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Strukturbildung bei Fleischerzeugnissen durch Optimierung und Neugestaltung eines kontinuierlichen Produktionssystems auf Basis der Füllwolftechnologie
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16461 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.05.2013
Fördersumme: 290.550 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Ausgangssituation: Verfahren auf Basis der seit ca. 15 Jahren bekannten und damit noch relativ jungen Füllwolftechnologie verbreiten sich zunehmend am Markt und komplementieren die traditionelle Kuttertechnik. Füllwölfe sind Füllmaschinen mit vorgeschalteter Wolftechnik (Feinzerkleinerung von Fleisch), die sich im Gegensatz zum traditionellen Kutter (Mischen und Zerkleinern vonFleisch) durch eine kontinuierliche Verfahrensführung und hohe Wirkungsgrade auszeichnen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird der Füllwolf hauptsächlich zur Herstellung von grobdispergierten Rohwürsten verwendet. Aufgrund der industriellen Verbreitung der Füllwolftechnologie besteht aber ein großes Interesse an einem breiten Einsatz des Füllwolfes für das gesamte Produktsortiment der Fleischerzeugnisse. Dabei muss eine effiziente, großtechnische Herstellung von Wurstwaren gewährleistet werden, um die stetig steigende Nachfrage der Verbraucher nach preiswerten, aber zugleich qualitativ hochwertigen Produkten zu befriedigen. Während sich bisher die Produktion ausschließlich auf die Herstellung von Rohwürsten konzentriert, wurde im vorliegenden Forschungsvorhaben der Einsatz dieser Technologie in Hinblick auf die Herstellung von Brühwürsten mit unterschiedlichen Dispergierungsgraden untersucht. Um die Anwendung der Füllwolftechnologie auf die Herstellung von Brühwürsten zu erweitern, musste geklärt werden, welche maschinenbaulichen Veränderungen notwendig sind, um eine Feinstdispergierung zu erzielen. Um diese Frage zu beantworten, war es Ziel des Forschungsvorhabens, ein grundlegendes Verständnis der gebildeten Strukturen der gefertigten Fleischwaren als Funktion der maschinentechnischen Gestaltung des Apparates und der verfahrenstechnischen Parameter zu entwickeln.
Forschungsergebnis:
Im ersten Teil des Forschungsvorhabens bezogen sich die Versuche auf grundlegende Zusammenhänge bei der Rohwurstherstellung. Grobdispergierte Fleischmassen, hergestellt im Füllwolf mit einer typischen Rohwurstformulierung, wiesen auch bei höheren Rohmaterialtemperaturen keine qualitativen Unterschiede auf. Änderungen in der Fetttemperatur führten zu keiner negativen Beeinflussung der Produkte. Infolgedessen ergab sich bei Verwendung höherer Fetttemperaturen für schnittfeste Rohwürste, die mit dem Wolfschneidsatz hergestellt wurden, ein bis zu 25 % geringerer Energiebedarf. Das reduziert wirkende Drehmoment kann sich zudem auf die Lebensdauer der Bauteile des Füllwolfes und der Schneidsätze positiv auswirken, da von einer weniger starken Abnutzung ausgegangen werden kann. Somit lassen sich mit der Füllwolftechnologie durch einfache Variation der Rohmaterialtemperaturen die Herstellungskosten von Rohwürsten deutlich reduzieren. Mit dem bestehenden Füllwolfsystem war es durch Variation der Betriebsparameter möglich, die Dispergierungsgrade innerhalb einer Bandbreite stufenlos einzustellen. Bei geringen Volumenströmen und hohen Messerdrehzahlen konnten bereits relativ feindispergierte Strukturen erzeugt werden. Mit ansteigendem Volumenstrom und abnehmender Messerdrehzahl nahm der Dispergierungsgrad zusehends ab. Somit entstanden Strukturen, wie sie für grobdispergierte Produkte üblich sind. Für die industrielle Herstellung feindispergierter Fleischerzeugnisse ist jedoch die Integration von Zerkleinerungswerkzeugen mit höheren Scherkräften notwendig. Mit Hilfe einer zusätzlichen Feindispergiereinheit konnten in der Zerkleinerungszone, die durch zwei Zahnkranz-Rotor-Statorelemente gebildet wird, wesentlich höhere Schneidkräfte als im bestehenden Füllwolfsystem erzeugt werden. Der volumenspezifische Energieeintrag lag für den Feindispergierer mehr als das Zehnfache über dem des Füllwolfs. Der Feindispergierer konnte in das bestehende Füllwolfsystem integriert und mit Hilfe eines Füllrohrs konnte das Brät direkt in Hüllen eingebracht werden. Durch den höheren volumenspezifischen Energieeintrag konnten bereits mit dem Feindispergierer ohne angeschlossenen Füllwolf feindispergierte Fleischemulsionen hergestellt werden. Die Kombination des bestehenden Füllwolfsystems mit dem Feindispergierer erlaubte eine stufenlose Einstellung beliebiger Produktstrukturen bei der industriellen Herstellung. Dadurch konnten höhere Produktdurchsätze realisiert werden. Über die angelegten Betriebsparameter in Füller (Volumenstrom), Füllwolf (Schneidsatz, Messerdrehzahl) und Feindispergierer (Anzahl der Rotor-Stator-Stufen, Rotordrehzahl) konnte weitgehend jede Produktstruktur stufenlos eingestellt werden. Der instrumentelle Aufbau besitzt prinzipiell das Potential, qualitativ vergleichbare Produkte zu generieren wie sie bei konventioneller Herstellung mit dem Kutter oder Brätautomat erzeugt werden.
Zusätzlich konnten durch die Integration einer Düse zwischen Füllwolf und Feindispergierer flüssige Formulierungsbestandteile in den Herstellungsprozess kontinuierlich zudosiert werden. Dabei zeigte sich, dass der Energiebedarf des Feindispergierers durch den Austausch der Eisschüttung durch eine zudosierte Nitritpökelsalzlösung bei gleichbleibender Produktqualität um bis zu 23 % reduziert wurde. Darüber hinaus könnten über die Düse neben Nitritpökelsalz auch Umrötungshilfsmittel bzw. Kutterhilfsmittel eingebracht werden. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, mit der Zudosierung der flüssigen Formulierungsbestandteile über die Düse die Arbeitsschritte vor der Beschickung des Füllwolfs auf das Mischen von Fleisch und Fett zu beschränken.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
