Verfahrenstechnologie

Disperse Phase = Blasen, Tröpfchen, feste Partikel

Kontinuierliche Phase = Gas, Flüssigkeiten, Feststoff

Ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Flüssigkeiten, die sich kaum oder nicht ineinander lösen.

Öl in Wasser = Milch, Mayo, Salatsaucen, Speiseeis

Wasser in Öl = Butter, Margarine, Nougat, Schokolade, Streichfette, Brotaufstriche (Nutella)

- Bestimmte Produkteigenschaften erzeugen (Aroma, Textur)

- Nicht mischbare Stoffe gemeinsam verwenden können

- Bioverfügbarkeit erhöhen

Die Partikelgrösse beeinflusst die Stabilität (physikalisch und mikrobiologisch) der Emulsion (Tropfengrösse/Tropfenverteilung).

Zudem beeinflusst die Partikelgrösse:

Konsistenz, Viskosität, Textur, Farbe, Mundgefühl, Geschmack, Wirkstoffverteilung, Freisetzungsrate

Emulgatoren sind amphipil (Fett und Wasser liebend). Der hydrophile Kopf ist wasserliebend und der hydrophobe/lipophile Schwanz ist fettliebend. Bei einer Öl in Wasser Emulsion dringt der Schwanz in das Öltröpfchen ein und der Kopf bleibt im Wasser. So wird die Emulsion stabil. Bei der Wasser in Öl Emulsion ist es gerade umgekehrt.

Stabilisatoren (Stärke, Pektin, Gelatine) schlingen sich um alle Partikel und halten so die Emulsion zusammen.

1. Mischen (Premix)

2. Zerkleinern (Emulsion)

3. Stabilisieren (mit Emulgatoren zur stabilen Emulsion)

Vorteil = einfacher Aufbau, preiswert

Nachteil= geringer Energieeintrag, grössere Tropfen, breitere Grössenverteilung

Vorteile = grosse Leistung, kleine Tropfen, enge Grössenverteilung

Nachteile = ohne zusätzliche Pumpe unflexibel und prozessabhängig

Ineinandergreifende Ringe. Die vorgemischte Dispersion wird durch Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert.

Vorteil = Hochviskose Medien, selbstfördernd, relativ günstig

Nachteil = für dünnflüssige Flüssigkeiten ungeeignet, Energieeintrag limitiert, vormischen notwendig

Die Flüssigkeit wird auf den Ventilkörper geschossen. Durch den Homogenisierspalt (wenige Mikrometer) wird die Flüssigkeit beschleunigt, trifft auf den Prallring und dadurch werden die Tropfen zu Tröpfchen. 

Vorteil = Sehr kleine Tröpfchen mit sehr geringer Grössenverteilung. Kurze Bearbeitungszeit

Nachteil = Es müssen sehr hohe Drücke erzeugt werden

Die disperse Phase wird durch eine feinporige Membran in die kontinuierliche Phase gedrückt. 

Vorteil = Fast kein Energieverlust durch Wärme. Vormischen von disperser und kontinuierlicher Phase nicht nötig

Nachteil = Membrane muss unterhalten/ ersetzt werden -> teuer

Im Tropfendurchmesser.

Rotor Stator Systeme = grösster Durchmesser

Kont. Ultraschall = mittlerer Durchmesser

Hochdruckhomogenisieren = feinste Durchmesser

Kontinuierliche Phase          ->

Dispergierte Phase              ->               Mischen = Zerkleinern = Stabilisieren ->> Stabilisierte Emulsion

Emulgator (ggf. Stabilisator)->

(Inputs/Output)

Physikalisch-mechanisches Verfahren zur Phasentrennung von Stoffen.

Die Trennung erfolgt aufgrund unterschiedlicher Teilchengrössen mithilfe eines Filtermittels.

fest/flüssig = Abtrennen von Mikroorganismen aus Flüssigkeiten

fest/gasförmig = Abtrennung von Partikeln/Mikroorganismen aus Gasen

flüssig/gasförmig = Abtrennung von Kondensattröpfchen aus Druckluft

Kuchenfiltration, Querstromfiltration, Tiefenfiltration

Dead- End bedeutet, dass der Filtrationsvorgang irgendwann beendet ist aufgrund von Verstopfung des Filters. 

Kuchenfilter und Tiefenfilter sind Dead-End.

Das Unfiltrat (Retentat) trifft auf die Membran auf und wird durchgedrückt (Schwerkraft/Zentrifugalkraft). Unter der Membran fliesst das Filtrat (Permeat) ab. Mit der Zeit bildet sich ein Filterkuchen, welcher irgendwann den Filter verstopft. Der Filter muss gereinigt werden.

Das Unfiltrat (Retentat) wird horizontal über die Membran geführt und so durchgedrückt. Das Filtrat (Permeat) fliesst under der Membran ab. Der Filterkuchen bildet sich durch den horizontalen Strom viel langsamer, da er immer wieder abgetragen wird. Jedoch wird sich mit der Zeit immer mehr auf der Membran absetzten. Dann kann die Anlage gegengespült werden.

Hier wird zusätzlich zur Membran noch ein Filterhilfsmittel benötigt. Die einzelnen Partikel werden im Filterhilfsmittel zurückgehalten. Auch hier ist der Filter irgendwann zu und muss gereinigt werden. 

Mikrofiltration, Ultrafiltration, Umkehrosmose.

Vorteil = sehr schonend für das Produkt.

Vorteile = Keine hohen Temperaturen/pH- Werte/ Lösungsmittel notwendig, sehr effektiv, einfach zu realisieren

Nachteile = Niedrige Kapazität, Membranen sind sehr teuer

Für das Abtrennen von Partikeln und Mikroorganismen, Kaltpasteurisation und die Aufkonzentrierung der Mikroorganismen nach einer Fermentation um sie wieder zu verwenden.

Das Prinzip ist eine Querstromfiltration, jedoch wird eine Membran mit einer kleineren Porengrösse eingesetzt.

(Bier, Wein, Essig, Säften)

Bei der Bierherstellung. Als Filterhilfsmittel wird Kieselgur eingesetzt.

Das Prinzip ist gleich wie bei der Mirkofiltration. Jedoch mit feineren Membranen.

Milchherstellung = Mikrofiltration mit Keramikfiltern zur Herstellung von ESL Milch

Bierherstellung = Tiefenfiltration mit dem Filterhilfsmittel Kieselgur. Die Hefepartikel und Trübungspartikel werden entfernt.

Fruchtsaftherstellung = Ultrafiltration. Verfahrenserleichterung und Kostenersparnis durch Einsparung von Filterhilfsmitteln und Enzymen, da diese zurückgehalten und wiedereingesetzt werden können. Zudem verkürzt die Ultrafiltration die Verarbeitungszeit.

Wärmeleitung (Konduktion) 

Wärmestrahlung 

freie und erzwungene Konvektion

Temperatur des Gutes und damit den Dampfdruck im Gut zu erhöhen.

Wärme wird übertragen, als innere Energie mitgeführt und an andere Körper weitergegeben. Es gibt freie und erzwungene Konvektion. 

freie = Heizung

erzwungene = Föhn, Prozessorkühlung

Wärme zum Aufheizen des Trocknungsgutes bis zur Trocknungstemperatur, der Verdampfungswärme und der Verlustwärme.

Abtrennen von Feuchtigkeit aus Feststoffen ( bei Gasen und Flüssigkeiten spricht man von Adsorptionsverfahren). Feuchtigkeit bei Feststoffen werden durch Verdunsten (unterhalb der Siedetemperatur) oder Verdampfen (ab dem Siedepunkt) entzogen. 

Die gewünschte Gutfeuchte nach bestimmter Trocknungsdauer zu erreichen.

1. Verdunstung/Verdampfung der Oberflächenflüssigkeit

2. Trocknung der Flüssigkeit in Kapillaren und Poren. Kapillarkräfte verlangsamen den Prozess.

3. Kristallwasser welches im Kristallgefüge eines Gutes gebunden ist wird entfernt. Dies ist jedoch nicht möglich, da das Produkt verbrennt