Pulver und Öle dispergieren Per Magnet zur Emulsion: So wird das Dispergieren ohne Rühren möglich

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Die Nutzung magnetischer Kräfte zur kontinuierlichen Dispersion von Inhaltsstoffen wird zu einer innovativen und kostengünstigen Methode zur Herstellung stabiler Emulsionen und klumpenfreier Pulverdispersionen.

James Bond hielt nicht viel vom Rühren: Der britische Spion trank seinen Martini bekannterweise am liebsten geschüttelt. Wahrscheinlich hätte ihm die Idee gefallen, Pulver oder Öltröpfchen klumpenfrei und ohne Agitator zu dispergieren – mit der unsichtbaren Kraft des Magnetismus. Lorentzkraft heißt die Kraft, die in einem Magnetfeld auf bewegte Ladungen wirkt. Da sie senkrecht zur Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen wirkt, lenkt sie geladene Partikel aus, die sich durch einen Magnet bewegen, etwa indem sie hindurch strömen. Auf diese Weise könnte die Lorentzkraft genutzt werden, um Partikel in einen Flüssigkeitsstrom einzubringen. Diese Idee entstand Anfang der 2000er an der belgischen Universität Leuwen. Zwei Jahrzehnte und eine Firmengründung später, hilft die Technologie, das Dispergieren effizienter zu machen und kommt ohne bewegte Teile wie Rotoren, Mischer oder Agiatoren aus.

M4E (kurz für Magnets for Emulsion) heißt das Dispergierverfahren, bei dem ein als Venturi-Düse gestalteter Permanentmagnet zur kontinuierlichen Dispergierung von pulverförmigen Inhaltsstoffen genutzt wird. Das Material wird seitlich über einen Kanal eingebracht, wobei durch die Strömung der bekannte Venturi-Effekt entsteht, der durch den Unterdruck von bis zu -0.9 bar das zu dispergierende Pulver in den strömenden Medienstrom zieht.

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Keine Scherereien mit der Pumpe

Je nach gewünschtem Anwendungsfalls (etwa ob ein Öl emulgiert oder ein Pulver dispergiert werden soll), wird das Medium entweder kontinuierlich im Kreis gefahren, während das einzudosierende Gut nach und nach zugegeben wird, oder das Schüttgut im „one pass“-Prozess zugegeben. Der Wirkung des Magnetfeldes setzt sofort ein: Normalerweise würden pulverförmige Schüttgüter dazu neigen, im Medienstrom zu koagulieren und eine klumpige Konsistenz zu bilden. Doch da sich die turbulente Strömung und Lorentzkraft im M4E überlagern, verstärkt sich der Schleuder- und Kollisionseffekt gegenseitig. Das führt zu einer Verformung und einem Aufbrechen der Partikel sowie einem zuverlässigen Dispergieren und Emulgieren des Schüttguts.

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Auf diese Weise, sind sich die Entwickler sicher, kann jegliche Klumpenbildung selbst bei höheren Konzentrationen zuverlässig verhindert werden. Diese innovative Verfahrenstechnik sorgt nicht nur für einen im Wortsinn flüssigeren Prozess, sondern auch dafür, dass eventuelle unerwünschte Temperaturanstiege sehr gering gehalten und lange Auflösungszeiten oder die schädigende Wirkung der Scherkräfte durch mechanische Rühr- und Dispergierelemente auf die Struktur der Partikel verhindert werden. Dadurch kann eine Zersetzung empfindlicher Makromoleküle vermieden werden, wie die Entwickler betonen. Zudem können durch die fehlende mechanische Einwirkung Partikel wie z. B. Kräuter zugegeben werden ohne sie zu zerstören.

Somit lassen sich auch scherempfindliche Produkte in ihrer ursprünglichen Form halten, damit die wertvollen Eigenschaften und Funktionen des Rohmaterials erhalten bleiben. Dabei ist auch die Effektivität und Geschwindigkeit, mit der die gewünschte Dispersion oder Emulsion erreicht werden kann, hoch. So kann die Technologie helfen, die Produktionszeit zur Herstellung einer Charge deutlich zu verkürzen – in einigen Fällen reicht schon ein einziger Durchgang für eine stabile Dispersion aus, erklären die Magnetexperten.

Kein Schütteln, kein Rühren

Und nicht nur das: Das Magnet-Verfahren hilft auch, schwer dispergierbare Rohstoffe wie etwa Verdickungsmittel (beispielsweise Stärke, Methylcellulose oder Hydrokolloide) in der Lebensmitteltechnologie einzusparen. Da die Lorentzkraft nicht scherend (wie etwa bei einer typischen Scherpumpe), sondern auf supramolekularer Ebene arbeitet, behalten auch scherempfindliche Produkte ihre ursprüngliche Form, sodass die Funktion des Rohmaterials auf höchstem Niveau erhalten bleibt.

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„Die Vielfältigkeit und Flexibilität in den Anwendungen, die erstaunlichen Ergebnisse sowie das einfache Handling und Reinigen solch eines Prozesses begeistert uns immer wieder aufs Neue“, erklärt dementsprechend M4E-Produktmanager Manfred Selig. Die große Herausforderung liegt jeweils im Herausfinden des optimalen Prozesses für den Anwender und in der Auslegung der jeweiligen Anlage.

Dispergieren ohne Scheren oder Rühren also – Dass die M4E-Einheit ohne rotierende Teile auskommt, freut nicht nur James Bond, sondern reduziert auch den Energie- und Ersatzteileverbrauch sowie den Reinigungsaufwand gegenüber mechanischen Verfahren deutlich. dst

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