Allgemeine Lebensmitteltechnologie (Subject) / aLMT (Lesson)

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• Besonderheiten der Lebensmittelproduktion - Rohstoffe meiste tierisch/pflanzlich = unterliegene als biogene Stoffe m.o.w. Wechselwirkungen mit der Umwelt - Qualitäts- & Verarbeitungseigenschaften variieren stark - meist geringe Haltbarkeit => schneller Qualitätsverlust - meist komplexe Zsmsetzung =Grenzen bei Verarbeitung (Temperatur, Druck, mechanische Beanspruchung) - effiziente Qualitätskontrolle notwendig - extrem komplexe Vorgänge, Verarbeitung und Lagerung = physikalisch, chemisch, biologisch, mikrobiologisch, physikochemisch, biochemisch - hohe hygienische/sensorische Anforderungen an Endprodukte - zeitlich begrenzte Verfügbarkeit (saisonal) = Konservierungs-/Lagerungsverfahren nötig
• Hierarchische Struktur des Produktionsprozesses 1. Verfahren = alle für ein Warenprodukt notwendigen Verfahrensstufen/Prozesseinheiten in der erforderlichen strukturellen Aggregation 2. meist mehrere Verfahrensstufen = Aggregation von Prozesseinheiten, die zur Realisierung gewisser relativ selbstständiger Teilschritte der gewünschten Stoffumwandlung dienen 3. meist mehrere Prozesseinheiten = technologischer Grundbaustein einer Verfahrensstufe/Verfahrens, in dem der technologische Makroprozess abläuft, begrenzt durch "apparative Hülle" = Maschine/Apparat in dem der Prozess stattfindet, kennzeichnet außerdem die Einheit von Technologie und Konstruktion 4. Volumenelement = Betrachtungsebene innerhalb des Stoffsystems, das aus sehr kleinen, aber endlichen Abmessungen besteht, für Realisierung des Mikroprozesses = Kombi von Grundprozessen) 5. Elementarprozess = umfasst die von Überlagerungseffekten freien Mikroprozesse physikalische, chemischer und biologischer Natur, kleinest Einheit der Prozesseinheit
• Allgemeine Grundprozesse: Mechanische Grundprozesse 1. Trennen; Klassiern, Sortieren, Filtrieren, Sedimentieren, Zentrifugieren, Schaumbrechen, Entstauben, Flotieren 2. Mischen; körnige Systeme, fluide Phasen, Suspendieren, Dispergieren (flüssig-flüssig), Begasen von Flüssigkeiten 3. Zerteilen; Zerkleinern, Versprühen 4. Agglomerieren; Pelletieren, Brikettieren, Tabelttieren
• Allgemeine Grundprozesse: Thermische Grundprozesse 1. Wärmeübertragung: - ohne Phasenänderung = Erwärmen oder Abkühlen - mit Phasenänderung = Verdampfen (Sieden) oder Kondensieren 2. Stoffübertragung: - Destillieren/Rektifizieren = Absorbieren, Extrahieren, Trocknen, Adsorbieren, Kristallisieren, Membrantrennen
• Übersicht: spezielle Grundprozesse in der Lebensmitteltechnologie - Entfernung von Rohstoffbestandteilen - Zerteilen nichtspröder Stoffe - Strubturbilden und -umwandeln - Stoffumwandeln - Haltbarmachen
• Mechanische Grundprozesse: Trennen - Klassieren Klassieren = Trennung eines Haufwerks in untersch. Korngrößenzusammensetzung bestimmter Freiheit a) Siebklassieren = durch semipermeable Trennflächen (Siebe) b) Stromklassieren = Klassiereffekt durch untersch. Sinkgeschwindigkeiten bzw. Partikelbahnen aufgrund von Feld-, Strömungs- und Trgägheitskräften erreicht
• Mechanische Grundprozesses: Trennen - Sortieren Trennung von Körnerkollektiven, die eine Mischung darstellen, nach stofflichen Gesichtspunkten (= physikalische Eigenschaften, Dichte, el.Leitfähigkeit, magentische Suszeptibilität...) - man nutzt das Trennungsmerkmal, in dem sich die Bestandteile am stärksten unterscheiden a) Dichtesortierung: Dichte = wesentliches Trennmerkmal, Trennung vorw. im Schwerkraftfeld (Steinabscheider bei Getreide) b) Magnetscheiden: Gemenge auf bewegtem, magentischem Abscheider getrennt (Magentabscheider bei Getreide-/Fruchtverarbeitung)
• Mechanische Grundprozesse: Trennen - Filtrieren Trennung grober bis feinster schwerabsetzender Suspensionen in die Komponenten Klarflüssigkeit (Filtrat) und Feststoff (Filterkuchen) mit Hilfe einer für Flüssigkeit durchlässigen Schicht (Filtermittel) von der der Festoff zurückgehalten wird a) Feststoffabtrennfiltration (Klärfiltration): Ziel = Reinheit der flüssigen Phase b) Flüssigkeitsabtrennfiltration (Trennfiltration): Ziel = Gewinnung des Feststoffs mit geringer Restfeuchte angewendet in der Gärungs-/Getränkeindustrie
• Mechanische Grundprozesse: Trennen - Zentrifugieren Trennung makroskopisch/mikroskopisch heterogener Systeme, wie Suspensionen (= Feststoff-Flüssigkeits-Gemische), Emulsionen (= Flüssigkeit-Flüssigkeits-Gemische), Flüssigkeit-Flüssigkeit-Feststoff-Gemische und Gas-Gas- bzw. Gas-Feststoff-Gemische mit geringer Dichtedifferenz und kleinen Partikeln, Tropfen oder Gasblasen durch die im Zentrifugalkraftwerk erzeugte Zentrifugalbeschleunigung Anlagen: Tellerzentrifugen (Brauerei, Molkeriei), Zentrifugalpassiermaschinen, Tellerseperatoren (Obst-/Gemüseverarbeitung, Ölgewinnung)  
• Mechanische Grundprozesse: Mischen - allgemein = Umkehrung des Trennens!! - Einbringen unterschiedlich zsmgesetzter Ausgangsstoffe in einem Prozessraum & verarbeitung mit Ziel => möglichst gleichmäßige Verteilung der kleinstmöglichen Mischungsbestandteile über das Mischvolumen zu erreichen - Mischgut soll an jeder Stelle de Prozessraums die gleiche Zsmsetzung aufweisen - kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren möglich
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• Mechanische Grundprozesse: Mischen - Mischen körniger Systeme = gleichmäßge Verteilung der oft größenordnungsmäßig verteilten Mischungsgüte Prozessziel = Abbau von Inhomogenitäten & weitgehende Annährung an den Zustand der vollständigen Zufallsmischung Wirkprinzip: durchmischen der Komponenten durch entsprechende Kraftwirkungen, die durch rotierende Prozessräume, Agitations- oder Rührorgane oder Durchströmung erreicht werden (verschiedene Trommelmischer: zylindrische Mischtrommel, Doppelkonusmischer (mit Taumelbewegung), Kubusmischer, Tetraedermischer, V-Mischer)
• Mechanische Grundprozesse: Mischen - Mischen in fluiden Phasen = verteilung von 2 oder mehreren vollständig ineinander löslichen Flüssigkeiten bis zum Bereiche molekularer Abmessungen. zwischen den Komponenten bilden sich keine Phasengrenzflächen aus Anwendung in der Getränkeherstellung: Rührmaschinen mit Mantelkühlung/Beheizung und in der gesamten Lebensmittelindustrie (Erhitzen/Verdampfen) mit Rührmaschinen mit äußerer und/oder innerer Wärmeübertragungsfläche
• Mechanische Grundprozesse: Mischen - Suspendieren = verteilen von festen grobdispersen Partikeln oder Zerteilen und Verteilen von Agglomerationen in einer äußeren Flüssigen Phase - Supensionen sind instabil (=entmischen sich durch Sedimentation oder Aufsteigen der festen Phase, wenn dem System nicht laufend Energie zugeführt wird) Geräte: meist Einsatz von axialfördernder Rührer und Rühbehälter meist mit gewölbtem Boden, es gibt Radialfördernde und Tangentialfördernde Rührer)
• Mechanische Grundprozesse: Mischen - Dispergieren (flüssig-flüssig) = durch Turbulenz erzielte Umwandlung einer Schichtenstruktur in eine Tropfenstruktur von Flüssigkeiten/Flüssigkeitsgemische, die nicht oder nur in sehr geringem Umfang ineinander löslich sind - bleiben auch in dispergierter Form durch eine oder mehrere Phasengrenzflächen getrennt
• Mechanische Grundprozesse: Zerteilen - Zerkleinern = Zerteilen von festen Stoffen oder Körnerkollektiven bis zu einem festgelegten Zerkleinerungsgrad Ziele: Anstreben günstiger Krongröße Oberflächenvergrößerung mit dem Ziel des optimalen Stoff-/Wärmeübergangs Aufschließen von Wertstoffen Strukturveränderungen und (bio-)chemische Reaktion (Anwendung v.a. in der Mühlenindustrie (Walzenstühle) und Kakaoverarbeitung (Brech-/Reinigungsmaschinen und Kakaowalzwerk))
• Mechanische Grundprozesse: Zerteilen - Versprühen/Zerstäuben = Zerteilen eines Flüssigkeitsstrahles in Tropfen durch Drüsen, rotierende Hohlwellen mit Scheiben und spezielle wabenartige Duschköpfe unter Druck und auch kombiniert mit Zentrifugalkräften Ziele: Vergrößerung der mengenbezogenen Oberfläche und Vermischung mit Gasphasen zur Intensivierung des Stoff-/Wärmeüberganges Herstellung von Produkten mit bestimmten granulometrischem Zustand gleichmäßiges Verteilen von Flüssigkeiten auf Flächen Anwendung: Sprügtrocknun (Trockenmilch, Instantgetränke)
• Zerstäubungs- oder Sprühtrockner im Zerstäubungstrocker werden bei hohen Durchsätzen dünn- bis dick-flüssige, breiartige und pastöse Güter getrocknet sie werden am Kopf des Trockenraums über Düsen fein verteilt aufgegebenund im Gleichstrom im langsam sich bewegenden Heißluftstrom nach unten getragen
• Mechanische Grundprozesse: Agglomerieren - allgemein = Umkehrung des Zerteilens => aus feinen/kleinen Teilchen werden durch das Wirksamwerden von Bindekräften gröbere Teilchen erhalten im Grundnahrungsmittelbereich (Zucker, Mehl) erleichtert Agglomerieren die Weiterverarbeitung (Brot) durch Staubfreiheit, leichtere Dosierbarkeit und bessere Rieselfähigkeit bei gleichzeitig verbesserten Instanteigenschaften im Convenience-/Getränkebereiche: Instant-Kindernahrungsmittel, Getränkepulver, Suppen
• Klassifikationen gängiger Agglomerationsverfahren 1. Aufbauagglomeration unterteilt in a) trockene Agglomeration b) Feuchtagglomeration (Strahlenagglo., Roll- & Mischagglo und Wirbelschichtagglo) 2. Pressagglomeration Tablettieren 3. Sintern 4. Agglomeration durch Trocknen
• Mechanische Grundprozesse: Agglomerieren - Pelletieren = auch Aufbauagglomerieren genannt, versteht man darunter den Aufbau meist weniger fester Agglomerate durch Abroll- und Mischbewegung - Partikel befinden sich in Bewegung, bei hinreichender Annäherung tritt eine Anlagerung ein anziehende Kräfte > trennende Kräfte Maschinen: Pelletierteller, Pelletiertrommel
• thermische Grundprozesser - Wärmeübertragen, Erwärmen - auch "vorheizen", aufheizen", "erhitzen" - Temperaturerhöhung eines Mediums ohne Eintreten einer Phasenänderung - Mechanismen: Konduktion, Konvektion durch Transport von Masseteilchen, Strahlung Beispiele: Brauerei, Maischebereitung mit Rührmaschinen mit Heizmantel oder Molkerei, 1. Stufe der Rohmilchverarbeitung mit Plattenwärmeüberträgern
• thermische Grundprozesser - Wärmeübertragen, Kondensieren - überführen eines Dampfes in den flüssigen Aggregatzustand - Umkehrung des Verdampfens - Ziel: Phasenwechsel bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung Beispiele: Brauerei, Würzekochung mit Brüdenkondensator oder Brennerei, Kondensation der Dampfphase mit Rücklaufkondensator
• thermische Grundprozesser - Stoffübertragen: Destillieren/Rektifizieren - partielles Verdampfen eines homogenen Flüssigkeitsgemisches - Verdampfen: nur eine der vorhandenen Komponenten ist flüchtig - Rektifizieren, mehrfaches Destillieren: aus den aufsteigenden Dämpfen gewonnenes Kondensat wird tw wieder in die Kolonne zurückgeschickt Prozessziel: Abtrennung einer bestimmten Komponente mit festgelegter Reinheit/Konzentration Beispiel: Destillation in der Brennerei
• Prozesse der Kornbrandherstellung 1. Maischen, Umwandlung Stärke ind Zucker mit Maischbottich mit Rührwerk und Temperiereinrichtung -> verzuckerte Maische 2. Gären, Ethanolgewinnung durch vergären der Maische in geschlossenen großvolumigen Gärgefäßen -> ausgegorene Maische mit 12 Vol. -% Alokoholgehalt und Gärungsnebenprodukten 3. Destillieren zu Erhöhung des Ethanolgehalts mit kontinuierlich arbeitenden Dauerbrenngeräten -> Kornrauhbrand mit 90-91% Alkoholgehalt 4. Rektifizieren zur Abscheidung von Fuselölen und anderen Begleitstoffen im Blasenrektifizierapparat (kontinuierlich arbeitende Destillier-Rektifizier-Anlage) -> Kornfeinbrand
• thermische Grundprozesser - Stoffübertragen: Extrahieren - trennen einer fest-flüssigen Phase oder zweier ineinander unlöslicher flüssigen Phasen durch selektives Herauslösen einer oder mehrerer Komponenten mit Hilfe eines Extraktionsmittels (Lösungsmittel) Ziel: Abtrennung bestimmter Komponenten Beispiele: Zuckerherstellung, Extraktion der Rübenschnitzel mit Extrakteur oder auch Ölgewinnung, Extraktion von Ölsaaten
• Übersicht spezieller Grundprozesse in der Lebensmittelzechnologie 1. Entfernung von Rohstoffbestandteilen 2. Zerteilen nichtspröder Stoffe 3. Strukturbilden und -umwandeln 4. Stoffumwandeln 5. Haltbarmachen
• spezielle Grundprozesse: Entfernen von Rohstoffbestandteilen - Abtrennen der für die menschliche Ernährung nicht unmittelbar geeigneten Teile des Rohstoffes einschließlich anhaftender Verunreinigungen/Beimenungen a) mechanisch b) thermisch c) chemisch - körnige Beimenungen zu körnigen, festem o. fluiden Gut - oberflächich anhaftenden Bestandteile

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