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TU Berlin

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Wissensbasierte Prozessführungsstrategie zur stoffadaptiven Vermeidung des Überschäumens beim Abfüllen schaumfähiger, nicht-karbonisierter Getränke
Förderer
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.
Kennzeichen
AiF 19711 N
Laufzeit
1.10.2017 bis 2020
Kurzfassung
Bei der Abfüllung nicht-karbonisierter Getränke kommt es in der Praxis häufig zu einer unerwünschten Schaumbildung, die die Produktion negativ beeinflusst (Anlagenausbringung, Abfüllungsgenauigkeit, Produktverlustmenge, Hygiene des Abfüllprozesses). So muss sich die Abfülldynamik i.d.R. dem Schaumbildungsvermögen des abzufüllenden Produktes anpassen. Das Überschäumen bestimmt auch die Notwendigkeit und Häufigkeit von Flaschen- und Anlagenreinigung inkl. des damit verbundenen Einsatzes von Energie, Reinigungs- und Betriebsmitteln und der damit verbundenen Kosten. Vereinzelt verhindert ein unkontrollierter Schaumaustritt - etwa bei Obstsäften - schlichtweg den Einsatz einer aseptischen Abfüllung.
 
Die größte wirtschaftliche Bedeutung besitzt das unerwünschte Überschäumen bei Orangensaft, mit einer Produktionsmenge von 656 Mio. L/Jahr (2015). Weitere Beispiele sind Säfte aus Ananas oder Roten Früchten sowie faserhaltige Säfte. Im Segment der Gemüsesäfte liegt ein besonders hohes Überschäumrisiko bei Rote-Bete- oder Sauerkrautsäften vor.
 
Zum Überschäumen tragen folgende Effekte bei: (i) die von der Strömungsdynamik induzierte Freisetzung chemisch gelöster Gase aus der flüssigen Phase bzw. der induzierte Gaseintrag an der Getränkeoberfläche, (ii) die bei faserhaltigen Getränken zusätzlich stattfindende Freisetzung der an den Fasern anhaftenden Mikroblasen, (iii) die Anwesenheit oberflächenaktiver Stoffe, für das Schaumbildungsvermögen verantwortlich sind und (iv) die aus der stofflichen Zusammensetzung eines Saftes resultierenden physikalischen Eigenschaften (Dichte, Oberflächenspannung, Benetzungswinkel und rheologische Stofffunktionen).
 
Die Eindämmung des Überschäumens durch selektive Entfernung von schaumfördernden, oberflächenaktiven Substanzen aus dem Saft ist wenig zielführend. Diese Substanzen bedürfen - spezifisch für jedes einzelne Getränk - einer aufwändigen, in KMU kaum umsetzbaren Identifizierung sowie einer Präzisierung ihrer schaumfördernden Wirkung. Auch der Zusatz chemischer Substanzen (Anti-Schaum) scheidet aus Gründen der Lebensmittelsicherheit aus. In der Praxis begegnet man der Schaumbildung derzeit mit rein physikalischen Ansätzen und mit Maßnahmen, die dem Grundmechanismus der Schaumbildung durch die Abfülldynamik entgegenwirken. So verringert etwa die Vermeidung der dynamischen Erzeugung von Unterdruckgebieten durch lokale Beschleunigung im flüssigen Produkt sowie das Abfüllen unter erhöhtem Druck die Gefahr der Blasenbildung durch die Freisetzung gelöster Gase. Die Induktion von Zentrifugalkräften, etwa durch Dralldüsen, stabilisiert die freie Flüssigkeitsoberfläche gegen die Erzeugung von neuen Oberflächen durch Gaseinschluss auch im ohnehin praktisch nicht vermeidbaren turbulenten Strömungsregime. Auch die Befüllung der Flasche mit einer Strömung entlang der Gefäßwand oder mit einer bis unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche reichenden Abfülldüse gehören zu bewährten Methoden, um den Impulsaustausch an der Oberfläche und somit deren dynamisches Aufreißen inkl. der nachgeschalteten Erzeugung von neuen Oberflächen durch Gasinklusion zu reduzieren. Bei einem Wechsel des Produkts oder der Abfüllprozedur kommt es jedoch bei Herstellern und Abfüllern stets zu Unsicherheiten, die die Unternehmen vor große Herausforderungen stellen. Besonders betroffen hiervon sind KMU, bei denen aufgrund kleinerer Produktionschargen häufige Produktwechsel stattfinden.
 
Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, eine KNN-basierte Prozessführungsstrategie zu entwickeln und dynamisch entstehende Schaumschichten durch nicht-invasive, akustische oder alternativ thermische Schaumzerstörungsmechanismen während des Abfüllprozesses einzuschränken oder zu beseitigen.
Mitwirkende Institutionen
  • Universität Erlangen-Nürnberg
Ansprechpartner
 und
Link
Seite des FEI

 

 

 

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