Einführung

Durch Sprühtrocknung hergestellte Milchpulver werden in der gesamten Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Produkten
verwendet, die von Süßwaren und Backwaren bis hin zu Suppen, Soßen und Getränken reichen; sie werden auch
direkt an die Verbraucher geliefert. Die Fließeigenschaften dieser Pulver bestimmen ihren Nutzen und
damit auch ihren Wert, vor allem für eine effiziente und effektive Lebensmittelverarbeitung. Pulver, die
leicht und zuverlässig durch die Produktionskette fließen, maximieren den industriellen Durchsatz und eliminieren
ungeplante Stillstände und Ineffizienzen, die die Rentabilität beeinträchtigen können. Daher ist es von Vorteil zu verstehen, wie
Milchpulver mit hervorragenden Fließeigenschaften hergestellt werden können. Der Lipidgehalt
ist bekanntermaßen sehr einflussreich, aber auch andere Faktoren wie der Feuchtigkeitsgehalt und die Partikelgröße
spielen bei der Bestimmung des Fließverhaltens eine Rolle.

In dieser Studie von Forschern der Université de Lorraine, Nancy, Frankreich, wurde die Fließfähigkeit von sprühgetrockneten Milchpulvern in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Futterkonzentrats und einer
Belüftungsvorbehandlung untersucht [1]. Sprühgetrocknete Pulver mit unterschiedlichem Lipidgehalt - 1,5 %, 14 % und 26 % -
wurden aus entrahmten, teilentrahmten bzw. Vollmilchkonzentraten hergestellt, die
durch Rekonstituierung von Magermilch- und Vollmilchpulvern zubereitet wurden. Diese drei Proben wurden mit den
belüfteten Analoga verglichen, die durch Aufschlagen von Proben jedes der Konzentrate vor der Sprühtrocknung unter streng vergleichbaren Bedingungen hergestellt wurden. Die dynamischen und Scherfließeigenschaften wurden
für alle sechs sprühgetrockneten Milchpulver mit dem FT4 Powder Rheometer® gemessen. Die Ergebnisse zeigen eine wertvolle
Korrelation zwischen den Eigenschaften des Futterkonzentrats und den prozessrelevanten Fließeigenschaften.

Fließfähigkeit

Die grundlegende Fließfähigkeitsenergie (Basic Flowability Energy, BFE) quantifiziert die Neigung eines Pulvers, unter begrenzten oder
erzwungenen Bedingungen zu fließen, wenn es sich in einem niedrigen bis mäßig belasteten Zustand befindet. BAE-Werte wurden sicher
mit z. B. der Mischleistung und dem Fließen durch den Zufuhrrahmen eines Dosiersystems
oder einer Tablettierpresse in Verbindung gebracht, was sie für lebensmittelverarbeitende Betriebe relevant macht. Darüber hinaus sind sie
sehr differenziert und können oft sogar kleine Unterschiede in Proben erkennen, die durch andere
Eigenschaften als identisch oder sehr ähnlich eingestuft werden.

Bei diesen Milchpulvern wurde festgestellt, dass die AKE mit dem Fettgehalt anstieg (entrahmt: 1,5 %, teilentrahmt: 14 %, Vollmilch: 26 %), und zwar sowohl bei den unbehandelten als auch bei den aus behandelten/belüfteten Konzentraten hergestellten Proben
. Anhand dieser Daten können wir erkennen, dass die Belüftung einen starken Einfluss auf die AKE hat, indem sie den Fließwiderstand erhöht
.

Schereigenschaften wie die Kohäsion quantifizieren das Verhalten von konsolidierten Pulvern unter relativ hoher Belastung und sind für die Entleerungsleistung des Trichters von Bedeutung. Diese Ergebnisse bieten einen anderen Blickwinkel auf die Proben und zeigen eine minimale Differenzierung zwischen teilentrahmten und Vollmilchpulvern, aber eine deutlich geringere Kohäsion in der entrahmten Probe. Bei allen drei Proben hat die Belüftung nur einen geringen Einfluss auf das Verhalten der Proben.

Physikalisch-chemische Eigenschaften, die für die Milchpulver gemessen wurden, geben Aufschluss über diese beobachteten Trends. So wurde beispielsweise bei teilentrahmten und Vollmilchpulvern ein hoher und überrepräsentativer Oberflächenlipidgehalt festgestellt. Die erhöhte Oberflächenklebrigkeit als Folge der Lipidverteilung liefert daher eine Erklärung für die hohe Kohäsion und den hohen Fließwiderstand, die bei teilentrahmten und Vollmilchpulvern im Vergleich zu entrahmten Pulvern beobachtet wurden. Der stärkere Effekt, der unter hohen Stressbedingungen beobachtet wurde, könnte das Ergebnis der Freisetzung von freiem Fett an der Pulveroberfläche unter konsolidierender Belastung sein.

Die Belüftung führt zu einer gleichmäßigeren Lipiddispersion, gleichzeitig aber auch zu einer engeren Partikelgrößenverteilung mit einem Schwerpunkt auf einer feineren Partikelgröße. Der letztgenannte Trend wirkt sich möglicherweise auf die Partikelpackung aus, ein wichtiges Verhalten im Hinblick auf die BAE-Werte, und kann daher dazu beitragen, die unter niedrigen Stressbedingungen beobachteten Trends im Fließverhalten zu erklären; eine hohe Konsolidierung verdeckt möglicherweise die durch die Vorbehandlung bedingten Unterschiede.

Entscheidend ist jedoch, dass die beobachteten Trends Aufschluss darüber geben, wie sich die verschiedenen Milchpulver im Prozess verhalten werden. Ein niedriger Fettgehalt ist eindeutig förderlich für eine geringe Kohäsion und eine gute Fließfähigkeit in Trichtern und Silos, und zwar ganz allgemein, während Verarbeiter, die Milchkonzentrate belüften wollen, um Eigenschaften wie Benetzbarkeit und Löslichkeit zu verbessern, sich vor der Möglichkeit hüten sollten, gleichzeitig die Fließfähigkeit und damit die Verarbeitbarkeit zu beeinträchtigen.

Schlussfolgerung

Die hier vorgestellten Ergebnisse veranschaulichen den Wert der Messung dynamischer und schertechnischer
Pulvereigenschaften, um prozessrelevante Erkenntnisse über verschiedene Milchpulver und die Auswirkungen der
Konzentratvorbehandlung zu gewinnen. Diese Art der multivariaten Analyse bietet einen Detaillierungsgrad, der
durch einfache Pulverprüfmethoden mit nur einem Parameter nicht erreicht werden kann und kann
die Entwicklung optimaler Inhaltsstoffe für die Lebensmittelverarbeitung sehr effektiv unterstützen.

Referenzen

[1] T. Fournaise, J. Burgain, C. Perroud, J. Scher, G. Gaiani, J. Petit 'Impact of formulation on reconstitution and flowability of spray-dried milk powders' Powder Technology 372 (2020) 107-116.