Optimierte Haltbarkeit und besseres Handling für Lebensmittel

Die Hauptursache für Verluste bei Pulvern ist seit jeher das Verklumpen, das zu einer Verschlechterung der Produkteigenschaften und des Aussehens führt. Glücklicherweise entwickeln sich die Trennmitteltechnologien ständig weiter und geben der Lebensmittelindustrie Werkzeuge an die Hand, um die Marktchancen von Lebensmitteln in Pulverform voll auszuschöpfen und gleichzeitig zur Reduzierung von Lebensmittelabfällen beizutragen.

Klumpen entstehen durch äußere oder inhaltsstoffbezogene Faktoren. Kritische Schritte im Produktionsprozess sind vor allem der Transport und die Lagerung.

Häufig wird das Verkleben durch die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung verursacht. Auch Temperaturschocks führen zum Zusammenkleben der Partikel. Inhaltsstoffbezogene Faktoren für das Zusammenbacken sind elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserbrücken und die Partikelform. Die Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie eine bessere Verpackung tragen dazu bei, das Verklumpen zu verringern. Alle diese Maßnahmen sind jedoch kostenintensiv.

Um Verkrustungen zu vermeiden, sollten Pulver frei fließend und dosierbar sein. Gängige Trennmittel sind Siliziumdioxid, Tricalciumphosphat, Magnesiumoxid und Calciumcarbonat. Sie werden sparsam auf den Partikeloberflächen oder zwischen den Partikeln verteilt, um die mechanische Verzahnung zu verringern. Der Abstand zwischen den Partikeln erhöht sich und verringert die Van-der-Waals-Anziehungskräfte. Trennmittel absorbieren auch Feuchtigkeit. Die Partikeloberfläche kann keine Flüssigkeitsbrücken bilden, wenn die Partikel selbst vollständig beschichtet sind oder weniger Feuchtigkeit für die Bildung solcher Brücken zur Verfügung steht.

Dank technischer Expertise hat Omya eine innovative besonders sichere Lösung entwickelt, die im Gegensatz zu traditionellen Trennmitteln aus staubarmen und unbedenklich verdaulichen nicht-nanohaltigen Mineralpartikeln besteht. Die funktionellen Partikel aus Calciumcarbonat erhalten durch ein patentiertes Rekristallisationsverfahren eine neue mineralische Zusammensetzung und Struktur. Das Ergebnis ist eine hohe Porosität, die überschüssige Feuchtigkeit absorbiert und einschließt. Gleichzeitig wirken die Non-nano-Partikel als Abstandshalter zwischen Pulverpartikeln, so dass die Mischung frei fließen kann.

Faktoren, die die Wirkung des Trennmittels beeinflussen, sind die individuellen Eigenschaften des Ausgangsstoffs und die Umgebungsbedingungen.
Pulverförmige Anwendungen sind in der Lebensmittelindustrie allgegenwärtig, von Stärke, Salz, gemahlenen Gewürzen, Suppen, Soßen, Milchpulver und Säuglingsnahrung bis hin zu Kakao- und Proteinpulver. Die Inhaltsstoffe unterscheiden sich stark in ihrer Oberflächenchemie und ihren physikalischen Eigenschaften, und ihre Neigung zu klumpen ist dementsprechend komplex. Da jedes pulverförmige Produkt eine einzigartige Zusammensetzung aufweist, sind Vorhersagen ohne Tests nicht möglich.

Die Fließfähigkeit und der Grad der Klumpenbildung können als Parameter für eine quantifizierbare Bewertung dienen. Der Pulverfluss lässt sich einfach mit Hilfe von Fließtrichter, Schüttwinkel, Scherzelle oder Pulverrheometer messen. Dagegen ist die Klumpenbildung schwieriger zu analysieren, so dass Omya gemeinsam mit Freeman Technology eine Methode mit einem FT-Pulverrheometer entwickelt hat. Deren Resultate geben Aufschluss über die Leistung unterschiedlicher Trennmittel und können Hersteller dabei unterstützen, die beste Lösung für ihre Produkte zu finden. Der Pulverhersteller kann so die Ergebnisse gut einschätzen, bevor er Pilotversuche durchführt, was viel Zeit, Geld und Ressourcen spart.

Zuerst wird die Art der Verklumpung überprüft: Bei homogenen Verklumpungen verteilt sich die Feuchte im ganzen Pulverbett und verkrustet es komplett. Bei inhomogener Verklumpung ist das Pulver an der Oberfläche verkrustet, das darunter liegende Material aber unverändert. Messungen mit dem Pulverrheometer können grafisch darstellen, wo innerhalb der Proben ein größerer Fließwiderstand vorhanden ist und wie sich dieser bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit und Temperaturen verändert.

Misst man die Lebensmittelmatrix und ihre Verklumpung einmal mit und ohne Antiagglommerationsmittel bei unterschiedlichen Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen, erhält man einen weiteren quantifizierten Wert.

Ist die Verklumpung nicht homogen, wird die Krustentiefe gemessen; je größer die Krustentiefe, desto stärker ist die Verklumpung. Wird ein Trennmittel zugegeben, sollte sich die Krustentiefe verringern.

Bei homogenen Verklumpungen wird der Caking Index (CI) gemessen. Er repräsentiert das Verhältnis der Energie der verklumpten Probe zur Energie der frischen Probe vor einer Lagerung. Der CI ist größer, wenn mehr Verklumpung auftreten, und sollte abnehmen, wenn dem Pulver ein Trennmittel zugesetzt wird.

Das von Omya und Freeman Technology entwickelte Testverfahren ermöglicht vergleichende Bewertungen von Trennmitteln in verschiedenen Pulver-Applikationen und bietet darüber hinaus Potenzial für Vorhersagen. In Kombination mit anderen traditionellen Analysemethoden ermöglicht es Lebensmitteltechnologen, das Verhalten von Rieselhilfen in Lebensmitteln und Nährstoffpulvern aufzuklären, mit verschiedenen Ansätzen zu experimentieren und die optimale Lösung für die jeweilige Anwendung zu ermitteln.

So wurde beispielsweise die Wirksamkeit von Omya's neuester Technologie im Vergleich zu Siliziumdioxid in Gewürzmischungen und Milchpulver getestet. Wie die Abbildungen zeigen, ist es möglich, durch die Zugabe von 1 % cc-Trennmittel die Verklumpung unter problematischen Konditionen, um bis zu 50 % zu verringern.

Die Proben wurden über einen längeren Zeitraum unter kritischen Konditionen (30 °C und 70 % relative Luftfeuchtigkeit) gelagert. Abbildung 1 stellt die Messung der Krustentiefe dar. Die Abnahme der Krustentiefe nach Hinzufügen des Trennmittels von Omya belegt die Wirksamkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Lösung.

Das Trennmittel aus funktionellen Mineralpartikeln zeigt auch eine verbesserte Fließfähigkeit von Lebensmittelpulvern, was die Verarbeitungsbedingungen verbessert und einen höheren Durchsatz bei der Herstellung ermöglicht.

Nach umfangreichen Testerfahrungen im firmeneigenen Labor kann Omya erste zuverlässige Daten über die Leistung seiner innovativen Rieselhilfe liefern, die Kunden für ihre Produktentwicklung nutzen können.

Generell ist die patentierte funktionelle Lösung von Omya in der Wirkung vergleichbar mit gegenwärtig marktüblichen Trennmitteln wie Siliziumdioxid und Magnesiumoxid. Allerdings sind die Mineralpartikel von Omya darüber hinaus nicht im Nanobereich und stauben weniger. Dadurch bieten sie für die Produktion und den Verbraucher höhere Sicherheit. Zusätzlich ist die Lösung von Omya problemlos verdaubar und reichert sich nicht im Körper an.

Neben der Sicherheit ist die Lebensmittelverschwendung ein Thema, das immer wichtiger wird: Die Europäische Kommission bereitet die Einführung rechtlich verbindlicher Ziele vor, um die Verschwendung in Geschäften, Restaurants und Haushalten bis Ende 2030 um 30 % pro Kopf zu reduzieren. Darüber hinaus soll ein verbindliches Ziel von 10 % für die Verringerung der Verluste bei der Verarbeitung und Herstellung von Lebensmitteln festgelegt werden.

Für beide Aufgaben ist das Trennmittel von Omya mit funktionellen Mineralpartikeln ein vielversprechender Ansatz.

Renata Negrini, Technical Service Manager Consumer Solutions, Omya International AG, Schweiz
Renata.Negrini@omya.com
www.omya.com