Die mechanische Stabilität von Fettkugeln mit kristallinem Fettanteil im Strömungsfeld: verfahrenstechnische Einflußgrößen und technologische Veränderungen
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1994
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| adam_text | Titel: Die mechanische Stabilität von Fettkugeln mit kristallinem Fettanteil im Strömungsfeld
Autor: Hinrichs, Jörg
Jahr: 1994
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Kenntnisstand 2 1.1.1 Fettkugelstabilität bei der Be- und Verarbeitung von Milch 2 1.1.2 Systematische Untersuchungen zur Fettkugelschädigung 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 Kräfte um die Fettkugel 22 2.2 Strömungsmechanische Grundlagen 23 2.2.1 Rheologie newtonscher und nichtnewtonscher Fluide 23 2.2.2 Geschwindigkeitsverteilung in einer Rohrströmung für newtonsche Fluide 26 2.2.3 Strömungsdruckverlust und Strömung in Rohrwendeln 26 2.3 Viskosität von Suspensionen 28 2.4 Kugelförmige Partikel in laminarer Scherströmung 31 2.5 Die Weberzahl für 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 Pulverzusätze 38 3.1.3 Milchfettffaktionen 38 3.2 Bestimmung der Stoffdaten 39 3.2.1 Dichte 39 3.2.2 Rheologische Kenngrößen 40
VI 3.2.3 pH-Wert 41 3.2.4 Fettkugelgrößenverteilung 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 Versuchsdurchfiihrung 45 3.3.1 Lagerung der Proben 45 3.3.2 Fettkugelschädigung im Rotationsviskosimeter (Couette-Strömung) 46 3.3.3 Fettkugelschädigung in einer Rohrstrecke (Rohrströmung) 47 3.4 Viskositätserhöhung der äußeren Phase 48 3.4.1 Herstellung der Proben 48 3 .4.2 Bestimmung der Viskosität der äußeren Phase bei Rahmproben 48 3.5 Herstellung von rekombiniertem Rahm mit natürlicher Fettkugelgrößenverteilung 49 3.6 Rahm mit modifizierter Partikelgrößenverteilung 51 4 Verfahrenstechnische Einflußgrößen auf die Fettkugelschädigung 52 4.1 Veränderung der Fettphase durch Strömungsvorgänge 52 4.1.1 Mikroskopisches Erscheinungsbild 52 4.1.2 Veränderung der Fettkugelgrößenverteilung 57 4.1.3 Nachweis der Fettkugelschädigung mittels modifizierter Freifett-Methode 59 4.1.4 Rheologische Veränderungen 60 4.1.5 Bewertung und Einsatzmöglichkeiten der Methoden 62 4.2 Fettgehaltsabhängige Veränderung der Scherempfindlichkeit 63 4.2.1 Theoretische Grundlagen und Ableitung eines Modells 63 4.2.2 Experimentelle Bestätigung der Modellvorstellung 65 4.2.3 Anpassung des Modells und Ermittlung des funktionalen Zusammenhangs 66 4.3 Einfluß der Temperatur auf die Stabilität der Fettkugel gegenüber Scherbeanspruchung 67 4.3.1 Scherempfindlichkeit von Roh- und erhitztem Rahm 67 4.3.2 Einfluß des kristallinen Fettanteils auf die Stabilität 70 4.3.3 Ermittlung des funktionalen Zusammenhangs für die Fettkugelschädigung im Temperaturbereich von 5 bis 20 °C 72 4.4 Beanspruchung von Fettkugeln bei erhöhter Viskosität der äußeren Phase 72 4.4.1 Theoretische Grundlagen der Versuche 73 4.4.2 Experimentelle Ergebnisse 74 4.4.3 Bestimmung der kritischen Schubspannung für die Fettkugelschädigung 76
VII 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 Fettkugelstabilität bei verringertem Fettkugeldurchmesser 87 4.6.1 Übertragung der Weberzahl auf die Fettkugelschädigung 87 4.6.2 Experimentelle Ergebnisse bei Rahm mit modifizierter Fettkugelgrößenverteilung 88 4.6.3 Bestimmung der scheinbaren Grenzflächenenergie 90 4.7 Übertragung der Ergebnisse aus den Modellversuchen auf die Rohrströmung 92 4.7.1 Anwendung auf die laminare Rohrströmung 95 4.7.2 Experimente in laminarer Rohrströmung 97 4.7.3 Anwendung auf die turbulente Rohrströmung 100 4.7.4 Experimente bei erhöhter Reynoldszahl 101 4.7.5 Festlegung der kritischen Strömungsgeschwindigkeit für Milch und Rahm in Rohrleitungen 103 4.8 Die Viskosität von Milch und Rahm 105 4.8.1 Berechnungen der Viskosität nach der Suspensionstheorie 105 4.8.2 Experimentelle Ergebnisse 107 5 Technologisch bedingte Veränderungen der Fettkugelstabilität 109 5.1 Einfluß von Zusätzen 109 5.1.1 Ohne Erhitzung 109 5.1.2 Bei nachträglicher Erhitzung 110 5.2 Luftbeimengung 113 5.3 Rekombinierter Rahm mit veränderter Fett- und/oder Membranzusammensetzung 115 6 Schlußfolgerungen 120 7 Zusammenfassung 124 8 Literaturverzeichnis 127 9 Anhang 134
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