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Sep 25, 2023

Hochpräzise Dosierung trockener Zutaten für Nassfutteranwendungen für Haustiere

Automatisierte Materialhandhabungsmethoden verbessern die allgemeine Sicherheit von Tiernahrung erheblich.

Automatisierte Materialhandhabungsmethoden verbessern die allgemeine Sicherheit von Tiernahrung erheblich.

Der weltweite Verkauf von Nassfutter für Haustiere ist in jüngster Zeit gestiegen, was auf den zunehmenden Trend zum Besitz von Katzen und kleinen Hunden durch Millennials, Generation Z und Babyboomer zurückzuführen ist. Beispielsweise können kleinere Hunde mit Nassfutter günstiger ernährt werden als große Hunde. Darüber hinaus hat die Katzenhaltung weltweit zugenommen, wobei die Haltung in den asiatischen und panpazifischen Märkten deutlich zugenommen hat. Die zusätzlichen Tiernahrungstrends der Humanisierung von Tiernahrung (einschließlich der Verwendung pflanzlicher Proteine), getreidefreier und maßgeschneiderter Rezepturen mit Premium-Zutaten stellen allesamt zusätzliche Herausforderungen für Hersteller von Nassfutter für Haustiere dar.

Die genaue und automatisierte Zugabe trockener Zutaten, einschließlich Haupt-, Neben- und Mikrozutaten, zum Nassfutterprozess für Haustiere ist entscheidend für die Aufrechterhaltung niedriger Gesamtkosten hochwertiger Zutaten, eine verbesserte Produktqualität und eine allgemeine Prozesseffizienz. Darüber hinaus eliminieren automatisierte Materialhandhabungsmethoden wie pneumatischer Transfer und automatische Ausgabe die typischen manuellen Schritte und verbessern die Gesamtsicherheit von Tiernahrungsprodukten erheblich.

Die Zugabe trockener Zutaten zum Nassfutterprozess für Haustiere erfolgt typischerweise in der Anfangsphase, vor den Schritten des Mischens und Mahlens. Majors, Minors und Micros können aus einer Vielzahl von Quellen zugeführt werden, darunter Kisten oder Fässer, Sackaufreißstationen oder Entladevorrichtungen für Großsäcke/Supersäcke. Nach dem Austrag aus diesen Verfahren werden sie typischerweise einer hochpräzisen Dosiermethode zugeführt, entweder über Gewichtsabnahme oder Gewichtszunahme für eine genaue Dosierung der Zutaten, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Beispielhaftes Prozessdiagramm für die Herstellung von Nassfutter für Haustiere.

Die korrekte und automatisierte Dosierung der Zutaten stellt sicher, dass die Produktqualität erhalten bleibt, und verleiht der Linie gleichzeitig zusätzliche Flexibilität für verschiedene Rezepte. Bei dieser Dosiermethode werden die dosierten Zutaten dann pneumatisch in einen Auffangbehälter überführt und direkt in den oder die Mischer darunter abgegeben. Nach dem Mischen und Mahlen wird das Produkt normalerweise mit Dampf gekocht (auch als „Kill-Schritt“ bekannt).

Abbildung 2: Coperion K-Tron Side Access Filter Receiver

um die Produktsicherheit zu gewährleisten. Im Anschluss an den Kochschritt wird dem Produkt neben weiteren Zutaten wie Gemüse auch die Soße oder das Gelee zugesetzt. Zu den letzten Schritten gehören das Einmachen, Sterilisieren und Verpacken. Es ist wichtig zu beachten, dass die Herstellung der Soße oder Soße auch die Dosierung der trockenen Zutaten umfassen kann. Die präzise und automatisierte Dosierung dieser Zutaten erfolgt oft auch durch die unten beschriebenen Transfer- und Dosiermethoden.

Die Ankunft und der Transport von Haupt-, Neben- und Mikrozutaten zu einer Nassfutteranlage für Haustiere kann eine Reihe unterschiedlicher Arten von Fördersystemen umfassen. Die Art der Übertragung der Zutaten hängt von einer Vielzahl von Prozessparametern ab, darunter Materialeigenschaften, die zu übertragende Entfernung, die erforderliche Übertragungsgeschwindigkeit und die Art des Behälters, in dem die Zutat ursprünglich aufgenommen wurde. SPS-Systeme mit Rezeptursteuerung für mehrere Zutaten können problemlos in dieses Transfersystem integriert werden, um eine maximale Flexibilität des Systems zu ermöglichen.

Abhängig von den benötigten Mengen sind Kartons, Säcke, Großsäcke oder Supersäcke mögliche Lieferquellen für die Zutaten. Für den Transport dieser Inhaltsstoffe in allen Prozessschritten können pneumatische Fördersysteme eingesetzt werden, wobei entweder Über- oder Unterdruck-Dünnphasenförderung zum Einsatz kommt. Überdruckförderanlagen werden typischerweise für den Transport von Schüttgütern über weite Strecken und mit hohen Durchsätzen eingesetzt. Zu den Anwendungen, die eine Druckförderung beinhalten, gehört häufig das Be- und Entladen von großvolumigen Behältern wie Schüttgutsäcken

Umgekehrt werden Vakuumsysteme (Unterdruck) häufig für geringere Volumina und kürzere Distanzen eingesetzt. Einer der Vorteile von Vakuumsystemen ist die durch das Vakuumgebläse erzeugte Absaugung nach innen und die Reduzierung jeglicher Staubleckage nach außen. Dies ist einer der Gründe, warum Vakuumsysteme häufig in Anwendungen mit höheren Hygieneanforderungen oder zur Staubeindämmung eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil von Vakuumsystemen ist der einfache Aufbau für mehrere Aufnahmepunkte. Es ist jedoch zu beachten, dass die mit einem Vakuumsystem möglichen Abstände und Durchsätze aufgrund des endlichen Vakuumniveaus, das erzeugt werden kann, begrenzt sind.

Ein kontinuierliches Vakuumsystem nutzt eine kontinuierliche Vakuumquelle und einen Filterbehälter (Abbildung 2) mit einem Drehventil darunter, um das Vakuum im Behälter bei gleichzeitig konstanter Leistung aufrechtzuerhalten. In einem Vakuum-Sequenzierungssystem ist der Vakuumbehälter mit einem Auslassventil ausgestattet. Im geschlossenen Zustand fördert das System das Material bis zum Erreichen einer voreingestellten Zeit oder eines voreingestellten Füllstands. Sobald der Behälter voll ist oder die Zeit abgelaufen ist, wird das Vakuum unterbrochen und das Auslassventil am Behälter öffnet sich und gibt das Material ab. Bei den Sequencing-Receivern wird während dieser Entladung ein Luftstoß durch die Filter im Receiver geblasen, um Materialansammlungen auf den Filtermedien zu vermeiden und die Fördereffizienz zu optimieren. Der Prozess wird sequenziert und wiederholt, bis die angegebene Menge an den unten stehenden Prozess abgegeben wird, beispielsweise an die in Abbildung 1 gezeigten Mischer.

Es ist wichtig zu beachten, dass Vakuum-Sequenzierungssysteme in der Regel eine größere Vielseitigkeit bei der Produktaufnahme und -bestimmung ermöglichen und je nach den Anforderungen des nachgelagerten Prozesses häufig auch eine einzige Vakuumquelle für mehrere Empfänger nutzen können.

Nach dem Transfer von der Materialquelle werden die Zutaten in der Regel an die Dosierstation geliefert. Diese Station kann volumetrische Dosiergeräte wie Schneckendosierer oder Ventile umfassen, die das Produkt auf Wägezellen in einen Trichter fördern. Diese Methode wird als Gain-in-Weight (GIW)-Batching bezeichnet. Alternativ kann die Station gravimetrische Zuführgeräte wie Schnecken- oder Vibrationsdosierer umfassen, die auf Wägezellen oder Waagen montiert sind und das Produkt mittels Loss-in-Weight-Zufuhr (LIW) in den Prozess einspeisen. Wie unten dargelegt, können in einigen Fällen, in denen kleine Mengen an Mikrozutaten für eine Gesamtcharge benötigt werden, beide Methoden kombiniert werden: LIW-Zuführungen für die Mikro- und Kleinstzutaten und GIW-Dosierer für die Hauptzutaten.

Abbildung 3: Coperion K-Tron Scale Hopper mit Aeropass-Ventil oben

Bei der GIW-Chargendosierung führen volumetrische Dosiergeräte nacheinander mehrere Zutaten in einen auf Wägezellen montierten Sammeltrichter ein. Jeder Dosierer liefert etwa 90 % des Zutatengewichts mit hoher Geschwindigkeit und verlangsamt sich gegen Ende des Zyklus, um die letzten 10 % mit reduzierter Geschwindigkeit zu liefern, um eine höhere Genauigkeit zu gewährleisten. Der GIW-Controller überwacht das Gewicht jeder Zutat und signalisiert jedem volumetrischen Dosierer, die Geschwindigkeit zu starten, zu erhöhen oder zu verringern oder entsprechend zu stoppen. Sobald alle Zutaten geliefert wurden, ist die Charge fertig und die Mischung wird in den darunter liegenden Prozess abgeführt. Es ist zu beachten, dass diese Art der Dosierungsmethode für jede Zutat sequentiell erfolgt und daher im Allgemeinen zu einer längeren Gesamtchargenzeit führt als die LIW-Chargung (siehe unten), wenn die Anzahl der Zutaten hoch ist.

Wenn es bei der Chargenzuteilung großer Zutaten erforderlich ist, dass eine einzelne Zutat an mehrere Stationen oder mehrere Zutaten an einen einzigen Bestimmungsort geliefert werden müssen, können Waagentrichter mit speziellen Aeropass™-Ventilen verwendet werden, die über dem Waagetrichter montiert sind. Nachdem das fluidisierte Material aus einer Quelle wie einem Silo oder einem Big-Bag abgegeben wurde, fällt es typischerweise durch eine Zellradschleuse und durch einen Sieb (falls erforderlich) und wird dann durch eine weitere Zellradschleuse in die Förderleitung dosiert. Sobald es sich in der Förderleitung befindet, wird es zum Aeropass-Ventil transportiert, das sich über einem Waagentrichter befindet, wie in Abbildung 3 dargestellt. Waagentrichter sind Aufnahmetrichter, die an Wägezellen zum Wiegen der Zutatenchargen aufgehängt sind. Das Material verbleibt im Wägebehälter, bis das genaue Gewicht und/oder die Materialkombination erreicht ist. Mit dem Waagenwägesystem sind Wägegenauigkeiten von +/- 0,5 % der vollen Waagenkapazität zu erwarten. Sobald das gewünschte Gewicht erreicht ist, fordert der Mischer Material an, eine Drosselklappe öffnet sich und das Material im Wiegebehälter wird ausgetragen.

Abbildung 4: Ein Gewichtszunahme-Dosiersystem von Coperion K-Tron in einer Lebensmittelanwendung

Die LIW-Chargenherstellung mit hochpräzisen Schneckendosierern, wie sie in Abbildung 4 dargestellt sind, bietet einen erheblichen Genauigkeits- und Prozesszeitvorteil gegenüber herkömmlichen GIW-Chargentechniken. LIW-Chargen werden verwendet, wenn die Genauigkeit der einzelnen Zutatengewichte in der fertigen Charge entscheidend ist oder wenn die Chargenzykluszeiten sehr kurz sein müssen. Gravimetrische Dosierer, die im Batch-Modus arbeiten, führen gleichzeitig mehrere Zutaten in einen Sammeltrichter. Die Einstellung der Liefergeschwindigkeit (Ein/Aus, schnell/langsam) erfolgt über die LIW-Zufuhrsteuerungen und die kleineren Wiegesysteme liefern hochpräzise Chargen für jede Zutat. Sobald alle Zutaten geliefert wurden, ist die Charge fertig und die Mischung wird an den untenstehenden Prozess übergeben. Da alle Zutaten gleichzeitig geliefert werden, werden die Gesamtchargenzeit sowie die weiteren Verarbeitungszeiten nachgelagert erheblich verkürzt. Diese Dosiermethode wird häufig für hochwertige Zutaten verwendet, da sowohl deren Gewicht in der Mischung als auch die Kosten der Zutaten sehr genau sein müssen.

Wie in Abbildung 5 dargestellt, wird beim LIW-Chargenprozess die tatsächliche Produktmenge, die den Dosierer verlässt, durch Messung der Differenz oder des Gewichtsverlusts bestimmt. Wie beim GIW-Chargen werden die ersten 90 % des Chargengewichts (wie im vorprogrammierten Rezept festgelegt) mit hoher Geschwindigkeit von den Förderschnecken zugeführt. Die letzten 10 % werden in einem langsameren „Dribbelmodus“ zugeführt, um ein genaues Chargengewicht zu gewährleisten und Genauigkeiten von ± 0,1 % des gewünschten Sollwerts zu erreichen. In diesem Beispiel nutzt das Coperion K-Tron Control Module (KCM) die LIW Batcher-Steuerungssoftware zur Regulierung der Liefergeschwindigkeit (Ein/Aus, schnell/langsam) und bietet außerdem die Möglichkeit, Chargensollwerte basierend auf den Verpackungsanforderungen schnell zu ändern jedes Produkt.

Abbildung 5: Dosierung mit Gewichtsabnahme (links) vs. Dosierung mit Gewichtszunahme (rechts)

Die gravimetrischen Dosierer von Coperion K-Tron verfügen über digitale Wägezellen, um das Gewicht der Zutat, die dem darunter liegenden Prozess zugeführt wird, kontinuierlich zu messen. Die LIW-Zufuhr bietet umfassende Materialhandhabungsfähigkeiten und zeichnet sich daher durch die Zufuhr einer breiten Palette von Materialien von niedrigen bis hohen Raten aus.

Alle LIW-Dosierer von Coperion K-Tron nutzen die patentierte digitale Wägezellentechnologie Smart Force Transducer (SFT). Diese Technologie hat eine Auflösung von 1:8.000.000 in 20 ms und umfasst Vibrationsfilterung und Temperaturkompensation, die eine sekundengenaue Steuerung des Feeders mit beispiellosen Leistungsniveaus ermöglichen.

Weitere Informationen und Anwendungsinformationen zu Extrusion, Zuführung und Materialhandhabung für alle Tiernahrungs- und Haustierleckerli-Prozesse finden Sie unter www.coperion.com/petfood.