Gefällte Kieselsäuren

Katrin Sälzer

Wie andere weiche, plastische Pulver neigen Emulgatoren häufig zur Klumpenbildung während der Lagerung. Dies gilt insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen und/oder Drücken. Die Verarbeitung von verklumpten Emulgatoren ist zeitraubend und teuer. Um das zu verhindern, werden bei der industriellen Verarbeitung von Emulgatoren Fließhilfsmittel wie Kieselsäure, Kalziumsilikat oder Trikalziumphosphat eingesetzt. Diese belegen die Oberfläche der Pulverpartikel und bilden so eine trennende Schutzschicht, die einer Verklumpung entgegenwirkt. Nachteil: Die nun freier beweglichen, feinen Partikel können leicht separiert und aufgewirbelt werden, sodass eine verstärke Staubentwicklung zu beobachten ist. Letztere kann die Produktivität und Arbeitssicherheit beeinträchtigen. Auch eine Erhöhung des Explosionsrisikos ist möglich.

Anwendungstechniker von Evonik Degussa haben Versuchsreihen mit diversen Trennmitteln durchgeführt. Ziel war es, die Fließfähigkeit weicher Pulver zu verbessern, Verklumpungen auch unter ungünstigen Lagerbedingungen effektiv zu vermeiden und gleichzeitig die Staubbildung zu minimieren. Am Beispiel des Lebensmittelemulgators Datem, einem Mischester aus Speisefettsäuren und Diacetylweinsäure mit Glycerin, soll gezeigt werden wie diese Forderungen erfüllt werden können und welche Fließhilfsmittel dafür besonders geeignet sind.

In unbehandeltem Datem bilden sich bereits bei Raumtemperatur nach kurzer Lagerdauer harte Klumpen. Mithilfe einer geeigneten Kieselsäure lassen sich diese wirkungsvoll verhindern. Es ist bekannt, dass neben der Wahl des geeigneten Fließhilfsmittels und dessen Dosierung auch die Bedingungen seiner Einarbeitung sehr wichtig sind. Vor diesem Hintergrund wurden bei den Versuchen die unterschiedlichen Fließhilfsmittel in variierenden Dosierungen und unter verschiedenen Mischbedingungen zum Datem gegeben.

Nach Lagerung unter definiertem Druck und festgelegter Temperatur und Luftfeuchte bestimmten die Anwendungstechniker die Intensität der Verklumpungsneigung. Hierzu nutzte man einen Texture-Analyser. Mit seiner Hilfe ermittelte man die Kraft, die notwendig war, um eine festgelegte Schicht der zu testenden Substanz abzutragen. Um die Neigung zur Staubbildung zu messen, arbeitete man mit Proben, die keiner Drucklagerung unterzogen wurden. Zur Anwendung kamen Streulichtmessungen, die darauf beruhen, dass sich das durch die aufgewirbelten Staubpartikel gestreute Licht proportional zur Konzentration des Staubes in der Messzelle verhält.

Die Messergebnisse zeigen die hohe Wirksamkeit gefällter Kieselsäuren bei der Verhinderung von Verklumpungen bei der Lagerung. Weiterer Vorteil ist der geringe Einarbeitungsaufwand.

Andere Trennmittel, beispielsweise Trikalziumphosphat oder Kalziumsilikat, konnten die Verklumpungsneigung des Emulgators Datem nur geringfügig verbessern. Auf der anderen Seite erhöhten sie die Neigung zur Staubbildung – einem Umstand der nicht erwünscht ist.

Sehr gute Versuchsergebnisse zeigte die gefällte Kieselsäure-Qualität Sipernat 350. Diese Silica von Evonik Degussa drückt die Verklumpungsneigung signifikant und zwar ohne die Tendenz zur Staubbildung zu verstärken. Sipernat 350 ist in der EU und den USA als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen. Wie bereits erwähnt, beeinflussen die Bedingungen unter denen das Fließhilfsmittel mit dem Emulgator gemischt wird, die Neigung zur Klumpen- und Staubbildung. Im Fall Sipernat 350 heißt das: Bei kurzen Mischzeiten zwischen 60 und 300 s nimmt die Verklumpungsneigung des Pulvergemisches ab. Dieser Umstand zeigt, dass sich das Sipernat 350 sehr gut im Datem-Emulgator verteilt und bereits nach kurzer Zeit seine Wirkung entfaltet. Bei längerem Mischzeiten nimmt die Verklumpungsneigung jedoch wieder zu. Andere gefällte Kieselsäuren, beispielsweise Sipernat 22 S entfalten erst nach Mischzeiten jenseits der 300 s (gleiche Scherkräfte) ihre optimale Wirkung.

Auch die Neigung zur Staubbildung lässt sich durch die Mischbedingungen beeinflussen. So nimmt die Tendenz zur Staubbildung bei zu langen Mischzeiten zu. Wichtig sind also ein auf die jeweilige Rezeptur abgestimmtes Mischaggregat und adäquate Mischparameter.

Versuche mit anderen pulverförmigen Lebensmitteln oder Lebensmittelzusatzstoffen bestätigten die beschriebenen Effekte. Dies gilt beispielsweise für Versuche mit fraktioniertem Palmfett. Dieses bildet ebenfalls bei der Lagerung Klumpen. Der Grund: Durch seinen niedrigen Schmelzpunkt hat es eine leicht klebrige Oberfläche. Außerdem genügt schon ein geringer Druck um die Palmfettpartikel zu deformieren, sodass große Kontaktflächen zwischen den Partikeln entstehen, die ein Verkleben weiter fördern. Sipernat 350 lässt sich gut in das Palmfettpulver mischen, die Mischung hat ein homogenes Aussehen und die Neigung zur Klumpenbildung nimmt ab, ohne Staubigkeit zu erzeugen.

Online-Info www.dei.de/0910451