Handhabung schwerfließender Pulver bei der Herstellung pflanzenbasierter Fleischersatzprodukte

Der Markt für pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte wächst rasant, sowohl was den Umfang als auch die Vielfalt angeht. Daher suchen Forscher stetig nach neuen Rohmaterialien als Ergänzung zum bestehenden Produktspektrum für die Herstellung von TVP (Texturierte Pflanzenproteine) und HMMA (Fleischanaloge mit hohem Wassergehalt). Ob sich eine Proteinquelle als Basis für pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte eignet, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise dem Protein- und Fettgehalt sowie ihren Eigenschaften beim Mischen mit Wasser. Auch das Fließverhalten des Pulvers ist ein kritischer Faktor für eine erfolgreiche Herstellung.

Problematisches Fließverhalten von Proteinpulver
Pflanzenbasierte Fleischersatzprodukte, wie TVP und HMMA, verwenden Proteinpulver als Rohmaterial. Viele Proteinpulver wie erbsen- und lupinenbasierte Pulver weisen jedoch ein problematisches Fließverhalten auf. Ein ungleichmäßiger Materialfluss kann die Produktqualität wesentlich beeinträchtigen, da der Herstellungsprozess von einer präzisen, kontinuierlichen Zuführung der Rohmaterialien zum Extruder abhängt.

Während einige Ursachen eines unzureichenden Materialflusses mit den Eigenschaften des Pulvers selbst zusammenhängen, können andere auf Umgebungsbedingungen oder das Förder- und Handlingsystem zurückgeführt werden. Beispielsweise kann hohe Luftfeuchtigkeit dazu führen, dass das Pulver Feuchtigkeit absorbiert und aggregiert, wodurch die Förderung erschwert wird.

Lösungen für problematisches Fließverhalten in der TVP- und HMMA-Herstellung
Lösungen für ein problematisches Fließverhalten betreffen die meisten Prozessschritte – vom Rohmaterialhandling bis hin zur Dosierung in den Extruder. Dazu gehört das Anlagendesign von Trichtern und pneumatischen Fördersystemen ebenso wie die Einbeziehung zusätzlicher Elemente, die sich positiv auf den Pulverstrom auswirken. Gravimetrische Dosierer mit Fließhilfen wie das ActiFlow^TM-System von Coperion K-Tron spielen eine zentrale Rolle in der kontinuierlichen Zuführung von Proteinpulver in den Herstellungsprozess.

Gravimetrische Dosierer
Gravimetrische Dosierer liefern Pulver in den Extruder und messen gleichzeitig die Austragsrate. Zumeist kommen Differentialdosierer zum Einsatz. Sie bestehen aus Trichtern, die auf Lastzellen oder einer Waage montiert sind, und Schneckendosierern, die das Produkt vom Trichter zum Extruder fördern. Coperion K-Tron bietet ein umfassendes Sortiment an gravimetrischen Dosierern. Meistens werden Einfachschneckendosierer für frei fließende Pulver oder granulatförmige Inhaltsstoffe eingesetzt, während Doppelschneckendosierer sich hingegen für klebrige oder schwerfließende Inhaltsstoffe eignen.

Während das Pulver herausfließt, verringert sich das Gewicht des Trichters. Dieser Gewichtsverlust liefert ein präzises Maß für den Materialfluss – auch bei Änderungen der Schüttdichte des Materials. Eine Steuerung regelt die Fließgeschwindigkeit passend zum vorgesehenen Sollwert. Aufgrund von Problemen mit dem Materialfluss können sich jedoch Materialbrücken oder Kamine in den Trichtern bilden und verhindern, dass die Steuerung die gewünschte Geschwindigkeit beibehält. Unter diesen Bedingungen können Fließhilfen dazu beitragen, einen optimalen Materialfluss zum Einzugsbereich des Extruders sicherzustellen.  

Die Dosierleistung der Coperion K-Tron Dosierer reicht von 32 g/h bis hin zu mehreren Tonnen pro Stunde. Sie können mit ActiFlow ausgestattet werden, einer intelligenten Vorrichtung ohne produktberührende Teile, die sanfte Vibrationen auf die Trichterwand überträgt und dabei das Schüttgut sorgfältig mit der optimalen Amplitude und Frequenz aktiviert. Sie kommuniziert laufend mit der Dosiersteuerung, um die Vibrationen automatisch anzupassen, wenn Probleme mit dem Materialfluss erkannt werden. Auf diese Weise werden die Vibrationen auf die Amplitude und die Dauer begrenzt, die für die Wiederherstellung des Flusses erforderlich sind. Die Dosierersteuerung kompensiert die Auswirkung der Vibrationen auf die Gewichtsmessung, während die Vibrationen auf einem Minimum gehalten werden, um Auswirkungen auf die Dosierleistung entgegen zu wirken.

Pneumatische Fördersysteme
Rohmaterialien für die TVP- oder HMMA-Herstellung werden in verschiedenen Behältern geliefert, einschließlich Kartons, Beutel, Schüttgutsäcke oder Supersacks. Aufgabe- und Sackentleerstationen umfassen kleine Trichter für die Aufnahme des Materials und können mit einer Staubabsaugung zum Schutz der Bediener ausgestattet sein.

Im Anschluss an die Sackschütte werden häufig pneumatische Fördersysteme eingesetzt, um trockene Materialien zu den gravimetrischen Dosierern zu transportieren. Sie nutzen – je nach Anlagendesign und Anforderungen – Druck- oder Vakuumförderung. Typische Systeme umfassen eine Druckluftquelle, eine Materialzuführvorrichtung, eine Förderstrecke und einen Materialabscheider, beispielsweise den Filterabscheider von Coperion K-Tron.  

Vakuumsysteme bieten den Vorteil, dass sie Staub eindämmen. Ihre Kapazität ist jedoch auf etwa 7.500 kg/h (15.000 lb/h) begrenzt. Pneumatische Systeme sind normalerweise mit In-Line-Kontrollsieben oder Filtern ausgestattet, um Verpackungsmaterialien, Insekten oder harte Klumpen des agglomerierten Produkts zu beseitigen. Damit werden Fließprobleme stromabwärts reduziert.

Der Ausschluss von Feuchtigkeit ist ein kritischer Faktor, damit Pulver problemlos fließen. Einige Installationen verwenden einen Adsorptionstrockner (Desiccant Bed Dryer, DBD), um ein Kissen aus trockener Luft im oberen Teil des Silos für diesen Zweck bereitzustellen. Gebläse oder Druckluftquellen können ebenfalls hilfreich sein, indem sie das Pulver in Silos und Trichtern fluidisieren.

Anlagendesign und Beschichtungen
Edelstahl bietet die beste Antihaftleistung für Behälter zur Lagerung von Proteinpulver. Dieses Material lässt sich zudem einfacher sterilisieren und reinigen als andere Materialien. Eine preiswertere Lösung ist hingegen eine Epoxidbeschichtung mit einem von der FDA zugelassenen Anstrich, die verbreitet in großen Silos oder Lagerbehältern zum Einsatz kommt.

Eine ideale Ausstattung für das Anlagendesign sieht die Verwendung von steilen Trichterwinkeln und Fließhilfen vor. Diese Ausstattungsmerkmale begünstigen den Fluss der Pulver durch das System und verhindern Engpässe bei der Förderung.

Filter, die in Trichtern und an pneumatischen Abscheidern zum Einsatz kommen, sollten schnelltrennend ausgestattet sein. Diese Eigenschaft kann mit hochwertigen, nicht-haftenden Fluorpolymerbeschichtungen realisiert werden. Sie ist unverzichtbar, um zu verhindern, dass Filter verstopfen und somit die Fließgeschwindigkeit reduziert wird. In diesem Fall würden problematische Pulver agglomerieren und das Problem verschlimmern.

Coperion bietet für zahlreiche Komponenten CIP-Reinigungsdesigns (Clean-in-place), die für die Herstellung von pflanzenbasierten Fleischersatzprodukten zu bevorzugen sind. Das bedeutet, dass Rohrleitungen, Reglereinheiten, Durchgangsventile, Zellenradschleusen und Weichen gereinigt werden können, ohne sie aus der Anlage auszubauen. Ein CIP-Design spart Zeit beim Produktwechsel, während die Hygieneanforderungen der Nahrungsmittelindustrie weiterhin erfüllt werden.

Hilfe bei Design und Störungsbehebung
Coperion liefert weltweit Anlagen für die Herstellung pflanzenbasierter Fleischersatzprodukte. Bei der Anlagenplanung werden die schwierigen Fließeigenschaften bestimmter Proteinpulver berücksichtigt und entsprechende Technologien zum optimalen Ablauf eingesetzt, wie beispielsweise die intelligente ActiFlow Fließhilfe für Dosierwaagen. Erfahrene Fachexperten aus den Bereichen Extrusion, Dosierung und Schüttguthandling stehen mit technischem Fachwissen zur Seite – etwa, wenn es um das Design einer neuen Anlage oder Störungsbehebung bei schwierigen Anwendungen geht.