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Funktionalisierte Mineralien als Trennmittel für Pulver

Optimales pulverförmiger Lebensmittel
Funktionalisierte Mineralien als Trennmittel für Pulver

Produkte in Pulverform decken das ganze Spektrum der Lebensmittel- und Getränkeindustrie ab – vom Rohstoff bis hin zu Endprodukten. Damit sie nicht verklumpen, kommen Trennmittel zum Einsatz. In aktuellen Vergleichstests wurde untersucht, ob sich neben dem bisher gebräuchlichen Siliciumdioxid auch funktionalisierte Mineralien dafür eignen.

Bis 2026 wird dem Markt für pulverförmige Lebensmittel eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 6,5 % prognostiziert. Verarbeitung, Qualität und Lebensdauer sind jedoch aufgrund der Fließeigenschaften von Pulverapplikationen eine Herausforderung. Die funktionalen Mineralien von Omya bieten hier einen Mehrwert: Als staubfreie Rieselhilfe beugen sie Verklumpung vor, verbessern die Fließfähigkeit, sind ein natürlicher Calciumlieferant und frei von Nanopartikeln.

Das Schweizer Unternehmen hat nun eine Testserie mit einem Pulver-Rheometer durchgeführt. Verglichen wurden funktionalisierte Calciumcarbonate (FCC) und Siliciumdioxid, um ihre charakteristischen Eigenschaften als Rieselhilfe gegen Verklumpen und Verkrusten zu beurteilen.

Klumpenbildung vermeiden

Trennmittel reduzieren Klumpen bei allen Arten von Pulvern, von trockenen, harten bis zu weichen, fettreichen, da sie sich sparsam über die Partikeloberflächen verteilen. Dabei vergrößert sich der Abstand zwischen den Partikeln, während die Van-der-Waals-Anziehungskräfte verringert werden. Außerdem wird Feuchtigkeit absorbiert und die Adhäsion durch die Beschichtung des Partikels verringert. Kritische Schritte im Produktionsprozess sind vor allem der Transport und die Lagerung. Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Druck beeinflussen das Aneinanderhaften von Pulverpartikeln erheblich. Um zu verhindern, dass die feinen Teilchen Feuchtigkeit binden und klumpen, kommen Rieselhilfen zum Einsatz.

Bisher galt Siliciumdioxid als gebräuchlichstes Antiagglomerationsmittel. Omya hat eine firmeneigene Technologie für die Herstellung von funktionalisierten Mineralien entwickelt. Ein solches FCC ist Omyafood120, das speziell zur Verbesserung des Fließverhaltens und zur Verhinderung des Zusammenbackens von Lebensmittelpulvern entwickelt wurde. FCC sind hoch strukturierte, poröse Mineralien, die sich für verschiedene Applikationen wie Milchprodukte, Getränke, Gebäck, Süßwaren, Convenience-Produkte und Snacks eignen. Außerdem sind sie besonders staubarm: So lässt sich die Prozesseffizienz insgesamt verbessern – Anlagen müssen seltener gereinigt, Wartungsarbeiten und Stillstände können reduziert und die Staubbelastung am Arbeitsplatz verringert werden.

Leistungsbewertung von Trennmitteln

Mit dem Pulver-Rheometer lassen sich Verarbeitungsbedingungen nachstellen und Daten zu Fließ-, Schütt- und Schereigenschaften sensitiv erfassen, was zu einer genauen Charakterisierung führt. Unterschiedliche Prüfbedingungen simulieren Umgebungsbedingungen und Verklumpung, sodass dynamische Eigenschaften mit der Leistung vieler Arbeitsschritte wie Mischen, Fördern und Entladen verbunden werden können.

Gemessen werden Fließfähigkeit (Basic Flowability Energy, BFE und Specific Energy, SE) und Krusten- oder Klumpenbildung (Crust Depth oder Caking Index/CI). Dabei erfolgt die Messung mit einer durch das Pulverbett rotierenden Schaufel. Die Position der Schaufel kann zu jedem Zeitpunkt mit hoher Genauigkeit bestimmt werden und lässt Rückschlüsse auf unterschiedliche Fließeigenschaften innerhalb der Probe zu. Das dynamische Testverfahren ermöglicht es, Verkrustungen zu erkennen, die Auswirkungen der Feuchtigkeitsmigration durch das Pulverbett zu verfolgen (Flüssigkeitsbrücken) und die Festigkeit von aggregiertem Material zu quantifizieren.

Tests mit Milchpulver

In der Testserie wurde die Leistung von zwei funktionellen Calciumcarbonat-Rieselhilfen (FCC 1 und FCC 2) mit einem handelsüblichen Siliciumdioxidprodukt verglichen. Die dynamischen Pulvereigenschaften wurden für folgende Proben gemessen: Milchpulver ohne Zusatz, Milchpulver mit 1 % Siliciumdioxid, Milchpulver mit 1 % FCC 1 und Milchpulver mit 1 % FCC 2.

Die Tests fanden unter Umgebungsbedingungen statt. Das Klumpverhalten wurde durch Wiederholungstests nach Lagerung unter kontrollierter relativer Luftfeuchtigkeit quantifiziert (nach 4,5 Tagen bei 63 % und nach 2,5 Tagen bei 74 % relativer Luftfeuchtigkeit).

Alle getesteten Antiagglomerationsmittel fördern die Bildung einer relativ undurchlässigen Luft-Pulver-Grenzfläche, die die Feuchtigkeitsmigration in den Rest des Pulvers verhindert. Gegenüber den anderen Proben zeigt die Siliciumdioxid-Probe höhere Verkrustungswerte in kürzerer Zeit. Um die Anbackungen näher zu quantifizieren, wurde zusätzlich die Krustentiefe bestimmt. Zudem wurde die maximale Energie in der Kruste gemessen, die ein Indikator für die Festigkeit ist. Im Vergleich zeigte sich, dass FCC 1 und FCC 2 eine dickere, aber schwächere Kruste bilden als Siliciumdioxid.

Tests mit Gewürzmischungen

Eine zweite Testreihe unter Umgebungsbedingungen mit einer Gewürzmischung untersucht das Verklumpungsverhalten nach einer zweitägigen bzw. sechstägigen Lagerung bei 75 % Luftfeuchtigkeit. Als Proben wurden eine Mischung mit 1 % Siliciumdioxid und eine Mischung mit 1 % FCC 2 verwendet (in der Grafik als Agent 2 bezeichnet).

Anders als beim Milchpulver, das nur eine Kruste am Probenrand bildet, ist bei der Gewürzmischung ein größerer Anteil des Pulverbettes von einer auftretenden Verklumpung betroffen und es bildet sich eine stärkere Kruste. FCC 2 verringert jedoch die Krustenstärke deutlich stärker als Siliciumdioxid, während die Siliciumdioxid-Probe den niedrigsten Wert für die Krustentiefe ergibt.

Der Vergleich mit den Werten der frischen Mischungen vor der Lagerung zeigt unterschiedliche Auswirkungen der Trennmittel. Dynamische Eigenschaften und Schüttdichte der Milchpulver- und Gewürzmischungen variieren je nach Substrat erheblich. Siliciumdioxid verringert die Kompressibilität sowohl des Milchpulvers als auch der Gewürzmischung deutlich. Dagegen verringert FCC 2 nur die Kompressibilität des Milchpulvers und dies weniger als Siliciumdioxid, weswegen die Probe mit FCC 2 weniger anfällig für eine veränderte Fließfähigkeit während der Lagerung wird.

Ein Ingredient – viele Applikationen

Die Proben mit FCC reagieren in der Testreihe unterschiedlich bei gleich guten Testergebnissen gegenüber Siliciumdioxid. Dabei erfüllen sie strenge Sicherheitskriterien. Sie sind frei von Nanopartikeln und hypoallergen. Omya garantiert mit strikten Vorschriften für hochreine Rohstoffe für minimalstem Level für Schwermetallgehalte. Für Lebensmittelhersteller eröffnen die Rieselhilfen basierend auf funktionalisierten Mineralpartikeln ein breites Anwendungsspektrum. Einsatzbeispiele sind Milch- und Milchproteinpulver, geriebener Käse, Convenience-Produkte wie Instantsuppen, Kakaopulver, Speisesalz- und Salzersatz.

Omya International AG, 4665 Oftringen/Schweiz

Halle 7.2, Stand M50


Autorin: Renata Negrini

Technical Service Manager Food,

Omya

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