Vortrag: Die entscheidende Rolle der mechanischen Eigenschaften bei der Produkt- und Prozessentwicklung: Ein Blick auf die Lebensmittelextrusion

Die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse in der Lebensmittelindustrie ist ein faszinierendes Zusammenspiel von Wissenschaft und Kreativität. Besonders spannend wird es, wenn wir uns die Lebensmittelextrusion ansehen – ein kontinuierliches Verfahren, das verschiedene Unit Operations in einem Verfahrensraum vereint. Prozessschritte wie Pulverdosierung, Mischen von Rohstoffen, Kneten, Aufschmelzen, Kochen und Formen sind entscheidend für die Performance der Endprodukte. Jeder Schritt wird stark von der Mechanik bzw. den Fließeigenschaften der Rohstoffe, der entstandenen Schmelze und des Endprodukts beeinflusst.

Die Mechanik von Lebensmitteln beschäftigt sich mit den physikalischen Eigenschaften und dem Verhalten von Lebensmitteln unter verschiedenen Kräften und Bedingungen. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Verarbeitung, Lagerung, Textur und letztlich die Akzeptanz der Produkte beim Verbraucher. Ein tiefes Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Lebensmitteln ist entscheidend für die Entwicklung und Optimierung von Verarbeitungsprozessen. Insgesamt ist die Mechanik von Lebensmitteln ein komplexes Feld, das eng mit der Lebensmitteltechnologie und -wissenschaft verknüpft ist und entscheidend dazu beiträgt, innovative und qualitativ hochwertige Lebensmittelprodukte zu entwickeln.

In diesem Vortrag wird der Fokus auf die Textur und Fließeigenschaften von Pulvern, Biopolymerschmelzen und Extrudaten gelegt: Vom Rohstoff über den Prozess bis zum fertigen Produkt. In den verschiedenen Schritten liegt der Fokus auf unterschiedlichen Kennwerten. Bei den Pulvern als Rohstoffe ist vor allem die Fließfähigkeit zum korrekten Dosieren von großer Wichtigkeit. Das Fließverhalten der Schmelzen bei unterschiedlichen Temperaturen und Polymerisierungsgraden spielen im Extrusionsprozess eine ebenso große Rolle die Glasübergangstemperaturen. Die Bipolymerschmelzen werden durch eine Düse bestimmter Geometrie und Temperatur gepresst. Hier sind die viskoelastischen Eigenschaften entscheidend, um Prozessparameter zu steuern (wie Druck und Drehmoment) und Strukturen zu erzeugen, die u.a. auf das Dehn- und Expansionsverhalten der Schmelze berühren. Die Textur eines Lebensmittels ist oft entscheidend für seine Akzeptanz beim Verbraucher.  Hierbei spielen Parameter wie Härte, Elastizität, Klebrigkeit und Knusprigkeit eine wichtige Rolle. In extrudierten Lebensmitteln spielt die Bruchmechanik eine wichtige Rolle, wie und warum Lebensmittel unter Belastung brechen. Dies ist besonders wichtig für knusprige und spröde Produkte wie Chips oder Kekse. Wichtige Faktoren sind hier die Bruchfestigkeit, also die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht, und die Bruchzähigkeit, die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen und zu verteilen, bevor es bricht.