Die mechanische Stabilität von Fettkugeln mit kristallinem Fettanteil im Strömungsfeld: verfahrenstechnische Einflußgrößen und technologische Veränderungen
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1994
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I
INHALTSVERZEICHNIS
0 FORMELZEICHEN, SYMBOLE, ABKUERZUNGEN IV
1 EINLEITUNG 1
1.1 KENNTNISSTAND 2
1.1.1 FETTKUGELSTABILITAET BEI DER BE- UND VERARBEITUNG VON MILCH 2
1.1.2 SYSTEMATISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR FETTKUGELSCHAEDIGUNG 8
1.2 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 11
2
ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 13
2.1 INHALTSSTOFFE DER MILCH 13
2.1.1 AUFBAU DER FETTKUGEL 14
2.1.2 DIE FETTKUGELMEMBRAN 14
2.1.2.1 DER NATIVE ZUSTAND 14
2.1.2.2 DIE MEMBRAN HOMOGENISIERTER FETTKUGELN 16
2.1.2.3 DIE MEMBRAN REKOMBINIERTER FETTKUGELN 17
2.1.3 DAS MILCHFETT 18
2.1.4 KRISTALLISATIONSVERLAUF IN DER FETTKUGEL 19
2.1.5 DESTABILISIERUNG DER DISPERGIERTEN FETTPHASE 20
2.1.6 ANZIEHENDE UND ABSTOSSENDE KRAEFTE UM DIE FETTKUGEL 22
2.2 STROEMUNGSMECHANISCHE GRUNDLAGEN , 23
2.2.1 RHEOLOGIE NEWTONSCHER UND NICHTNEWTONSCHER FLUIDE 23
2.2.2 GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG IN EINER ROHRSTROEMUNG FUER NEWTONSCHE
FLUIDE 26
2.2.3 STROEMUNGSDRUCKVERLUST UND STROEMUNG IN ROHRWENDELN 26
2.3 VISKOSITAET VON SUSPENSIONEN 28
2.4 KUGELFOERMIGE PARTIKEL IN LAMINARER SCHERSTROEMUNG 31
2.5 DIE WEBERZAHL FUER DEN TROPFENAUFBRUCH 34
2.6 SCHERINDUZIERTE AGGREGATION 35
3 MATERIAL UND METHODEN 38
3.1 VERSUCHSMATERIALIEN 38
3.1.1 ROHSTOFFE 38
3.1.2 MILCHEIGENE UND MILCHFFEMDE PULVERZUSAETZE 38
3.1.3 MILCHFETTFRAKTIONEN 38
3.2 BESTIMMUNG DER STOFFDATEN 39
3.2.1 DICHTE 39
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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II
3.2.2 RHEOLOGISCHE KENNGROESSEN 40
3.2.3 PH-WERT 41
3.2.4 FETTKUGELGROESSEN
VERTEILUNG 41
3.2.5 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNGEN 42
3.2.6 MAGNETISCHE KEMRESONANZSPEKTROSKOPIE (NMR) 43
3.2.7 FETTGEHALT 43
3.2.8 MODIFIZIERTE FREIFETT-METHODE 43
3.3 VERSUCHSANLAGEN UND VERSUCHSDURCHFUHRUNG 45
3.3.1 LAGERUNG DER PROBEN 45
3.3.2 FETTKUGELSCHAEDIGUNG IM ROTATIONSVISKOSIMETER (COUETTE-STROEMUNG) 46
3.3.3 FETTKUGELSCHAEDIGUNG IN EINER ROHRSTRECKE (ROHRSTROEMUNG) 47
3.4 VISKOSITAETSERHOEHUNG DER AEUSSEREN PHASE 48
3.4.1 HERSTELLUNG DER PROBEN 48
3.4.2 BESTIMMUNG DER VISKOSITAET DER AEUSSEREN PHASE BEI RAHMPROBEN 48
3.5 HERSTELLUNG VON REKOMBINIERTEM RAHM MIT NATUERLICHER
FETTKUGELGROESSENVERTEILUNG 49
3.6 RAHM MIT MODIFIZIERTER PARTIKELGROESSENVERTEILUNG 51
4 VERFAHRENSTECHNISCHE EINFLUSSGROESSEN AUF DIE FETTKUGELSCHAEDIGUNG 52
4.1 VERAENDERUNG DER FETTPHASE DURCH STROEMUNGSVORGAENGE 52
4.1.1 MIKROSKOPISCHES ERSCHEINUNGSBILD 52
4.1.2 VERAENDERUNG DER FETTKUGELGROESSENVERTEILUNG 57
4.1.3 NACHWEIS DER FETTKUGELSCHAEDIGUNG MITTELS MODIFIZIERTER
FREIFETT-METHODE 59
4.1.4 RHEOLOGISCHE VERAENDERUNGEN 60
4.1.5 BEWERTUNG UND EINSATZMOEGLICLIKEITEN DER METHODEN 62
4.2 FETTGEHALTSABHAENGIGE VERAENDERUNG DER SCHEREMPFINDLICHKEIT 63
4.2.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN UND ABLEITUNG EINES MODELLS 63
4.2.2 EXPERIMENTELLE BESTAETIGUNG DER MODELLVORSTELLUNG 65
4.2.3 ANPASSUNG DES MODELLS UND ERMITTLUNG DES FUNKTIONALEN
ZUSAMMENHANGS 66
4.3 EINFLUSS DER TEMPERATUR AUF DIE STABILITAET DER FETTKUGEL GEGENUEBER
SCHERBEANSPRUCHUNG 67
4.3.1 SCHEREMPFINDLICHKEIT VON ROH- UND ERHITZTEM RAHM 67
4.3.2 EINFLUSS DES KRISTALLINEN FETTANTEILS AUF DIE STABILITAET 70
4.3.3 ERMITTLUNG DES FUNKTIONALEN ZUSAMMENHANGS FUER DIE
FETTKUGELSCHAEDIGUNG
IM TEMPERATURBEREICH VON 5 BIS 20 C 72
4.4 BEANSPRUCHUNG VON FETTKUGELN BEI ERHOEHTER VISKOSITAET DER AEUSSEREN
PHASE 72
4.4.1 THEORETISCHE GRUNDLAGEN DER VERSUCHE 73
4.4.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 74
4.4.3 BESTIMMUNG DER KRITISCHEN SCHUBSPANNUNG FUER DIE
FETTKUGELSCHAEDIGUNG 76
III
4.5 EINFLUSS DER BEANSPRUCHUNGSDAUER 78
4.5.1 UNTERSUCHUNGEN ZUM SCHERZEITVERHALTEN BEI UNTERSCHIEDLICHEN
FETTVOLUMENKONZENTRATIONEN UND SCHERTEMPERATUREN 78
4.5.2 KOMBINATION DER EINFLUSSFAKTOREN FETTVOLUMENKONZENTRATION UND
TEMPERATUR MIT DER SCHERZEIT 80
4.6 FETTKUGELSTABILITAET BEI VERRINGERTEM FETTKUGELDURCHMESSER 87
4.6.1 UEBERTRAGUNG DER WEBERZAHL AUF DIE FETTKUGELSCHAEDIGUNG 87
4.6.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE BEI RAHM MIT MODIFIZIERTER
FETTKUGELGROESSENVERTEILUNG 88
4.6.3 BESTIMMUNG DER SCHEINBAREN GRENZFLAECHENENERGIE 90
4.7 UEBERTRAGUNG DER ERGEBNISSE AUS DEN MODELLVERSUCHEN AUF DIE
ROHRSTROEMUNG 92
4.7.1 ANWENDUNG AUF DIE LAMINARE ROHRSTROEMUNG 95
4.7.2 EXPERIMENTE IN LAMINARER ROHRSTROEMUNG 97
4.7.3 ANWENDUNG AUF DIE TURBULENTE ROHRSTROEMUNG 100
4.7.4 EXPERIMENTE BEI ERHOEHTER REYNOLDSZAHL 101
4.7.5 FESTLEGUNG DER KRITISCHEN STROEMUNGSGESCHWINDIGKEIT FIIR MILCH
UND RAHM IN ROHRLEITUNGEN 103
4.8 DIE VISKOSITAET VON MILCH UND RAHM 105
4.8.1 BERECHNUNGEN DER VISKOSITAET NACH DER SUSPENSIONSTHEORIE 105
4.8.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 107
5 TECHNOLOGISCH BEDINGTE VERAENDERUNGEN DER FETTKUGELSTABILITAET 109
5.1 EINFLUSS VON ZUSAETZEN , 109
5.1.1 OHNE ERHITZUNG 109
5.1.2 BEI NACHTRAEGLICHER ERHITZUNG 110
5.2 LUFTBEIMENGUNG 113
5.3 REKOMBINIERTER RAHM MIT VERAENDERTER FETT- UND/ODER
MEMBRANZUSAMMENSETZUNG 115
6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 120
7 ZUSAMMENFASSUNG 124
8 LITERATURVERZEICHNIS 127
9 ANHANG
134 |
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