Forschung Nahrungsmittelverarbeitung

Shutterstock 107497553 Bernd Juergens

Die Berichte einer Reihe abgeschlossener Forschungsprojekte können bei der Geschäftsstelle angefordert werden.

Die folgenden Forschungsprojekte wurden seitens des Fachverbands verfolgt und im vergangenen Jahr beendet. Der Abschlussbericht kann bei der Geschäftsstelle (juliane.honisch@vdma.org) wowohl in der lang- als auch der Kurzfassungen angefordert werden.

F 091  AiF 19018 N

Trocknung bei  automatisierter Teigwarenherstellung
Die thermische Trocknung in Luftkanälen gehört zu den wirtschaftlich wichtigsten Konservierungsverfahren, auch in der Lebensmit-telindustrie. Der Trocknungsprozess senkt den Wassergehalt (i.d.R. zwischen 13 - 25 %) derart, dass die mangelnde Wasseraktivität das Wachstum verderbniserregender Mikroorganismen und Enzyme drastisch hemmt. Die Verringerung des Wassergehaltes bedingt jedoch strukturelle Schrumpfungserscheinungen und eine Veränderung des Stoff-, Impuls- und Energietransportes. Die Strukturmodifikation durch die Schrumpfung wirkt sich auf das Mundgefühl und folglich unmittelbar auf die Verbraucherakzeptanz der Produkte aus.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine fuzzy-basierte Prozessführungsstrategie für die automatisierte Trocknung am Beispiel von Teigwaren zu realisieren, welche Produktinho-mogenitäten detektieren und reduzieren bzw. beseitigen kann.
Es wurde ein Partikel-Modell zur mikroskaligen Modellierun entwickelt, das den Wärme- und Feuchtigkeitstransport sowie die Schrumpfung der Pasta berücksichtigt.

Weiterhin wurde ein im Rahmen von Vorar-beiten entwickeltes Fuzzy-System bezüglich seiner Adaption und Erweiterung zur lokal-stoffadaptiven Prozessführung überprüft und überarbeitet. Es erfolgte eine Anpassung der ausgangsseitigen Parameter, indem sowohl die Produktcharakterisierung entlang einer Messtrajektorie angepasst als auch eine lokale Einflussnahme mittels Aktorik (Düseneinstellungen) ergänzt wurden. Die Forschungsstellen konnten am Demonstrator abschließende Trocknungsversuche durchführen und das Trocknungsverhalten von Nudelplatten und Bandnudelnestern bewerten.

F087  AiF 18727 N
Texturierungsmechanismen bei der Nassextrusion

Die steigende Nachfrage nach Nahrungsproteinen infolge der wachsenden Weltbevölkerung und veränderter Ernährungsgewohnheiten erfordert neue lebensmitteltechnologische Konzepte für eine Deckung des nationalen und internationalen Bedarfs. Hierfür stellt der Einsatz pflanzlicher Proteine aus ökologischer und ernährungsphysiologischer Sicht eine sinnvolle Alternative zu tierischem Protein dar.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Korrelationen zwischen Rohstoffei-genschaften, Prozessführung und Struktur der Texturate. Ein besonderer Fokus lag dabei auf der Belastungshistorie im Schneckenbereich des Extruders und dem Strömungsverhalten in der Kühldüse, da hier die Verfestigung und Strukturbildung des Texturates erfolgt. Das Projekt stützte sich zur Untersuchung dieser Vorgänge auf experimentelle Untersuchungen, eine inverse Modellierung und numerische Simulation. Fragestellungen zum Strömungsprofil, der Rheologie der extrudierten Masse und zur Strukturbildung standen im Vordergrund.

In der numerischen Simulation wurde der Ein-fluss verschiedener Prozessparameter auf ver-schiedene Rohstoffe durch strömungsmechanische Simulationen erfasst und analysiert. Durch die mittels Druck- und Temperaturverläufen validierten Simulationen stehen lokale Informationen zu Scherraten, Viskositäten und Geschwindigkeitsverteilungen der Analyse und weiteren Optimierung zur Verfügung.  
Abschließend konnte ein Leitfaden für KMU entwickelt werden.

F089  AiF19011 N
Optimierung des Rührprozesses

Die thermische Prozessierung von Rezepturkomponenten zählt im Lebensmittelbereich zu den Grundverfahren, über die die Voraus-setzung für die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte geschaffen wird. Für Mischungen von Feststoffen in flüssigen Phasen erfolgt die Prozessierung vielfach im Rührbehälter. In diesem Zusammenhang erweist sich die Beschädigung von mechanisch empfindlichen, grobstückigen Partikeln, wie Früchten und Fruchtstücken, als problematisch. In der Konsequenz waren Einschränkungen bezüglich der Rezepturgestaltung gegeben. Fruchtzubereitungen mit mechanisch stark empfindlichen Komponenten wie Beeren oder geschnitte-ner Würfelware konnten nicht angeboten werden.  
Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, auf Basis charakteristischer Disper-sionsdaten und Prozesszustände die mechanische Schädigung von Fruchtstücken in Rührprozessen zu minimieren.
Das Optimierungskriterium war eine möglichst geringe Zerstörung der enthaltenen Partikeln unter gleichzeitiger Gewährleistung erwünschter thermischer Prozesse. Der Fokus des so geplanten Leitfadens sollte auf der Optimierung bereits im Einsatz befindlicher Rühr-apparate in unterschiedlichen Produktionsmaßstäben liegen.
Experimentell wurde ein transparenter, brechungsindexangepasster Versuchsaufbau entwickelt und damit Rührexperimente durchgeführt, mit denen ein aus der Industrie vorgegebenes Rührerdesign beispielhaft hinsichtlich induzierter lokaler Belastungsgrößen (Geschwindigkeitsbetrag sowie Scher- und Dehnrate) vermessen wurde. Mit diesen Daten wurde ein neuronales Netz trainiert und erfolgreich getestet, welches bei Vorgabe von Viskosität, Partikelanteil und Drehzahl die induzierten Belastungsgrößen vorhersagt.

F037   AiF 162 N
OptiDryBeef - qualitative Trockenreifung von Rindfleisch (dry aging)

Die trockene Rindfleischreifung, das sog. „dry aging“, erfährt in den letzten Jahren ein verstärktes Interesse bei den Verbrauchern und der Industrie. Hierbei wird Rindfleisch (meist Teile des Rückens) unter Zugang von Luftsauerstoff – anders als bei der Reifung unter Vakuum – gereift.
Im Rahmen des Vorhabens wurden die Prozessbedingungen, das sensorische Profil, der Einfluss von Rassen und Tierart, die Verkaufsverpackungen, die Verarbeitung der Abschnitte (Trockenrand), der mikrobiologischer Status (Verderbniserreger, Pathogene und Schimmelpilze) sowie der hygienische Zustand der Reifekammern nach der Trockenreifung untersucht. Dabei wurden die spezifischen Untersuchungen entsprechend  den Expertisen komplementär von den deutschen und belgischen Forschungsstellen durchgeführt.
Anhand der Ergebnisse lässt sich nunmehr eine Definition für den Prozess und die Reifeparameter der Trockenreifung formulieren, die an die Deutsche Lebensmittelbuchkommission zur Etablierung eines offiziellen Leitsatzes weitergeleitet werden kann.