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Impressum
Untersuchungen zur zielgerichteten Beeinflussung der Struktur von Sprühmilchpulver für die Milchschokoladenherstellung
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 13833 N
Laufzeit: 01.01.2003
- 31.12.2005
Fördersumme: 212.050 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Verarbeitung von Milchpulver in der Milchschokoladenmasse erfolgt durch Dispergierung des Pulvers zusammen mit dem Zucker und der Kakaomasse in einer Fettphase und aus sensorischen Gründen einer nachfolgenden Feinzerkleinerung auf Teilchengrößen < 30 μm. Die nach der Feinzerkleinerung erforderliche Endveredelung (Conchieren) ist die energetisch und zeitlich aufwändigste Bearbeitungsstufe bei der Schokoladenherstellung, wobei die verfügbar Feuchte, die auch über das Milchpulver eingetragen wird, eine ganz wesentliche Rolle spielt.
Die Bindung der Feuchtigkeit im Milchpulver und damit deren Verfügbarkeit hängt ganz wesentlich vom Zustand der Lactose (amorph/kristallin) ab. Daneben sind auch die Fließeigenschaften der aufgeschmolzenen Milchschokolade von Bedeutung, da diese deren Verarbeitungsverhalten in den nachfolgenden Prozessen (Ausformen/ Überziehen) bestimmen. Ziel ist immer eine minimale Fließgrenze und Viskosität der flüssigen Schokoladenmasse bei gegebenem Fettgehalt (Rezeptur, Kosten). In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass bei gleichen Masseanteilen und gleicher Teilchengrößenverteilung die Milchpulver mit kompakter Struktur, geringer spezifischer und glatter Oberfläche und geringster Hygroskopizität die besten Fließeigenschaften ergeben.
Unter diesen Aspekten bringen gerade Standardsprühmilchpulver eher ungeeignete Voraussetzungen für die Verarbeitung in der Schokoladenmasse mit. Die Frage ist, ob durch eine gezielte Beeinflussung der Hygroskopizität und der Struktur eines solchen Pulvers bessere Verarbeitungseigenschaften für den Einsatz in Milchschokolade erreicht werden können. Ein entscheidender Schritt hierzu ist die Umwandlung der amorphen Lactose in die kristalline Form, weil auf diese Weise die große Hygroskopizität des Milchpulvers und somit dessen Endfeuchte unmittelbar vor der Verarbeitung reduziert werden kann. Weiterhin haben die Lactosekristalle eine hohe Dichte und enthalten keine Poren mehr, was rheologisch günstiger ist. Unter welchen Bedingungen eine solche Behandlung ablaufen muss, um die gewünschte Strukturänderung zu erreichen, und welche Effekte sie auf andere Eigenschaften des Milchpulvers bzw. die mit diesem Milchpulver hergestellten Schokolade (z.B. Sensorik) hat, war bisher nicht bekannt.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Optimierung eines Verfahrens für die mechanisch-thermische Strukturmodifizierung von Sprühmilchpulver einschließlich der gesteuerten Rekristallisation der Lactose zur Verminderung der Hygroskopizität und zur Anpassung der Struktur nach der Zerkleinerung, so dass es für den Einsatz zur Herstellung von Milchschokolade besser geeignet ist.
Forschungsergebnis:
Im Rahmen des Projekts wurde eine mechanisch-thermische Behandlung von Milchtrockenprodukten mit unterschiedlichen spezifischen Energieeinträgen und Temperaturbeaufschlagung (Kneter bzw. Extruder) etabliert, wobei sprühgetrocknete Vollmilch-, Magermilch- und Süßmolkenpulver, Walzenvollmilchpulver zum Vergleich sowie getrocknete Molkenkonzentrate bzw. Molkenpermeate in die Untersuchungen einbezogen wurden.
Für die Kurzzeitbehandlung im Extruder war es erforderlich, die fettfreien Pulver vor der Behandlung auf einen Fettgehalt entsprechend dem von Vollmilchpulver aufzufetten und die Pulver zur Reduzierung der Glasübergangstemperatur auf einen etwas höheren Feuchtegehalt einzustellen, wobei ein Großteil der zusätzlichen Feuchte durch die höhere Temperatur des Pulvers nach der Extrusion sehr schnell verdunstet. Die mechanisch-thermische Behandlung im Extruder führte bei allen Milchpulvern und beim Süßmolkenpulver zu einer deutlichen Kompaktierung der Struktur einschließlich Glättung der Oberfläche sowie zur drastischen Reduzierung der Hygroskopizität. Die Ursache dafür war die Rekristallisation der Lactose, wie anhand von Sorptionsuntersuchungen und DSC-Messungen nachgewiesen werden konnte. Beim Sprühvollmilchpulver wurde zusätzlich der Anteil an freiem Fett um den Faktor 3 bis 4 erhöht. Diese positiven Effekte am vorbehandelten Milchpulver ließen sich zum Großteil auch in den mit diesen Pulvern hergestellten Milchschokoladen im Labormaßstab und, speziell für Vollmilchpulver, auch im Technikumsmaßstab nachweisen. Durch die Vorbehandlung verändern sich die Milchpulver bezüglich der Farbe sowie hinsichtlich des sensorischen Einflusses in der Milchschokolade (Geruch, Geschmack), was nicht vollständig vermeidbar ist. Allerdings lassen sich durch die Extrusionsparameter die Veränderungen in Grenzen steuern. Damit können z.B. bei Vollmilchpulver einzelne Geschmackseindrücke (Kakaoaroma, Milchigkeit/ Sahnigkeit) sogar verstärkt werden, so dass unter diesem Aspekt eine Verkürzung des Conchierens (Endveredelung) möglich ist. Auch die bei diesem Prozess ablaufende Entfeuchtung ist bei den vorbehandelten Pulvern deutlich schneller realisierbar.
Die mit vorbehandelten Pulvern hergestellten Schokoladenmassen ließen sich in der Regel mit geringerem Aufwand feinzerkleinern, wobei die im Antrag postulierte Möglichkeit des Zerfalls der Milchpulverpartikel durch die Vorbehandlung nicht nachweisbar war. Die mechanischthermische Vorbehandlung von Süßmolkepulver führt zu einer extrem starken Verfärbung und ergab keine Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften, so dass eine solche Behandlung für diese Pulver nicht empfohlen werden kann. Für Sprühmagermilch- und insbesondere für Sprühvollmilchpulver sind dagegen deutlich positive Effekte nachweisbar.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
