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Herstellung von Lebensmittel-Emulsionen mittels Mikroverfahrenstechnik -Test eines Schlitzplatten-Mikromischers zur Produktion von O/W-Emulsionen

  • In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung eines Schlitzplatten-Mikromischers zur Produktion von O/W-Emulsionen in der Lebensmittelindustrie untersucht. Das verwendete System besteht aus dem Modularen MikroReaktions System (MMRS) der Firma Ehrfeld BTS, einer Mahr Mikrozahnradpumpe, einer HNPM Mikrozahnringpumpe, einer Temperiervorrichtung und Kapillaren zur Verbindung der einzelnen Komponenten. Zur Beurteilung des Emulgierergebnisses wird die Tropfengröße der Öltröpfchen mithilfe eines Malvern Mastersizers 2000 bestimmt. Hierzu erfolgt zunächst eine Identifikation der relevanten Prozessparameter. Mithilfe einer ausführlichen Evaluation der Mischgeometrie, der Geschwindigkeit der Fluide und der Ölkonzentration können die Effekte und Wechselwirkungen herausgearbeitet werden. Alle hergestellten Emulsionen weisen eine bimodale Tropfengrößenverteilung auf. Dennoch kann festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit, dicht gefolgt von der Konzentration, den größten Einfluss auf das Emulgierergebnis hat. Hierbei kann die Geschwindigkeit analog zum Energieeintrag betrachtet werden. Eine weiterführende Untersuchung der Parameter Temperatur und Energieeintrag zeigt, dass die Temperatur einen starken Einfluss auf das Emulgierergebnis hat. Die Versuchsergebnisse zeigen bei einer Prozesstemperatur von 75 °C eine monomodale Tropfengrößenverteilung mit einem Tropfendurchmesser von d90,3= 6,07 µm und d3,2= 2,28 µm. Die Untersuchung der Energieeinträge erfolgt in beiden Phasen getrennt voneinander. Es ist nicht möglich, eine klare Aussage über diese Einflüsse zu machen. Als Anwendungsbeispiel für die Lebensmittelindustrie wird die Evaluation unterschiedlicher lebensmitteltauglicher Emulgatoren gewählt. Als Emulgatoren dienen enzymatisch modifiziertes Sojalecithin, Milchphospholipide auf einem Träger, Polysorbat 80 und SDS. Die Untersuchung erfolgt bei drei unterschiedlichen Temperaturen und einem konstanten Energieeintrag. Es ergibt sich eine klare Abhängigkeit der Emulgatorwirkung von der Temperatur. Alle lebensmitteltauglichen Emulgatoren weisen im Temperaturbereich von 25 °C bis 65 °C eine bimodale Tropfengrößenverteilung auf. Der Vergleich der Versuchsergebnisse mit herkömmlichen Emulgierverfahren macht deutlich, dass ein großes Potential in der Anwendung eines Schlitzplatten-Mikromischers in der Lebensmittelindustrie liegt. Im Vergleich zur Literatur ergeben sich bei der Anwendung des MMRS bei gleichen Energieeinträgen ähnlich Tropfengrößen wie bei Membranemulgierverfahren.
  • The present study deals with the application of a slit plate micromixer for the production of O/W emulsions in food industry. The investigation was conducted with a Modular MicroReaction System (MMRS), a Mahr micro gear pump, an HNPM micro annular gear pump, a temperature control system and connecting capillaries. The emulsifying quality is determined by droplet size distribution with the use of a Malvern Mastersizer 2000. First of all, relevant process parameters are identified. A detailed evaluation of the micromixer is done to specify the effects of the mixing geometry, the flow velocity and the oil concentration on the quality of the emulsion. All prepared emulsions exhibit bimodal droplet size distribution. However, the biggest impact on the emulsifying effect is given by the flow velocity, closely followed by the concentration, whereas flow velocity corresponds to energy input. The investigation of the temperature and the energy input shows a strong influence of the temperature on the emulsification effect. With an operation temperature of 75 °C, a monomodal droplet distribution is successfully prepared. The droplet size is d90,3= 6,07 µm und d3,2= 2,28 µm. Investigation of the energy input is done in the disperse and the continuous phase, respectively. The results don’t imply specific influences on the emulsification effect. The application example for food industry is provided by an evaluation of different food emulsifiers. Applicated emulsifiers are enzymatically modified soy lecithin, concentrated milk phospholipids, polysorbate 80 and sodium dodecyl sulphate (SDS). Investigation is done with three temperatures between 25°C and 65 °C and a constant energy input. It is found out that the effect of the emulsifiers is dependent on the operation temperature. Any prepared food emulsions show bimodal droplet size distributions. According to the literature, the results show the same droplet sizes as emulsions produced by membrane emulsifying techniques. This suggests a remarkable potential for the preparation of food emulsions by using an MMRS.

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Metadaten
Author:Dorothee Vorwerk
Title (German):Herstellung von Lebensmittel-Emulsionen mittels Mikroverfahrenstechnik -Test eines Schlitzplatten-Mikromischers zur Produktion von O/W-Emulsionen
URN:urn:nbn:de:bsz:959-opus-155
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of Completion:2013
Publishing Institution:Hochschule Osnabrück
Contributing Corporation:Hochschule Osnabrück, Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik (DIL)
Release Date:2014/03/24
Tag:Mikroverfahrenstechnik; Milchphospholipid; Polysorbat
GND Keyword:Emulgieren; Emulsion; Lecithine; Mikro-Scale; Natriumdodecylsulfat; Verfahrenstechnik
Contributor:Figura, Ludger; Mathys, Alexander
Faculties:Fakultät AuL
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):License LogoEinverständniserklärung für Studierende