W produkcji spożywczej uzyskanie jednolitej konsystencji produktu często wymaga czegoś więcej niż zwykłego mieszania. Gdy konieczne jest dokładne rozdrobnienie cząstek, połączenie faz o różnych właściwościach, zastosowanie znajduje młyn koloidalny. Urządzenie wykorzystuje intensywne siły ścinające powstające pomiędzy szybko obracającym się rotorem a nieruchomym statorem. W efekcie może w jednym procesie rozdrabniać, homogenizować, emulgować i dyspergować surowce. Jak dokładnie działa młyn koloidalny i dlaczego jest tak często stosowany w aplikacjach spożywczych?
Młyn koloidalny – co to za urządzenie?
Młyn koloidalny jest urządzeniem przeznaczonym przede wszystkim do obróbki materiałów płynnych, półpłynnych oraz produktów o podwyższonej lepkości. W przeciwieństwie do klasycznych młynów wykorzystywanych do suchego rozdrabniania surowców jego praca odbywa się najczęściej w środowisku ciekłym.
Podstawowym zadaniem urządzenia jest zmniejszenie wielkości cząstek znajdujących się w produkcie lub rozdrobnienie kropli jednej fazy rozproszonej w drugiej. Pozwala to uzyskać bardziej jednorodną strukturę oraz odpowiednią konsystencję gotowego produktu.
W przemyśle spożywczym rozwiązanie to znajduje zastosowanie między innymi podczas produkcji sosów, past, kremów, musztardy, nadzień, produktów na bazie tłuszczów oraz różnego rodzaju emulsji.
Jak działa młyn koloidalny?
Zasada pracy młyna koloidalnego opiera się na układzie rotor–stator. Rotor jest elementem obracającym się z dużą prędkością, natomiast stator pozostaje nieruchomy. Pomiędzy nimi znajduje się bardzo niewielka szczelina robocza, przez którą przepływa przetwarzany produkt.
Kiedy surowiec trafia do komory roboczej, zostaje skierowany w przestrzeń pomiędzy rotorem a statorem. Duża różnica prędkości powoduje powstawanie intensywnych sił ścinających. Produkt poddawany jest jednocześnie działaniu tarcia, turbulencji oraz oddziaływań mechanicznych.
To właśnie w tej niewielkiej przestrzeni zachodzi właściwy proces rozdrabniania i homogenizacji. Cząstki lub krople obecne w produkcie zostają rozbite na mniejsze elementy, a następnie równomiernie rozprowadzone w całej masie. W zależności od konstrukcji urządzenia i parametrów procesu materiał może przechodzić przez młyn jeden raz albo być zawracany do ponownej obróbki.
Rotor i stator – serce młyna koloidalnego
Najważniejszymi elementami wpływającymi na sposób działania młyna są rotor i stator. Ich powierzchnie robocze mogą mieć odpowiednio zaprojektowane rowki, zęby lub kanały. Geometria tych elementów dobierana jest do rodzaju produktu oraz oczekiwanego efektu technologicznego.
Rotor obraca się wewnątrz statora bez bezpośredniego kontaktu obu elementów. Pomiędzy powierzchniami pozostaje szczelina robocza. Produkt przepływający przez tę przestrzeń podlega bardzo intensywnemu oddziaływaniu mechanicznemu.
W praktyce oznacza to, że młyn koloidalny nie rozdrabnia produktu poprzez klasyczne zgniatanie pomiędzy stykającymi się elementami. Kluczowe znaczenie mają przede wszystkim duża prędkość względna powierzchni roboczych oraz wąska przestrzeń pomiędzy nimi. Producenci młynów koloidalnych opisują działające w tej strefie mechanizmy jako połączenie ścinania, tarcia, uderzeń, ściskania i oddziaływań hydraulicznych.
Co dzieje się z produktem wewnątrz młyna koloidalnego?
Proces rozpoczyna się od doprowadzenia produktu do komory roboczej. Surowiec może trafiać do urządzenia grawitacyjnie lub być podawany przy wykorzystaniu odpowiedniego układu pompowego.
Następnie materiał trafia w obszar szybko obracającego się rotora. Ruch elementu roboczego wymusza intensywne przemieszczanie produktu i kieruje go w stronę szczeliny pomiędzy rotorem a statorem.
W momencie przechodzenia przez szczelinę materiał zostaje poddany silnemu ścinaniu. Większe cząstki są rozdrabniane, skupiska cząstek mogą ulegać rozbijaniu, a krople jednej fazy rozproszonej w drugiej zostają zmniejszone i równomierniej rozprowadzone.
Po przejściu przez strefę roboczą produkt opuszcza młyn jako bardziej jednorodna masa. Ostateczny efekt zależy jednak nie tylko od samego urządzenia, ale również od właściwości surowca, temperatury, lepkości, prędkości rotora, przepływu oraz ustawienia szczeliny.