Fachbeitrag Homogenität ist Trumpf

Präparate zur Nahrungsergänzung liegen im Trend: zur Aufnahme zusätzlicher Vitamine und Mineralstoffe genauso wie zur Unterstützung von Diäten zur Gewichtsreduktion oder zum Muskelaufbau. Entsprechend breit gefächert ist die Angebotspalette: Sie reicht von Vitamin-, Mineralstoff- und Molke-Präparaten über Sportler-Nahrung (Sports Nutrition) bis hin zu Eiweiß- und Diät-Drinks. Die meisten dieser Produkte werden in fester und halbfester Form als Tabletten, Kapseln, Granulate oder als Instant-Pulver-Shakes angeboten.

So unterschiedlich die Darreichungsformen auf den ersten Blick wirken, verbindet die verschiedenen Nahrungsergänzungsmittel doch ein gemeinsames Charakteristikum: Sie setzen sich aus vielen einzelnen Inhaltsstoffen zusammen. Sehr oft enthalten solche Mischungen 50 und mehr Komponenten, die in Struktur und prozentualem Anteil sehr unterschiedlich sein können. Häufig werden dabei auch noch flüssige Bestandteile zugegeben.

Trotz dieser Vielfalt sind bei der Herstellung exzellente Homogenitäten gefragt. Diese sollen zudem innerhalb kürzester Zeit erreicht werden und selbst pharmazeutischen Ansprüchen genügen. Diese prozesstechnischen Anforderungen lassen sich mit Mischern wie dem horizontalen Pflugscharmischer FKM der Gebrüder Lödige Maschinenbau erfüllen. Der Mischer arbeitet nach dem von Lödige entwickelten Schleuder-und Wirbelverfahren. Dabei erzeugen systematisch auf einer Welle angeordnete spezielle Mischwerkzeuge eine dreidimensionale Mischgutbewegung - ein sogenanntes mechanisch erzeugtes Wirbelbett. Infolge dieser intensiven und bei Bedarf zugleich schonenden Produktbewegung lassen sich auch feste oder flüssige Klein- und Mikrokomponenten schnell und homogen in einer Charge verteilen.

Gleichzeitig erfüllt der Mischer alle Anforderungen an ein "Hygienic Design", das Hersteller von Nahrungsergänzungsmitteln als unverzichtbaren Bestandteil der Anlagenplanung voraussetzen. Lödige ist Mitglied der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) und entwickelt innovative Konzepte für Mischanlagen entsprechend diesen Richtlinien. Konkret bedeutet das für den Pflugscharmischer im Wesentlichen: reinigungsfreundliche Ausführung, komplett aus Edelstahl gefertigt, produktberührte Oberflächen mindestens R_a<0,8 µm, komplett verschweißtes Mischwerk mit optimierten Schaufelabständen zur Wand, luftgespülte wartungsarme Wellenabdichtungen, große Inspektions-/Reinigungs-Öffnungen, vergrößerte Entleerungsöffnung(en) für minimierte Restmengen, Antriebe und Lager mit Edelstahlhauben abgedeckt und gegebenenfalls eine (teil-) automatisierte Nassreinigung (Washing in Place WIP/Cleaning in Place CIP).

Grundsätzlich werden bei einem Mischprozess im Chargenbetrieb die Komponenten einzeln oder gemeinsam vorgewogen und in den Mischer gegeben. Nach einer vorher durch Scale-up-Versuche ermittelten optimalen Mischzeit und nach Erreichen der geforderten Homogenität wird die Charge in nachgeschaltete Bunker, Container, Big-Bags oder ähnliches entleert.

Die Beschickung erfolgt von oben. Bei kleineren, vorwiegend manuell betätigten Mischern über eine größere Handklappe. Bei automatisierten Produktionsanlagen gelangen die Rohstoffe aus vorgeschalteten Silos, Waagen oder anderen Dosierungen über einen oder mehrere Stutzen in den Mischer. Die Entleerung erfolgt nach unten und in der Regel mittig. Die Mischwerkzeuge sind so konstruiert, dass bei geöffneter Entleerungsklappe das Produkt zur Mitte hinaus transportiert wird. Typische Mischzeiten für trockene Rezepturen liegen bei etwa einer bis drei Minuten. Ein Vorteil des Lödige-Pflugschar-Mischers besteht darin, dass diese Mischzeiten zwischen den genannten Baugrößen nur unwesentlich variieren. Sehr oft setzt sich die Chargenzeit aus einer Kombination von mehreren Prozess-Schritten zusammen. Fragile oder auf andere Weise sensible Komponenten werden meist erst am Ende zugegeben. Gegebenenfalls wird dabei auch mit unterschiedlichen Drehzahlen gearbeitet.

Die meisten Nahrungsergänzungsmittel enthalten nur geringe Anteile an flüssigen Komponenten. Das können zum Beispiel Lecithine, Öle und Aromen oder auch Farbstoffe sein. In diesem Zusammenhang haben letztlich die Menge an Flüssig-keit und auch die Art der Zugabe wesentlichen Einfluss auf die Gesamtmischzeit. Lödige bietet diverse Varianten der Flüssigkeitszugabe an. Die jeweils optimale Lösung richtet sich nach den anwendungs- und rezepturspezifischen Lösungen.

Mischprozess näher betrachtet

Wie ein solcher Mischprozess in der Praxis aussieht, zeigt ein Beispiel: Die Produktionsaufgabe besteht in der Herstellung eines Protein-Shakes als Sportler-Nahrung. Der Shake setzt sich zusammen aus zirka 50 verschiedenen Pulver-Komponenten mit prozentualen Anteilen zwischen 0,001 und 45 Prozent sowie aus zirka 2 bis 3 Prozent Flüssigkeiten. In einem Lödige-Mischer FKM4200DR beträgt die reine Mischzeit für eine 1.500-kg-Charge ohne Beschicken und Entleeren insgesamt fünf bis sechs Minuten. Je nach Grad der Automatisierung sind somit vier bis fünf Chargen pro Stunde realistisch, was in diesem Fall einer Produktionsleistung von rund 5 bis 7 t/h entspricht.

Besondere Anforderungen erfüllen

Exzellente Mischhomogenitäten bei über 50 Einzelkomponenten und unter pharmazeutischen Hygienestandards stellen ganz besondere Anforderungen an die eingesetzte Mischtechnik. Der Pflugscharmischer von Lödige bietet hier eine praktikable und leistungsfähige Lösung für alle branchenüblichen Chargengrößen.