Коктейли быстрого приготовления сейчас популярны и стали привычным дополнением к нашему быстро меняющемуся образу жизни: просто добавьте жидкость в порошок, размешайте и готово. Однако, обеспечение быстрого растворения является ключевым моментом, агломерация предлагает успешный способ обработки растворимых порошков, когда их необходимо быстро и полностью растворить в теплых или холодных жидкостях. Сочетая высочайшее качество продукции с максимальным удобством в использовании, технология псевдоожиженного слоя предоставляет производителям необходимые уровни контроля и оптимизации, а также облегчает производственный процесс.
Ингредиенты, используемые в коктейлях, варьируются от сухого молока или молочной сыворотки до коллагена, витаминов и биологически активных растительных веществ. Обычно это мелкодисперсные порошки с плохой способностью к растворению, которые могут превратить приготовление быстрорастворимого коктейля в затруднительное занятие. Растворимость является ключевым фактором при приготовлении, и все ингредиенты должны растворяться, диспергироваться или набухать одновременно — без комочков или осадка. Это то, чего ожидают потребители и что они считают само собой разумеющимся; но успех на рынке может зависеть от ряда важных характеристик: приготовление за считанные секунды, хороший вкус и правильное ощущение во рту (рис.1).
Рис. 1 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
Коэффициент смачиваемости
То, насколько быстро растворяется продукт быстрого приготовления при встряхивании или перемешивании, зависит от смачиваемости его сухих частиц.
Для гидрофобных веществ может помочь эмульгатор в рецептуре. Однако для правильного растворения частица порошка сначала должна быть полностью погружена в жидкость.
Порошки, высушенные распылением, например, очень легкие и часто остаются на поверхности; при увлажнении они покрываются жидкостью, образуя комочки, а затем медленно растворяются.
Частицы с пористой структурой (рис. 2), напротив, тяжелее и быстро оседают. Жидкость проникает в их капилляроподобные трубки и способствует быстрому распаду с образованием отдельных частиц, которые затем растворяются быстрее. Агломерация порошка улучшает этот процесс и лучше всего выполняется с использованием системы псевдоожиженного слоя.
Рис. 2 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
Предпочтительная процедура заключается в бережном и воспроизводимом получении непыльных и сыпучих агломератов из мелкодисперсных порошков, которые идеально подходят для приготовления продуктов быстрого взбивания.
Псевдоожиженный слой: образование частиц «крупинка к крупинке»
Принцип агломерации, также известный как нарастающая агломерация, основан на образовании прочных мостиков, которые связывают мелкие частицы порошка вместе и позволяют им расти — крупинка к крупинке — в более крупные, слабо структурированные скопления. Для этого используются жидкости или пары, которые увлажняют поверхность частиц и, первоначально, способствуют образованию жидких мостиков между ними. На последующем этапе сушки образуются твердые мостики из ранее растворенного продукта или из полимера, добавленного в распыляемую жидкость. (рис. 3 и 4)
Рис. 3 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
Рис. 4 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
При агломерации порошков в грануляты, технология псевдоожиженного слоя позволяет объединить несколько процессов в одну операцию.
Такая система состоит из камеры подачи воздуха, технологической камеры, распылительного устройства и системы фильтров.
Технологический воздух регулирует параметры нагрева и транспортировки материала, удерживая сырье и исходный продукт — обычно мелкий порошок — во взвешенном состоянии с помощью восходящего потока горячего воздуха.
Во время перемешивания частицы сталкиваются друг с другом, и при этом, объемный расход и скорость газа регулируются таким образом, чтобы свести к минимуму истирание.
Мелкие частицы, которые остаются на фильтрах, удаляются за счет обратной продувки и возвращаются обратно в технологический процесс. Это позволяет повторно агломерировать их. Как только достигнут уровень равномерного псевдоожижения и превышена точка, при которой неподвижный слой становится псевдоожиженным, в камеру распыляется жидкость или суспензия. При этом растворитель испаряется в потоке горячего воздуха. Рыхлые агломераты образуются из-за действия трех различных факторов: постоянного контакта, столкновения и скопления капель жидкости. Затем процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут желаемый размер частиц.
Силы капиллярного сцепления и поверхностно-граничное натяжение приводят к слипанию частиц. Полученная (крупнозернистая) гранулированная смесь обладает свойствами, отличающимися от исходного порошка: она значительно более сыпучая и со сниженным электростатическим зарядом. Благодаря пористой структуре и капилляроподобным каналам на поверхности, такие частицы легче смачиваются и быстрее растворяются.
Факторы, влияющие на образование агломерата
Успех процесса агломерации определяется химическими и физическими свойствами рецептуры, технологическим процессом и геометрией системы. (рис. 5)
Рис. 5 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
Однородное распределение влаги в слое продукта является отправной точкой для объединения отдельных частиц в агломераты. Для этого над контейнером с продуктом устанавливается распылительная форсунка для проведения процесса так называемого «верхнего распыления». Это означает, что все частицы в контейнере с продуктом должны пройти через распыляемый туман. В результате мельчайшие частицы легко связываются с более крупными и не попадают на фильтр. Высоту и положение распылительной форсунки можно регулировать для оптимизации процесса.
Влажность является ключевым параметром для успешной агломерации. Рабочие свойства, такие как размер частиц, связующая жидкость и липкость продукта, влияют на плотность и стабильность продукта. Размер частиц исходного материала также важен: для объединения более крупных частиц в агломерат требуется большая сила сцепления, чем для более мелких. Адгезионные силы образуются за счет твердых мостиков между частицами. Они, в свою очередь, возникают из-за жидкостных мостиков, образующихся из крупных капель связующего. В результате чего фракции мелких частиц могут легко стать слишком влажными. (рис. 6)
Рис. 6 / Источник: Глатт Инженертехник ГмбХ
Поэтому экстремальные различия в размере следует нивелировать, например, путем измельчения крупных частиц. И наоборот, тонкие порошки агломерируются при распылении мелких капель.
Здесь следует отметить, что процесс верхнего распыления предполагает распыление против потока воздуха и распыляемая жидкость может быть высушена сама по себе, при слишком высоком давлении распыления. В этом случае процесс агломерации лучше всего поддерживается дополнительным увлажнением приточного воздуха.
Разработка процесса и масштабирование
Для получения оптимального продукта с желаемыми свойствами важно согласовать рецептуру, технологический процесс и систему.
Для этой цели нужно исследовать в лабораторных условиях как можно больше параметров, таких как температура, скорость воздуха, скорость распыления и давление распыления, чтобы четко определить наиболее сильно влияющие факторы.
Как только определены параметры стабильного, воспроизводимого процесса, его можно безопасно масштабировать до производственных мощностей всего за несколько шагов.
Агломерация порошков может производиться как в периодическом, так и в непрерывном режимах. Наиболее важным фактором здесь является предполагаемый годовой объем производства.
В своем технологическом центре Glatt предоставляет доступ к современным технологиям и поддержку в разработке рецептур, продуктов и технологических процессов, которые могут быть адаптированы к индивидуальным требованиям заказчика. Эта работа всегда начинается с испытаний в лабораторных условиях.
Собственная аналитическая группа проводит анализ в процессе производства, чтобы быстро скорректировать свойства частиц, такие как размер и насыпная плотность.
Затем, для облегчения масштабирования, параметры процесса определяются в ходе пилотных исследований.
Работая в тесном сотрудничестве с заказчиком, в технологическом центре производятся, анализируются и оптимизируются партии продукции весом от килограмма до нескольких сотен килограммов. Мы исследуем всю технологическую цепочку от технико-экономического обоснования до выпуска готовой продукции на рынок.
Индивидуальное усовершенствование ваших продуктов
- Однородные и непыльные гранулы из порошкообразного и жидкого сырья.
- Сушка и формование всего за один технологический этап с использованием технологии псевдоожиженного слоя и фонтанирующего слоя.
- Точное определение свойств частиц.
- Максимальные возможности функционализации.
- Защита летучих и чувствительных веществ.
- Повышенная производительность, стабильность и безопасность при применении, обращении и хранении.
Glatt поддерживает идею вашего продукта, начиная с ранней стадии разработки рецептуры и технологического процесса и заканчивая масштабированием и окончательным производством.
