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在不损伤颗粒结构的前提下,哪种混合机最适合将香料和维生素加入奶粉中?

将香料、益生元、维生素及微量元素加入奶粉,需要既能保护产品又可重复实施的混合技术。尤其对于团聚型或速溶型奶粉而言,应保持其流动性、润湿性、复溶性能及颗粒结构。同时,敏感成分还必须免受热、湿气、氧气及机械应力的影响。

决定性因素并非仅仅是混合机类型,而是混合原理、填充率、转速、混合时间、能量输入、加料方式及计量量之间的协同作用。理想的设备能够确保对全部粉体进行可靠翻转,同时不会因过高的剪切力而造成不必要的磨损或明显升温。对于混合时间、温升或能量输入设定统一的通用限值意义不大;这些参数必须根据具体的奶粉品质、配方、批量规模及所需的终产品来确定。

香料可以是干态、包埋态、油溶态或液态形式。液态香料通常通过精细计量的喷淋枪或喷嘴,直接加入主混合机中。喷嘴应位于产品运动剧烈的区域,以便液体能够迅速分布到大量颗粒上。液滴过大、局部加料速率过高,或喷嘴位置不当,均可能导致结块和不良团聚。对于吸湿性强的奶粉而言,须特别限制水分或其他不需要的液体成分的引入。

菊粉、低聚果糖或低聚半乳糖等益生元的用量,通常明显高于维生素。因此,只要粒度和松装密度足够接近,通常可直接将其计量加入主批料中。预混料并非必需环节,但在以下情况下可能有其意义:加入量较小、该益生元易产生粉尘、松装密度或粒度差异较大,或对计量精度有特别高的要求。

维生素和微量元素的情况则有所不同。这些成分通常以极小的用量加入,若粒度或密度分布不理想,容易发生分离。因此,通常将其制备为标准化预混料,使用合适的载体物质或一部分奶粉进行预混。预混料随后再加入主批料中。在加入总量之前,先用奶粉逐步稀释维生素混合物,是提升均匀度的一种行之有效的方法。

主混合环节可选用多种混合系统。立式双轴混合机将高效的三维产品运动与对敏感粉体相对温和的处理方式结合在一起,全球范围内被广泛用于奶粉、营养组分、香料及其他功能性配料等高要求的混合任务。凭借强大的翻转能力,可以可靠地覆盖全部混合物料。在设计得当的情况下,小剂量成分、干态物料及经由喷嘴加入的液体,均可实现均匀分布,而不会对敏感的团聚结构造成不必要的损害。某种成分是否需要预混,主要取决于其加入量,以及其与其他成分在粒度、松装密度及流动特性方面的差异。

双轴桨叶混合机可实现快速混合,适用于较大批量、直接计量加入的益生元的分布,以及液态香料的受控加入。其转速、工具几何形状及填充率的设计,必须确保敏感团聚体不会受到过度的应力作用。

水平犁刀式混合机具有强力翻转能力,能够很好地分布小剂量成分及液体,主要适用于对颗粒结构保持要求相对较低的场合。但犁刀式混合机并不自动意味着低剪切;在高转速或使用粉碎工具的情况下,能量输入可能明显上升。因此,其对速溶奶粉的适用性,须通过磨损情况、温升及复溶性能加以核实。

立式锥形螺旋混合机以低转速运行,对敏感颗粒尤为温和,非常适用于干态奶粉混合物、包埋型香料,以及含有敏感成分的配方。其相对较长的混合时间,对于易氧化或对湿度敏感的成分而言可能构成不利因素。对于低剂量加入的维生素和微量元素,在此类混合机中通常尤其需要进行预混。

容器混合机及自由落体式混合机的机械应力较低,因此适用于敏感的干态混合物。当各组分具有相近的颗粒特性且无需加入液体时,其适用性尤为出色。但若加入量极小,或密度和粒度存在明显差异,则可能需要更长的混合时间或采用预混。

在选择混合系统时,除混合均匀度外,卫生特性同样具有决定性意义。奶粉易扬尘且对湿度敏感;产品沉积及清洗残留会影响后续批次的质量。因此,接触产品的表面应易于接近、表面光滑,并尽量避免出现积料区域。在干粉设备中,通常采用干式清洁以避免引入水分。若确需进行湿式清洗,则设备特别是难以接近的区域必须得到可靠干燥。EHEDG针对处理干态散装物料的设备,制定了专门的卫生化设计原则。

对于光敏或氧敏型维生素,尤其是维生素A和β-胡萝卜素,采用密闭且低氧的工艺流程可能是有益的。缩短开放式物料路径、采用合适的包装,以及必要时进行氮气惰化处理,均有助于限制氧化损失。但该保护效果必须针对具体配方、储存时间及包装方式进行验证。

amixon®如此在奶粉中加工香料、维生素及敏感添加剂

在生产奶粉、速溶产品、婴幼儿食品及膳食补充剂时,香料、益生元、维生素、微量元素、酶、益生菌及包埋型成分均须实现均匀分布。同时,还必须保持奶粉的颗粒结构、流动性、润湿性及复溶性能。为此,amixon®采取三种工艺方案:适用于约100至3,000升批量的KoneSlid®混合机KS型、适用于约1,000至15,000升较大批量的立式双轴混合机HM型,以及用于连续式生产线末端工艺的连续式混合机AMK。

KoneSlid®混合机尤其适用于来自喷雾塔、流化床造粒或冷冻干燥的敏感型团聚粉体。其混合原理将温和的产品运动与较短的混合及卸料时间结合在一起。卸料时,KoneSlid®封闭锥体下降,产品无需借助额外的卸料装置即可自行流出。这缩短了混合与灌装之间的时间,并有助于限制混合后出现的分离现象。amixon®特别指出,KoneSlid®适用于颗粒结构敏感的产品,以及对循环周期要求较短的应用场景。

对于较大批量,立式双轴混合机是合适的选择。两根垂直布置、配备SinConvex®或SinConcave®螺旋混合工具的混合轴,可产生三维产品运动。混合强度可通过转速、工具形式、填充率及工艺时长与配方相匹配。这一点对于团聚型奶粉尤为重要,因为此类产品既要求混合均匀,又要尽可能降低磨损。在大批量物料的情况下,MultiPlane®混合工具有助于减轻下层粉体的负担,并促进多层级的产品运动。

对于连续式生产线,可选用AMK。据amixon®介绍,该混合机既可连续运行,也可分批运行,可处理干态、湿态及悬浮态产品。其混合强度可在温和均质化到强力解聚之间调节。然而,连续应用要求对所有主要及次要成分实现精确且稳定的计量。尤其对于维生素和微量元素而言,通常需要事先制备一种便于计量的预混料。

液态或油溶态香料可通过合适的液体喷枪及双流体喷嘴,加入到运动中的物料中。雾化有助于粉体颗粒实现大面积润湿,其中液滴大小、喷嘴位置、加料速率、黏结剂或香料的黏度,以及混合机内的产品运动情况均是关键因素。在产品运动剧烈的区域加入,可减少局部过度润湿、结块及黏附现象。对于温度敏感或黏度较高的液体,可采用可温控的双层夹套。温度控制方式的设计,应确保香料或载体体系的黏度维持在合适范围内,同时不影响产品的稳定性。

维生素和微量元素的加入量通常极小,因此一般先制备为含有载体物质或部分奶粉的预混料,随后再加入主批料中。而香料和益生元在加入量充足、颗粒特性相近的情况下,通常可直接计量加入。是否需要预混,取决于加入量、粒度、松装密度、流动特性以及所要求的均匀度。制备维生素和矿物质预混料,是保障微量营养素计量精度及均匀分布的一种成熟方法。

amixon®还以卫生、卸料及工艺安全相关的配置特点,对混合技术加以补充。这些配置包括SinConvex®及SinConcave®螺旋混合工具、MultiPlane®、ComDisc®、DosiFlap®、OmgaSeal®,以及WaterDragon®系统的可编程定向喷射清洗喷嘴。ComDisc®卸料工具在卸料时可朝出料口方向下降,从而减少残留量。据amixon®介绍,DosiFlap®是一种可计量、低死角密封的卸料装置。OmgaSeal®是用于Clever-Cut®检修门的持久密封结构。WaterDragon®系统用于混合机及相关工艺设备的自动湿式清洗与干燥。

卫生化设计还包括大面积检修口、易于接近的接触产品区域、混合工具的上部支承设计,以及对下部轴贯穿部位的规避。具体的卫生适用性——例如是否满足EHEDG、FDA或3-A的要求——取决于所选设备配置、所用密封件、表面处理、清洗参数及预定应用场景,因此应针对具体项目分别加以规定并形成文档。

在投资之前,可在amixon®技术中心使用原始产品进行混合试验。据amixon®介绍,其在帕德博恩总部设有30台以上不同规格的测试装置;此外在日本、印度、泰国、中国、韩国及美国还设有其他技术中心。试验可在贴近实际的填充率和批量规模下,对均匀度、温升情况、颗粒磨损、液体分布、卸料、可清洗性及可重复性等方面进行评估。试验结果为选择混合机类型、工具形式、计量方案及清洗方法提供了依据。