Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Verfahrenstechnik: Ausgabe 03/2017, 07.03.2017

Benetzen unter Hochdruck

Für die Herstellung von Lebensmitteln ist Wasser unverzichtbar. Es dient nicht nur der Reinigung sondern ist auch für die Produktion unerlässlich. Doch die Anwendung ist nicht immer einfach. Ein innovatives Verfahren eröffnet neue Wege und vereinfacht Prozesse.

Autor: Bernhard Noll Lebensmittelingenieur

Bilder: ZVG: Rapidojet GmbH

Das einfache Molekül Wasser ist die Grundlage unseres Lebens und das im wahrsten Sinne des Wortes. Es ist nicht nur ein direktes Lebensmittel, es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Lebensmitteln. Oftmals wird aus trockenen Grundzutaten durch Einarbeiten von Wasser das Ausgangsmaterial für die weitere Verarbeitung erzeugt. Ist der Grundstoff Mehl, entsteht je nach Mischungsverhältnis eine feste Krümelmasse (Teigwaren), ein fester viskoelastischer Teig für Backwaren oder ein fliessfähiges Gemisch (Waffelteig, Flüssigpanade). Sind es Kartoffelflocken, können daraus Kartoffelbrei, Stapelchips oder andere Snacks entstehen. Aus Hydrokolloiden werden Gele, aus Pflanzeneiweiss vegetarische Produkte als Fleischersatz.

Wasser trifft Trockenstoff.

Bisher war es mehr dem Zufall überlassen wie die Wassermoleküle mit dem Trockenprodukt zusammentreffen. Dabei sind viele Stoffe gar nicht so einfach zu benetzen. Mehrere Effekte erschweren das Benetzen:

  • Viele Stoffe sind hydrophob und Wasser perlt ab.
  • Andere Stoffe sind extrem hydrophil, sodass der Teil, der zuerst mit Wasser in Kontakt kommt, das Wasser für den Rest der Stoffe «klaut».
  • Die Oberflächenspannung von Wasser verhindert, dass sich Wasser gut auf einer Oberfläche verteilt.
  • Wird Pulver in Wasser eingebracht, dringt das Wasser in die äusserste Schicht ein und bildet ein Gel, was weiteres Eindringen verhindert (Gelblocking), Klumpenbildung ist die Folge.
  • Lebensmittel sind meist stuktursensitive Medien, die in ihren Eigenschaften durch hohe Scherkräfte irreversibel zerstört werden können.

Doch diese Problematik muss nicht bestehen bleiben. Das effektive Benetzen von Trockenstoffen lässt sich auch begünstigen durch:

  • Hohe zugängliche Oberfläche zum Zeitpunkt des Benetzens.
  • Hohe Geschwindigkeitsdifferenz der Stoffe beim Benetzen.

Beide Forderungen lassen sich mit Rührwerkzeugen, Mischern und Knetern nur bedingt realisieren.

Patentiertes Verfahren.

Hier bietet sich die Anwendung des Hochdruckbenetzers «Rapidojet» an. Das Funktionsprinzip des patentierten Verfahrens ist einfach: Ein Dosiergerät (volumetrisch oder gravimetrisch) fördert kontinuierlich einen Trockenstoff in ein vertikales Mischrohr. Dort wird der Trockenstoff im freien Fall nach Auftreffen auf einer Prallfläche vereinzelt. Eine Hochdruckdüse stösst Wasser mit hoher Geschwindigkeit aus (250 – 500 km/h), was es in winzige Tröpfchen zerlegt, die in der Luft auf die freifallenden Trockenstoffe treffen. Beide Faktoren, grosse zugängliche Oberfläche und hohe Geschwindigkeitsdifferenz sind hier ideal umgesetzt. Hinsichtlich der Oberfläche sind es sowohl die Trockenstoffe, die im freien Fall vereinzelt sind, als auch die Oberflächenvergrösserung durch die kleinen Wassertropfen. Die hohe Geschwindigkeitsdifferenz sorgt für einen intensiven Aufprall («impact»), ein Effekt, der bei keinem anderen Mischverfahren in dieser Intensität auftrifft. Somit dringt das Wasser auch in schwer zugängliche Stoffe deutlich tiefer ein.

Trotz der Intensität des Hochdruckstrahls ist das Verfahren produktschonend. Erstens treten keine Scherkräfte auf (das benetzte Gut verlässt die Mischkammer als Kleinstpartikel, visuell als eine Art «Produktnebel» wahrnehmbar). Erst beim Aufprall in einem Gefäss oder im Trichter einer Pumpe «kleben» die benetzten Partikel zusammen. Des Weiteren tritt praktisch keine Produkt- erwärmung auf, was besonders bei Intensivmischern immer eine unerwünschte Begleiterscheinung ist.

Allerdings lässt sich der Spiess auch herumdrehen, sodass Betriebe bei Verwendung von Heisswasser gleichzeitig benetzen und erhitzen können («Misch-Kocher»). So lässt sich Stärke in einem Arbeitsgang vollständig verkleistern oder Mehl zu einem «Kochstück» verarbeiten.

Ein wesentliches Merkmal der Hochdruckbenetzung ist, dass die Wasserbindekapazität der Trockenstoffe deutlich höher ausfällt. So erhöht sich bei Weizenteig die Wassermenge um 5-10 Prozent, um die gleiche Konsistenz zu erzeugen. Auch bei Stärke ist dieser Effekt zu beobachten.

Vielfältige Anwedungen.

Nachdem die ersten Anwendungen noch klassische Vorteige waren (Flüssigvorteig, fester Vorteig) lassen sich bei Anpassung der Rezeptur mittlerweile auch komplett entwickelte Teige herstellen. Obwohl nur rund 10 Prozent der sonst notwendigen Knetenergie notwendig ist, lässt sich der Weizenkleber innerhalb von Sekundenbruchteilen so aktivieren, dass er zu einem entwickelten Teig «zusammenwächst», ein zeitabhängiger Vorgang, der durch enzymatische Aktivität im Teig begünstigt wird.

Während industrielle Bäcker vor allem die verbesserte Frischhaltung der Brote schätzen, können kleinere Bäcker die Anlagen generell als «Kesselfüllmaschine» einsetzen, also Mehl schon benetzt dem Kessel zuführen, dann mit den restlichen Zutaten kurz nachkneten. Damit können Bäcker ihre Kapazität hinsichtlich des Durchsatzes der Kneter praktisch verdoppeln und die aktive Kühlung mit Scherbeneis vermeiden.

Neben der Herstellung von Flüssigvorteig und festem Vorteig sind zahlreiche andere Anwendungen im industriellen Einsatz. Einige Beispiele dafür sind:

  • Herstellung von Kartoffelbrei aus Kartoffelflocken für Tiefkühlmenüs.
  • Herstellung von glutenfreien Backwaren.
  • Hydratisierung von reinem Weizenkleber als natürliches Backmittel.
  • Benetzen von Weizenkleie.
  • Herstellung eines klaren Gels ohne Lufteinschluss aus Hydrokolloiden.

Für andere Anwendungen ist die Vorarbeit geleistet, sodass sich diese zügig in industrielle Prozesse implementieren lassen. Dazu gehören:

  • Herstellung von gekeimtem Getreide (neben dem intensiven Reinigungseffekt verkürzt sich durch das schnelle Eindringen des Wassers die Keimdauer) zur Herstellung von «Brot ohne Mehl».
  • Malzherstellung unter Verkürzung der Weichzeit und des Wasserverbrauchs.
  • Benetzen von Molkepulver und Casein für die Herstellung von Schmelzkäse.
  • Benetzen von Faserstoffen aller Art (Cellulose, Haferspelzen, Fruchtfasern).
  • Herstellung verschiedener Sprossen, zum Beispiel Mungbohnen.

Technische Fakten.

Der Rapidojet ist in Produktionskapazitäten zwischen 1000 kg/h und 5000 kg/h erhältlich. Nach unten ist die Kapazität durch die Notwendigkeit des Hochdrucks begrenzt, nach oben sind Erweiterungen bereits in der Entwicklung. In Europa wird der Rapidojet unter Lizenz der Rapidojet GmbH von ahk Service & Solutions, Schwaigern hergestellt und vertrieben.

Die Benetzung unter Hochdruck eignet sich nicht nur für Bäckereien


Weitere Informationen:
Rapidojet GmbH
www.rapidojet.de



Der Hochdruckbenetzer eignet sich beispielsweise für den Einsatz in Bäckereien