Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Funktionelle extrudierte Produkte

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1 Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Mario Hirth Bonifaz Endraß KIT - Karlsruher Institut für Technologie,, KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Extrudierte Produkte sind bei den Konsumenten sehr beliebt storesonlinepro.com M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion:

2 Extrusion ist ein vielseitiger Prozess Stärkebasierte Rohstoffe Wasser M M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Extrusion ist ein vielseitiger Prozess In Deutschland setzen rund 160 Unternehmen (80 % KMU) Extruder ein (2007). Der jährliche Umsatz stieg im Lebensmittelbereich von knapp 700 Mio. (2002) auf ca. 1 Mrd. (2007) M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion:

3 Kraft [N] Einbringung von bioaktiven Inhaltsstoffen für gesundheitsfördernde extrudierte Lebensmittel istockphoto.com M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Die Textur entscheidet über die Qualität Textur entsteht durch Expansion min min min Weg [mm] M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion:

4 Druck p Rheologische Eigenschaften der Matrix: Entscheidend für die Expansion von Dampfblasen Viskosität Druckprofil in der Düse Blasenbildung p D Düsenlänge x Düse Schrumpfung Verfestigung der Matrix Glasübergang T > 100 C Blasenwachstum Elastizität p D p atm M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Die Auslegung von Extrusionsprozessen ist ein multivariables und interdisziplinäres Problem lokale Temperatur & Spannungen thermomech. Beanspruchung Viele wechselwirkende Parameter komplexe Rohstoffsysteme Rheo - logie Black box Molekular- & Mikro- Struktur Produktdesign Viskosität & Elastizität in Scher- und Dehnströmung Beanspruch - ungsdauer Verweilzeitverteilung Molekulargewicht & struktur Mikrostruktur (Poren) Branchenübergreifende Fragestellungen: Rohstoff-, Lebensmittelproduzenten, Anlagenbauer, Messtechnik/Analytik M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Prozessauslegung Gezielte Trial-and-Error-Prinzip Prozessführung Erfahrung Adaptives des Produktdesign Bedienpersonals

5 Hybride Prozessführungsstrategie Künstliche neuronale Netze Komplexe Strömungssimulationen Hochgeschwindigkeitsextrusion Produktcharakteristik: Molekülgröße, Expansionsverhalten = f (viskoelast. Stoffverhalten) AiF 332 ZN: Gestaltung der Eigenschaften expandierter stärkebasierter Produkte mittels Hochgeschwindigkeitsextrusion auf der Grundlage einer neuronumerischen Prozessführungsstrategie M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: Untersuchung von komplexen mechanistischen, branchenübergreifenden Fragestellungen mittels IGF- Finanzierung Online- Rheometrie viskose & elastische Eigenschaften nach thermomechan. Belastung, Molekularstruktur Wissenschaftliche und analytische Unterstützung von HB-Feinmechanik im ZIM Programm AiF ZIM-KF: WO9: Entwicklung eines neuartigen gegenläufigen Doppelschneckenextruders mit extrem hohen Drehzahlen Entwicklung von grundlegendem Prozessverständnis Anwendung auf dem Lebensmittelgebiet (Produkteigenschaften) Entwicklung von Analysenmethoden (Verschleiß, Maillardr.) Anwendungsorientierte Forschung & Know-how-Transfer M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion:

6 Vielen Dank für die finanzielle Unterstützung AiF 332 ZN: Gestaltung der Eigenschaften expandierter stärkebasierter Produkte mittels Hochgeschwindigkeitsextrusion auf der Grundlage einer neuronumerischen Prozessführungsstrategie M. Hirth, Doppelschneckenextruder in der Lebensmittelproduktion: AiF ZIM-KF: WO9: Entwicklung eines neuartigen gegenläufigen Doppelschneckenextruders mit extrem hohen Drehzahlen AiF ZIM-KF:KF WZ1: Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Verkapselung von funktionellen Inhaltsstoffen in amorphen kohlenhydratbasierten Matrizes im gegenläufigen Doppelschneckenextruder