Nach Filtrationsbeginn ist die Ubergangsphase durch langsames Anwachsen von Kolloidablagerungen auf der Innenflache der Membra- nen klar erkennbar (Abb. 2 u. 3), bis ein stationarer Zustand erreicht wird (Abb. 4). Hierbei sind die Ablagerungen trotz hoher Wassergehalte durch Abwesenheit von Signal (dunkel) von der membranparallelen Stromung zu unterscheiden, in der paradoxe Signalverstarkung auftritt (hell).

Porositat und Permeabilitat sowie reversibles (!) Kompressionsverhal- ten der bis zu 120 pm Dicke anwachsenden Ablagerungen werden durch diese Methode quantifizierbar.

Die Reinigung der Module erfolgt am wirkungsvollsten durch Ruck- spiilung von Permeat (Backflushing) und gleichzeitige Verstarkung der membranparallelen Stromung.

92

AngepaBte Lebensmittel: Der Stand der Forschung, Entwicklung und Produktion

Dr. J. Loliger, Nestec AG, Forschungszentrum, Postfach 26, CH-1000 Lausanne 26.

Die Lebensmittelverfahrenstechnik ist ein komplexes Zusammenspiel von sehr verschiedenartigen naturwissenschaftlichen und ingenieunvissen- schaftlichen Disziplinen. Die Zusammenarbeit von Spezialisten natunvis- senschaftlicher und der ingenieunvissenschaftlicher Orientierung erlaubt cs, die modcrnen Kenntnisse der Lebensmittelwissenschaft in die moder- nen Produkte der Lebensmittel-Industrie einzubauen.

Friiher wurden die Akzente der Lebensmittelwissenschaft,vor allem auf dem Gebiet der extensiven analytischen Beschreibung von Lebensmittel- umwandlungen wahrend der ProzeBfuhrung gesucht. Es wurde dabei crreicht, daB einzelne hochspezialisierte Verfahren entwickelt wurden, die aber dann kaum zu einem wirtschaftlichen Durchbruch fiihrten. An den Beispielen von MiBerfolgen der Arbeiten rnit SCP (Single Cell Protein) auf Basis von Erdolprodukten und dem Einsatz von ionisierender Strahlung bei der Entkeimung von Lebensmitteln ist ersichtlich, daB ein integrierter Ansatz von ausschlaggebender Bedeutung ist: Gute wissen- schaftliche Resultate sind auch im Bereich der Lebensmittel-Industrie,wie in den meisten anderen Gebieten industrieller Aktivitaten, nur einTeil der notwendigen Elemente, die bei der Entwicklung neuer Produkte zum Erfolg fuhren konnen.

Moderne Lebensmittel mit bleibendem Marktwert konnen dann aufge- baut werden, wenn Komponenten von Marketing (Marktforschung, Conveniency. Taste profile), Umweltbelastung, Rohmaterialien (Selek- tion, agronomische Erwagungen) und Produktion (Verfahren, Logistik, Abfallbeseitigung) mit der Innovation auf allen Ebenen zusammenspie- len.

Positive Ergebnisse konnen dann erreicht werden, wenn die beteiligten Partner als Arbeitsteams eingesetzt werden, die Synergismen erzeugen und Antagonismen auf ein Minimum reduzieren. Es wird anhand von vielen Beispielen aufgezeigt, was rnit diesem Vorgehen erreicht werden kann: - Die rudimentaren Angaben der nutritionellen Inhaltsstoffe von Lebens-

mitteln werden mehr und mehr durch ein neues Konzept, das ebenfalls die physiologische Funktion der Inhaltsstoffe beriicksichtigt, ersetzt. Es genugt deshalb nicht mehr, nur von der Zusammensetzung von Lebensmitteln zu sprechen. Es wird vielmehr notwendig, vom Beibe- halten der nutritionellen Eigenschaften eines Lebensmittels wahrend der Herstellung, Lagerung und dem Verzehr bis zur Verdauung zu sprechen.

- Lebensmittel auf der Basis von Sojabohnen beschranken sich in westlichen Landern im wesentlichen auf Sojaol. Die traditionellen Lander rnit ausgepragter Sojakultur haben aber unsere Industrien dazu gefiihrt, ein vollig neues Konzept der Verarbeitung zu entwickeln: Moderne Industrieanlagen im Dienste der Herstellung von Lebensmit- teln mit spezifisch ethnischer Pragung, die Bevolkerungsgruppen im ethnischen Heimland rnit ihren Lebensgewohnheiten ansprechen!

- Produkte auf Basis von Milch sind in verschiedenen Fallen derart spezialisiert worden, daR Enzymtechnologie und hochspezialisierte Trennverfahren eingesetzt werden.

- In der Entwicklung von Produkten im Bereich von Mayonnaisen hat sich gezeigt , daR der traditionellen Emulsionstechnologie rasch Gren-

zen gesetzt sind und nur rnit neuen Ansatzen die gewunschten Produkte rnit geringerem Fettanteil hergestellt werden konnen.

Mit diesen Beispielen sol1 gezeigt werden, daB das weite Gebiet der Lebensmittelherstellung und Umwandlung von Rohmaterialien in Lebensmittel die Beherrschung der Integration von weiten Wissensberei- chen benotigt. Es stehen noch viele neue faszinierende Entwicklungen vor uns, aber wie so oft in diesem traditionellen Bereich der Lebensmittel- Industrie werden wenig schlagartige und bleibende Erfolge auf der Ebene neuer revolutionarer Produkte envartet. Neue Technologien, angewandt im Bereich der Lebensmittelherstellung, konnen doch das Bild der Industrie sehr rasch und radikal andern.

Emulgieren in turbulenten Stromungen und durch Kavitation

Dipl.-Ing. Heike Karbstein (Vortragende) und Prof.-Ing. H . Schubert, Institut fur Lebensmittelverfahrenstechnik der Universitat Karlsruhe (TH), Kaiserstr. 12, 76128 Karlsruhe.

Beim Emulgieren werden die Tropfen der dispersen Phase in der Dispergierzone einer Emulgiermaschine aufgebrochen. Dabei entstehen kleinere Tropfen, deren Oberflachen unmittelbar nach dem Aufbruch nicht vollstandig durch Emulgatormolekiile belegt sind. Nicht ausreichend stabilisierte Tropfen konnen bei ZusammenstoBen rnit anderen Tropfen koaleszieren, wenn die Kollisionszeit so lang ist, daB die kontinuierliche Phase zwischen den kollidierenden Tropfen verdrangt werden kann (Filmdrainage). In der Dispergierzone ist die Kollisionszeit der Tropfen sehr kurz, die Filmdrainage kann daher nicht abgeschlossen werden. Erst hinter der Dispergierzone sind die Kollisionszeiten so lang, daB die Filmdrainage bis zu einem kritischen Wert fortschreiten und die Tropfen koaleszieren konnen.

Zur Herstellung von Emulsionen in turbulenten Stromungen werden hauptsachlich Kolloidmiihlen und Zahnkranz-Dispergiermaschinen mit unterschiedlichen Rotor-Stator-Systemen verwendet. Ferner werden Hochdruckhomogenisatoren mit verschiedenen Ventilgeometrien einge- setzt, bei denen zusatzlich die Kavitation zerkleinerungswirksam ist. Mit diesen drei marktublichen Emulgiermaschinen wurden Ol-in-Wasser- Emulsionen hergestellt und die Effektivitat der Tropfenzerkleinerung in Abhangigkeit von der Energiedichte (Energieeintrag pro dispergiertes Volumen) bestimmt.

Dazu wurde ein Emulgator eingesetzt, der Tropfenkoaleszenz verhin- dert und dadurch ermoglicht, das eigentliche Zerkleinerungsergebnis zu messen. Dieses wird hauptsachlich von der eingetragenen Energiedichte und der Viskositat der dispersen Phase bestimmt. Je hoher die Energ,ie- dichte, desto feiner werden die Tropfen zerkleinert. Hochviskose Ole lassen,sich bei gleicher Energiedichte schlechter zerkleinern als niedervis- kose Ole.

Im Gegensatz zur Feststoffzerkleinerung in flussiger Phase hat der Volumenanteil der dispersen Phase keinen EinfluB auf die Effektivitat der Tropfenzerkleinerung in flussiger Phase. Auch die Viskositat der konti- nuierlichen Phase ist bei gleicher Energiedichte von untergeordneter Bedeutung. Der Olanteil der Emulsionen und die Viskositat der kontinu- ierlicher Phase bestimmen aber bei selbstfordernden Emulgiermaschinen die maximal eintragbare Energiedichte und damit die erzielbare Tropfen- feinheit . Die Art des Energieeintrages (Geometrie des Dispergiersystems) beeinfluBt nur bei Hochdruckhomogenisatoren, nicht aber bei verzahnten Kolloidmuhlen und Zahnkranz-Dispergiermaschinen die Dispersitat der bei gleicher Energiedichte hergestellten Emulsionen.

Wenn der gewahlte Emulgator die aufgebrochenenTropfen nicht schnell genug stabilisiert, wird das Emulgierergebnis nicht nur durch dieTropfen- zerkleinerung, sondern auch durch die Koaleszenz der aufgebrochenen Tropfen bestimmt. Die Koaleszenzhaufigkeit hangt von der Grenzflachen- Besetzungskinetik des Emulgators, dem Volumenanteil der dispersen Phase, den Stromungsbedingungen in den Anlagenteilen hinter der Dispergierzone, den FlieBeigenschaften der Emulsionen und dem Zeta- potential der Oltropfen ab. Bei niedriger Koaleszenzhaufigkeit bestimmt vor allem die Tropfenzerkleinerung das Emulgierergebnis.

Die zur Produktion von feindispersen Emulsionen notwendigen hohen Energiedichten konnen bei niederviskosen Produkten nur mit Hoch-

(:hem.-1ng.-Tech. 66 (1994) Nr. 9, S. 1165-1276 1215