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Bestimmung der Fließeigenschaften kohäsiver, milchbasierter Pulver
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16624 BR
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2014
Fördersumme: 363.600 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Milchbasierte Pulver, wie Magermilch-, Molke- und Permeatpulver, oder auch Vendingpulver (Topping-Pulver, Kaffeeweisser) werden vielseitig in Lebensmittelapplikationen eingesetzt. Die hauptsächlich durch Sprühtrocknung als Halbfabrikat hergestellten milchbasierten Pulver sind während verschiedenen Förder-, Lager- und Dosierprozessen beim Hersteller wie auch beim Weiterverarbeiter verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt, welche das Handhabungsverhalten des Trockenmilcherzeugnisses beeinflussen. Milchbasierte Pulver besitzen aufgrund der enthaltenen klebrigen und hygroskopischen Substanzen kohäsive Eigenschaften und neigen zur Zeitverfestigung (Caking). Gerade das Problem der Zeitverfestigung in Form von Klumpenbildung bzw. vollständiger Verfestigung bei der Lagerung von Pulvern in gestapelten Säcken oder anderen Schüttgutbehältern bereitet den Herstellern milchbasierter Pulver aber auch den Anwendern große wirtschaftliche und technologische Probleme. Zudem werden in der industriellen Praxis häufig Silos, Dosiertrichter und andere Schüttgutbehälter nicht produktgerecht ausgelegt. Fließstörungen oder unregelmäßiger Fluss (Brücken- und Schachtbildung) durch Klumpen- oder Agglomeratbildung und daraus resultierende Produktionsverzögerungen und -ausfälle, Stillstände und Qualitätseinbußen sind die Folge. Die objektive Bestimmung der Fließeigenschaften von milchbasierten Pulvern in Abhängigkeit von stofflichen und prozesstechnischen Einflussgrößen zur Voraussage der Fließfähigkeit und Dosierbarkeit ist somit von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Klebrigkeit und Caking von milchbasierten Pulvern sowie die dazugehörigen Mechanismen und Einflussfaktoren sind in der Literatur weitgehend bekannt und verstanden. Die Ermittlung des sog. Klebrigkeitspunktes im Tg-Bereich (nicht mehr frei fließend) basiert jedoch lediglich auf empirischen Methoden, mit denen eine Quantifizierung der Fließeigenschaften nur bedingt angegeben werden kann. Aus dem Klebrigkeitspunkt können keine weitergehenden Schlussfolgerungen zur Fließfähigkeit gezogen werden, als die Aussage, ab welcher Temperatur und Produktfeuchte das Pulver in einen nicht fließfähigen, klebrigen Zustand übergeht. Das objektive Messen der Fließeigenschaften von Schüttgütern in Abhängigkeit des Spannungsniveaus, die Ermittlung der Wandreibung und Zeitverfestigung ist hingegen nur mit physikalisch begründeten und international anerkannten sowie genormten Scherversuchen realisierbar. Vorhandene Theorien und Methoden zur Auslegung technischer Anlagen und Apparate stützen sich stets auf die Ergebnisse von Scherversuchen. Die Bestimmung der Fließeigenschaften von milchbasierten Pulvern mit Hilfe von Schergeräten wurde in der internationalen Literatur bislang wenig berücksichtigt. Die Publikationen beschränken sich auf einige Milchpulver und Umweltbedingungen und belegen die Notwendigkeit weiteren Forschungsbedarfs. Insgesamt sind Aspekte, wie Zeitverfestigung, Wandreibung, das Pulverfließen unter geringen Spannungen sowie deren Zusammenhänge zu Prozess- und Lagerbedingungen, bislang nicht zielgerichtet und differenziert beantwortet worden, womit umfassendere, quantitative Rückschlüsse noch nicht möglich sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist deshalb die Quantifizierung des Fließverhaltens von milchbasierten Pulvern. Insbesondere durch objektiv auswertbare Scherversuche sollen die Parameter Fließgrenze, Zeitverfestigung, Wandreibung, Verdichtbarkeit und Abrieb ermittelt werden. Die Untersuchungen in Abhängigkeit von der Zeit und definierten Temperaturen und Feuchten sollen zur objektiven Beschreibung der Produktqualität führen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
