Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-997
Main Title: Ultraschall-kombinierte Prozessführung bei der Pasteurisierung und Sterilisierung flüssiger Lebensmittel
Translated Title: Ultrasound assisted thermal processing for pasteurization and sterilization of liquid foods
Author(s): Zenker, Marco
Advisor(s): Knorr, Dietrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Im Rahmen der Optimierung und Weiterentwicklung existenter Konservierungsprozesse werden unter anderem Möglichkeiten von Verfahrenskombinationen untersucht. Hierbei steht besonders die produktschonende und energieeffiziente Verarbeitung im Vordergrund. In diesem Zusammenhang wurde die ultraschall-kombinierte Prozessführung bei der Pasteurisierung und Sterilisierung flüssiger Lebensmittel untersucht. Durch die Nutzung des Synergieeffektes von Ultraschall und Temperatur können Bakterien aber auch Bakteriensporen mit einer höheren Inaktivierungsrate abgetötet werden als dies durch die alleinige thermische Behandlung möglich ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, Pasteurisations- oder Sterilisationsprozesse ohne einen Verlust ihrer letalen Wirkung auf einem niedrigeren Temperaturniveau und/oder bei verkürzter Prozeßzeit durchzuführen. Die Qualitätsverbesserung behandelter Produkte aber auch die Einsparung an Primärenergie könnte dadurch verwirklicht werden. In der vorliegenden Arbeit sollte die Wirksamkeit der Kombinationsbehandlung in dem für die Praxis relevanten Durchflussbetrieb untersucht werden. Zur Realisierung des Vorhabens wurde eine kontinuierlich arbeitende Versuchsanlage gebaut, mit deren Hilfe ultraschall-kombinierte und zum Vergleich konventionell-thermische Behandlungen durchgeführt werden konnten. Die Anlage ermöglichte den Schallwelleneinsatz direkt im Anschluss an die Erhitzung, die wahlweise mittels indirekter oder direkter Wärmeübertragung vorgenommen wurde. Zur Auslegung wichtiger Anlagenaggregate und zur späteren Auswertung der im kontinuierlichen System erzielten Ergebnisse wurden für die ausgewählten Testkeime E. coli K12 DH 5 alpha, L. acidophilus und B. stearothermophilus die für die Inaktivierung notwendigen Prozessabhängigkeiten ermittelt. Die Daten wurden formalkinetisch ausgewertet. Als die bestimmenden Hauptfaktoren wurde der Einfluss der Temperatur, der Schallwellenamplitude, des Behandlungsdruckes und der zeit sowie des umgebenden Mediums untersucht. Um einen energieeffizienten Ablauf der Kombinationsbehandlung zu gewährleisten, sollte ein, hinsichtlich des Volumens, optimierter Ultraschallreaktor konstruiert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst Hydrophonmessungen dazu eingesetzt, die verwendete Schallquelle näher zu charakterisieren. Neben Aussagen zur Schallabstrahlung und -leitung konnten bei verschiedenen Leistungseinstellungen des Wandlers die genutzte Ultraschalleistung, die Schalldruckverteilung und auf indirektem Wege die räumliche Ausdehnung der Kavitationsblasenwolke bestimmt werden. Darüber hinaus wurde das Verweilzeitverhalten des Reaktors untersucht. Basierend auf den Ergebnissen zur gemessenen Schalldruck- und Verweilzeitverteilung wurde eine Optimierungsrechnung zur erzielbaren Inaktivierungsleistung des Reaktors in Abhängigkeit des Reaktorvolumens sowie der Betriebsparameter Volumenstrom und spezifischer Energieeintrag durchgeführt. Mit Hilfe der Berechnung konnte die noch fehlende Reaktorlänge, als zweite Randbedingung des Reaktorvolumens, festgelegt werden. Im Anschluss an die Optimierungsarbeiten wurde die Kombinationsbehandlung exemplarisch für Keimreduktionen in Pufferlösung und Orangensaft getestet. Schwerpunktmässig konzentrierten sich die Untersuchungen auf den Nachweis der verbesserten Keiminaktivierung, die sensorische und ernährungsphysiologische Evaluierung des konservierten Saftes sowie die Klärung der Frage nach der Energiewirtschaftlichkeit. Für den objektiven Vergleich zwischen thermischer und akustisch-thermischer Behandlung erfolgte die Prozessbewertung entweder auf der Grundlage der aus den reaktionskinetischen Betrachtungen abgeleiteten Pasteurisations- bzw. Sterilisationswerten (F-Werte) oder aus den experimentell bestimmten Inaktivierungsresultaten. In der kontinuierlich durchströmten Versuchsanlage wurde infolge der Kombinationsbehandlung eine verbesserte Keimabtötung bei allen Testkeimen nachgewiesen. Die Quantifizierung des eingetretenen Effektes führte zu Aussagen bezüglich der Reduzierbarkeit des Temperaturniveaus und der Behandlungsdauer. Infolge der thermischen und akustisch-thermischen Verfahrensanwendungen ergaben sich verarbeitungstechnisch bedingt, unterschiedliche Saftqualitäten. Es konnte nachgewiesen werden, dass die akustisch-thermisch behandelten Säfte mit verbesserten Lagerungseigenschaften im Hinblick auf einen reduzierten Ascorbinsäureabbau und eine erhöhte Stabilität der Farbhelligkeit hergestellt werden konnten. In den energiewirtschaftlichen Untersuchungen konnte ein geringerer Energieverbrauch für die ultraschall-unterstützte Verfahrensanwendung nicht bestätigt werden. Zwar konnte der Aufwand an Wärmeenergie reduziert werden, jedoch ergab sich, wegen des hohen Verbrauches an elektrischer Energie zur Ultraschallerzeugung, ein höherer Gesamtenergieverbrauch.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-8973
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1294
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-997
Exam Date: 5-Jul-2004
Issue Date: 1-Sep-2004
Date Available: 1-Sep-2004
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Pasteurisation
Sterilisation
Ultraschall
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