Auf unserer Webseite verwenden wir Cookies, die unter „Cookie-Einstellungen anpassen“ näher beschrieben werden. Notwendige Cookies werden für grundlegende Funktionen der Webseite benötigt, um eine optimale Nutzung zu ermöglichen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Webseite einwandfrei funktioniert. Darüber hinaus können Sie Cookies für Statistikzwecke zulassen. Diese ermöglichen es uns, die Webseite stetig zu verbessern und Ihr Nutzererlebnis zu optimieren. Ihre Einwilligung zur Nutzung der Statistik-Cookies ist freiwillig und kann in der Datenschutzerklärung dieser Webseite unter „Cookie-Einstellungen“ jederzeit widerrufen werden.
Datenschutzerklärung
Impressum
Fettreduktion durch Doppelemulsionen: Grundlegende Untersuchungen zur Beeinflussung der Mikrostruktur von Doppelemulsionen und deren Auswirkung auf konsumentenrelevante Produkteigenschaften (mouth-feel, Kremigkeit, Fettgeschmack, Sättigung)
Projekt
Förderkennzeichen: DFG/AiF-Cluster 3
Laufzeit: 01.01.2009
- 31.12.2012
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Ziel des Teilprojektes war die Herstellung von W/O/W-Doppelemulsionen mit
gezielt einstellbaren Strukturen in Lebensmittelqualität. Dazu wurde ein zweistufiger
Emulgierprozess genutzt. Im ersten Emulgierschritt wird dabei eine Wasser-
in-Öl-Emulsion hergestellt, die dann im zweiten Emulgierschritt als disperse
Phase der Doppelemulsion weiterverarbeitet wird.
Im ersten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass es prinzipiell möglich ist, die innere
Emulsion ohne die Verwendung von in Lebensmitteln nur beschränkt zugelassenen
Emulgatoren zu stabilisieren. Hierzu wurde in der dispersen Wasserphase
Pektin als Gelbildner eingesetzt und durch eine gezielte Temperatursenkung im
Prozess die Gelierung der Tropfen und damit deren Stabilisierung hervorgerufen.
Zur Realisierung kam ein Hochdruckhomogenisator mit Lochblenden zum
Einsatz. Nach dem Aufbruch der Tropfen im Bereich der Blende wurde mithilfe
der SEM-Technologie (Simultanes Emulgieren und Mischen) kaltes Öl zur Auslösung
der Gelierung zugemischt. Da prinzipiell bimodale Tropfengrößenverteilungen
mit nennenswerten Anteilen an zu großen Tropfen auftraten, wurde
die Strömung in den eingesetzten Lochblenden genauer untersucht. Für die
Charakterisierung des Prozesses wurde mit dem Durchflusskoeffizienten CD
eine Kenngröße der Strömungsmesstechnik adaptiert. Damit ist es möglich, die
während des Emulgierens vorliegende Strömungsform einzuordnen und darüber
den Prozess zu steuern. Es konnte gezeigt werden, dass die vorliegende
Strömungsform beim Emulgieren mit Lochblenden das Emulgierergebnis entscheidend
beeinflusst. Die bimodalen Verteilungen konnte auf Strömungen im
Übergangsbereich zwischen laminaren und turbulenten Strömungen zurückgeführt
werden. Zusätzlich konnten Instabilitäten detektiert werden, die eine Erhöhung
des Dispersphasenanteils auf, für die Reduktion des Fettgehalts durch
Doppelemulsionen, notwendige Mengen erschweren. Damit konnten für eine
weitere Ausarbeitung dieses Verfahrens für technische Anwendungen die relevanten
Ansatzpunkte gefunden werden.
Da dies aber nicht Ziel dieses DFG-Projekts war, wurden für die weiteren Untersuchungen
innere Emulsionen mithilfe des Emulgators PGPR (im zugelassenen
Konzentrationsbereich) stabilisiert und mit einer Kolloidmühle hergestellt. So
konnten Tropfen < 1 μm erzeugt und stabilisiert werden.
Bei der Herstellung von Doppelemulsionen ist neben den erreichbaren Tropfengrößen
vor allem der Erhaltungsgrad, also der Anteil des Wassers in den Tropfen,
der nach dem zweiten Emulgierschritt noch in den Tropfen vorliegt, entscheidend.
Da nachgewiesen werden konnte, dass die hierzu in der Literatur beschriebene
Färbemethode ungeeignet ist, wurde eine neue Methode auf Basis von
DSC-Messungen herangezogen und für Anwendungen in Doppelemulsionen
weiterentwickelt.
Doppelemulsionen werden in der Wissenschaft gerne mit Membranverfahren
hergestellt, deren technische Umsetzung wegen Problemen mit Fouling noch in
der Kinderschuhen steckt. Daher wurde im Rahmen dieses Projekts untersucht,
ob sich auch großtechnisch einsetzbare Emulgierverfahren – Rotor-Stator-Maschinen
(Zahnkranzdispergiermaschine, Kolloidmühle) und Hochdruckhomogenisatoren
– zur Herstellung von Doppelemulsionen eignen. Es zeigte sich, dass
der höchste Erhalt der inneren Tropfen bei vergleichbarer äußerer Tropfengröße
durch den Einsatz einer Kolloidmühle realisiert werden kann.
Abschließend wurden in Kooperation mit dem Cluster-Partner (Teilprojekt 9)
sowohl konventionelle Vollfett- als auch fettreduzierte Doppelemulsionen sensorisch
untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen an einfachen Emulsionen
gaben Hinweise auf die notwendigen maximalen Tropfengrößen in
Doppelemulsionen. Außerdem wurden Doppelemulsionen mit verschiedenen
Mengen an Wasser in den inneren Tropfen mit einer vollfetten Referenz verglichen.
Die Viskositäten der Emulsionen wurden durch Verdünnen angeglichen. Es
zeigte sich, dass trotz deutlich variierendem Fettgehalt (19, 23 und 50 %) keine
Unterscheidung der Proben möglich war.
Mit diesem Forschungsprojekt konnte somit generell gezeigt werden, dass sich
Doppelemulsionen zur gezielten Fettreduktion in Lebensmitteln ohne sensorisch
wahrnehmbaren Verlust an konsumentenrelevanten Eigenschaften eignen.
Auch konnte ein skalierbares technisches Herstellverfahren entwickelt werden.
Gezeigt wurde zudem, welchen Einfluss Stoff- und Prozessparameter auf die
Mikrostruktur und auf die Eigenschaften der Emulsionen haben. Die Ergebnisse
wiesen aber auch darauf hin, dass die Herstellung von inneren Emulsionen ohne
Einsatz von E‑Nummern behafteten Emulgatoren noch schwierig ist. Auch der
Erhalt der inneren Tropfen im zweiten Emulgierschritt ist noch kritisch und zieht
erheblichen Forschungsbedarf nach sich.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
Verbundprojekt
Fettwahrnehmung und Sättigungsregulation: Ansatz zur Entwicklung fettreduzierter Lebensmittel
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik Teilinstitut I: Lebensmittelverfahrenstechnik (LVT)
