umami). Die Geschmacksrichtung umami wurde von dem japanische Forscher Kikunae Ikeda im Jahre 1908 entdeckt. Umami kann in etwa mit „herzhaft“ oder „fleischig“ übersetzt werden. Umami schmecken beispielsweise Parmesan, Lasagne, Pizza, Sardinen, Makrelen und Thunfisch. Der Träger des Umami-Geschmacks ist die Aminosäure Glutaminsäure, die besonders reichlich in vollreifen Tomaten, Fleisch, Sojasauce, Käse sowie in der menschlichen Muttermilch vorhanden ist. Ihre Salze werden als Glutamate bezeichnet. Die Rezeptoren der Nasen-Riechschleimhaut des Menschen nehmen etwas mehr als vierhundert verschiedene Duftstoffe wahr. Gemeinsam mit der Geruchsempfindung können wir mit unseren Geschmackssensoren über 10 000 verschiedene Aromen und Millionen von Duftstoffen sensorisch unterscheiden. Die Geschmacksrichtung „scharf oder pfeffrig“ hingegen wird nicht geschmacklich wahrgenommen, sondern vorwiegend über Schmerzsensoren empfunden.

Kontinuierliche Veränderung am Markt für Aromen

Aromen werden immer wieder neu kreiert mit Hinblick auf die sich ändernden Geschmacksvorlieben der Konsumenten in den unterschiedlichen Kulturkreisen und Erdteilen, wenn es beispielsweise um süße Instant-Güter geht, wie Getränkepulver, Milchmixgetränke, Joghurtdrinks, Tee, Energy-Drinks sowie Fruchtgummis und Bonbons. Zur Anwendung kommen hier sowohl Flüssigaromen wie auch Instantaromen in Pulverform.

Die Herausforderungen an den Aromenaufbereiter sind zumeist ähnlich wie die des Lebensmittel-Endverarbeiters: Man will die Kunden schnell bedienen und die regionalen Geschmacksvorlieben punktgenau treffen. Dabei sollen neben dem guten Geschmack auch Nachhaltigkeitsaspekte eines möglichst naturbelassenen, gesunden Lebensstils berücksichtigt sein. Nähr- und Genussmittel sollen weniger Salz, Zucker, Fett beinhalten und möglichst ohne Geschmacksverstärker zu einer ausgewogenen Ernährung beitragen.

Eingedenk der stark wachsenden Weltbevölkerung und mit Blick auf die zunehmende Mittelschicht in den Schwellenländern ist davon auszugehen, dass sich der Markt für Convenience-Lebensmittel vergrößern wird. Dazu zählen insbesondere die dehydrierten Instant-Nährmittel. Anhand der Marktanforderungen wie Innovationstempo, Präsenz, Qualitätssicherung und Flexibilität, haben verschiedenste Instant-Drink- und Instant-Food-Produzenten ihre Alleinstellungsmerkmale ausgeprägt.

Bevor die lange Kette der Instant-Food-Aufbereitung letztlich im Warenkorb des Konsumenten endet, muss die Ware jedoch gemischt, abgefüllt und versandt werden. Insbesondere der Mischvorgang ist qualitätsbestimmend, da hier maßgeblich die Schüttguteigenschaften beeinflusst werden wie Homogenität, naturbelassene Anmutung, Rieselfähigkeit, Textur- und Staubfreiheit sowie Lösungs- und Sinkverhalten während der Auflösung in Flüssigkeiten. Weltweit werden Aromen, Nähr- und Genussmittel mit Präzisionsmischern aufbereitet und endverarbeitet. Diese Geräte genießen den Ruf, besonders flexibel verwendbar zu sein, um die Kernanforderungen der Kunden zu erfüllen.

Ideale Mischwirkung durch dreidimensionale Bewegung

Die industrielle Vermischung von pulvrigen Substanzen geschieht zumeist in Präzisionsmischern. Im Falle des hier beschriebenen Mischers wird das Haufwerk innerhalb des Mischgefäßes in Form einer Schubströmung durchmischt. Das Mischgefäß ist ein aufrecht stehender Konus mit oberseitigem Zylinder. In dessen Zentrum rotiert ein Helix-Mischwerkzeug, das auch Schraubenband genannt wird. Die Wendel weist in etwa eine Steigung von 20 Grad auf. Die Schraubenbandbreite ist so bemessen, dass mit einer Mischwerkumdrehung bereits ein Fünftel vom gesamten Mischrauminhalt befördert wird.

Das Schraubenband erfasst die Mischgüter in der Peripherie des Mischraumes und fördert sie aufwärts. Oben angekommen fließt das Mischgut im Zentrum des Gefäßes abwärts. Der Mischeffekt erfolgt maßgeblich in den Grenzbereichen zwischen den zwei Makroströmungen. Vereinfacht ausgedrückt kann man den Vorgang wie folgt beschreiben: Die Aufwärtsschraubung der Mischgüter erfolgt zwangsweise durch das Schraubenband- Mischwerkzeug, die Abwärtsströmung erfolgt auf natürliche Weise durch die Schwerkrafteinwirkung. Im Grenzbereich dazwischen findet der Platzwechsel innerhalb des Partikelsystems statt.

Schonend homogenisieren – distributives Mischen

Aufgrund der totraumfreien Verströmung werden so nach ungefähr 70 bis 200 Mischwerkrotationen technisch ideale Mischgüten erzielt, die in der Praxis nicht mehr verbesserbar sind. Der hier stattfindende Mischprozess kann als „distributives Mischen“ definiert werden. Der Mischvorgang ist besonders schonend und energieeffizient. Die Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeuges (im Zylinderteil gemessen) ist in der Regel regelbar zwischen 0,5 m/s bis 2,5 m/s.

Bauartbedingt sind ideale Mischgüten bereits bei etwa fünfprozentigem Füllgrad erzielbar, da der Verströmungseffekt unabhängig vom Füllgrad gleichermaßen stattfindet. Im Unternehmen der Autorin wird die Typbezeichnung der Mischer anhand des Nutz- oder Arbeitsvolumens definiert. Ein Mischer des Typs AM 3000 kann demzufolge bereits Ansätze von 150 Liter ebenso gut mischen wie Ansätze von 3000 Litern, sofern distributives (schonendes) Mischen stattfinden soll.

Intensiv aufbereiten – dispersives Mischen

Zuweilen wünscht der Anwender aber ergänzende Aufbereitungsschritte wie Entklumpen, Dispergieren oder Agglomerieren. Hier sollen zusätzlich scherende und verreibende Effekte bei erhöhtem Energieeintrag stattfinden. Im Amixon-Mischer geschieht das einerseits, indem die Mischwerkdrehfrequenz erhöht wird und andererseits, indem zusätzlich Scher-Dispergierwerkzeuge betrieben werden. Insofern steht mit ein- und demselben Mischer ein besonders schonender „Homogenisierer“ zum distributiven Mischen als auch ein „Intensiv-Dispergierer“ zum dispersiven Mischen zur Verfügung.

Für den Fall des dispersiven Mischens ist der Füllgrad zu erhöhen, sodass das Scher- Dispergierwerkzeug etwa 30 bis 40 cm unterhalb des Füllstandes vorgefunden wird. Je nach Baugröße beträgt dann der Mindestfüllgrad bei einem AM 3000 etwa 400 Liter, und etwa 600 Liter beim AM 6000.

Beschickung und Austragung

Die Beschickung des Mischers mit den einzelnen Mischkomponenten erfolgt durch einen oder mehrere Stutzen oberhalb des Mischraumes nacheinander oder zeitgleich. Dabei kann das Mischwerk stillstehen – für den Fall, dass der Mischer auf Wägezellen befindlich als Dosierwaage fungiert – oder rotieren, falls eine Charge nach der anderen schnell und ohne Unterbrechung zu vermischen ist. Nach erfolgtem Mischprozess (etwa zwei bis sechs Minuten) öffnet eine idealerweise totraumfreie Bodenarmatur und das Mischgut strömt durch einen Austragstutzen des Mischers abwärts. Dieser Austragsvorgang ist entmischungsfrei und die Größe des Volumenstromes ist durch die Abmessung der Verschlussarmatur vorgegeben.

Das besonders massiv gefertigte Mischwerkzeug ist nur oben gelagert und angetrieben. Eine besonders hygienische Wellenabdichtung garantiert einen staub- und kontaminationsfreien Betrieb; auch bei differierenden Systemdrücken innerhalb des Mischraumes. So liegt beispielsweise ein Vakuum an, wenn das Mischgut per Saugpneumatik eingesogen wird. In besonderen Fällen wird der Mischraum vor der Beschickung vom Luftsauerstoff befreit, indem ein Vakuum von etwa 10 mbar Absolutdruck angelegt wird. Anschließend wird der Mischraum mit Stickstoffgas geflutet. Erst danach erfolgt der Mischguteintrag.

Während des Mischens und Austragens wird ein sanfter Stickstoffüberdruck von 50 bis 100 mbar im Mischraum aufrechterhalten, um Luftsauerstoff vom Mischgut fern zu halten. In anderen Fällen erfolgt die Beschickung des Mischraumes per Druckpneumatik. Auch während des Überdruckbetriebes verbleibt der Mischraum gas- und staubdicht. Das betrifft insbesondere die komplexen Konstruktionselemente wie Wellenabdichtung, Bodenverschlussarmatur und Inspektionstür.

Inspektion und Reinigung

Bequeme Zugänglichkeit und Einsicht in den Mischraum wird mittels einer großformatigen Inspektionstür gewährleistet. So kann die manuelle Trockenreinigung schnell und zuverlässig durchgeführt werden. Die Inspektionstür ist nach dem so genannten Clevercut-Verfahren gefertigt. Die in der Nut eingelegte O-Ringdichtung dichtet sehr nah am Produkt gas- und staubdicht. Diese Türdichtung ist sogar für die automatische Nassreinigung geeignet, da sie praktisch tot-raumfrei abdichtet. Fugen und Kapillare sind weitgehend vermieden. Insofern erfolgt auch die anschließende Trocknung zuverlässig und schnell.

Sämtliche produktberührten Teile werden fugenfrei verschweißt und wahlweise verschliffen. Die Schliff- beziehungsweise Oberflächengüten der produktberührten Teile werden gemäß der jeweiligen Kundenspezifikation realisiert. Sogar eine spiegelblanke Politur kann geliefert werden. In besonderen Fällen werden die Oberflächen auch elektropoliert. Amixon dokumentiert die FDA-Konformität sämtlicher Polymerwerkstoffe und realisiert sowohl für den Trocken- als auch für den Nassbetrieb die aktuelle Vorgaben des EHEDG.

Restentleerung und automatische Nassreinigung

Bedingt durch die konische Bauform können die Schüttgüter bei langsam rotierendem Mischorgan entmischungsfrei ausgetragen werden – in aller Regel bis zum letzten Rest. Insofern kann der Anwender einen universell verwendbarer Präzisionsmischer sehr flexibel einsetzen. Zusätzlich kann auch eine automatische Nassreinigung erfolgen, wobei alle Bauteile, mit denen das Produkt in Berührung kommen kann, mit Rotationswaschköpfen benetzt werden.

Versuche und Auslegung

Wie bereits angemerkt, hat jeder Aufbereitungsbetrieb seine eigene Betriebsphilosophie. Insofern sind auch die Anforderungen an einen Aufbereitungsmischer stets individuell geprägt. Zur Verfahrenserprobung verfügt Amixon über mehr als 30 Testmischer in den Werkstechnika in Paderborn, Memphis/USA und Osaka/Japan. Die Verfahrensingenieure verfügen über langjährige Marktkenntnisse in den verschiedensten Erdteilen. Als Einzel-Auftragsfertiger setzt Amixon die Kundenwünsche detailgenau um, indem am einzigen Fertigungsstandort Paderborn ein Team von 110 Mitarbeitern ein besonders hohes Maß an Fertigungstiefe realisiert.

* Die Autorin ist Leiterin Marketing bei Amixon, Paderborn.

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