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Einfluss der Inhaltsstoffe von Weizenmahlprodukten auf das Extrudierverhalten direkt expandierter Erzeugnisse
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17036 BG
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2013
Fördersumme: 455.650 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Extrusion stellt ein hoch produktives, kontinuierliches
Verfahren der Lebensmittelindustrie
dar und ist für die Herstellung unterschiedlichster
direkt expandierter Produkte aus Getreidemahlprodukten
seit langem etabliert. Die Strukturbildung
des Mehl-Wasser-Gemisches erfolgt
durch Plastifizierung unter gleichzeitiger Wirkung
von Scherung, Temperatur und Druck. Dadurch
laufen die Prozesse grundsätzlich anders ab als
unter atmosphärischen Bedingungen.
Bei der Extrusion von Getreidemahlprodukten
aus Weizen zu direkt expandierten Zerealien gelangen
Rohstoffchargen in die Verarbeitung, die
trotz Einhaltung der standardisierten Prozessparameter
des jeweiligen Extrusionsprozesses nicht
zu qualitätsgerechten Extrudaten verarbeitet
werden können. Diese Störungen treten zwar
nicht ständig, aber unkontrolliert immer wieder
auf, so dass damit ein erheblicher wirtschaftlicher
Schaden verbunden ist, da die Kontinuität
der Produktion nachhaltig gestört wird. Neben
der Produktion von Fehlchargen kann es zu Störungen
des Extruders kommen, die bis zum Produktionsstop
und der Notwendigkeit einer weitgehenden
Demontage des Extruders führen
können.
Darüber hinaus sind auch bei gegebener Maschinengängigkeit
Schwankungen der Produktqualität
hinsichtlich Porosität und Textur zu verzeichnen,
die anhand der derzeit vorgenommenen
Charakterisierung des Ausgangsmaterials
nicht erklärt und somit auch nicht verhindert
werden können. Bei Kunden können diese Qualitätsschwankungen
zu Reklamationen, Preisabschlägen
und Auslistungen führen, was einen
erheblichen wirtschaftlichen Schaden zur Folge
hat. Die gegenwärtig für die Extrusion eingesetzten
Typenmehle werden anhand von Merkmalen
charakterisiert, die auf die Herstellung von
Backwaren ausgerichtet sind. Spezifizierte Eigenschaften
dieser Typenmehle sind der Mineralstoffgehalt
(nach DIN 10355). Alle weiteren
Mehlparameter sind Inhalt der Spezifikationen
der Vertragspartner, wie z.B. Feuchte, Proteingehalt,
Fallzahl, Klebergehalt und Sedimentationswert.
Von den Mühlen werden je nach Nachfrage
einzelner Typen die Passagenmehle,
unabhängig davon, welcher Passage sie entstammen,
so gemischt, dass die jeweilige Spezifikation
erfüllt ist. Deshalb schwanken die Anteile
einzelner Inhaltsstoffe (Proteinspektrum,
Nicht-Stärke-Polysaccharide) trotz eingehaltener
Spezifikation in erheblichem Maße.
Diese völlig stochastischen Schwankungen der
Inhaltsstoffgehalte und ihrer -qualität sind mit
hoher Wahrscheinlichkeit die Ursache für die
rohstoffbedingten Störungen des Extrusionsprozesses
von Weizenmehlen. Die Vorgänge, die
beim Extrudieren ablaufen, sind außerordentlich
komplex und sind hinsichtlich der Stoffwandlungsvorgänge
bis heute noch nicht in allen Details
bekannt, insbesondere auch, da die Charakterisierung
der stofflichen Veränderungen unter
dem kombinierten Einfluss von Temperaturen
über 100°C, Drücken bis zu 25 MPa und intensiver
Scherung mit den herkömmlichen Messverfahren
nicht ohne Weiteres möglich ist. Das
Verhalten von Getreideprodukten beim Extrudieren
und die daraus resultierenden Qualitätsmerkmale
in Bezug auf Struktur und Textur werden
von vielen Faktoren beeinflusst. Bei den
Strukturbildungsprozessen spielt das Wasser
hinsichtlich der Wechselwirkungen mit den Makromolekülen
der Weizenmehle eine herausragende
Rolle.
Die wesentlichsten strukturbildenden Inhaltsstoffe
von Getreidemahlprodukten sind Stärke,
Proteine und Pentosane. Diese sind in der Lage,
ihre dreidimensionale Struktur in Abhängigkeit
von dem zur Verfügung stehenden Wasserangebot
sowie Temperatur, Druck, Scherung und
Zeit zu verändern. Darüber hinaus verändern
Komponenten wie Kochsalz durch ihren Einfluss
auf Löslichkeit und Assoziation von Proteinfraktionen
die funktionellen Eigenschaften von Weizenmahlfraktionen
in erheblicher Weise.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Kenntnisse
über die stofflichen Ursachen unterschiedlicher
Eigenschaften von Extrudaten aus Weizenmehl
in Abhängigkeit von den angewendeten Prozessparametern
zu gewinnen. Es sollen die Zusammenhänge
zwischen Inhaltsstoffgehalt, -qualität
und -verteilung in Passagenmehlen aus
Weizen unterschiedlicher Kornhärte auf die Eigenschaften
von direkt expandierten Zerealien
qualitativ und quantitativ untersucht werden.
Dadurch soll es gelingen, jene Inhaltsstoffe oder
Inhaltsstoffkombinationen zu ermitteln, die die
Extrusionseigenschaften in erheblichem Maße
beeinflussen. Dementsprechend wird es möglich
sein, aus den Mahlpassagen „maßgeschneiderte“
Mehle für die Extrusion zusammenzustellen.
Zur Kontrolle soll auf der Basis des
Viskogramms eine Beurteilungsmethode erarbeitet
werden, die Rückschüsse hinsichtlich der
funktionellen Eigenschaften der Mehlfraktionen
oder Mehlmischungen für ihre Extrusionseignung
erlaubt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
