(2) Wasser, Trocknung, Pulver, Schuttguter

Question 1

Wasser in Lebensmitteln

Accepted Answer

Wasser in Lebensmitteln: liegt teils frei, teils gebunden vor. Bindung des Wassers i) an Bestandteile der Trockensubstanz od. ii) durch Mischen mit anderen Flüssigkeiten. Unterschiedliche Bindungskräfte:– Oberflächenadsorption– Mono- oder polymolekulare Belegung– Kapillarkondensation – Chemisorption– Kristallwasserbindung Physikalische Interaktionen mit Proteinen, Kohlenhydraten, Salzen & Lipiden→ Beitrag zur Struktur von Lebensmitteln Fördert chemischer Reaktionen (als Medium) also Wasserentzug hemmt Reaktionen sowie Mikroorganismenwachstum

Question 2

Was versteht man unter Physisorption?

Accepted Answer

Physisorption: Adsorbierte Moleküle werden durch physikalischer Kräft auf der Grenzfläche gebunden → Wechselwirkung: Dipol/Dipol-, Ionen/Ionen-, Ionen/Dipol-Kräften, H-Brückenbind. Nur bei Temp. < Siedepunkt des Adsorptivs Adsorptionsschicht: kann monomolekular od. polymolekular aufgebaut sein Meist reversibel: Adsorption ⇔ Desorption Adsorbierte ↑ Menge nimmt mit steigendem ↑Druck zu.

Question 3

Was versteht man unter Chemisorption? Beispiele.

Accepted Answer

Chemisorption: Auftreten definierter chemischer Bindungen ⇒ Oberflächenverbindung Festkörperoberfläche + Gas —"Chemisorption"–→ Oberflächenverbindung Reaktion nicht reversibel können bei höheren Temperaturen auftreten Keine ausgeprägte Druckabhängigkeit feststellbar Reaktion läuft meist nur in einer Schicht ab – Ausnahme Oxidschichtbildung Beispiele: O2, H2, N2, CO & CO2 reagieren an der Oberfläche – Bildung von Oxiden, Hydriden, Nitriden, Carbonylen & Carbonaten Hydrophile Glasoberflächen mit aktiven SiOH-Gruppen

Question 4

Was versteht man unter das Wasseraktivität im LM?

Accepted Answer

Wasseraktivität: Maß für NICHT gebundenes Wasser: Wasseraktivität 𝒂𝒘aw = Wasserdampfpartialdruck im LM ÷ Sättigungsdampfdruck des reinen Wassers = Rel. Gleichgewichtsfeuchtigkeit ÷ 100 NICHT gebundenes Wasser weist einen höheren Dampfdruck als freies Wasser → Je höher der Dampfdruck, desto höher ist die Verfügbarkeit des Wassers ⇒ Begünstigen das Wachstum von Mikroorganismen

Question 5

Einfluss der abnehmende Wasseraktivität auf die Lagerstabilität von Lebensmitteln

Accepted Answer

Abnehmende Wasseraktivität bremst: Wachstum von Mikroorganismen Enzymatische Reaktionen (v.a. Hydrolysen) Nichtenzymatische Bräunung AUSNAHME: Lipidautoxidation (Geschwindigkeit steigt in trockenen Lebensmitteln wieder an)

Question 6

Unterschiede zwischen Chemisorption und Physisorption.

Accepted Answer

Chemisorption vs. Physisorption Verbindung:– Physisorption: physikalischer Kräft in der Grenzfläche Wechselwirkung von Dipol-Dipol-, Ionen-Ionen-, Ionen-Dipol-Kräften, H-Brücken– Chemisorption: definierten chemischer Oberflächenverbindung Reaktion– Physisorption: Reversibel, Adsorptionserscheinungen nur bei T< Siedepunkt des Adsorptivs – Chemisorption: Nicht reversibel, können bei höheren Temperaturen auftreten Adsorptionsschicht:– Physisorption: kann monomolekular od. polymolekular aufgebaut sein – Chemisorption: nur in einer Schicht – Ausnahme Oxidschichtbildung Adsorbierte Menge: – Physisorption: nimmt mit steigendem Druck zu – Chemisorption: Keine ausgeprägte Druckabhängigkeit feststellbar

Question 7

Was versteht man unter Hysterese in der Sorption?

Accepted Answer

Hysterese der Sorption: Graph seite 20. Bei gleicher Luftfeuchte können sich Unterschiede in den Gleichgewichtsfeuchten für ein & dasselbe Produkt einstellen, bei Adsorption oder Desorption ⇒ Hysterese. Die Pore steht durch eine feine Kapillare in Verbindung mit der Umgebung. Kapillare & Pore zunächst frei von Wasser. Adsorption: Mit steigender Luftfeuchte beginnt Belegung der Kapillare bei noch leerem Porenraum. Porenraum wird erst gefüllt, wenn Umgebungsdampfdruck höher als > Dampfdruck der flüssigkeitsgefüllten Kapillare wird. Desorption: Porenraum zu Beginn mit Wasser gefüllt Wasser kann erst entweichen, wenn Umgebungsdampfdruck kleiner als < Dampfdruck der Kapillare wird

Question 8

Zielsetzungen von der Trocknung von Gütern

Accepted Answer

Zielsetzungen von der Trocknung von Gütern: Haltbarmachen der Produkte Rückgewinnung von Aromen, Lösungsmitteln Einstellen von Produkteigenschaften– Rieselfähigkeit pourability– Instanteigenschaften Senkung von Kosten & Energieaufwand– Lagerhaltung – Transport

Question 9

Allg. Schritte zur Trocknung von Gütern

Accepted Answer

Feuchtes Gut ↓ 1. Mechanische Verfahren: – Abpumpen, Filtrieren, Zentrifugieren: ⇒ Keine Zustandsänderung der zu entfernenden Flüssigkeit ↓2. Thermische Verfahren: – Konvektion, Konduktion, Strahlung ↓ – Verdunsten, Verdampfen – Zufuhr von Wärmeenergie – Überführung der Feuchte in den gasförmigen Zustand – Entfernung des Dampfes aus dem Gut ↓Trockenes Gut

Question 10

Was versteht unter Konvektion bei der Trocknung von Gütern? Beispiele.

Accepted Answer

Thermische Verfahren zur Trocknung von Gütern: Nutzung von Dampf unterschiedlich heißer Gase zur Energieüberführung Aufnahme der Feuchte in Form von Dampf & Transport diesen aus dem Prozess Beispiele: Sprühtrocknung: Produkt wird vollkommen im Gasstrom dispergiert. Wirbelschichttrocknung: Produkt wird durch Gasstrom fluidisiert bzw. teildispergiert Bandtrocknung: Produkt ruht & wird vom Gas durchströmt Trocknung von Produktbahnen: Produkt ruht & wird vom Trocknungsgas überströmt

Question 11

Prinzip der Konvektionstrockner.

Accepted Answer

Konvektionstrockner: graph auf Seite 25 & 26! a) Gleichstrom: Feuchtes Frischgut trifft zu Beginn auf das heiße, trockene Gas.→ Feuchte Oberfläche schützt Gut vor Überhitzung Annäherung der Temp. von Gut & feuchtebeladenem Gas am Ende der Trocknung Anwendung: wenn..i) trockenes Gut gegen hohe Temperaturen empfindlich ist.ii) Gut keine hohe Trocknungsgeschwindigkeit erträgt iii) eine gleichmäßige Endfeuchte verbleiben soll b) Gegenstrom Feuchtes Frischgut trifft auf das bereits abgekühlte & befeuchtete Abgas → Wärmeübertragung anfangs nur moderat, → Aber über den gesamten Trocknungsweg gleichmäßiger & effizienter. Gut erreicht am Ende eine hohe Temperatur im Bereich, der der heißen Frischluft liegen kann. Anwendung: wenn..i) getrocknetes Gut nur eine geringe Restfeuchte aufweisen darf.ii) Gut hygroskopisch ist

Question 12

Was versteht man unter Kontakttrocknen? Prinzip?

Accepted Answer

Prinzip: Konduktion zur Trocknung von Gütern: benötigte Energie wird durch den Wärmeübergang von einer beheizten Fläche an das feuchte Gut übertragen Gut steht im direkten Kontakt mit einer beheizten Oberfläche Einsatz von Vakuum zur Begünstigung der Verdampfung Eignung für wenig temperaturempfindliche Produkte

Question 13

Einsatz von Gefriertrocknung?

Accepted Answer

Gefriertrocknung: Einsatz bei wärmeempfindlichen, hochwertigen Gütern wie Pharmazeutika, Seren, Plasma und bestimmten Lebensmitteln:– Gemüse, Früchte, Pilze– Fleisch & Fleischprodukte, Geflügel – Fisch, Krabben– Starterkulturen für Joghurt etc. UNGEEIGNET = Produkte mit hohem Fettgehalt:→ Schlecht trocknend→ Ranzigwerden während der Lagerung

Question 14

Verfahrensschritte der Gefriertrocknung

Accepted Answer

Verfahrensschritte der Gefriertrocknung 1. Einfrieren des Lebensmittel ↓ 2. Tempern ↓3. Haupttrocknung (Sublimationstrocknung): im Vakuum – Sublimation des im Lebensmittel enthaltenen Eises – Absaugen des anfallenden Wassers zu einem Kondensator ↓4. Nachtrocknung (Desorptionstrocknung): – Desorption der nicht gefrorenen, adsorbierten Flüssigkeit

Question 15

Möglichkeiten der Durchführung der Gefriertrocknung Nachteile der Gefriertrocknung

Accepted Answer

Durchführung der Gefriertrocknung: Batch-Verfahren für Kleine Durchsätze – mit Tellertrockner – Einfrieren & Gefriertrocken im gleichen Apparat Kontinuierliches Verfahren für Große Durchsätze– mit Vakuumfester Kammertrockner – Einfrieren & Gefriertrocknen in separaten Schritten bzw. Apparaten Nachteil: relativ teures & aufwandiges Verfahren – Festlegung eines geeigneten Regimes (Lyozyklus) – Möglichst kurze Gefrier- & Trocknungszeiten

Question 16

Vor- & Nachteile der Sonnentrocknung

Accepted Answer

Vorteile Einfacher, kostengünstiger Prozess Nachteile: Zeitintensives Verfahren– Trocknen von Aprikosen bis zu einem Feuchtegehalt von 24% erfordert fast 50 Stunden direkte Sonnenbestrahlung Hoher Platzbedarf Schwierig zu kontrollierender Prozess (chemische & biochemische Reaktionen)z. B. – Abbau bzw. Isomerisierung von Carotinoiden durch Licht und Hitze Mikrobielle Belastungz. B. - Bei Gewürzen nach Kontamination mit Fäkalien Urin & Kot. Insektenbefall

Question 17

Häufig auftretende Probleme mit Schüttgütern

Accepted Answer

Probleme mit Schüttgütern: Fließprobleme→ Spuren von Hammerschlägen an der Außenseite von Trichtern Auslauföffnung zu klein→ Bildung von Gewölben Vault (Brücken) → Erliegen stop des Schüttgutflusses Kernfluss, Bildung toter Zonen, Schachtbildung, Schießen, Entmischen Einseitiger Schüttgutabzug, z. B. durch Nutzung nur einer von mehreren Auslauföffnungen → unsymmetrische Belastung der Silostruktur Erschütterungen beim Fließen des Schüttgutes („Silobeben“ bei niedriger Frequenz, „Silohupen“ bei hörbaren Frequenzen)

Question 18

Eigenschaften und Vorschläge zur Charakterisierung von Pulvern.

Accepted Answer

Pulver = Disperse Systeme, bestehend aus einer festen dispersen Phase & einer gasförmigen kontinuerlichen Phase mit der Besonderheit, dass sich die Einzelpartikel gegenseitig berühren Mittelstellung FESTSTOFF – PULVER – FLÜSSIGKEIT. Wichtige Charakteristika von Pulvern: Fließeigenschaften Partikelgröße & Partikelgrößenverteilung Partikelform Dichte (Schüttgutdichte) Spezifische Oberfläche Wassergehalt, Hygroskopizität Chemische Zusammensetzung Charakterisierung von Pulvern: Partikelgröße & Partikelgrößenverteilung durch Siebanalyse Schüttgutdichte

Question 19

Eigenschaften und Vorschläge zur Charakterisierung von Pulvern.

Accepted Answer

Pulver = Disperse Systeme, bestehend aus einer festen dispersen Phase & einer gasförmigen Phase mit der Besonderheit, dass sich die Einzelpartikel gegenseitig berühren Mittelstellung FESTSTOFF – PULVER – FLÜSSIGKEIT. Wichtige Charakteristika von Pulvern: Fließeigenschaften Partikelgröße & Partikelgrößenverteilung Partikelform Dichte (Schüttgutdichte) Spezifische Oberfläche Wassergehalt, Hygroskopizität Chemische Zusammensetzung Charakterisierung von Pulvern: Partikelgröße & Partikelgrößenverteilung durch Siebanalyse Schüttgutdichte

Question 20

Was versteht man unter Hygroskopizität?

Accepted Answer

Hygroskopizität: Vermögen eines Stoffes, auf den Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch Wasserdampfaufnahme od. -abgabe zu reagieren.

Question 21

Begriff der Adsorption und Desorption

Accepted Answer

Adsorption = Wasserdampf-aufnahme Desorption = Wasserdampf-abgabe

Question 22

Definition: Adsorbens, Adsorptiv, Adsorpt, Adsorbat

Accepted Answer

1. Adsorbens: Festkörper, der an seiner Oberfläche ein Gas adsorbiert 2. Adsorbat: Festkörperoberfläche, die mit Adsorpt beladen ist. 3. Adsorptiv: Gas, das (noch nicht) adsorbiert wird 4. Adsorpt: Gasmoleküle, die an der Oberfläche adsorbiert werden

Question 23

Oberflächenflüssigkeit

Accepted Answer

Oberflächenflüssigkeit = Feuchtigkeitsbindung: bedeckt die äußere Gutsoberfläche als dünner Film. Dampfdruck entspricht = dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit bei der entsprechenden Gutstemperatur.

Question 24

Zwickelflüssigkeit

Accepted Answer

Zwickelflüssigkeit = Feuchtigkeitsbindung: Feuchte zwischen den Körnern einer Schüttung, die durch Adhäsionskräfte haften bleibt.

Question 25

Kapillarflüssigkeit

Accepted Answer

Kapillarflüssigkeit = Feuchtigkeitsbindung: Feuchte in Poren od. geschlossenen Hohlräumen im Innern des Guts. Der Dampfdruck in kleinen Kapillaren sinkt wegen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit.⇒ das Gut wird hygroskopisch.

Question 26

Quellflüssigkeit

Accepted Answer

Quellflüssigkeit = Feuchtigkeitsbindung: Feuchte ist Bestandteil der festen Phase & durchdringt diese vollständig. Feststoff mit Quellflüssigkeit ist gelartig & hygroskopisch. Volumenschrumpfung bei Trocknung ⇔ Volumenzunahme bei Zugabe von Flüssigkeit.

Question 27

Arten von chemisch gebundener Flüssigkeit im Feststoff

Accepted Answer

Chemisch gebundene Flüssigkeit im Feststoff = Feuchtigkeitsbindung: Feuchte als Kristallwasser (CaCl2•2H2O) od in Form von Ionen, z. B. bei Ca(OH)2

Question 28

Prinzip des Lyozyklus bei Gefriertrocknung

Accepted Answer

Lyozyklus = Graph Temperatur- & Druckverlauf bei der Gefriertrocknung auf s. 42 Schockgefrieren– Kein richtige Eiskristalle gebildet, Haltung des Textures– Normal Druck – Temperatur Absenkung (auf -20°C) Tempern:– Bildung von großen Eiskristallen– Temperatur erhöht (noch unter 0°C) & dann wieder gesenkt Haupttrocknung im Vakuum: – Druck sinkt erheblich (Vakuum)– Temperaturführung (noch unter 0°C), dass kein Antauen erfolgen kann.– Sublimation des im LM enthaltenen Eises (Große Kristalle)– Absaugen des anfallenden Wassers zu tiefgekühltem Kondensator ⇒ Restfeuchtegehalt = 10%) Nachtrocknung (Desorptionstrocknung)– 􏱚Desorption der nicht gefrorenen, adsorbierten Flüssigkeit (Restfeuchte zu entfernen)– Erhöhung der Temperatur (auf +30 - +60 °C)– Druck bleibt reduziert

Question 29

Beispiele von Konvektionstrocknern, Prinzip.

Accepted Answer

Kammertrockner mit Luftumwälzung (stückige, körnige, pastöse, flüssige Güter)– Gut liegt auf Blechen od. Horden, aufgeheizte Luft strömt über/durch die Horden Tellertrockner (rieselfähige Güter)– Zufuhr des Feuchtguts zum obersten Teller, Transport durch Krählwerk nach innen, Gut fällt durch zentrale Öffnung in den nächst tieferen Teller, Transport durch Krählwerk nach außen usw. Bandtrockner (stückige, teigige, körnige Güter)– Feuchtes Gut wird als dünne Schicht auf ein langsam laufendes Band aufgetragen,Heiße Luft wird über/durch das Gut geführt. Gut fällt auf ein darunter laufendes Band usw. Trommeltrockner/ Drehrohrtrockner (rieselfähige Güter)– Einbringen des feuchten Guts am erhöhten Rohrende, Gut rieselt im Kontakt mit heißer Luft durch Drehbewegung zum tieferen Ende. Wirbelschichttrockner/ Fließbetttrockner (körnige, nicht klebende, rieselfähige Güter)– Feuchtes Gut auf perforierter & vibrierender Unterlage wird von unten durch heiße Luft aufgewirbelt. Sprühtrockner/ Zerstäubungstrockner (schnell trocknende flüssige, pastöse hitzeempfindliche Stoffe)– Versprühen des flüssigen Guts in einem zylindrischen Turm in feine Tröpfchen, 􏱚Gut fällt im Kontakt mit heißer Luft nach unten (Gleichstrom / Gegenstrom) 􏱚

Question 30

Was versteht man unter Sonnentrocknung und Solartrocknung - Anwedung - Prozess Parameter

Accepted Answer

Sonnentrocknung: Solartrocknung: Trocknung = durch direkte Sonnenbestrahlung; (open) sun drying Solartrocknung: Indirekte Trocknung = durch Sonnenenergie erhitzte Luft Prozessparameter: Temperatur Luftgeschwindigkeit Relative Feuchte Strahlungsintensität Vorbehandlung (chemisch, mechanisch) Sorte, Reifestadium Anwendung: Obst, Gemüse, Gewürze, Fisch, Getreide

Question 31

Prinzip, Einsatzgebiete: Fallfilmverdampfer

Accepted Answer

Fallfilmverdampfer = Eindampfen Heizflächen aus Rohrbündeln, die vom Produkt nach unten durchflossen werden. Der Flüssigkeitsfilm wird verdampft, wodurch die Schichtdicke abnimmt & der Brüdenanteil zunimmt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Brüdens steigt & beschleunigt dadurch das Abfließen der Flüssigkeit. Das Gemisch wird tangential in den Abscheider geleitet & in Brüden & Konzentrat getrennt. Einsatzgebiete: Kaffee-Extrakte Milchprodukte Fruchtsaft-Konzentrierung

Question 32

Herstellung von Trockenmilchprodukten

Accepted Answer

Milch ↓ 1. Mehrstufige Fallfilmverdampfer Konzentrat ↓ 2. Sprühtrockner Milchpulver ↓ 3. Nachtrocknung (Fließbett) Fertiges Produkt

Question 33

Begriffsbestimmungen: - Sorptionsisotherme - Sorptionsverhalten - Adsorption - Desorption

Accepted Answer

Sorptionsisotherme: Graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens einer Ware. stellt den Zusammenhang zw. dem Wassergehalt eines Gutes & der rel. Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft bei einer bestimmten Temperatur dar. Sorptionsverhalten: Eigenschaft eines hygroskopischen Gutes, Wasserdampf aus der Luft aufzunehmen bzw. abzugeben, bis ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist Adsorption = Wasserdampfaufnahme Desorption = Wasserdampfabgabe

Allg. Lebensmitteltechnologie (Fach) / (2) Wasser, Trocknung, Pulver, Schuttguter (Lektion)