Vereinigen von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen Flashcards
Was ist Mischen, Ziel und Arten von Gemischen
- mechanisches Verfahren zur Stoffvereinigung
Ziel aller Mischverfahren:
Vereinigung von verschiedenartigen Stoffen (Größe, Aggregatzustand) zu einem Gemisch vollkommener Gleichverteilung
● Flüssigkeitsgemische (Emulsionen, z.B. Milch)
● Flüssigkeits-Feststoffgemische (Suspensionen, z.B. Pasten, Teige)
● Flüssigkeits-Gasgemische (Schäume, z.B. Schlagsahne, Eiscreme)
● Feststoffgemische (Pulver, z.B. Kartoffelpüreegranulat)
Überblick über Mischverfahren (9)
- Rühren
- Kneten
- Statisches Mischen
- Trockenmischen
- Schaumbildungsprozesse
- Emulgieren
- Homogenisieren
- Agglomerieren
- Granulieren
Was ist Rühren, was wird dabei als Kraft verwendet
Verfahren, bei dem Flüssigkeiten miteinander vermischt werden oder gasförmige Stoffe in Flüssigkeiten dispergiert werden
-> Mischung der Komponenten durch Strömungskräfte
Wodurch entstehen Strömungskräfte und was ist alles abhängig von der Rührströmung
Strömungskräfte entstehen durch die Rührströmung, die vom rotierenden Rührorgan erzeugt wird
Abhängigkeit der Rührströmung:
● Rührerform
● Bewegungsform des Rührers
● Viskosität der Flüssigkeit
● Relativgeschwindigkeit zwischen Rührer und Flüssigkeit bzw. Masse
Komponenten (3) einer Rührwerksanlage
Was entscheidet über den Einsatz eines bestimmten Rührers
Komponenten:
- Rührgefäß
- Rührer
- Rührerantrieb
Art des Rührers richtet sich nach
-> Viskosität
2 Rührer pro Viskosität (niedrig, mittel, hoch)
niedrig (< 1 Pa s):
- Scheibenrührer
- Propellerrührer
mittel (0.5 - 5 Pa s):
- Gitterrührer
- Blattrührer
hoch (bis 100 Pa s):
- Ankerrührer
- Wendelrührer
Welche Rührströmungen gibt es (3)
axial
radial
dynamisch radial
Aufbau eines statischen Mischers (kontinuierliches Mischen)
Mischvorgang durch Bewegungsenergie strömender Flüssigkeiten durch Umlenkung, Verteilung und turbulente Verwirbelung in einem Mischrohr mit feststehenden Einbauten (oder einem anderen unbeweglichen Mischorgan
Was ist der spezifische Leistungseintrag (P)
-> Rührleistung wird durch die dimensionslose Newton-Kennzahl (Ne) bezeichnet
Rührleistung (P) und Newton-Kennzahl (Ne) in Abhängigkeit
Ne ist von der Reynoldszahl (Re M) abhängig, die für das Mischen von Büsche modifiziert wurde
Wozu dient die Reynoldszahl (Re M) beim Mischen
-> Kriterium für die Form der Rührströmung
● Laminarströmung: ReM < 30
● Übergangsströmung: ReM = 30 - 100.000
● Turbulente Strömung: ReM > 100.000
Was gilt für die Anlaufleistung (P A)
Die Anlaufleistung PA ist größer als die Betriebsleistung
Was ist die Durchmischungszahl (C)
-> wovon ist sie abhängig
- Durchmischungszahl (C) ist eine dimensionslose Kennzahl
- mit zunehmender Drehzahl nimmt die Rührzeit ab
-> C ist von Re abhängig und erreicht in einem optimalen Re-Bereich ein Minimum
Was ist das Kneten
Was kann dabei stattfinden
Was erzeugt die hohen Scherkräfte
- Mischverfahren, bei dem die zu verarbeitenden Komponenten des Mischgutes in hochviskoser, plastischer oder pastöser Form vorliegen
- es kann Feststoffzerkleinerung stattfinden
- hohe Scherkräfte durch Knetorgane (Schaufeln, Schnecken)
Worunter arbeiten die meisten Knetapparate und was entsteht unter Reibungswärme
Meisten Knetapparate arbeiten unter Atmosphärendruck
-> Scherbeanspruchung führt zu starker Reibungswärme
Wovon hängt die Newton-Kennzahl bei plastischen Massen ab (2)
bei plastischen Massen hängt Ne K nicht nur von der Re M ab, sondern auch von der Knetgutkennzahl K M
Wie funktioniert der Schaufelkneter und welche Arten (3) gibt es
Schaufelkneterarten:
● Mulden- u. Doppelmuldenkneter
● Innenmischer
● Planetenkneter
- arbeitet diskontinuierlich
- Taktzeit hängt vom Knetgut ab
Welcher Kneter arbeitet kontinuierlich
Schneckenkneter
Prozessstufen der Brot- und Backwarenherstellung (7)
- Vorbereiten (Messen, Sieben, Temperieren , Lösen)
- Vorteig-Sauerteig
- Teigbereitung (Mischen, Kneten, Entwickeln)
- Teigruhe
- Aufarbeitung (Portionieren, Formgebung, Wirken)
- Stück- bzw. Endgare
- Backen
3 Phasen der Teigbereitung
- Mischen
- Quellphase
- Teigbildungsphase
Bedeutung des Knetens
- Beginn und Förderung verschiedener Mikroprozesse
- Knettoleranz: Zeitdauer der Überknetung, die ein Teig ohne Folgemängel erdulden kann
- Volumenausbeute wird mit zunehmender Drehzahl des Knetwerkzeuges größer, verbunden mit einer abnehmenden Knettoleranz
- Anstieg des Ofentriebes, einer feineren Porung und einer besseren Krustenbildung
Wasserbindung im Teig bei Teigbildung und Abbacken
- Wasserbindung ist qualitätsbestimmender Faktor der Mehle
- zeitliche Veränderung der Wasserbindung resultiert aus…
… Größe
… Struktur
… Benetzbarkeit der Teilchen
… unterschiedlichen Enzymaktivitäten
… chemisch aktiven Verbindungen - bei steigender Temperatur
-> denaturieren Proteine und geben dabei Wasser ab
-> quillt Stärke und verkleistert, d.h. nimmt mehr Wasser auf
Beeinflussung der Knetzeit (10)
◼ Mehlqualität
◼ Kleberstarke Mehle sind länger zu kneten als kleberschwache Mehle
◼ Zusätze
◼ Teigfestigkeit
◼ Knetwirkung erhöht sich mit zunehmender Teigfestigkeit
◼ Teigtemperatur
◼ Knetgeschwindigkeit
◼ Konstruktion des Kneters, Motorleistung des Kneters
◼ Teigmenge
◼ Energiebedarf abhängig von den Teigeigenschaften
Wodurch nimmt Teigerwärmung zu
Warum ist die Teigtemperatur entscheidend
Was beeinflusst die Temperatur
Steigende Teigerwärmung durch
- Intensität der Knetung
- Dauer der Knetung
Teigtemperatur entscheidend für Scherung der:
- Quell- und Lösungsprozesse
- enzymatische Prozesse
- mikrobiologische Prozesse
-> Temperatur beeinflusst Teigreifung
Diskontinuierliche Knetsysteme für die Teigbereitung (von langsam zu schnell)
- Stoßhebelkneter 20 -30 min
- Intensivkneter 12 -14 min
- Doppelkonuskneter 8 -10 min
- Spiralkneter 6 - 8 min
- Wendelkneter 4 - 5 min
- Mixer < 2 min
Welche Produkte lassen sich durch Heißextrusion herstellen (10) (nicht alle können)
● Quellmehle (Backmittel)
● Karamell
● Krokant
● Paniermehl
● Kekse
● Frühstückscerealien
● Snackprodukte (Erdnussflips)
● Teigwaren (Nudeln)
● Süßwaren (Lakritze, Fruchtgummi, Schokolade)
● Trockenflachbrot
Was versteht man unter der Verkleisterung von Stärke
-> Stärkekörner platzen in heißem Wasser auf => können ein Vielfaches ihres Eigengewicht an Wasser binden
Was ist Trockenmischen
Mischung von Feststoffschüttungen:
-> körnige bis pulvrige Feststoffe zu einem möglichst gleichverteilten Gemenge gemischt (evtl. Zugabe von geringen Flüssigkeitsmengen)
-> Kennzeichen der Mischung: krümelige oder pulvrige Konsistenz
Kennzeichnungen einer Mischung
- Mischungsgrad
- Mischungszustand
Was passiert (kontraproduktiv) beim Trockenmischen und was folgt daraus
-> gleichzeitiges Entmischen:
=> Zustand der idealen Gleichverteilung (M=1) nicht erreichbar
=> Gleichgewicht zwischen Mischen und Entmischen bei M < 1
Geräte zum Trockenmischen
mechanische Mischer:
- statische Mischer (Schwerkraftmischer -> Silos)
- dynamische Mischer (z.B. Trommelmischer)
pneumatische Mischer (z.B. Wirbelschichtmischer)
Probleme (4) beim Mischen von Gewürzpulvern
- schlechtes Fließverhalten feinzerkleinerter Gewürzpulver
- Kohäsivität (z.B. durch zeitabhängige Verdichtungsvorgänge)
- Verklumpung durch Flüssigkeitsbrücken zwischen den Partikeln
-> ätherische Öle als Bindemittel
Warum Kornvergrößerung und was sind die Ziele
-> Weiterverarbeitungseigenschaften oder Endprodukteigenschaften erfordert oft, dass feinkörnige oder pulvrige Feststoffe zu größeren Stück-Zusammenballungen vereinigt werden
Ziele:
- Bindung von Stäuben
- Verbesserung der Rehydratisierbarkeit (z.B. Instantpulver)
Welche Arten der Kornvergrößerung gibt es
- Granulieren:
Bindung von Körnchen aus einem pulverförmigen Gemisch durch Zugabe von Flüssigkeit und mechanische Bearbeitung
-> Pressgranulation, Mischgranulation - Agglomerieren:
Zusammenballung einzelner Pulverpartikelchen unter Einwirkung von Feuchtigkeit ohne mechanische Einwirkung
-> Wirbelschichtagglomeration, Add-Back-Verfahren
Was ist Emulgieren
disperse Vermengung von zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten (Öl und Wasser) durch intensives Mischen (Rühren, Schlagen, statisches Mischen)
Einflussfaktoren (3) für den Emulsionstyp
- Emulgator
- Verhältnis der Phasenanteile
- Emulgiermethode
3 Phasen bei der Herstellung von Emulsionen
- Vorbereiten der Phasen
- Öllösliche Komponenten in der Ölphase mischen
- Wasserlösliche Komponenten in der Wasserphase mischen
- Phasen temperieren, ca. 2-4 °C oberhalb der höchstschmelzenden Komponenten - Emulgieren der Phasen
-> siehe andere Karten - Nachbehandeln der Emulsionen
- Hochdruck-Homogenisieren
- Pasteurisieren
- Kühlen
- Mechanische Nachbehandlung während des Kühlens
Welche diskontinuierliche Emulgationsverfahren gibt es
● die Wasserphase wird zur Ölphase gegeben
● die Ölphase wird zur Wasserphase gegeben
● Low-energy Methode
● alternierend die Öl- und Wasserphase zu einer wässerigen Emulgatorlösung geben
● Phaseninversion
Welche anderen Emulgationsverfahren gibt es neben dem diskontinuierlichen Emulgieren noch
- Alternierendes Verfahren:
● Emulgator wird in einem kleinem Teil der wässerigen Phase gelöst
● abwechselnd werden kleine Mengen an Öl und Wasser zugegeben
● besonders für Mayonnaisen mit einem hohen Ölanteil geeignet - Kontinuierliches Emulgieren:
● Zusammenführung der Phasen über Hochdruckdosierpumpen, eine Mischdüse oder über einen Rotor-Stator-Rührer (Kolloidmühle)
● Mischung zu einer Emulsion durch Turbulenz
● auch hier sind energiesparende Varianten möglich
Welche Wirkung haben Kolloidmühlen und durch welche Kräfte
-> dispergierende, tropfenzerkleinernde Wirkung
=> durch Scherkräfte im konischen Ringspalt, der durch Rotor und Stator gebildet wird
Was ist Homogenisieren (im engeren/weiteren Sinne)
-> Ziele der Hochdruck-Homogenisierung
- Im engeren Sinne: Verkleinerung der Tröpfchengröße in Emulsionen
- Im weiteren Sinne: Vereinheitlichen: allgemein durch Rühr- und Knetvorgänge erreichbar
Ziele der Hochdruck-Homogenisierung:
● Verkleinerung der Tröpfchengröße
● Einengung der polydispersen Teilchengrößenverteilung
Von welchen 3 Faktoren ist die Tropfenzerkleinerung abhängig
- Deformation (D) des Tröpfchens durch Scherbeanspruchung
- Aufbruchstabilität des Tröpfchens
- Verhältnis der Viskosität zwischen disperser und kontinuierlicher Phase
- Für welche Flüssigkeiten eignet sich die Hochdruckhomogenisierung
- Wodurch werden Kugeln deformiert
- Eignung: niedrigviskose Flüssigkeiten (z.B. Vollmilch)
- Deformation der Kugeln durch Scherkräfte und Kavitation
Zweistufige Homogenisierung:
- worin unterschieden sich die Stufen
- was folgt daraus
Unterschiedliche Stufen:
- Hochdruckhomogenisieren 100 - 350 bar
- Niederdruckhomogenisieren 5 - 30 bar
-> Anwendung nacheinander
=> Zerteilung der Agglomerate durch Niederdruckhomogenisieren
Was ist Kavitation
örtliche Dampfblasenbildung innerhalb der geförderten Flüssigkeit mit anschließender schlagartiger Implosion
Wie funktioniert die Kavitation und wann tritt sie verstärkt auf
- Ursachen: örtliche Unterdrücke durch bestimmte Strömungen, Verwirbelungen oder Ultraschallwellen:
● Gesetz von Bernoulli: je höher der dynamische Druck, desto geringer der statische Druck einer Flüssigkeit
● Fällt der statische Druck unter den Verdampfungsdruck der Flüssigkeit, bilden sich Dampfblasen
● Erneutes Ansteigen des statischen Drucks über den Dampfdruck führt zur Kondensation des Dampfes in den Hohlräumen -> die Dampfblasen kollabieren schlagartig
=> es treten extreme Druck- und Temperaturspitzen auf
=> Verstärktes Auftreten bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck
Schaumbildungsprozess:
- was ist es
- wodurch
- Dispergieren eines Gases (meist Luft) in einem Lebensmittel von flüssiger, pastenartiger oder teigiger Beschaffenheit
- Einarbeiten von Luft kann erfolgt je nach Beschaffenheit und Viskosität durch:
● Einschlagen (Schlagbesen mit vielen feinen Drähten)
● Injizieren (Einblasen unter Druck)
● Kneten
● Rühren
● Ziehen
Was sind Konservierungsstoffe
Stoffe, die Mikroorganismen abtöten können
Welche Maschinen sind für Margarineherstellung zuständig (4)
- Kratzkühler / Rohrkühler /Kombinator
- Kristallisator
Wodurch können Schäume stabilisiert werden + Beispiele
- proteinstabilisierte Schäume (z.B. Schaumzuckerwaren, Baiser)
- fettstabilisierte Schäume (z.B. Eiscreme, Schlagsahne)
Welche physikalischen Parameter beeinflussen die Koch-/Heißextrusion
◼ Mehl- bzw. Feststoffmenge
◼ Flüssigkeitsmenge
◼ Drehzahl
◼ Gehäusetemperierung
◼ Entlüftung bzw. Vakuum
◼ Produkttemperatur
◼ Produktfeuchte
◼ Produktdichte
◼ Schneckenfüllgrad
◼ Massendruck
◼ Düsendicke
