Rheologische Untersuchung von Lebensmitteln

Viele der Textureigenschaften, die wir beim Verzehr von Lebensmitteln wahrnehmen, hängen mit der Rheologie zusammen - die  Cremigkeit, Wässrigkeit, Glätte, Sprödigkeit, Weichheit und Festigkeit von Lebensmitteln resultieren oft aus ihren rheologischen Eigenschaften und ihrem rheologischen Verhalten. Die Charakterisierung der rheologischen Eigenschaften von Lebensmitteln ist von zunehmender Bedeutung für die Beurteilung der Qualität von Rohstoffen, die Vorhersage des Materialverhaltens während der Verarbeitung sowie für die Erfüllung der Anforderungen an Lagerung und Stabilität.

Schokolade muss bestimmte rheologische Eigenschaften aufweisen, um den Bedürfnissen der Produzenten und Verbraucher gerecht zu werden. Während die Rohstoffe bei der Produktion problemlos fließen sollen, sollte das Endprodukt erst im Mund und nicht schon bei Raumtemperatur schmelzen. Darüber hinaus ist die Art und Weise, wie Schokolade auf Zunge und Gaumen gleitet, von großer Bedeutung für das Mundgefühl und den Geschmack.

Zwei wichtige rheologische Eigenschaften erwärmter, flüssiger Schokolade sind ihre Viskosität und ihre Fließgrenze. Viskosität ist das Maß für den Fließwiderstand der Schokolade. Dies ist zu berücksichtigen, wenn die flüssige Schokolade in eine Form gegossen wird (für Riegel, Figuren usw.). Die Fließgrenze ist die Schubspannung, die aufgebracht werden muss, um das Fließen einzuleiten. Das ist beim Gießen und Dekorieren relevant, beeinflusst aber auch, wie die Schokolade im Mund und in den Händen schmilzt. Beide Werte sind temperaturabhängig.

Schokolade sollte zwischen 29 °C und 33 °C auf der Zunge schmelzen, ansonsten kann sie wachsartig schmecken oder zu weich sein.

Rheologische Messungen können zur Qualitätskontrolle von Schokoladenschmelzen eingesetzt werden. Eine perfekte Lösung dafür ist die Fließkurve bei 40 °C. Das Fließverhalten der Schokolade wird durch ihre verschiedenen Inhaltsstoffe beeinflusst. Durch die Überprüfung von Parametern wie Fließgrenze und Viskosität kann eine gleichbleibende Qualität gewährleistet werden.

Für diesen Test ist ein Viskosimeter oder ein Rotationsrheometer erforderlich, das mit einem Peltier-Temperaturregelsystem ausgestattet ist, oder Rotations-/Oszillationsrheometer, die mit einem Peltier-Temperaturregelsystem ausgestattet sind.

Kaffeeweißer ist ein viel verwendeter Ersatz für Milch, da er nicht gekühlt werden muss, sehr lange haltbar und leicht zu transportieren ist. Der Kaffeeweißer muss jedoch als homogenes und fließfähiges Pulver hergestellt werden, damit diese guten Eigenschaften gewährleistet sind. Solche Qualitäten lassen sich nicht einfach durch eine visuelle Beurteilung des Kaffeeweißers messen, aber sie können mithilfe der Pulverrheologie gemessen werden.

Die Fließfähigkeit des Pulvers hat einen großen Einfluss auf die Verarbeitung und das Verpacken sowie auf die Langzeitstabilität des Pulvers. Daher ist die Beurteilung des Pulverfließverhaltens entscheidend für eine effiziente Produktion und Qualitätskontrolle. Quantitative Informationen über die Faktoren, die für das Fließen des Pulvers maßgeblich sind, können durch die Pulverrheologie gewonnen werden. Wie stark die Partikel zusammenkleben, wird beispielsweise durch die Kohäsionsstärke bestimmt. Ein High-End-Rheometer mit Pulvermesszelle kann zuverlässige Messungen der Kohäsionsstärke liefern, die anschließend als direktes Maß für die Qualitätskontrolle dienen können.

Für diesen Test ist ein  Rheometer erforderlich, das für die Pulverrheologie geeignet ist.

Um ein gutes Pump- und Abfüllverhalten von Obstkonfitüre oder Marmelade zu erreichen, ist es wichtig, dass eine niedrige Viskosität bei hohen Scherraten vorliegt. Wenn die Viskosität der Konfitüre andererseits zu niedrig ist, läuft sie vom Brot herunter. Die Struktur des süßen Aufstrichs beeinflusst auch seinen fruchtig-süßen Geschmack, wenn er auf der Zunge verläuft. Der wichtigste Faktor für die Viskosität von Fruchtkonfitüren ist die Art und Menge des zugesetzten Bindemittels (z.B. Pektin). 

Die Viskosität von Obstkonfitüre kann leicht mit Viskosimetern oder Rheometern gemessen werden. Das Problem bei der Messung der Viskosität von Obstkonfitüre ist aber, dass sie viele große Obstpartikel enthält. Ihre Entfernung wäre zeitaufwendig und würde die Ergebnisse bei der Bestimmung des Fließverhaltens verfälschen. In solchen Fällen wird ein Rotationsrheometer mit einem Kugelmesssystem benötigt. Da die Kugel nur bei der ersten Umdrehung auf frisches, ungeschertes Material trifft, muss die gesamte Messung während einer einzigen Umdrehung des Messsystems durchgeführt werden. Dazu ist ein Rheometer erforderlich, das in der Lage ist, die Drehzahl für jeden einzelnen Messpunkt sehr schnell zu regeln.

Für diesen Test ist ein Rheometer mit einem Kugelmesssystem erforderlich.

Ketchup ist im Wesentlichen eine Kombination aus Tomaten, Gewürzen und einem Bindemittel. Die Verbraucher erwarten von ihrem Ketchup nicht nur einen bestimmten Geschmack, sondern auch ein bestimmtes Fließverhalten. Während des Herstellungsprozesses ist es wichtig, dass das Ketchup leicht angemischt und in Flaschen abgefüllt werden kann. Auf der anderen Seite wollen die Verbraucher Ketchup, das leicht aus der Flasche fließt und dann auf den heißen Pommes frites bleibt, ohne hinunterzufließen.

Der Hauptfaktor, der für das Fließen von Ketchup aus der Flasche verantwortlich ist, wenn diese zusammengedrückt wird, ist die Fließgrenze. Es wird davon ausgegangen, dass sich Ketchup in einem festen Zustand befindet, bis seine Fließgrenze erreicht ist; bei einer Belastung über diesem Punkt beginnt es zu fließen. Ist die Belastung nicht mehr vorhanden, kehrt das Ketchup zu seinem früheren Zustand zurück.

Um das Fließ- und Verlaufverhalten nach dem Ausfließen zu simulieren, wird ein Stufentest durchgeführt, der aus drei Messabschnitten besteht. Der erste Abschnitt beschreibt das Verhalten der Probe im Ruhezustand. Der zweite Abschnitt (Ausfließen) zeigt den Strukturabbau an und der dritte Abschnitt den Strukturwiederaufbau. Je nach Gerätetyp und Anforderungen lässt sich dieser Versuch anhand einer Rotations- oder Oszillationsmessung, oder als Kombination beider Messungen durchführen. Unter Verwendung von Rotationstests wird der Intervalltest bei unterschiedlichen Schergeschwindigkeiten mit einem Rotationsviskosimeter oder Rheometer durchgeführt, die beide mit einem Peltier-Temperiersystem ausgestattet sind. Bei Verwendung von Oszillationstests sind die Einstellungen im ersten und dritten Abschnitt eine konstante Kreisfrequenz und ein konstanter Deformationswert innerhalb des linear-viskoelastischen Bereichs. Der zweite Abschnitt wird durch Rotation bei konstanter Scherrate durchgeführt, die den Scherprozess simuliert, wenn das Probenmaterial aus der Flasche fließt oder in diese eingefüllt wird.

Für diesen Test ist ein Viskosimeter oder Rheometer erforderlich, das mit einem Peltier-Temperiersystem ausgestattet ist.

Milchpulver wird gewöhnlich als Grundnahrungsmittel verwendet, wenn Frischmilch nicht verfügbar ist, um eine gleichbleibende und zuverlässige Qualität der Endprodukte zu gewährleisten. Jedoch kann die Qualität je nach Rohprodukt (Frischmilch) und Herstellungsprozess stark variieren. Auf dem Weg zu einem homogenen Pulver muss die Milch eine Reihe von Verarbeitungsschritten durchlaufen, bei denen sich unterschiedliche technologische Herausforderungen ergeben. Der letzte Schritt ist das Austragen des Pulvers aus dem Sprühtrocknungsturm. Dieser Schritt verursacht oft Probleme, da Milchpulver im Allgemeinen ziemlich kohäsiv ist, und, was noch wichtiger ist, die Wände des Trichters zu erhöhter Reibung beitragen können, was zu einem unterbrochenen Volumenstrom führt.

Eine Möglichkeit, das Fließverhalten zu überwachen, besteht darin, ein Rheometer mit einer Pulverzelle zur Messung der Wandreibung zu verwenden. Durch Wandreibungsmessungen kann der Wandreibungswinkel berechnet werden, der angibt, ob ein Pulver homogen aus einem Trichter ausgetragen werden kann. Ein niedrigerer Wandreibungswinkel deutet darauf hin, dass ein Pulver weniger an den Wänden haftet und leichter ausgetragen wird.

Für diesen Test ist ein  Rheometer erforderlich, das für die Pulverrheologie tauglich ist.

Detaillierte Informationen zu den folgenden Themen finden Sie hier:

• Messung des Fließverhaltens und des Strukturwiederaufbaus von Ketchup mit dem MCR 72
• Lebensmittel | Bestimmung der Rotationsviskosität von Saucen und Dressings mit dem ViscoQC
• Lebensmittel | Bestimmung der Rotationsviskosität von Schokolade mit dem ViscoQC
• Lebensmittel | Ausbreitungsverhalten von Haselnusscreme
• Lebensmittel, Getränke | Viskositätsbestimmung von Obst- und Gemüsegetränken und -pürees
• Lebensmittel | Viskositätsmessung von Teig mit dem RheolabQC
• Lebensmittel, Getränke, Pharma | Fließkurventests an medizinischen Nährstoffen
• Lebensmittel | Fließgrenzenbestimmung von Molkereiprodukten
• Lebensmittel | Viskositätsmessung von Lebensmitteln mit dem Kugelmesssystem für das RheolabQC
• Lebensmittel | Strukturerholungstest von Ketchup mit dem RheolabQC