Experimentelle Lebensmitteltechnologie Uni Kiel

-Einstoff-Druckdüsen-Zerstäubung: die Flüssigkeit wird über die eine Düse eingebracht
-Zweistoffdüsenzerstäubung: Flüssigkeit und Luft wird über zwei Düsen eingeführt
-Tropfenerzeugung mittels Scheibe
-Zentrifugalzerstäubung: zentrale Suspensionsaufgabe in ein rotierendes Rad, Austritt an der Peripherie und Zerfall in Tröpfchen
-Zyklon: Prinzip= Abtrennung von Partikeln mittels Zentrifugalkraft
-Labor= Sprühtrockner Mobile Minor mit Zerstäuberscheibe

Bei Problemen wie schlechten Fließeigenschaften, Verklumpung während der Lagerung
-hygroskopische Produkte wie fruchtpulver, Meersalz, Milchpulver
-Probleme entstehen durch Flüssigkeitsbrücken zwischen den einzelnen Teilchen und ungleichmäßige Oberfläche der Teilchen
Eigenschaften von Rieselhilfsmitteln
-hohe Saugfähigkeit (Wassr, Öl)
Abstandshalter---> gute Fließfähigkeit
-geringe Partikelgröße
-synthetische Kieselsäure (Siliciumoxid, E551) in Gaben von 0,1-1%

-Abtrennung von Flüssigkeit aus Feststoff-Flüßigkeitssystem durch verdunstung oder Ausdampfen
Thermischer Trocknungsprozess:
-Wärmeübertragung von der Umgebung auf das Produkt
2. Phasenumwandlung des Lösungsmittels
3. Abtransport des Lösungsmitteldampfes
--> konvektive Trocknung (Gasstrom)
--->Kontakttrrocknung
--> Strahlentrocknung (elektromagnetische Wellen)

-Konvektionstrocknung
-Wärme über Luft auf das Gut übertragen--> Wasser verdampft
-Luft nimmt den Wasserdampf auf---> Verdunstungskühlung
--> Diffusion des Wasserdampfes in die Luft über Druckgefälle
-Eintrittstemperatur der Trockenluft: 170-250°C
-Austrittstemperatur: 75-95°C
-Produkt unter 100°C
_Schnelle, schonende Trocknung, auch für empfindliche Produkte geeignet
 

nach Art der Tropfenübertragung
1. Zentrifugalzerstäubung
2. Einstoffdüsenzerstäubung
3. Zweistoffdüsenzerstäubung

nach Produkt-/Luftführung
-Gleichstromführung
-Gegenstromführung

Gerät im Labor: Zentrifugalkraft, Zweistoffdüse, Gleichstrom

-Raum ist gefüllt mit heißer, gefilterter Luft
-Suspension wird mittels Scheibe oder Düse fein verteilt und zerfällt in Tröpfchen
-grobe Partikel sinken ab, werden evtl. nachgetrocknet oder ausgetragen
-feine Teilchenwerden entweder über den Zyklon abgetragen oder wieder zurückgeführt
-herrscht leichter Unterdruck, dauert nur wenige Sekunden
 

-Herstellung der Suspension
-Lufteintrittstemperaturen am Gerät gleich, Unterschide bei der Luftaustrittstemperatur
-Bilden sich an der Lösung Tröpchen oder Fäden?
-Pulver auswiegen und die Schütthöhe bestimmen

Amylose:
-20-30% (bis auf Amylomais und Wachsmais)
-Glucose ist alpha 1-4 gebunden, helicale Struktur
-löslich in heißem Wasser--> Gelbildung
-retrogradation: kristallisiert wieder aus
Amylopektin
-70-80%
-Glucose alpha 1-4 und 1-6 gebunden (jedes 15-30. Molekül), helicale Strukturen
-kristalline Strukturen, quillt in heißem Wasser ohne vollständig zu lösen
Struktur Stärke
-kristalline Bereiche: Amylopektin
-amorphe Bereiche: Amylose+Amylopektin
kristalline+amorphe Bereiche bilden zusammen Blocklets

Stärke ist eine Reservekohlenhydrat der Pflanzen und wichtigster KH-Lieferant für Menschen
- liegen frei vor (Kartoffeln) oder iengebettet in Proteinmatrix (Getreide)
Amylose bildet harte Filme, Gel ist löslich ab 124°C
Amylopektin: bildet kein Gel, kaum Helix und ist löslich unterhalb von 100°C

Quellen in kaltem Wasser
-Wasser durchdringt amorphe Bereiche
-Hydratbrücken
-kristalline Bereiche halten die Form zusammen--> reversibel
Quellen in heißem Wasser
-Volumenzunahme und Erweichung der intermizellaren Netzwerke der amorphen Bereiche
-Kristalline Strukturen gehen verloren
-Lösung von Wasserstoffbrückenbindungen ist irreversibel
Stärkekleister
-Endzustand der Quellung
-Keine Newton´schen Flüssigkeiten mehr
-strukturviskos
Gelbildung
-Vernetzung von Amylosemolekülen
-Viskoelastisches verhalten (Doppelhelices, Bündel von Doppelhelices, Eierschachtel..)
Retrogradation
-Gelverkürzung--> Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Stärkemolekülen (Amylose)
-Wasseraustritt: Synärese

-Viskosität: hoch-niedrig
-Gelbildung: schwach-stark
Textur: kurz-lang
-Klarheit: klar-opak
-pH-Empfindlichkeit
-Scherstabilität

-Chemisch oder physikalisch
-Veränderung der Gelatinisierung/Kocheigenschaften einer Stärke
-Verringerung von Retrogradation und Gelierung
-Verstärkung von Wasserbindung der Stärkesuspensionen bei niedrigen Temperaturen
physikalisch: Quellstärken (kaltquellend)
chemisch: Substituiert/Abgebaut: pH-Stabilität etc.

-Mais, Kartoffel, Tapioka, Weizen
freie Stärkekörner: Pflanzen werden zerkleinert und die Stärke mit Wasser ausgeschwemmt, in der Suspension setzt sich die Stärke ab und wird anschließend getrocknet
-bei getreidestärke ist die Gewinnung der Stärke aufwendiger, weil sie erst aus dem Endosperm gelöst werden muss
Amylose bildet Oberflächenfilme, interessant für Instant-Puddings
Amylopektin: Dickungsmittel und Stabilisator in Dressings oder ähnlichen

Mischen der grundstoffe und einkochen, Zugabe von Aroma und Säure
Einfüllung in Puderkästen
nach dem aushärten vom Puder befreien, avt. in Trommel mit wachs oder Zucker nachbehandeln

1. Zucker setzt die wasseraktivität herab, Pektinmoleküle werden dehytratisiert, so wird eine Annäherung der pektinketten erleichtert
2. Säure führt zur Zurückdrängung der Dissoziation der freien Carboxylgruppen (elektrische Abstoßung, Pektin ist negativ geladen) so wird die Zusammenlagerung erleichtert
zusammenlagerung
Aggragatbildung der Methoxylgruppen (hydrophob)
2. wasserstoffbrückenbildung zwischen nicht veresterten, undissoziierten Carboxylgruppen

Puffersalze mit Na, ka, (salze der Milchsäure, weinsäure)
führen zu einer zeitverzögerten Ausbildung des Geliernetzes durch eine sterische Störung der Annäherung der pektinmoleküle ---> Anlagerung der Kationen an dissoziierte Carboxylgruppen
-Erhöhung des pH-Wertes vor der Säurezugabe
-je mehr Puffersalze eingesetzt werden, desto niedriger ist die Geliertemperatur und desto länger die Gelierzeit

rektion mit mehrwertigen Kationen (z.B. Calciumionen)
Ionenbindung der Calciumionen mit Carboxyl-Hydroxylgruppen der Pektinketten

Pektin allgemein: alpha 1-4 glycosidische Galacturonsäure verestert mit Methanol

Polysaccharid aus Galactose, Agarose+Agaropektin
-geschmacksneutral und unverdaulich
-heißlöslich
geliert bei <45°C schmalzt zwischen 60-97°C
hat eine 6-10x höhere Gelierkraft als Gelatine
säureempfindlich ab temperaturen über 65°C, dann wird der Bruch zäh und schmierig

Agarodse ist der gelierende teil, Agaropektin geliert nicht
D-Galactose und 3,6 Anhydrogalactose

Strukturprotein (aus Kollagen, Prolin, Hydroxyprolin, Glycin)
verliert seine Gelierfähigkeit bei Temperaturen über 100°C
Gelfestigkeit ausgedrückt in Bloomzahl
Niedrige Bloomzahl <150
Mittlere Bloomzahl 150-220
Hohe Bloomzahl > 220

Gelatine Typ A (acid, saurer Prozess, aus Schweineschwarten und Rinderknochen gewonnen) schnelle Gelierung
Gelatine Typ B (basic, alkalischer Prozess, aus Rinderhaut und -knochen gewonnen)
Für Gummibonbons: Gelatine Typ A mit hoher Bloomzahl
 

Zucker, Glucosesirup, Hydrokolloide, Säuren, Aromen, Farbe und wasser

makromolekular, hydrophil in Wasser löslich oder dispergierbar und quellbar
bildet Lösungen und Gele
Pektin, Agar-Agar...

Eine Mayonnaise enthält mindestens 70% Fett und 5% Eigelb (vor 2008 waren es 80% Fett und 7,5% Eigelb). Es dürfen keine Verdickungsmittel eingesetzt werden.
Salatmayonnaise: enthält mindestens 50% Fett und als Emulgatoren Eigelb und andere Proteine oder Verdickungsmittel.

Produkte mit weniger Fett haben keine genaue Definition und erhalten Bezeichnungen wie Salatcreme oder ähnliches

Disperse Systeme zweier nicht oder wenig miteinander mischbaren Flüssigkeiten. Öl-in-Wasser oder Wasser-in-Öl-Emulsionen. (Innere Phase liegt in Tröpchen vor)
O/W: Milch, Mayonnaise
W/O:Butter, Margarine
O/W: Im Mittel Tröpchengröße 0,5-2,0micrometer führt zu weißer Optik, verhalten sich wie wässrige Systeme sind mit wasser mischbar und können wasserlösliche Komponenten lösen (Salz, Verdickung durch Hydrokolloid)
W/O: verhalten sich wie ölige Systeme

Emulsionen: enthalten hydrophile und lipophile Komponenten, das erfordert Emulgatoren
Emulgatoren vermindern die Grenzflächenspannung und erleichtern die feinverteilung der inneren Phase
Der gebildete Film schützt Tröpchen vor Zusammenfließen
Emulgatoren in Dressings: Proteine wie Eigelb oder Milcheiweiß
 

Benötigt entsprechende Viskosität,
80%ige Mayonnaise ist viskos genug um so stabil zu sein
Niedrige Fettgehalte erfordern Viskositätsbildner wie Stärke, Guarkenmehl, Xanthan ---> diese beeinflussen das Mundgefühl und Fließverhalten
Unerwünschte Veränderungen
Aufrahmung: durch Dichteunterschied von Öl und Wasser
Traubenbildung: Verkleben der Emulgatorhüllen untereinander (verhindern durch Schütteln) beschleunigt eine mögliche Aufrahmung z. B. in nicht homogenisierter Milch
Koaleszenz/Brechen: durch zu wenig Emulgator, falsche Rezeptur ---> gewollt bei der Butterherstellung

1. Vorlage der Hauptwassermenge (kontinuierliche/äußere Phase), T: bei Eigelb 20°C, andere Proteine 50-60°C, aber auch Kaltherstellung möglich.
2. Emulgator, Bindemittel (Hydrokolloide oder kaltquellende Stärken), Zucker und Salz dispergieren.
3. Öl (innere Phase) langsam und stetig zugeben, dispergieren und emulgieren. Sollte die Emulsion brechen ---> Zugabe stoppen, warten bis sich die Emulsion wieder aufbaut. Eigelb ist empfindlicher als zum Beispiel Caseinat bzgl. der Scherbelastung o.ä.
4. evtl. restliche Trockenbestandteile (Gewürze, Kräuter) in restlichem Wasser dispergieren
5. Säurekomponenten (Essig, Senf, Genusssäuren) am Schluß schnell zugeben und dispergieren (!!!Schnelles Durchschreiten des isoelektrischen Punktes des Proteins, um ein aufbrechen der Emulsion zu vermeiden)

Idealerweise Herstellung unter Vakuum

1. Vorlage der Hauptwassermenge (kontinuierliche/äußere Phase), T: bei Eigelb 20°C, andere Proteine 50-60°C, aber auch Kaltherstellung möglich.
2. Emulgator, Bindemittel (Hydrokolloide oder kaltquellende Stärken), Zucker und Salz dispergieren.
3. Öl (innere Phase) langsam und stetig zugeben, dispergieren und emulgieren. Sollte die Emulsion brechen ---> Zugabe stoppen, warten bis sich die Emulsion wieder aufbaut. Eigelb ist empfindlicher als zum Beispiel Caseinat bzgl. der Scherbelastung o.ä.
4. evtl. restliche Trockenbestandteile (Gewürze, Kräuter) in restlichem Wasser dispergieren
5. Säurekomponenten (Essig, Senf, Genusssäuren) am Schluß schnell zugeben und dispergieren (!!!Schnelles Durchschreiten des isoelektrischen Punktes des Proteins, um ein aufbrechen der Emulsion zu vermeiden)

Idealerweise Herstellung unter Vakuum

Durch Art und Menge von:
-Öl: viel Öl----> hohe Viskosität (bei gleicher Fettkügelchengröße)
-Größe der Fettkügelchen: je kleiner, desto viskoser
-Protein: je höher der Gehalt, desto höher die Viskosität, Unterschiedliche Proteine haben aber eine unterschiedliche Wirkung ----> Caseinat hat eine höhere Viskosität als Molkenprotein
-Bindemittel: Hydrokolloide (Guar, Xanthan 0,1-0,4%) und Stärken (nativ und modifiziert, heiß- und kaltquellend 0,5-4%) ----> lagerstabilen Emulsionen mit gewünschten Fließeigenschaften
 

in wässriger Phase verteilen

Zerkleinern und gleichmäßiges Verteilen der dispergierten Tröpchen

-pH-Wert
-mikroskopisches Bild: Größe und Verteilung der Fettröpchen
-Test Emulsionsstabilität:
----> Fettfilm auf Löffel nach reinigen mit kaltem Wasser?
----> Dressing zwischen zwei Glasplättchen, zusammendrücken ---> Lufteinschlüße?
-Sensorik: Geschmack (Säurenote, Mundgefühl, Optimierung?)
-Vergleich der Viskositäten (kaltquellende Stärke benötigt 30-40min bis zum ausquellen der Stärke, aber eigentlich kann man es erst nach einem Tag im Kühlschrank bewerten
- Hydrokolloidlösung
---> Textur: kurz-lang
----> Viskosität: niedrig-hoch?
----> Transparenz: klar (glasig) -opak (milchig-trüb)

Durch Verband der Hersteller kulinarischer Lebensmittel unter kulinaria.org

-Stärke: modifiziert (vernetzt, stabilisiert)

-Hydrokolloide: Guarkenmehl, Xanthan (Johannisbrotkernmehl, Carrageen

Essig, Senf, Salz, Zucker, Gewürze, Aromen, Kräuter ----> Haltbarkeit

1. Phase, in der der Emulgator am stärksten löslich ist, ist die äußere Phase
2. Emulsion verhält sich wie die äußere Phase
----> Stoke´sche Gleichung
Entweder Emulsion mit stark aggregierten Öltropfen oder eine Emulsion mit fein verteilten, kleinen Öltröpfchen, beide können stabil sein

Diskontinuierlich = Batch-Verfahren
- alles wird gemeinsam verarbeitet
-Vorteil: variabel, geringe Verluste bei Problemen
-Nachteil: hohe Kosten

---> kontinuierlich
-Stärke+Wasser----> Kuli
-Kuli+Emulsion+Gewürze----> Dressing
Vorteile: Herstellung großer Mengen eines Prduktes (Tonnen/Stunden)
Nachteile: bei Problemen evtl. hohe Verluste

Heißherstellung
-Stärke+Wasser+Protein =80-90°C + ÖÖl+Gewürze
-Heißabfüllung bei >80°C
-Vorteil: mikrobiologisch sicheres Produkt
-Nachteil: hoher Energieaufwand

Kaltherstellung
-kaltquellende Stärke + Abfüllung unter aseptischen Bedingungen
-Vorteil: Schonung der Rohstoffe
-Nachteil: aufwendiges Abfüllen (CCP)
Herstellung unter mikrobiologisch sicheren Bedingungen
Alternativ: Zugabe von Konservierungsstoffen

1. Vorlage der wässrigen (löslichen) Phase
2. Dispersion des Emulgators (+Zucker, Salz, kaltquellende Bindemittel)
3. Emulgieren der Öl-Phase (innere Phase)
4. Dispergieren der Gewürzphase (Essig, Senf, Tomatenmark)
5. Homogenisieren

Messung der Partikelgrößenverteilung (Korngrößen) im Kornkollektiv.
Verfahren
-Siebanalyse
-Sedimentationsanalyse
-Sichtanalyse
-Optische Analyse

bestehen aus Teilchen verschiedner Größen. Bedeutsam für die Homogenität von Mischungen, Mengentoleranz beim Dosieren, Geschwindigkeit beim Trocknen etc.

Siebung in Fraktionen von Körnchengrößen, z.B. 1. Sieb = 1,0mm Maschenweite, 2. Sieb = 0,7mm Maschenweite
-Fraktionen bestehen aus Körnern, mit Korndurchmesser in dem entsprechenden Bereich (bis auf das Fehlkorn)
- genauere Messung, je dichter die Maschenweiten beieinander liegen