2 つの一般的な粉体混合の課題とその解決方法
1. 空気混入と泡立ち
課題：
粉末と液体を混合する際の主な課題の 1 つは、不要な空気と泡立ちを防ぐ方法です。 ミキサーで泡立てたり、粉末などの材料を加えたりすると、空気が混入しやすくなります。
気泡は表面に浮き上がってから逃げます。 ただし、タンパク質などの泡を安定させる成分がある場合は、代わりに製品の表面で泡として安定します。 空気が製品に溶け込み、製造工程の後半で発泡する可能性があります。
空気の混入は食品加工処理での大きな問題の原因になります。 製品内の空気は、熱交換器での付着物の増加、ホモゲナイザーでのキャビテーション、発酵製品の望ましくないホエー形成の原因になる可能性があります。 熱交換器の付着物は、稼働時間の短縮と洗浄時間の増加につながります。 ホモゲナイザーでのキャビテーションは、メンテナンスコストを上昇させます。
製品品質の面では、製品中の空気は、加工中および消費者に届けられる容器内の両方で酸化の原因になる可能性があります。 酸化は、異臭、褐色化、およびビタミン C などの敏感な栄養素が損失するリスクの原因になります。空気の混入は、製造時に重大な製品損失につながる可能性もあります。空気が混合タンクやその他の機器で大量の不要な泡を生成すると、泡を除去することがほぼ不可能になるためです。
ソリューション：
適切なソリューションは、これらの課題を克服し、製造時間の延長、保守コストの削減、安全で高品質の最終製品による効率的な運用を保証します。
最初に適切な混合装置を選択する必要があります。 加工ライン全体を見て、空気と泡を最小限に抑えるためのあらゆる手段を講じることが重要です。特に、空気の混入に敏感で泡が発生しやすい製品を取り扱う場合は重要になります。 混合装置の種類、周辺装置の設計、粉体の投入方法、処理温度の考慮が重要ポイントです。
また、溶解する粉末と成分の種類、および混合物を準備する速さを確認することも重要です。 粉末が異なれば、溶解するために必要なせん断力と時間も異なります。
比較的溶けやすく、混合物が非粘性である場合（通常は 300cP 未満）は、しばしばせん断力の弱いミキサーを使用します。
安定剤のように一部の成分では、より高いせん断力が必要になります。 混合物の粘性が高いほど、混合物を混合するときに空気の混入を最小限に抑えることが重要になります。
良い代替手段の 1 つは、真空ミキサーを使用することです。真空ミキサーでは、混合タンクが排気されることで内部が真空になります。 この場合、液面が接するのは空気ではなく真空であるため、混合タンク内での泡立て動作によっても気泡が発生しません。 原料は、混合タンク本体の液面よりかなり下に配置された粉末注入口から注入されます。
真空ミキサーを使用しない場合、最も重要になるのは空気の混入を最小限に抑えるための泡立て動作の制御です。 混合物の表面で強い混合が行なわれる場合は、渦が発生して空気が製品に引き込まれます。 製品に空気を混入させないようにするには、ミキサー内の表面活性は穏やかであることが必要ですが、混合物のためには適切な流れが必要です。 この混合は、タンク内の高レベルと低レベルの両方でミキサー内で効率的でなければなりません。
混合時間を最小限に抑え、空気が製品に取り込まれる時間を最小限に抑えることが重要です。 安定剤やアスパルテームパウダーなどのより難しい粉体の場合は、せん断力を高くすると、混合時間を最小限に抑えることができます。 このためのソリューションは、成分を効率的に溶解、乳化、分散するためにローターとステーターを利用したミキサーで、それにより、高いせん断力で製品を滑らかで均質にします。
このアプローチでは、液体と粉末は、ブレードが混合物を穴の開いたステーターに押し込むローターの下に押し下げられます。 この動きにより、両方の成分が効率的かつ完全に溶解するために必要な高いせん断力が生じます。
溶解しやすい粉体の混合では、低いせん断力でも十分で溶解時間に大きな影響を与えることはありません。 その場合に使用できる混合技術の 1 つは、ラジアルジェット混合技術です。この技術は、せん断力が低く、穏やかな表面活性によって空気の混入を最小限に抑えます。
最後に、各製品に適した処理温度を選択することも重要です。 たとえば、空気は暖かい環境では溶解しにくいので、より高い温度で混合プロセスを実行することは有益です。
2. 塊と詰まり
課題：
粉末を液体と混合する際の塊の形成は、高粘度の安定剤やココアなど、水分を含ませるのが難しい粉末を扱う場合に特に懸念されます。 液相に大量の粉体を一度に加えると塊になります。
この状態になると、安定剤は粉末粒子の周りにゲル化表面を形成する可能性があります。 ゲル化した表面は、液体が粉末を完全に濡らすのを防ぎ、粉末が塊になる原因となります。 塊が発生すると、安定剤の成分が正常に機能しません。つまり、適切に機能させるために、レシピに手順を追加する必要があります。
粉末が塊になると、製品の安定性が低下し、沈降につながる可能性があり、保存期間が短くなります。 また、熱処理中に塊の内部温度が必要な温度に達しない可能性があるため、塊により製品の細菌による汚染の問題が発生する可能性があります。
凝集性粉末成分が湿気にさらされた場合、製品内に特に大きな塊が形成されることが問題になる可能性があります。 これらの大きな塊は、設備の目詰まりの原因となり、処理能力と運用効率を低下させる可能性があります。
解決策：
塊や目詰まりを防ぐには、粉末の適切な取り扱い、せん断力の高い適切な装置の選択、混合物への粉末の添加方法の制御、適切な混合温度の選択が重要になります。
安定剤などの一部の凝集性粉末は、適切に保管または処理しないと塊になる傾向があります。 たとえば、湿度の高い環境に保管された粉末は、水分を吸収して塊を形成します。
真空混合では、粉体の保存と取り扱い用に設計された隔離処理加工場で、粉体の保管と定量添加ができます。 これにより、粉末が混合エリアの湿気の多い環境にさらされることがなくなり、関連する塊や目詰まりの問題を防止します。
安定剤などの塊になりやすい傾向の多くの粉末は、概して分散が難しいことでも知られています。 これらの取り扱いが難しい粉末は、塊や目詰まりを防ぐためにハイシェアーでの混合が必要です。 取り扱いが難しい粉末成分を完全に分散させるために必要な高いせん断力を実現するには、タンクとローターおよびステーターの設計を最適化することが重要です。
ミキサータンク内に混合ユニットを備えたバッチミキサーは、取り扱いの難しい粉体や高粘度の製品を取り扱う場合の理想的なソリューションです。 液体表面に粉末を投入し、制御された渦でミキシング ヘッドに向かってすばやく移動させることで、液体媒体への露出を最大限に確保し、粉末の最適な湿潤を実現します。
ミキサーの周りに循環ループがないため、容器内の混合物全体が、循環ループを備えた従来のシステムよりも頻繁にミキシングヘッドを通過します。 これにより、湿潤性や溶解性が低い粉末や非常に粘度の高い製品を効率的に混合できます。
これらの取り扱いの難しい粉末は、液体混合物に添加する前に、砂糖などの他の粉末成分と混合することで溶解を促進できる場合もあります。 この方法を使用すると、通常は少量ずつ断続的に投入しなければならない安定剤を、安定した流れで一度に添加して液体にすばやく分散させることができます。
高粘度の粉末を大量に溶解する場合は、より高い温度で処理するのが一般的です。 特定の機能特性を持つ一部の粉末は、特性を活性化するために高温での処理が必要な場合もあります。
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