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TU Berlin

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Charakterisierung und Bewertung des Beschädigungspotentials von Früchten in Fruchtzubereitungen beim Transport durch Rohrleitungseinbauten
Förderer
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.
Kennzeichen
AiF 21096 N
Laufzeit
1.05.2020 bis 31.10.2022
Kurzfassung
Unter industriell hergestellten Fruchtzubereitungen werden gekochte Mischungen von geschnittenen bzw. ganzen frischen, gefrorenen oder getrockneten Früchten mit weiteren Rezepturkomponenten, wie Fruchtpürees, -säften, Zucker und Hydrokolloiden, verstanden. Da Fruchtstücke die wertvollste Komponente der Mischung sind, ist der Erhalt der Stückigkeit, d. h. die Unversehrtheit des Schnittbilds und der Erhalt der fruchttypischen Form, ein entscheidendes Qualitätskriterium. Bei der industriellen Verarbeitung dieser Fruchtzubereitungen, z. B. in der Milchindustrie, nimmt der Transport durch Rohrleitungen und diverse Einbauten einen großen Stellenwert ein und ist mit einem hohen Beschädigungspotential der Früchte verbunden. 
 
Während das grundsätzliche Verhalten partikelbeladener Strömungen in Rohrleitungen bereits erforscht und technisch verstanden ist, gilt dies nicht für eine mechanische Schädigung der partikulären Phase. Schädigende Belastungen treten vor allem in Rohrleitungseinbauten und deren Peripherie auf, d. h. an Orten, an denen es zu starken Störungen der Strömung und der Ausbildung räumlicher Geschwindigkeitsgradienten kommt und zum Teil instationäre Strömungsverhältnisse vorliegen. Die partikuläre Phase ist hier mechanischen Einwirkungen in Form von Scher- und Dehnspannungen ausgesetzt, die von Kollisionen mit Teilen des Apparats oder anderen Partikeln sowie durch hydrodynamische Krafteinwirkung verursacht werden. Von technischer Seite ist ein möglichst schneller Transport mit einem homogenen Suspensionszustand erwünscht, um eine schnelle und gleichmäßige Prozessierung von Fruchtzubereitungen zu erreichen. Erfahrung und aktuelle Literatur zeigen jedoch, dass mit einem schnellen Transport ein höheres Desintegrationspotential einhergeht, vor allem bei der Durchströmung von Einbauten. 
 
Ziel des Forschungsvorhabens ist es vor diesem Hintergrund zu untersuchen, wie sich die kontinuierliche und die disperse Phase bei der Durchströmung von Rohrleitungseinbauten unter praxisrelevanten Bedingungen beeinflussen und folgende Aspekte zu klären:
 
  • Welche Belastungsarten und -intensitäten (Scherung, Dehnung, Druck, Kollision) treten bei der Durchströmung von Rohrleitungseinbauten auf und verursachen Partikelschädigungen?
  • Welche räumlichen und zeitlichen Abhängigkeiten (ansteigend bzw. absinkend) der strömungsinduzierten Belastungen induzieren die Geometrien der Einbauten?
  • Welche strömungsmechanischen Ursachen bestehen für räumliche Inhomogenitäten der Feststoffvolumenkonzentration und wie hängt die Partikelschädigung vom Regime der Suspensionsströmung ab?
  • Was sind die Haupteinflussparameter für die Beschädigung der partikulären Phase und welche Wechselwirkungen existieren zwischen ihnen?
 
Es sollen Kennlinienfelder (u. a. in Abhängigkeit von Prozessbedingungen, Geometrien, physikalischen Fluidund Partikeleigenschaften sowie Schädigungsgrad) zur Charakterisierung der Beeinträchtigung der Produktqualität (d. h. des Grads der Partikelzerkleinerung) erstellt sowie Empfehlungen für das Design von Anlagenkomponenten erarbeitet werden
Mitwirkende Institutionen
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Ansprechpartner
 und
Link
Seite des FEI
Typical process line for the processing of fruit preparations with mixing tank (1), pump (2), heat exchanger (3), buffer tank (4) and filling unit (5,6)
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