Texturelle Analysemethode für die Prozesskontrolle und Produktentwicklung von Lebensmitteln Frederik Wolf Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern
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- Hertha Wagner
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1 Texturelle Analysemethode für die Prozesskontrolle und Produktentwicklung von Lebensmitteln Frederik Wolf Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern
2 Agenda Grundlagen Was ist Tribologie? Warum ist Tribologie interessant für Lebensmittel? Messtechnische Ansätze Vorgehen Stribeck Kurven Interpretation Diskussion der Einflussgrößen Zusammenfassung 2
3 Grundlagen der Tribologie F N Reibungskoeffizient: µ = F F / F N F F Tribo System: 1. Körper 2. Gegenkörper 3. Zwischenmedium (z.b. Schmiermittel) 4. Umgebungsmedium (z.b. Luft) 3
4 Einflussparameter der Tribologie Normal force F N Probenkörper: Umgebende Atmosphäre: Mech. Eigenschaften Temperatur Rauigkeit Luftfeuchte Elastizität Gaszusammensetzung Plastizität Druck Chem. Eigenschaften El.-stat. Eigenschaften Zusätzliche Parameter: Flächenpressung Zwischenmedium: Rheologie Chem. Eigenschaften Bewegungskräfte Ad-/Desorptionsneigung Keine Reibung ohne Verschleiß 4
5 Ansatz: Korrelation von sensorischen Größen (Dickflüssigkeit) mit der Viskosität Diagramm erstellt von: Ashlie Martini, University of California Merced 5
6 Keine schlüssige Korrelation der Dickflüssigkeit mit der Viskosität Diagramm erstellt von: Ashlie Martini, University of California Merced 6
7 Es gibt mehr als eine Methode sich der objektiven Beschreibung des Mundgefühls zu nähern Darstellung aus: J. R. Stokes, M. W. Boehm, S. K. Baier Oral processing, Texture and Mouthfeel: From rheology to tribology and beyond Current Opinion in Colloid and Interface Science (2013) 7
8 Rheologie Tribologie Rheologie Ist die Wissenschaft der Deformation und des Fließens von Stoffen Bestimmung der Bulkeigenschaften von Materialien Rheologie charakterisiert Materialeigenschaften Tribologie Ist die Wissenschaft von interagierenden Oberflächen in Relativbewegung und umfasst Reibung, Verschleiß und Schmierung Bestimmung der Interaktionen eines Tribo-Systems Tribologie charakterisiert Systemeigenschaften 8
9 Agenda Grundlagen Was ist Tribologie? Warum ist Tribologie interessant für Lebensmittel? Messtechnische Ansätze Vorgehen Stribeck Kurven Interpretation Diskussion der Einflussgrößen Zusammenfassung 9
10 Erweiterte Stribeck Kurven Charakterisierung von geschmierten Tribosystemen Klassische Stribeck Kurven 1. Grenzreibungsregime Mischreibungsregime (dissipative Strukturformung) 3. Elasto-hydrodynamisches Regime 4. Hydrodynamisches Regime 10
11 Erweiterte Stribeck Kurven Besonderheiten der Haftbedingungen Classic Klassische Stribeck Stribeck curve Kurven Elastische Deformation und Verfestigungen 2. Haftreibung Begrenzender Verfestigungspunkt 3-4. Überschußenergie wird aufgenommen 4. Überwindung Abhäsionskräfte Nach Arbeiten von S. V. Fedorov, Kaliningrad Technical University 11
12 Unterschiedliche Fettgehalte von flüssigen Milchprodukten lassen sich mittels tribologischer Messungen unterscheiden 1.6 2% Reduced Fat Milk Applied Normal Force: 3 N T = 20 C 1.2 Friction Factor Whole Milk Half & Half Heavy Cream Fat Free Skim Milk Sliding Speed (mm/sec) 12
13 Unterschiedliche Fett- und Proteingehalte von strukturierten Milchprodukten lassen sich mittels tribologischer Messungen unterscheiden 13
14 Interpretation der Kurven aktueller Wissenstand Einfluss Rheologie Stärkere Erhöhung der inneren Reibung (höhere Viskosität) η Stärkerer Auftrieb durch höhere Viskosität (und Elastizität) 14
15 Interpretation der Kurven aktueller Wissenstand Einfluss Rezeptur Überwindung Adhäsionskräfte 15
16 Zusammenfassung Tribologie beschreibt: die Summe der Interaktionen zwischen zwei (Fest)körpern (und einem Zwischenmedium) Den Einfluss von Adhäsionskräften und Rheologie abhängig von der Gleitgeschwindigkeit Zur Interpretation der Tribologie müssen Materialeigenschaften, wie rheologische Eigenschaften, charakterisiert werden. Um die komplexen Interaktionen im Mund zu simulieren, müssen alle relevanten Bereiche der Stribeck Kurven ausgewertet und mit sensorischen Daten korreliert werden. 16
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