Förderschwerpunkt des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie:

„Integrierter Umweltschutz in der Ernährungsindustrie“

Aufarbeitung von pflanzlichen Abprodukten der Lebensmittelproduktion zur Abfallverminderung und

Gewinnung von Aromen und bioaktiven Produkten

Abschlußbericht Oktober 2000 bis Dezember 2003

Teilprojekt 1

Aufarbeitung von Apfeltrestern und Verarbeitungsrückständen von

Gewürzpflanzen zur ganzheitlichen Nutzung in der Lebensmittelindustrie

FKZ: 423 – 40003 – 0330024 Dipl.-Ing.(FH) Claudia Bartkowiak Dipl.-Ing. Beatrix Parthey Prof. Dr.- Ing. habil. Jürgen Wilke Institut für Lebensmittel- Technik und Qualitätssicherung e.V. (ILTQ) An-Institut der Hochschule Anhalt (FH), Köthen

Bernburger Straße 55 06366 Köthen

Tel.: (0 34 96) 67 25 69 Fax: (0 34 96) 67 25 70

e-mail. juergen.wilke.@lbv.hs-anhalt.de

I. Kurzdarstellung I. 1. Aufgabenstellung Ziel des Projektes war es, durch eine Aufarbeitung pflanzlicher Abprodukte (Reststoffe) der Le-bensmittelproduktion (feuchte Apfeltrester, Verarbeitungsrückstände von Gewürzpflanzen) zu einer ganzheitlichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe beizutragen. Die Gewinnung von Wertstoffen aus derartigen Abprodukten sollte zu ihrer merklichen massemäßigen Reduzierung führen und so einen Beitrag zur Entwicklung abfallarmer Verarbeitungsverfahren leisten. Mit den experimentellen Arbeiten, insbesondere unter Nutzung innovativer Technologien, waren spezielle Zerkleinerungs-, Homogenisierungs- und Konservierungsverfahren zur Herstellung konzentrierter Halbfabrikate aus Apfeltrestern und Reststoffen der Gewürzpflanzenverarbeitung zu untersuchen. Gleichzeitig galt es zu klären, ob die durchgängige Verarbeitung im flüssigen Zustand gegenüber einer Trocknung der Trester zu einer Einsparung von Energie führt. Schließlich sollte an Beispielen Möglichkeiten zur Weiterverarbeitung der entwickelten Zwi-schenprodukte und Halbfabrikate aufgezeigt werden. Über die Projektlaufzeit hinaus werden durch die Projektbearbeitung folgende langfristige Ziele verwirklicht: • Entwicklung eines Verwertungskonzeptes für pflanzliche Nebenprodukte der Lebensmittel-

verarbeitung • Gewinnung von weiterverarbeitbaren Zwischenprodukten aus Reststoffen bei der Verarbei-

tung pflanzlicher Rohstoffe • Weiterentwicklung von Technologien zur rationellen Gewinnung derartiger Zwischenprodukte • Erarbeitung von Messmethoden zur Qualitätsbewertung der entwickelten Zwischen- und

Endprodukte • Erstellung von neuen Produktkonzepten zur Nutzung der neuartigen Zwischenprodukte I. 2. Voraussetzungen zur Durchführung Das Institut für Lebensmittel-Technik und Qualitätssicherung e.V. (nachfolgend immer mit ILTQ bezeichnet) verfügt auf Grund des Kooperationsvertrages mit der Hochschule Anhalt (FH) über ein sehr gut eingerichtetes Lebensmitteltechnikum zur Verarbeitung pflanzlicher und tieri-scher Rohstoffe. In Speziallabors können die meisten analytischen, mikrobiologischen und sen-sorischen Untersuchungen sowie die Bewertung der Konsistenz und Textur von Lebensmitteln vorgenommen werden. Die vorhandenen Klimakammern (Rauminhalt 5,5 m³) ermöglichen es, Versuchsmaterial bei Temperaturen bis – 40 °C zu lagern. Für die Einlagerung größerer Versuchschargen hat sich eine Zusammenarbeit mit dem Tiefkühllager Nordfrost in Zerbst bewährt. Durch die Bearbeitung technologischer Aufgaben in Verbindung mit der Entwicklung innovativer Messverfahren für die Industrie liegen vielfältige Erfahrungen vor, die im Rahmen der Projekt-zielstellung genutzt werden konnten. Eine gute Grundlage bildete eine umfangreiche Studie zur Totalverwertung von Verarbeitungsrückständen der Fruchtsaftindustrie, die im Rahmen der Förderung von Projekten auf dem Gebiet der nachwachsenden Rohstoffe im Auftrag des Minis-teriums für Raumordnung, Landwirtschaft und Umwelt Land Sachsen-Anhalt angefertigt wurde (Abschlußbericht 502-60203/NR-A041). Aus der Zusammenarbeit mit der INOFEX GmbH in Halle und der VEMAG Maschinenbau GmbH in Verden resultieren vielfältige Kenntnisse über das Zerkleinern und Mischen natürlicher Rohstoffe. Die innovativen maschinentechnischen Konstruktionen und Entwicklungen fanden

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Eingang bei neuen Maschinen der Lebensmittelindustrie. Gemeinsam mit dem Maschinenbau und dem ILTQ wurden so z.B. neuartige Zerkleinerungsprinzipien von Fleisch mit mehrteiligen Schneidsätzen und energieoptimierten Schraubenpumpenfördersystemen untersucht. Außerdem verfügt das ILTQ über umfangreiche Erfahrungen insbesondere auf dem Gebiet der Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie. Schwerpunktmäßig wurden für die Getränkein-dustrie, Brauindustrie u.a. Industriezweige schnelle NIR-Messverfahren für Qualitätssteuerun-gen entwickelt. In Zusammenarbeit mit einschlägigen messgeräteherstellenden Betrieben wur-den Applikationen für neue Prozessmessgeräte untersucht und erfolgreich auf die jeweiligen lebensmitteltechnologischen Erfordernisse angepasst. Einen Schwerpunkt bildete dabei der Einsatz rheologischer Messverfahren, die auch in Hinblick auf das bearbeitete Forschungspro-jekt von besonderer Wichtigkeit sind. Durch die enge Kooperation mit der Libehna Fruchtsaft GmbH (nachfolgend kurz mit LIBEHNA bezeichnet) konnten die dort vorhandenen langjährigen Erfahrungen zur Herstellung von Apfel-saft, Apfelsaftkonzentrat und darüber hinaus zur Herstellung von Extrakten und Grundstoffen für die Likörproduktion genutzt werden. Die bei LIBEHNA vorhandenen zwei BUCHER-Pressen mit einer Verarbeitungskapazität von 10 t Obst pro Stunde boten optimale Voraussetzungen für großtechnische Versuchsreihen. Die räumlichen Gegebenheiten und die betriebliche Struktur erlaubten, auch größere Versuchsanlagen für experimentelle Untersuchungen aufzustellen. Die Herstellung von Produktmustern konnte unter Industriebedingungen erfolgen. Die räumliche Nähe zum ILTQ ermöglichte es, in LIBEHNA hergestelltes Probenmaterial ohne Zeitverzug zu analysieren bzw. im ILTQ hergestellte Produktmuster in LIBEHNA zu bewerten oder weiter zu verarbeiten. I. 3. Planung und Ablauf des Vorhabens I. 3.1. Untersuchung von energetisch günstigen Zerkleinerungsverfahren für nasse

Apfeltrester und Kräuterrückstände zur Erzeugung von festen oder pastösen Halbfabrikaten

Oktober 2000 bis Oktober 2003

-

f-

I. 3.2. Unte

prod

• Auswahl nutzbarer Maschinensyseme zur Feinstzerkleinerung • Experimentelle Untersuchungen mit ausgewählten Maschinensyste

men • Ableiten konstruktiver Vorschläge zur Optimierung des Zerkleine-

rungsprozesses • Ermittlung des Durchsatzes und Abschätzen des energetischen Au

wandes für die Zerkleinerung

rsuchung von Konservierungsverfahren für die hergestellten Zerkleinerungs-ukte und Halbfabrikate

September 2001 bis Juli 2003

3

• • • •

Kältekonservierung Pasteurisieren Haltbarmachen durch Hochdruck oder Hochfrequenzimpulse Mahltrocknen als alternative Technologie mit dem Ziel des gleichzeitigen Haltbarmachens und Zerkleinerns

I.3.3. Herstellen von Produktmustern September 2002 bis Dezember 2003

• Herstellung ballaststoffhaltige Getränke im Labormaßstab unter

Nutzung zerkleinerter Apfeltrester • Untersuchung der Feststoffverteilung und des Sedimentationsverhaltens • Verbesserung der Trubstabilität und der sensorischen Eigenschaften

durch Homogenisierung • Gewürzpulpen aus Kräutern und Kräuterrückständen, u.a. durch gleichzeitige

Zugabe von Salz, Öl, Ascorbin- und/oder Zitronensäure beim Zerkleinern • Crispies als Extrusionsprodukte unter Verwendung zerkleinerter

Apfeltrester oder Gewürzkräuter • Brot mit erhöhtem Ballaststoff- und Gesamtpolyphenolgehalt durch

Zusatz zerkleinerter Apfeltrester • Joghurt unter Verwendung zerkleinerter Apfeltrester als Fruchtzubereitung

I.3.4. Stoffliche Charakterisierung

1. Grundlegende Untersuchungen und Bewertungen der Ausgangsmaterialien • Ermittlung der Zusammensetzung der Apfeltrester unterschiedlicher Provenienz, be-

züglich der Gehalte an Fruchtfleisch, Schalen, Kerngehäusen, Kernen, Spelzen und Stielen sowie des Blattanteils bei den Kräuterstängeln

• Ermittlung des Anteils an Blattresten und Stängeln in Nebenprodukten, die bei der Herstellung tiefgekühlter Gewürzkräuter anfallen

• Bestimmung der Konzentration wertgebender Inhaltsstoffe - Zucker, Eiweiß, Ballaststoffe im Apfeltrester - Gehalt, Verteilung und Zusammensetzung ätherischer Öle in Blatt und Stängel der

Kräuter (in Absprache und Zusammenarbeit mit der Bell Flavors & Fragrances Duft und Aroma GmbH Miltitz, TP3)

- Wassergehalt / Trockensubstanz - Gesamtpolyphenolgehalt und antioxidative Kapazität - Zusammensetzung des Spektrums der Gesamtpolyphenole - toxikologisch relevante Substanzen

Oktober 2000 bis Oktober 2003

2. Qualitätsbewertung der Zerkleinerungsprodukte aus Apfeltrestern und Gewürzpflanzen • Bewertung der Effektivität der Zerkleinerung anhand der Ermittlung von Partikelgrößen • Dichte, Viskosität, pH - Wert und Wassergehalt • Veränderungen des Gehalts der Gesamtpolyphenole und des antioxidativen Potenzials

in Abhängigkeit von der Verarbeitungstechnologie der Äpfel, der Zerkleinerungstechno-logie der Apfeltrester und Gewürzpflanzen sowie der Haltbarmachung, Lagerdauer und Lagertemperatur der zerkleinerten Apfeltrester und Gewürzpflanzen

Oktober 2000 bis Dezember 2003

4

3. Untersuchung der hergestellten Produktmuster

• Veränderung von Farbe, Viskosität, pH, Brechungsindex und Partikelgrößenverteilung durch das Einbringen zerkleinerter Apfeltrester beim Herstellen ballaststoffhaltiger Ge-tränke

• Charakterisierung der Lagerfähigkeit ballaststoffhaltiger Getränke; Ermittlung der Trubstabilität und Farbveränderungen

• Einfluss von Lagerdauer und Temperatur auf Farbe und pH-Wert der Gewürzpulpen • Auswirkungen der Ballaststoffanreicherung in Brot durch zerkleinerte Apfeltrester auf

Textur, Konsistenz, Frische und Volumen • Sensorische Bewertung

September 2001 bis Dezember 2003

4. Mikrobiologische Untersuchung der Apfeltrester und Gewürzpflanzen • Ermittlung der mikrobiellen Ausgangsbelastung nativer und zerkleinerter Apfeltrester

sowie von Bulk, Blatt und Stängel der Gewürzpflanzen und deren Zerkleinerungspro-dukte

• Grobdifferenzierung der typischen Mikroorganismen im Apfeltrester • Veränderung der Mikroflora und Einfluss auf die Lagerfähigkeit der Zerkleinerungspro-

dukte sowie der hergestellten Produktmuster in Abhängigkeit von der Art der Konser-vierung

September 2001 bis Dezember 2003

5

I. 4. Stand der Wissenschaft und Technik Fachliteratur, Informations- und Dokumentationsdienste

Es wurden keine Neuentwicklungen vorgenommen, die Rechte Dritter tangieren. Die Fachliteratur zum Stand der Verarbeitung von Apfeltrestern und Gewürzkräutern wurde kontinuierlich recherchiert. Recherchegebiete waren insbesondere: • Möglichkeiten zur Tresterverwertung und Einarbeitung in Lebensmittel • Technologien zur Nasszerkleinerung von frischem, pflanzlichen Material (insbesondere

Trester und Kräuter selbst) • Inhaltsstoffe von Trestern und Kräutern sowie deren Analytik Die Literaturrecherche erfolgt in den Datenbanken AGRIS, FSTA und Human Nutrition (ab 1990; http://web5.silverplatter.com), die Patentrecherche über espacenet (http://de.espacenet.com/) und Depatis net (http://depatisnet.dpma.de) sowie die Recherche nach Dissertationen über Theo (http://www.iwi-iuk.org/dienste/TheO/). Ausgewertete Zeitschriften: Deutsche Lebensmittel – Rundschau Die industrielle Obst- und Gemüseverwertung Ernährungsumschau Europan Food Research and Technology

Flüssiges Obst International Journal of Food and Technology Journal of Chromatography Journal of agricultural and food chemistry

Lebensmitteltechnik Lebensmittelchemie

Zeitschrift Ernährungswissenschaften Zeitschrift für Arznei- und Gewürzpflanzen Zeitschrift für Lebensmittel - Untersuchung und Forschung Prospekte, Betriebsanleitungen und technische Dokumentationen der erprobten Maschinen- und Anlagensysteme I. 5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen In der Tabelle 1 sind die im Rahmen des Forschungsteilprojektes 1 untersuchten Maschinen-systeme zusammengestellt. Für die Versuchsplanung und Präzisierung des Arbeitsprogramms sowie für den Austausch der aktuellen Untersuchungsergebnisse fanden mit den anderen Projektpartnern in regelmäßigen Abständen Workshops statt. Die Versuchsplanung zur Aufarbeitung der Stängel der Gewürzkräuter sowie die Untersuchun-gen zur Charakterisierung der Qualität, Mikrobiologie und Sensorik der hergestellten Ge-würzkräuterpulpen erfolgten in Absprache mit der Langnese – Iglo GmbH Reken (TP 2). Die wertgebenden Inhaltsstoffe und ätherischen Öle der Gewürzkräuter wurden in Kooperation mit Bell Flavors & Fragrances Duft und Aroma GmbH Miltitz (TP3) untersucht. Da dieser Projekt-partner über Verkosterpanels für Getränke, Spirituosen usw. verfügt, wurden hier die Verkos-tungen der hergestellten trubstoffhaltigen Getränke vorgenommen. LIBEHNA hat zusätzlich über die betrieblichen Verbindungen bei der Symrise GmbH & Co. KG im Werk Nörthingen eine Bewertung der Produktmuster durch die dortigen Flavoristen vornehmen lassen.

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Tab. 1: Maschinensysteme Hersteller/Firma VersuchsortWolfen Füllwolf ROBOT HP 15 C VEMAG Maschinenbau GmbH Verden VEMAG Maschinenbau GmbH, Verden Schneidsysteme Versuchsmuster/Entwicklung der INOFEX GmbH Halle Libehna Fruchtsaft GmbH, Raguhn Wurstautomat MADOW Leihgabe der INOFEX GmbH Halle Libehna Fruchtsaft GmbH, Raguhn Scheid- und Schneckensystem Versuchsmuster/Entwicklung der INOFEX GmbH Halle Mahlen Kolloidmühle KOMET BROGTEC Mischtechnik GmbH Rheinfelden Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Zahnringmühle SM 180 SIEFER Maschinenfabrik GmbH & Co KG Velbert SIEFER Maschinenfabrik GmbH & Co KG, Velbert Schneiden COMITROL 1700 URSCHEL INTERNATIONAL LIMITED Obermörlen Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Libehna Fruchtsaft GmbH, Raguhn MICROCUT MCH 20K STEPHAN & Söhne GmbH Hameln TU Berlin, FB LM-Biotechnologie/Prozeßtechnik Kutter LASKA LASKA Traun/Österreich Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Bernburg Messer Entwicklungsmuster der INOFEX GmbH Halle Passieren Centrifugal Extractor TORNADO 2 SERGIO PELLACINI & FIHGLI s.a.s. Sala Baganza/Italien Becker's Bester GmbH, Eisleben Mahltrocknen Micro-Wirbel-Mühle G 55 GÖRGENS Engineering GmbH Dormagen GÖRGENS Engineering GmbH, Dormagen Pasteurisieren Schabewärmetauscher THERLOTHERM TERLET International Zutphen Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Pumpen Mohnopumpe M9 - 32 / 40 / 6.3 Cr VEB Feuerlöschgerätewerk Jöhstadt Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Drehkolbenpumpe LOTZER & MÜHLENBRUCH GmbH Delmenhorst Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Schneckenpumpe LMHS 40.2 Schneckenpumpe BT 05 SEEPEX Seeberger GmbH & Co Bottrop GÖRGENS Engineering GmbH, Dormagen Nachzerkleinern Laborhomogenisator PANDA GEA Niro Soavi S.p.A. Libehna Fruchtsaft GmbH, Raguhn Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Ultra Turrax T 50 JANKE & KUNKEL IKA Labortechnik Hochschule Anhalt (FH), Abteilung Köthen Kugelmahlen Planetenkugelmühle PULVERISETTE 6 FRITZSCH GmbH Idar-Oberstein FRITZSCH GmbH, Idar-Oberstein Rührwerkskugelmühle 4-V1M STEPHAN & Söhne GmbH Hameln TEXCO Farben Produktions GmbH, Bitterfeld

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Zur Absicherung der gefundenen Ergebnisse bei der Flavanoidanalytik wurden Vergleichsunter-suchungen an der Fachhochschule Wiesbaden, Forschungsanstalt Geisenheim im Institut für Önologie und Getränkeforschung (Prof. Dr. H. Dietrich) vorgenommen. Für die Untersuchungen zur Nutzung innovativer Konservierungsverfahren erfolgte eine Zusam-menarbeit mit der Technischen Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Le-bensmittelchemie, Fachbereich Lebensmittelbiotechnologie und Prozesstechnik (Prof. Dr.-Ing. D. Knorr) und dem dortigen Aninstitut Biotronix GmbH (Dr. A. Angersbach).

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II. Darstellung der erzielten Ergebnisse Anmerkung Die beiden Teilprojekte TP1 (ILTQ) und TP4 (Libehna Fruchtsaft GmbH, Raguhn) sind inhalt-lich eng miteinander verflochten. Die experimentellen Arbeiten wurden zwar in beiden Institutio-nen in eigener Verantwortung selbständig durchgeführt, die Planung und Auswertung der Ver-suchsergebnisse erfolgte stets in enger Zusammenarbeit. Auf Grund der territorialen Nähe konn-ten sich die Vertragspartner außerdem bei der Nutzung vorhandener apparativer Ausrüstungen unterstützen. Da die untersuchten Aufbereitungsverfahren von Apfeltrestern und die Weiterverar-beitung der daraus erzeugten Zwischenprodukte nicht losgelöst voneinander betrachtet werden können, erfolgt die Darstellung der Ergebnisse in einem gemeinsamen Ergebnisbericht. Dadurch werden die für das Verständnis andernfalls erforderlichen Quer-verweise und Wiederholungen vermieden. Im Sinne der Zielstellung des Projekts liegt mit diesem Bericht eine geschlossene Abhandlung über die grundlegenden Arbeiten und die weiterführenden anwendungstechnischen Aspekte vor.

II. 1. Ergebnisbericht II. 1.1. Grundsätzliches und Schwerpunktaufgaben Die Zielstellung des Verbundforschungsprojektes beinhaltet eine möglichst ganzheitliche Nutzung der pflanzlichen Rohstoffe im Ernährungsbereich. Durch die Herstellung von weiterverarbeitbaren Halbfabrikaten aus Apfeltrestern und Reststoffen bei der Verarbeitung von Gewürzpflanzen soll eine merkliche Abfallverminderung erzielt werden. Die Feinstzerkleinerung der Apfeltrester er-schien zunächst als triviale Aufgabe. Unter prozessnahen Bedingungen sollten relevante und energetisch günstige Zerkleinerungsprinzipien für die Nasszerkleinerung frischer Apfeltrester direkt nach dem Abpressen des Fruchtsaftes erprobt, der Durchsatz ermittelt und der erforderli-che Energieeintrag abgeschätzt werden. Dabei sollten möglichst kleine Partikel erzielt werden und die wertgebenden Inhaltsstoffe erhalten bleiben. Bereits die ersten Versuche zeigten jedoch, dass das feuchte organische Material eines wesentlich höheren Energieeintrags bedarf als sprö-de trockene Stoffe. Ursache ist vor allem der hohe Anteil an plastischer Formänderung und elas-tischer Dehnung. Im Verlauf der Forschungsarbeiten war der Nachweis zu erbringen, dass durch den Einsatz ent-sprechender Zerkleinerungsverfahren pastöse oder pulpeartige Halbfabrikate erzeugt werden können, die alle wertgebenden Inhaltsstoffe der pflanzlichen Reststoffe noch in ausreichendem Maße enthalten. Die großtechnisch einsetzbaren Zerkleinerungsverfahren, mit denen die besten Erfolge erzielt wurden, waren dann unter prozessnahen Bedingungen zu optimieren. Gleichzeitig wurden Möglichkeiten für eine weitere Nachzerkleinerung aufgesucht. Somit konzentrierten sich die experimentellen Arbeiten auf den Einsatz von:

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• Wolftechnik mit Schraubenpumpen zur Produktförderung, in Kombination mit mehrteiligen Trenn- und Schneidsätzen sowie dem Einsatz eines neuartigen Trennventils zum Abtrennen sehr fester Bestandteile wie Stiele, Kerne, Kerngehäuse, Spelzen und Schalen (Ersterpro-bung für einen solchen Anwendungsfall!).

• Schneidtechnik mit feststehenden Messern, bei der unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft das in der Mitte auf einen Rotor aufgegebene zu zerkleinernde Gut nach außen geschleudert und geschnitten wird

• Mühlentechnik mit Rotor- Stator- System im Durchflussverfahren • Nachzerkleinerung mit Mühlentechnik (Rotor- Stator- System) bzw. Homogenisieren unter

hohem Druck mit Cellrupt - Düse. Als Alternative zur Kaltzerkleinerung wurde das Heißpassieren über ein zweistufiges Siebsystem untersucht. Dabei entsteht ein ca. 80°C heißes Apfeltresterpüree, aus dem die nicht zerkleine-rungsfähigen sehr festen Bestandteile während des Passiervorganges abgetrennt werden. Als weitere Alternative zur Apfeltresterverarbeitung wurde vom ILTQ ein Verfahren zur gleichzei-tigen Trocknung und Zerkleinerung (Mahltrocknung) zur Herstellung einer Apfelfaser erprobt. Für die Verarbeitung der Gewürzpflanzennebenprodukte wurde ausschließlich die erfolgverspre-chendste Schneidtechnologie weiterverfolgt. Es zeigte sich, dass mit dieser Technik die im Ver-lauf der Verarbeitungstechnologie der Gewürzpflanzen tiefgefroren anfallenden Gewürzkräuter-reststoffe direkt und ohne Probenaufbereitung (auch im gefrorenen Zustand) zu einer Kräuterpul-pe feinstzerkleinert werden können. Der Einfluss der Temperatur der Reststoffe (Stängel, Stiele, Blattreste) auf die Schneidleistung und den Zerkleinerungsprozess waren zu klären. Ergänzend dazu wurden aus reinem Blattwerk und aus "Bulkware" (Stängel und Blattwerk der ganzen Pflan-ze) ebenfalls Pulpen hergestellt und diese hinsichtlich qualitätsbestimmender Parameter mit den Abproduktpulpen verglichen. Der Forschungszielstellung entsprechend, wurden orientierende Untersuchungen zur Nutzung der Pulpen aus Apfeltrester gemeinsam mit dem Projektpartner LIBEHNA vorgenommen. Dabei galt es, das ernährungsphysiologisch bedeutsame Potenzial auf der Basis der Zusammenset-zung, beispielsweise der ballaststoffhaltigen, mit bioaktiven Komponenten angereicherten Ge-tränke und anderer Lebensmittelproduktvorschläge zu bewerten. Einen besonderen Schwerpunkt bildeten die experimentellen Arbeiten zur thermischen Konser-vierung sowie zur Kühl- und Gefrierlagerung der Halbfabrikate und das damit verbundene sehr umfangreiche mikrobiologische Versuchsprogramm. Gemeinsam mit dem Projektpartner LANG-NESE-IGLO (TP2) wurde eine Versuchsstrategie erarbeitet und zielgerichtet umgesetzt. Die für das Mikrobiologieprogramm hergestellten Proben wurden im eigenen Labor sowie bei LANGNE-SE-IGLO in Abhängigkeit von der Lagerzeit untersucht. Begleitend waren analytische Untersuchungen zur Charakterisierung stofflicher Veränderungen durch die Verarbeitung und während der Lagerung des pflanzlichen Materials auszuführen. Es wurden verschiedenartige Apfeltrester (unterschiedlicher Reifegrad des Obstes, verschiedene Presstechnologien, mit und ohne Maischeenzymierung, verschiedene Reinigungstechnologien des Obstes, unterschiedliche Lagerdauer der Trester bei - 20°C, usw.) untersucht. Dazu wurden neben den Apfeltrestern von LIBEHNA auch Apfeltrester der Becker’s Bester GmbH in Eisleben innerhalb der Apfelpresskampagne von September bis Dezember sowie Lagerobst im April/Mai frisch verarbeitet. Für alle außerhalb dieses Zeitraumes durchgeführten Untersuchungen wurden die Apfeltrester und Gewürzkräuter in Tiefkühlzellen des ILTQ und im Tiefkühllager NORD-FROST in Zerbst eingelagert. Damit konnte das Versuchsprogramm auch außerhalb der Press-

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kampagne der Äpfel und der Erntekampagne der Gewürzkräuter kontinuierlich weitergeführt wer-den. Auch die Aufbewahrung der Pulpen und pastösen Zwischenprodukte erfolgte in den vorstehend genannten Tiefkühllagern, sofern keine andere Konservierungstechnologie zum Einsatz kam.

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II. 1.2. Pflanzliches Probenmaterial und Analysenmethoden II. 1.2.1 Material Für die Untersuchungen standen Apfeltrester von Libehna (Bucherpresse) und von Becker´s Bester GmbH Eisleben (Bandpresse) aus der laufenden Produktion zur Verfügung. Es wurden sowohl frisch geerntete Äpfel aus verschiedenen Anbaugebieten Deutschlands und Polens (en-zymiert und nichtenzymiert) als auch Lagerobst verarbeitet. Weiterhin wurden Probepressungen von sortenreinen Äpfeln (Pinova, Elstar, Gelber Köstlicher und Jonagold) im kleintechnischen Maßstab durchgeführt. Zur Einstellung des Wassergehaltes, der für die verschiedenen Verarbeitungsschritte erforderlich ist, wurde den Trestern Wasser zugemischt. Die Quellzeit betrug ca. 15-20 min. Die Verarbei-tungstemperatur der Trester lag bei 10-15 °C. Für die Arbeiten zur Aufbereitung von Reststoffen der Gewürzpflanzenverarbeitung standen Ver-arbeitungsrückstände, sowie für vergleichende Untersuchungen Blattware und ganze Pflanzen aus der laufenden Produktion von Petersilie, Basilikum und Dill zu Tiefkühlprodukten der Firma Langnese-Iglo, Reken, zur Verfügung. Zur Herstellung von 100 kg verkaufsfähigen tiefgekühlten Gewürzpflanzen ist ein durchschnittli-ches Ernteaufkommen an Bulkware von etwa 120 kg bei Petersilie, 218 kg bei Dill und 167 kg bei Basilikum erforderlich. Das ergibt eine Ausbeute von 80 % Petersilie, 45 % Dill und 60 % Basili-kum. Der Anteil der Reststoffe beträgt endsprechend 20 % Petersilie, 55 % Dill und 40 % Basili-kum. Der Blattanteil am Gesamtverarbeitungsrückstand (im weiteren vereinfacht als Stängel be-zeichnet) beträgt bei Petersilie 2%, bei Dill ca. 10% und bei Basilikum ca. 5%. II. 1.2.2 Analysenmethoden Trockensubstanzbestimmung Die Trockensubstanz (TS) wurde mit Hilfe einer IR-Trocknungswaage MA 401 bestimmt. Die Trocknungstemperatur betrug 105 °C. Der Mittelwert ergibt sich aus der Messung von drei Ein-zelmessungen, um Schwankungen in der Rohware zu berücksichtigen. Dichte Die Dichtebestimmung der Säfte erfolgte nach der Biegeschwingermethode mit dem DSA 482 bei 20°C. pH-Wert Der pH-Wert wurde mit dem Prozeß-pH-Meter 73 pH3 gemessen. Brechungsindex/BRIX Die Bestimmung des Brechungsindexes bzw. der Saccharosekonzentration (°Brix) erfolgte mit dem DUR-Refraktomer4 mit externer Temperierung bei 20°C. Rheologie Für die Untersuchung der Viskosität der erzeugten Halbfabrikate und Produktmuster stand das Viskosimeter MCR 3005 zur Verfügung. Je nach Produkteigenschaften wurden die Untersuchun-gen mit dem Platte/Platte-System PP50 in Rotation oder Oszillation mit einem Spaltabstand 0,5 1 Firma Sartorius AG, Goettingen 2 Firma Paar Physica Messtechnik GmbH, Ostfildern 3 Firma Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG, Berlin 4 Firma Schmidt + Haensch, Berlin 5 Firma Paar Physica Messtechnik GmbH, Ostfildern

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mm bzw. 1mm durchgeführt. Die Messtemperatur wurde im Bereich 20 bis 90°C durch Peltier-Element realisiert. Konsistenzmessungen an Backwaren Die Untersuchungen zur Festigkeit des Brotes wurden mit den Geräten Penetrometer AP4/36 (Eindringtiefe) und Zug-/Druckpenetrometer PNR 207 (Max. Härte) durchgeführt. Als Parameter für die Festigkeit (Weichheit) wurde der Formkörper (Durchmesser 25 mm) mit konstanter Kraft (500 N) beaufschlagt und die Eindringtiefe über einen Zeitraum von 120 s gemessen. Bestimmung des Wasserbindevermögens der Pflanzenfasern in Anlehnung an die AACC – Methode Für die Bestimmung des Wasserbindungsvermögens (WBV), definiert als g H2O/gTS, dient als Grundlage die offizielle AACC-Methode 56-20 (Hydration Capacity of Pregelatinized Cereal Pro-ducts) [1] für proteinhaltige Produkte in modifizierter Form für Fasermaterial. Arbeitsanweisung Rettenmaier & Söhne GmbH [2] (Methode A) 2,00g Fasermaterial werden in einen Zentrifugenbecher eingewogen, 40,00g dest. Wasser zuge-fügt und die Zentrifugenbecher verschlossen 10 min. stehen gelassen. Danach wird 15 min. bei 1000g zentrifugiert. Der Zentrifugenbecher wird über einer Nutsche auf den Kopf gestellt und ca. 1 min. gehalten (bis keine Flüssigkeit mehr abtropft). Die Nutsche wird abgesaugt. Das abge-saugte Wasser wird zurückgewogen und das Wasserbindevermögen nach folgender Formel be-rechnet: WBV in % = ((a - b)/c) x 100 % a eingewogenes Wasser b zurückgewogenes Wasser c Materialmenge Arbeitsanweisung Herbafood Ingredients GmbH [3] (Methode B) Die Proben werden mit einem Wasserüberschuss über einen Zeitraum 24 h bei Raumtemperatur gequollen. Nach Zentrifugation und anschließendem Absaugen des Überstandes kann das unge-fähre WBV gravimetrisch bestimmt werden. Die folgenden Parameter sind festgelegt: Einwaage: 3 g (in Zentrifugenglas) Wasserzugabe: 30 ml Zentrifugation: 3000 - 5000 g Zentrifugierdauer: 10 Minuten Bei einem WBV > 10 g H2O/g TS ist die Einwaage zu erniedrigen.

6 Firma Feinmesstechnik, Dresden 7 Firma Petrotest Instruments GmbH & Co. KG, Dahlewitz

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Farbmessung Die Veränderung der Farbe während der Verarbeitung und bei der Lagerung der Halbfabrikate wurde mit dem Farbmessgerät Crommeter CR 3008 durchgeführt. Für die Darstellung der Farben wird das L*a*b-System [4] (nach DIN 6174) genutzt. Auf der L-Achse wird die Helligkeit darge-stellt, die a*-Achse gibt den Rot-Grün-Anteil und die b*-Achse den Gelb-Blau-Anteil wieder. Trübungsmessung Die Trübungsmessung wurde mit dem 2100AN Turbidimeter9 durchgeführt. Das Gerät war nach amerikanischem Standard (USEPA Method 180.1) werkseitig kalibriert. Für die Messungen stan-den 2-cm Rundküvetten zur Verfügung. Zum Vergleich und zum Ausschluss von Farbeinflüssen der Proben wurden alle Messungen nach europäischem Standard mit einem Filter 860 nm (P/N 19990-00) wiederholt. Partikelanalyse Die Bestimmung der Partikelverteilung erfolgte mit dem Laserbeugungsgerät Mastersizer S10. Das Gerät verfügt über eine Mikroküvette und hat einen Messbereich von 0,5-900 µm. Als Dis-persionsmittel diente Wasser. Die Ermittlung der Partikeldurchmesser erfolgte aus der Volumen-verteilung nach der Fraunhofermethode unter Annahme kugelförmiger Partikel, wobei Vi das rela-tive Volumen in der Größenklasse mit dem mittleren Klassendurchmesser di ist.

[ ]NM

Nii

Mii

NM

N

M

dVdV

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dDDnDNMD

−

−

−−

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=

∑∑

∫∫

1

3

31

)(

)(,

Als Parameter wurden ermittelt: D[3,2]: Sauterdurchmesser D(v,0.9): 90% der Partikel sind kleiner als dieser Wert D(v,0.9) D(v,0.5): 50% der Partikel sind kleiner als dieser Wert D(v,0.5) D(v,0.1): 10% der Partikel sind kleiner als dieser Wert D(v,0.1) Darüber hinaus wurde die Partikelgröße mit der Labor-Vibrations-Siebmaschine analysette3 (03.502/1966) bei maximaler Amplitude und einer Siebdauer von 30 Minuten ermittelt. Die Maschenweite der verwendeten Siebe betrug: 20, 32, 50, 100, 200, 500 und 900µm Bildanalyse Die optische Bildauswertung (Bestimmung von Partikelgröße FERET-Durchmesser, Elongation und Formfaktor) erfolgte mit dem Mikroskop Olympus BX 41 und dem Forschungsstereomikro-skop Olympus SZX 9 mit digitaler Kamera11, sowie einer Einheit zur digitalen Erfassung der Mik-roskopbilder in Verbindung mit der multiplen Bildauswertung analySIS 3.012. Die zusätzliche Bewertung der Zerkleinerungsverfahren mittels optischer Bildanalyse ist unum-gänglich, da hier auch Partikel größer 900 µm Berücksichtigung finden müssen. Durch die visuel-le Betrachtungsmöglichkeit der auszuwertenden Partikel können Unregelmäßigkeiten in der ge-ometrischen Form erkannt und manuell bei der Bildauswertung berücksichtigt werden. Rohfaser

8 Firma MINOLTA Europe GmbH, Langenhagen 9 Firma Hach Company, Loveland Coloroado 10 Malvern Instruments Ltd., Herrenberg 11 Firma Olympus Optical Co., (Europa) GmbH, Hamburg 12 Soft Imaging System GmbH, Münster

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Die Bestimmung des Ballaststoffgehaltes ist sehr aufwendig und für eine schnelle Beurteilung der erzeugten Produkte wenig geeignet. In der Praxis wird daher häufig für die Qualitätsbewertung der Produkte der Rohfasergehalt herangezogen. Dabei handelt es sich um den je nach der Auf-schlussmethode verbleibenden aschefreien Rückstand eines pflanzlichen Produkts. Für den Auf-schluss wurde die Methode nach Scharrer und Kürschner [5] verwendet. Gesamtproteingehalt Der Gesamtproteingehalt wurde in einer Kjeldahl-Apparatur13 (Büchi B 414; K435; B324) mit an-schließender automatischer Titration 719S Tritrino14 bestimmt. Polyphenolgehalt Probenvorbereitung Komplettextration Die Komplettextraktion diente zur vollständigen Extraktion aller enthaltenen Polyphenole. Unzer-kleinerte Proben wurden mit einer Schlagmühle homogenisiert. Bereits zerkleinerte Apfeltrester und Kräuter wurden gut durchrührt und anschließend extrahiert. 100 g der Probe wurden nach-einander siebenfach im Gewichtsverhältnis eins zu eins mit 0,1 M methanolischer HCl versetzt, 45 Minuten mit einer Schüttelfrequenz von 400 min-1 geschüttelt und danach abdekantiert. Nach dem letztem Extraktionsschritt erfolgte eine Filtration mit anschließendem Ausdrücken des Filters. Das Filtrat wurde im Rotationsverdampfer bei 40 °C eingeengt und bei Bedarf membran-filtriert (0,45 µm Spritzenfilter). Screening-Methode Für feststoffhaltige Proben ist eine schnelle Extraktion und eine sofortige Unterbindung jeglicher Enzymaktivität durch salzsaures Ethanol/Methanol erforderlich. Diese Methode wurde genutzt, um den Polyphenolstatus während unterschiedlicher Verarbeitungsschritte schnell vergleichen zu können. Unzerkleinerte Proben wurden ebenfalls mit einer Schlagmühle homogenisiert. Bereits zerkleinerte Proben wurden gut durchrührt und anschließend extrahiert. 20g der Probe wurden im Gewichtsverhältnis 1:1 mit 0,1 M methanolischer HCl versetzt, 45 Minuten bei 400/min im Zentri-fugenröhrchen geschüttelt und anschließend bei 4500 U/min 10 min zentrifugiert. Das Zentrifugat wurde gegebenenfalls membranfiltriert. Durch Vergleich mit der Komplettextraktion kann ange-nommen werden, dass bei der Gesamtpolyphenolbestimmung nach der Screening-Methode ca. 60% und bei der Bestimmung des antioxidativen Potenzials ca. 70% der Gehaltes ermittelt wer-den. Analysenmethode Die Gesamtpolyphenolgehaltsbestimmung wurde spektroskopisch bei 720 nm mit der Folin-Ciocalteau-Methode (Farbreaktion) in einer Modifikation nach Rechner [6] vorgenommen. Die Berechnung erfolgte anhand einer Kalibriergeraden mit der Bezugssubstanz (+)-Catechin. Zwi-schen 50 und 1000 mg Catechin/L besteht gute Linearität (r2>0,998). Der Geamtpolyphenolgehalt wird in mg bzw. g Catechin bezogen auf 1L Probenflüssigkeit oder bezogen auf 100 g Trocken-substanz angegeben. In der Probe enthaltene Ascorbinsäure wird vor der Reaktion mit Was-serstoffperoxy d neutralisiert.

13 Firma Büchi Labortechnik GmbH, Essen 14 Firma Deutsche METROHM GmbH & Co. KG, Filderstadt

15

Polyphenolanalytik mit HPLC Die Polyphenolanalytik der Apfeltrester erfolgte mit einer HPLC-Anlage15 bestehend aus: 2 Pum-pen, Degasser, Autosampler, DAD 200-400 nm und Säulenofen. Folgende Methodenparameter wurden nach SCHIEBER [27-30] verwendet: Eluent A: 2% Essigsäure Eluent B: 49,5% HPLC-Wasser, 0,5% Essigsäure, 50 % Acetonitril Säule : Phenomenex Aqua 240x4,6 mm 25°C Fluss: 1 ml/min Injektion: 10 µl Gradientenprogramm : Zeit (min) % Eluent A % Eluent B 0 90 10 50 45 55 60 0 100 65 90 10 Ausgewertete Wellenlängen: 280 nm, 320 nm, 360 nm Polyphenolanalytik mit LC-MS Die Polyphenolanalytik der Gewürzkräuter erfolgte mit einer HPLC-Anlage HP Series 110016 be-stehend aus: 2 Pumpen, Degasser, Autosampler, UV-Detektor 200-400 nm und Säulenofen. Zu-sätzlich ist die HPLC-Anlage mit einem Massenspektrometer Bruker Daltonics esquire17 mit Elekt-rospray-Ionisation gekoppelt. Die LC-Bedingungen wurden analog den Apfeltrestern übernom-men, folgende MS-Parameter wurden eingestellt:

- Polarität: positiv - Target: 20000 - Accutime: 100 ms - Scan: 15-700 m/z - Nebulizer: 70 PSI - Dry Gas: 12 l/h - Dry Temperatur: 365 °C

Antioxidative Kapazität Das antioxidative Potenzial ist ein Ausdruck für die Fähigkeit einer Probe, freie Radikale zu bin-den. Mit der von Rechner [6] modifizierten TEAC-Methode (Trolox-Equivalent-Antioxidative-Capacity, Farbreaktion) lässt sich die antioxidative Kapazität in flüssigen Proben bestimmen. Das Ergebnis der spektroskopischen Untersuchung bei 734 nm wird in mmol Trolox/l bzw. 100 g TS angegeben, wobei die gemessene Extinktion der Konzentration umgekehrt porportional ist. Der Messbereich beträgt 0-2,5 mmol/l. Höher konzentrierte Proben mit einem Gesamtpolyphenolge-halt über 1000 mg Catechin/L (das entspricht einer Extinktion <0,02) müssen verdünnt werden. HMF-Bestimmung Die Bestimmung des Hydroxy-methyl-furfuran zum Nachweis thermischer Belastungen von Un-tersuchungsgut erfolgte mit einer HPLC-Anlage der Firma WATERS GmbH Eschborn bestehend aus: 2 Pumpen, Autosampler, UV-Detektor und Säulenofen. Folgende Methodenparameter wurden verwendet: Eluent A: 10% Methanol Eluent B: 90% HPLC-Wasser Säule : Sepserve RP18 240x4,6 mm

15 Firma WATERS GmbH, Eschborn 16 Firma Hewlett-Packard Company 17 MALDI-TOX Service, Leipzig

16

Fluss: 1 ml/min Detektion: 280 nm Injektion: 10 µl Tresteraroma. Zur vergleichenden Bewertung der Tresterchargen wurden Headspace-Analysen in Verbindung mit GC-MS (HP 6890 Series, 5973 Mass Selective Detector18) durchgeführt. Probenvorbereitung Die in der Regel tiefgekühlten Proben wurden in einem Zeitraum von 12 Std. bei einer Tempera-tur von ca. 5°C in einem verschlossenen Gebinde aufgetaut. Daraus wurden 5 g Probe entnom-men und in Vials (20ml) gefüllt. Nach einer Temperierzeit von 30 min im Headspace-Thermostaten bei 85 °C erfolgte die gaschromatographische Analyse. Arbeitsbedingungen: Headspace-Methode - Headspace-Temp.: 85 °C - Temp. Probenschleife: 90 °C - Transferlinetemp.: 115 °C - Temperierzeit: 30 min. GC-MS-Methode Name: Trester1.M - Säulenofen: Start 50 °C 10 min, Rampe 10K/min auf 200 °C, Gesamtlaufzeit 25 min - Back Inlet: Initialisierungstemp. 250 °C, Druck 72,1 kPa, Split 1:1, Split flow 2,2 ml/min, To-

talflow 7,1 ml/min - Säule: phenomenex ZB-5 7HG-G002-11, 30 m 250 x 0,25 µm - Massen unter 38 ausgeschlossen - Solvent Delay: 0 min Wassergehaltsmessung Der Wassergehalt der frisch anfallenden Trester ist ein entscheidendes Qualitätskriterium sowohl für den Pressvorgang selbst als auch für die Weiterverarbeitung der Trester. Eine einfache Trockensubstanzbestimmung mit einer IR-Trocknungswaage dauert ca. 30 Minu-ten. Um natürliche Schwankungen im Trester auszugleichen ist mindestens eine Dreifach- besser eine Fünffachbestimmung erforderlich. Die Ergebnisse der Analyse liegen somit erst vor, wenn der nächste Pressvorgang bereits begonnen hat. Ein Ziel im Rahmen des Projekts war es, Mög-lichkeiten für den Einsatz der NIR-Messtechnik zur Wassergehaltsbestimmung bei der online-Prozessüberwachung zu sondieren. Zur Verfügung stand das Einkanalspektrometer FFA 125519. Die Feststoffproben können bei die-sem Gerät mittels beweglichem Probenteller (Bild 1) in den Strahlenbereich eingeschwenkt wer-den.

18 Hewlett-Packard Company 19 FOOD- and FEED-Analyser Infratec, Firma FOSS Instruments, Hamburg

17

Technische Spezifikation: - Monochromator (Halogenlampe mit Beugungsgitter) - Beweglicher Probenteller (∅ 125 mm) mit Probenschälchen für 5 Einzelproben (∅

25,5 mm; H19 mm) - Hochempfindlicher Siliziumdetektor mit Vorverstärker - Messbereich 850-1250 nm (Messabstand 4 nm) - Mittelwertspektrum über je 6 Einzelmessungen in den 5 Probentellern

Bild 1: Beweglicher Probenteller des FFA 1255 mit Probenschälchen Die NIR-Transmissionsspektren von Apfeltrestern unterschiedlicher Wassergehalte und Trester-chargen sind in Bild 2 beispielhaft dargestellt.

2,22,32,42,52,62,72,82,93,0

850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250

Wellenlänge nm

Inte

nsitä

t

75,90% 74,98% 72,50% 71,21% 73,51%

Bild 2: NIR-Spektren unterschiedlicher Apfeltrester

18

Kalibrierung Für die Kalibrierung wurde zunächst ein Apfeltrester mit einem Wassergehalt von ca. 75% ver-wendet. Durch manuelles Nachpressen bzw. Anfeuchten konnten Proben mit einem Wasserge-halt im Bereich von 70,83% bis 78,46% Wasser eingestellt werden, wobei als Referenzmethode die IR-Trocknungswaage (s.S. 13) zum Einsatz kam. Die Proben wurden vor der Messung gut durchgemischt und unzerkleinert in die Probenschälchen des NIR-Analysators eingefüllt. Durch Bildung eines Mittelwertspektrums über 30 Einzelmessungen wurden Inhomogenitäten der Pro-ben, z,B. verursacht durch vorhandene Stängel oder Kerne, berücksichtigt. Die Kalibrierung selbst erfolgte mit dem PLS-Algorithmus der Software GRAMS 3220. Nach Elimi-nierung „spektraler Ausreißer“ ergaben sich die in Tab. 2 zusammenfassend dargestellten statis-tischen Leistungsparameter in Form des Bestimmtheitsmaßes R2 und des Standardfehlers der Kreuzvalidtion SECV. Tabelle 2: Bestimmung des Wassergehaltes in Apfeltrester mittels NIR-Spektroskopie Messbereich 70,83-78,46%, 41 Spektren Variation in der Kalibrierung Faktorzahl R2 SECV Gesamtes Spektrum 7 0,9626 0,346 Basislinienkorrektur 7 0,5366 1,123 1. Ableitung 7 0,9611 0,353 Einengen des Spektralbereiches 7 0,889 0,453 Die Verwendung der gesamten spektralen Information ohne vorherige Spektrenvorbehandlung hat das beste Kalibriermodell ergeben. Auch die erste Ableitung der Spektren lieferte zufrieden-stellende Resultate. Die Kalibrierung wurde durch Einbeziehung von Proben unterschiedlicher Apfelsorten erweitert. Dabei ergab die Clusteranalyse keine signifikanten Unterschiede in den Spektren der verschiedenen Apfelsorten. Ergebnis Die Bestimmung des Wassergehaltes mit der NIR-Transmissionspektroskopie ist für die Online-Prozessüberwachung nutzbar. Bild 3 zeigt eine Gegenüberstellung des ermittelten Wassergehal-tes mittels IR-Trocknungswaage und NIR-Transmissionsspektroskopie über den gesamten Ka-librationsbereich.

R2 : 0,9679SEP: 0,398

70

72

74

76

78

80

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Wassergehalt % IR-Trocknungswaage

Was

serg

ehal

t % N

IR

vorh

erge

sagt

Bild 3: Vorhersage der Wassergehaltes in von der Kalibrierung unabhängigen Apfeltrestern Die Vorteile der NIR-Spektroskopie bestehen im geringen Aufwand für die Probenvorbereitung in der einfachen und vor allem schnellen Durchführung der Analyse. Für die eigentliche Messung und die Ergebniserstellung werden maximal 2 Minuten Pro Probe benötigt. Nach der Erstellung

20 Fa. Galactic Instruments, USA

19

der Kalibrierung können die routinemäßig anfallenden Bestimmungen auch von ungelerntem Personal ausgeführt werden. Obwohl die Kalibrierung für den Wassergehalt sehr robust ist, sollten bei starken Veränderungen der Probenmatrix (Erntejahr, Anbau- und Erntebedingungen) stichprobenartige Vergleichsmes-sungen mit der Referenzmethode durchgeführt werden. Bei starken Abweichungen ist das Kalib-riermodell anzupassen. II. 1.3. Untersuchung von Zerkleinerungsverfahren II. 1.3.1. Tresterzerkleinerung und Abtrennung fester Bestandteile mittels Wolftechnik Wirkprinzip Beim Wolfen werden die zu zerkleinernden Rohstoffe mit einer Förderschnecke durch einen mehrteiligen Schneidsatz transportiert und in jeder Schneidstufe (Kombination aus Lochscheibe und Messer) in die Bohrungen der jeweiligen Lochscheibe gepresst. Die in den Lochscheiben entstehenden Zapfen werden von rotierenden Messern geschnitten und durch sich neu bildende Zapfen herausgefördert. In Abhängigkeit vom Durchsatz und von der Konfiguration der Messer und Lochscheiben wird die Endkörnung beeinflusst. Der zum Zerkleinern nativer Apfeltrester verwendete Füllwolf 21 hat sich zur Herstellung von Fleischbrät sehr gut bewährt [7] und sollte für die Zerkleinerung pflanzlicher Produkte gemäß Zielstellung dieses Projektes erstmals erprobt und apparativ angepasst werden. Der Füllwolf be-steht aus einer Kombination von Wolf und Füllmaschine, wobei die Materialförderung durch die Schraubenpumpe der Füllmaschine erfolgt und damit Drücke bis 50 bar im vorgesetzten Wolfsys-tem (Durchmesser 130 mm) erzeugt werden können. Der Materialeinzug aus dem Fülltrichter in die gegenläufigen zwei Förderkurven der Schraubenpumpe wird durch ein Vakuum im Einzugs-bereich unterstützt. Das setzt aber voraus, dass die Packung des zu zerkleinernden Gutes so dicht ist, dass sich ein Vakuum aufbauen kann. Im Fleischbereich ist das gegeben, bei der Tresterverarbeitung, das zeigten die experimentellen Untersuchungen, muss durch Zusatz von Flüssigkeit zu den Trestern die erforderliche Fließfähigkeit zum Füllen der Schraubenpumpe ein-gestellt werden. Für einen kontinuierlichen Materialeinzug in das Schraubenpumpensystem mussten die nach dem Pressen anfallenden Apfeltrester durch Zugabe von Wasser auf einen Wassergehalt von 90 % eingestellt werden. Andernfalls kommt es im Einzugsbereich der Schraubenpumpe (zumindest bei der derzeitigen konstruktiven Gestaltung) zu Brückenbildungen. Alternativ dazu ist eine Zwangszuführung mit sich allmählich verringernder Steigung der Förder-schnecke denkbar, war aber im verfügbaren Versuchswolf nicht vorhanden. Die Schneidsatzteile sind formschlüssig mit einer Passfeder über eine Messerwelle und somit starr mit der Förderschnecke verbunden. Dadurch ist für den Antrieb der Förderkurven und der auf der Messerwelle sitzenden Messer nur ein Antrieb erforderlich, der bei der Versuchsmaschi-ne aus einem Hydraulikantrieb mit vorgeschaltetem Drehstrommotor bestand. Durch die starre Kopplung kann keine getrennte Regelung der Fördergeschwindigkeit der Schraubenpumpe bzw. der Schneidgeschwindigkeit der Messer erfolgen. Damit ein angepasster Materialnachschub in den Schneidraum gewährleistet ist, muss die Steigung der Förderkurven materialabhängig aus-gewählt werden. Andernfalls fehlt der nötige Druck zum Aufbau der Schneidzapfen oder die Mes-ser schaffen es nicht, den zu hohen Materialstrom zu schneiden. Im letzteren Fall wird das zu zerkleinernde Gut durch die Bohrungen der Lochscheiben ohne ausreichenden Schnitt gepresst oder verblockt gänzlich den Schneidraum.

21 Füllwolf ROBOT HP 15 C der VEMAG Maschinenbau GmbH, Verden

20

Im Ergebnis der Untersuchungen hat sich eine Steigung von 36 mm bewährt. Die maximale Drehzahl der Schraubenspindel beträgt 390 U/min–1, das entspricht dem auf dem Display ange-zeigten "Tempo 100 %". Der Wolfvorsatz kann mit unterschiedlichen Messer-Lochscheiben-Kombinationen aufgebaut werden, wobei die Endlochscheibe den erzielbaren Zerkleinerungsgrad maßgeblich bestimmt. Untersucht wurden Bohrungsdurchmesser der Endlochscheibe von 2,5 mm, 1,5 mm und 0,6 mm. Um größere Teilchen bzw. Zusammenballungen vor dem Feinschnitt zu zerkleinern, wurde das in der Fleischindustrie übliche mehrteilige System, z.B. nach UNGER, bestehend aus Vorschneider, Messer, und Lochscheibe verwendet (siehe Bild 4) .

Bild 4: Prinzipieller Aufbau des Schneid-satzes

Trennwolf Die hohen Drücke im Schneidsatz erlaubten eine wesentliche Weiterentwicklung zum sogenann-ten Trennwolf [8]. Aus den Erfahrungen der Fleischverarbeitung war bekannt, dass sich Sehnen und andere feste Bestandteile (Knochteilchen, Knorpel) während des Schneidvorgangs bevor-zugt zur Mitte der Messer bewegen und sich in Achsnähe ansammeln und die Hauptursache für Verblockungen sind. Aufbauend auf diesem Effekt wurden im Zeitraum der Forschungsarbeiten vom Wolfhersteller "Trennmesser" (Kreuzmesser) und dazugehörige "Trennlochscheiben" entwi-ckelt, die durch Abstreifer und eine Ableitung des festen Materials in Form eines Seitenstromes eine kontinuierliche Abtrennung fester Bestandteile aus dem Hauptstrom ermöglichten. Durch Einbau eines Magnetventils bzw. pneumatisch gesteuerten "Trennventils" in den Seitenstrom konnte das Massenstromverhältnis Hauptstrom/Nebenstrom über das Taktverhältnis Öffnungs-zeit zu Schließzeit variiert werden. Obwohl die Festigkeitsunterschiede der Tresterbestandteile (Schalen, Kerne usw.) nicht so ausgeprägt sind wie im Fleischbrät, wurde das Trennverfahren erstmalig für pflanzliche Rohstoffe getestet. Bild 5 zeigt den Wolfvorsatz mit Trennventil und Bild 6 eine Reihenfolge der Bauteilanordnungen im Schneidsatz.

21

Bild 5: Gesamtansicht "Füllwolf" mit Wolf-vorsatz und Trennventil

Bild 6: Aufbau des Scheidsatzes Versuchsergebnisse Im Rahmen des Projektes wurden folgende funktionelle Zusammenhänge untersucht:

• Ermittlung des höchstmöglichsten Zerkleinerungsgrades von Apfeltrestern durch Variati-on des Scheidsatzaufbaus in Verbindung mit den dazu optimierten Fördergeschwindig-keiten durch die Schraubenpumpe

• Untersuchung der günstigsten Abtrennbedingungen von festen Bestandteilen aus dem Tresterstrom durch systematische Veränderung der Fördergeschwindigkeit sowie der Öff-nungs- und Schließzeiten des Trennventils

• Abschätzung des Energiebedarfs für den Trenn- und Zerkleinerungsvorgang. Die Tresterzerkleinerung mittels Wolf war prinzipiell möglich führte aber beim Einsatz einer 1,5 mm Endlochscheibe bereits nach maximal 30 kg Durchsatz zu einer Verblockung. Lochscheiben mit einem Lochdurchmesser von 0,6 mm verstopften sofort. Aus diesem Grunde werden die um-fangreichen Versuche zur Verbesserung des Durchsatzes an dieser Stelle nicht weiter beschrie-ben. Wesentlich bessere Ergebnisse wurden mit den oben beschriebenen Trennsystemen erzielt. Als beste Messer-Lochscheiben-Kombination erwies sich eine Anordnung, die aus Vorschneider mit 3 Kammern, Messer mit 6 Klingen, Vorschneider mit 5 Kammern, Messer mit 4 ganzen und 4 hängenden Klingen, Lochscheibe mit 13 mm Bohrungsdurchmesser, Trennmesser mit 4 Klingen (Kreuzmesser) und Trennlochscheibe mit 1,5 mm Bohrungsdurchmesser (siehe Bild 7) bestand.

22

Bild 7: Trennsatz zum Zerkleinern der Apfeltrester bei gleichzeitiger Abtrennung

fester Bestandteile Wie aus Tabelle 3 zu ersehen ist, wird bei Abtrennung fester Bestandteile aus frischen Apfeltrestern bei der Fördergeschwindigkeit von 176 U/min–1 (Tempo 45 %) und der Einstellung am Trennventil von 400/1 ein Optimum zwischen Ausbeute des Hauptstromes, Durchsatz und erforderlichem Energieeintrag erzielt. Tab. 3: Durchsatz, Ausbeute und Energieeintrag in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit

und Einstellung des Trennventils (Tempo 40 % = 156 U/min–1, 45 % = 176 U/min–1 , 50 %= 195 U/min–1, eingestelltes Vakuum bei allen Versuchen 60 %)

Tempo 40 % Tempo 45 % Tempo 50 %Massenanteile Durchsatz Energieeintrag Massenanteile Durchsatz Energieeintrag Massenanteile Durchsatz EnergieeintragHauptstrom Gesamtmenge Hauptstrom Gesamtmenge Hauptstrom Gesamtmenge

zu auf % g/s kW/kg % g/s kW/kg % g/s kW/kg

200 1 72,87 155,3 0,773 74,96 216,9 0,553 79,38 223,6 0,537300 1 80,50 141,1 0,780 83,41 197,5 0,557 84,52 206,1 0,582400 1 85,44 139,2 0,790 86,20 195,3 0,563 87,59 194,7 0,616500 1 87,21 119,4 0,837 88,37 171,9 0,640 89,84 185,8 0,646

Trennventil

Die Öffnungs- und Schließintervalle des Trennventils müssen auf den Hauptstrom abgestimmt sein. Eine zu geringe Materialförderung der Schraubenpumpe in den Schneidraum durch zu ge-ringe Drehzahlen oder Ganghöhen der Förderkurven führen zu einer merklichen Abnahme des Trenneffekts und damit zur Messer- und Lochscheibenverblockung. Bei zu hohen Förderge-schwindigkeiten und zu gering eingestelltem Nebenstrom blockieren die festen Bestandteile den Abfluss über das Trennventil. Bei Einsatz einer 1,5 mm Endlochscheibe erwies sich ein Mengenverhältnis von 85 % Haupt-strom und 15 % Nebenstrom als Optimum. In Abhängigkeit von der Qualität der Apfeltrester wie Anteil und Festigkeit der Schalen, Kerne, Kerngehäuse, Anteil der Stiele, Sorte und Reifegrad des Obstes wurde ein Durchsatz von 800 kg/h und 1000 kg/h erzielt. Der erforderliche Energie-bedarf für die eingemaischten Apfeltrester liegt zwischen 0,5 kWh/kg und 0,7 kWh/kg. Der Ne-benstrom enthält Stielreste, Kerne und Kernteile, Spelzen sowie Schalen- und Fruchtfleischreste. Der Anteil dieser Komponenten im Hauptstrom wurde durch den Trennsatz deutlich gesenkt. Anfragen von Interessenten22 während der Projektbearbeitung, ob das Trennverfahren so opti-miert werden kann, dass der Nebenstrom für eine Kerngewinnung nutzbar ist, mussten verneint werden. Offensichtlich besteht großes Interesse an der Weiterverarbeitung der Apfelkerne. Eine verstärkte Anreicherung möglichst ganzer Kerne im Nebenstrom bereitet Schwierigkeiten, da durch den technologischen Prozess der Entsaftung (Zerkleinerung der Äpfel vor dem Pressen und Pressvorgang) bereits sehr viele Apfelkerne mechanisch zerstört sind. Bei einer Fokussie-

22 Reaktion auf die Vorstellung der ersten Ergebnisse anlässlich der Tagung NAROSSA (s. Literatur)

23

rung der Zielstellung auf die Kerngewinnung wären Veränderungen in der Gesamttechnologie der Saftherstellung erforderlich, die aber nicht im Rahmen der Projektbearbeitung zu untersuchen waren.

050

100150200250300350

0 2 4 6 8 10Zeit min

Dur

chsa

tz g

/s

12

Gesamtstrom 400/1 Hauptstrom 400/1 Nebenstrom 400/1Gesamtstrom 200/1 Hauptstrom 200/1 Nebenstrom 200/1

Bild 8 : Durchsatz in Abhängigkeit von der Zeit Drehzahl der Förderkurve: 176 min-1(Tempo 45%)

Trennventil: Öffnungs-/ Schließintervall (Takte): 1:400

Im Bild 8 sind der zeitliche Verlauf des Durchsatzes sowie die Anteile von Haupt- und Neben-strom graphisch dargestellt. Aus Bild 9 ist ersichtlich, dass sich dieses Verhältnis bei unterschied-lichen Tresterqualitäten nur geringfügig ändert. Die Erweiterung des Trennsatzes durch Hinzufügen einer 0,6 mm Lochscheibe hinter der 1,5 mm Lochscheibe war bei der Versuchsmaschine nicht möglich, da der Antrieb für den dafür erforder-lichen Energieeintrag nicht ausgelegt war. Aus diesem Grunde wurde versucht, durch einen zweistufigen Prozess die gleiche Zerkleinerungswirkung zu erzielen.

0

50

100

150

200

250

Dur

chsa

tz in

g/s

HauptstromNebenstrom

Tempo 45 % Trennventil 400/1Charge 1 Charge 4Charge 3Charge 2

Zw

Bild 9: Durchsatzverhältnis Hauptstrom und Nebenstrom bei verschiedenen Apfeltrestern

eistufige Zerkleinerung

24

Die unter vorstehend genannten Bedingungen mit einer 1,5 mm Lochscheibe unter Abtrennung von festen Bestandteilen erhaltenen grobzerkleinerten Trester wurden nach Umbau des Schneidsatzes über eine 0,6 mm Endlochscheibe erneut gewolft. Obwohl ein beachtlicher Anteil an festen Tresterbestandteilen bei der ersten Zerkleinerung über den Trennsatz ausgesondert wurden, trat beim Nachzerkleinern bereits nach kurzer Betriebszeit (Durchsatz maximal10 kg) eine Verblockung auf. Bild 10 zeigt die Abnahme des Durchsatzes beim Feinzerkleinern infolge der Messerverblockung. Der erforderliche Energieaufwand verdoppelt sich in dieser Zeit auf 1,6 kWh/kg. Die Produkttemperatur am Ende des Zerkleinerungsprozesses ist im Vergleich zum vor-zerkleinerten und getrennten Apfeltrester um 15 k erhöht.

050

100150200250300350

0 2 4 6 8 10 12

Zeit min

Dur

chsa

tz g

/s

Tempo 70 % 400/1 vorzerkleinert Tempo 45%, 400/1 vor- und nachzerkleinertTempo 70%, 400/1 vor- und nachzerkleinert Tempo 70 200/1 vorzerkleinert

Bild 10: Durchsatz beim Feinzerkleinern von vorzerkleinertem Apfeltrester Drehzahl: 273 min-1 (Tempo 70%) ;

Auch eine noch stärkere Abtrennung der festen Bestandteile bei der Vorzerkleinerung über die 1,5 mm Lochscheibe durch weitere Verkürzung der Schließzeit des Trennventils auf 200 Takte, führte zu keinem besseren Ergebnis.

Bild 11: Trennsatz zum Feinzerkleinern mit Abtrennen fester Bestandteile aus bereits vorzerkleinerten und getrennten Apfeltrestern

Verwendet man dagegen auch bei der Feinzerkleinerung in der zweiten Stufe nochmals einen Trennsatz, werden wesentlich bessere Resultate erzielt. In Bild 11 ist der aus folgenden Bautei-len bestehende Trennsatz dargestellt: Vorschneider mit 5 Kammern, Messer mit 6 Klingen, Loch-scheibe mit 3 mm Bohrungsdurchmesser, Messer mit 4 ganzen und 4 hängenden Klingen, Loch-scheibe mit 2 mm Bohrungsdurchmesser, Messer mit 4 ganzen und 4 hängenden Klingen, Loch-

25

scheibe mit 1,5 mm Bohrungsdurchmesser, Trennmesser mit 4 Klingen (Kreuzmesser) und Trennlochscheibe mit 0,6 mm Bohrungsdurchmesser mit durchgehender Stützscheibe. Die besten Durchsätze wurden bei 273 U min-1 (Tempo 70%, Vakuum 60 % ) und der Einstellung des Trennventils auf Schließzeit/Öffnungszeit = 400/1 ermittelt. Das daraus resultierende Ver-hältnis 92 % Hauptstrom zu 8% Nebenstrom führte zu keiner Verringerung des Durchsatzes wie Bild 10 zeigt. Eine Erhöhung des Energieverbrauches als sicheres Anzeichen für eine drohende Verblockung des Trennmessers wurde nicht beobachtet. Bild 12 zeigt, dass nach 150 kg Durchsatz nahezu alle Bohrungen der 0,6 mm-Trennlochscheibe frei sind. Am Trennmesser ist nur die Ansammlung vorzerkleinerter fester Apfeltresterbestandteile erkennbar. Bei zu geringen Fördergeschwindigkeiten (Drehzahl 176 Umin-1 = Tempo 45%) verblockt der Schneidraum (s. Bild 13), da offensichtlich ein zu geringer Druck aufgebaut wird, wodurch auch die Abführung von noch vorhandenen festen Anteilen zu gering ist.

Bild 12 : Trennlochscheibe (links) und Trennmesser (rechts) ohne Verblockung

o zu ver-

In Abhängigkeit von der Qualität der vorzerkleinerten und getrennten Apfeltrester können 1 t/h bis 1,2 t/h feinzerkleinert werden. Dazu ist ein nochmaliger Energieaufwand von 0,6 bis 0,8 kWh/kg erforderlich, um die vorzerkleinerten Apfeltrester über die 0,6 mm Endlochscheibe zu wolfen. Aus dem Gesamtprozess Vorzerkleinern und Feinzerkleinern von frischen, nassen Apfeltrestern bei gleichzeitigem Abtrennen der festen Bestandteile resultiert eine Ausbeute an feinzerkleinertem Produkt von 80 % und ein Anteil an abgetrennten Bestandteilen von 20 % (Abfall). Im zweistufi-gen Prozess erfordert diese Zerkleinerung mit der Versuchsmaschine nach derzeitigen Erkennt-nissen einen energetischen Aufwand von 1,1 kWh/kg bis 1,3 kWh/kg pumpfähigem Trester. Nach

Aussagen des Maschinenherstellers ist es technisch durchaus möglich, den Antrieb sBild 13 : Verblockung der Trennlochscheibe (links) und des Trennmesser (rechts) Nach dem Feinzerkleinern mit Abtrennen bei Tempo 45 % (Trennventil 400/1) nach 70 kg

26

stärken, dass der Schneid- und Trennprozess mit einer Endlochscheibe von 0,6 mm in einem Arbeitsgang erfolgt. Dadurch könnte der energetische Wirkungsgrad wesentlich verbessert wer-den. Bei kontinuierlichem Betrieb verringert sich weiterhin die Energieaufnahme, da die Anfahr-vorgänge nicht so stark ins Gewicht fallen so dass ein Gesamternergiebedarf von ca. 0,7 kWh/kg Trester realistisch erscheint. In enzymierten Apfeltrestern aus sehr mürbem Lagerobst sind die erforderlichen festigkeitsme-

nur eine sehr geringe Erwärmung der Trester auf. Es wurde ein

erkleinerungsgrad

ine Endlochscheibe mit einem Bohrungsdurchmesser von 0,6 mm erscheint zunächst in Hin-

chanischen Materialunterschiede für eine Abtrennung der festen Bestandteile beim Zerkleinern zu gering. Die Schalen, Stiele, Kerne und Kerngehäuse der Lagerobsttrester führten schnell zum Verblocken der Trennsatzteile. Während des Wolfprozesses trittmaximaler Temperaturanstieg von 1,7 K gemessen. Z Eblick auf eine Feinstzerkleinerung als viel zu groß. Bei den experimentellen Arbeiten zeigte sich aber, dass die Tresterteilchen wesentlich feiner geschnitten werden. Nach der Volumenverteilung 23 (Meßbereich 0,05 µm bis 900 µm) haben 90 % des untersuchten Partikelvolumens einen Teil-chendurchmesser < 700 µm. Der mittlere Partikeldurchmesser (SAUTER – Durchmesser) beträgt 120 µm. Allerdings haben nur etwa 4 % der untersuchten Partikel einen Durchmesser < 50 µm. Die kleinsten Teilchen sind 0,6 µm. Vereinzelte Partikel wiesen nach optischer Bildanalyse 24 in ihrer größten Ausdehnung bis 4 mm auf. Offensichtlich rollen sich Schalenteile beim Zerkleine-rungsprozeß zusammen, die sich wieder entfalten können. Bei einer Verstärkung des Antriebs der Maschine ist es durchaus denkbar, den Vor- und Feinzerkleinerungsprozeß mit zwei Trenn-stufen in einem Schneidraum anzuordnen. Das erfordert jedoch konstruktive Veränderungen, die im Rahmen des Forschungsprojektes mit dem vorliegenden Versuchswolf auch aus finanzieller Sicht nicht durchführbar waren.

23 Mastersizer S der Firma Malvern Instruments 24 Auflicht/Durchlicht–Hellfeld/Dunkelfeld System–Mikroskop Olympus BX 41 und Forschungsstereomikroskop

Olympus SZX 9 mit digitaler Kamera, Einheit zur digitalen Erfassung der Mikroskopbilder und Einheit zur mul-tiplen Bildauswertung, Software Analysis

27

II. 1.3.2. Schneidtechnik mit feststehenden Messern 25

Wirkprizip Das Wirkprinzip ist aus Bild 14a erkennbar. Über einen Fülltrichter fällt das zu zerkleinernde Ma-terial im freien Fall auf einen schnell laufenden Rotor, dessen Drehzahl (maximal 9000 U/min) mittels Frequenzumrichter einstellbar ist. Durch die Fliehkraft wird das Schneidgut nach außen an den mit Messerblättchen versehenen, feststehenden Schneidkopf geschleudert. Am Rotorau-ßenring befinden sich Abstreifer mit Hartmetallkanten, die das Schneidgut mit sehr geringer Spaltbreite an den Wolframcarbidschneiden der Messerblättchen vorbeiführen. Das zu zerklei-nernde Material verweilt auf Grund der hohen Rotorgeschwindigkeit nur sehr kurze im Mikro-schneidkopf. Die Schnittgröße der Teilchen wird durch Anzahl, Abstand und Winkel der Messer-plättchen im Mikroschneidkopf sowie durch Art und Drehzahl des Rotors bestimmt. Durch diese frei wählbaren Maschinenparameter kann eine gute Anpassung an die Materialeigenschaften des Schneidgutes wie Festigkeit, Elastizität usw. erfolgen. Die Schneidtechnik wurde an Schneidköpfen (Bild 14b) mit 160, 180, 200, 212 und 216 Messer-plättchen untersucht. Weiterhin wurden Schneidköpfe mit unterschiedlichen Winkelstellungen der Messerblättchen eingesetzt:

180 Messerblättchen im Winkel von 5° 200 Messerblättchen im Winkel von 1° und 2° 212 Messerblättchen im Winkel von 1°.

Die schräge Messerstellung führt zu einem aggressiveren Schnitt und damit zu einem guten Ver-hältnis zwischen Durchsatz, Temperaturbelastung und erzielbarer Partikelgröße des zerkleiner-ten pflanzlichen Materials.

A EFtawARFruMWs

25

a

bb. 14: a) Schneidkopf mit 180 Messerplättch

rgebnisse Apfeltrester ür den Schneidvorgang ist es unerheblich, obute oder noch teilweise gefrorene Trester zassergehaltes zur Erzielung einer Pumpfpfeltrester direkt nach dem Abpressen desestwassergehalt zwischen 75 % und 80 % imörderprobleme auftreten. Bei kontinuierlicherng ist der natürliche Wassergehalt frischer esserplättchen zu verhindern. ird dennoch Wasser oder Fruchtsaft vor dem

istenz der Zerkleinerungsprodukte von hochpa

COMITROL 1700 der URSCHEL INTERNATION

b

en mit Rotor und b) Produktaustrittseite

frische Apfeltrester, nach Tiefkühllagerung aufge-erkleinert werden. Die Einstellung eines Mindest-ähigkeit ist nicht erforderlich, da die nativen Fruchtsaftes mit dem technologisch bedingten freien Fall in den Rotor gelangen und somit keine und mengenmäßig abgestimmter Materialzufüh-Apfeltrester ausreichend, um das Verblocken der

Schneiden zugesetzt, kann die gewünschte Kon-stös bis pulpeartig erreicht werden (Bild 15).

AL LIMITED, Ober-Mörlen

28

Die unterschiedlichen Flüssigkeitszusätze haben auf die erreichbare Partikelgröße des zerklei-nerten Pflanzenmaterials keinen Einfluss. Allerdings erwärmen sich höherviskose Fluide deutlich stärker als Fluide mit geringerem Feststoffgehalt.

1)

Bild 15: Zerkleinerter Apfeltrester ohne Wasserzusatz (links) und mit Wasserzusatz (rechts) In Tabelle 4 sind Produkttemperatur, Durchsatz und erforderlicher Energieaufwand sowie die aus der Volumenverteilung ermittelten Partikeldurchmesser für das Zerkleinern eines frischen Apfeltresters mit verschiedenen Scheidköpfen zusammengestellt. Tab. 4: Einfluss der Anzahl und Stellung der Messerplättchen auf die Produkttemperatur, den

Durchsatz, den Energieaufwand und die Partikelgröße beim Schneiden (9000 U/min–1, 50 Hz) von frischen Apfeltrestern (Wassergehalt ca. 75 %)

Messerplätt-chen

Produkttempe-ratur Durchsatz Energieaufwand D(v,0.9) D[3,2]

Anzahl/Winkel °C kg/h kWh/kg µm µm 180/5 25,8- 27,3 320 - 340 0,20 – 0,25 680 120

200 38,1 240 0,64 640 105

200/1 28,6 257 0,50 660 116 200/2 28,1 254 0,42 665 120

212 61,3 143 0,59 590 100

212/1 56,8 - 57,2 167 - 175 0,26 – 0,96 560 85 In Abhängigkeit von der Qualität (Anteil und Festigkeit der Schalen, Kerne, Kerngehäuse, Anteil der Stiele, Sorte, Reifegrad und Vorbehandlung des Obstes) konnten mit der Comitrol 1700 bis zu 340 kg/h Apfeltrester mit einem Energieaufwand zwischen 0,2 kWh/kg und 1 kWh/kg zerklei-nert werden. Der mittlere Partikeldurchmesser, ermittelt aus der Volumenverteilung, liegt in der Größenord-nung von 100 µm; nur 4 % bis 6 % der Partikel haben einen Durchmesser < 50 µm. Sehr vereinzelt werden bei der optischen Bildanalyse Teilchen mit Durchmessern bis maximal 2 mm gefunden. Wie Tab.3 zeigt, wurden die besten Zerkleinerungsergebnisse mit 212 Messer-blättchen in einer Winkelstellung von 1° erzielt. Bild 16 zeigt den Einfluss der Rotorgeschwindigkeit auf die erzielbaren Partikelgrößen beim Schneiden der Apfeltrester. Die Verringerung der Drehzahl von 9000 U/min auf 5000 U/min führt zu einer drastischen Abnahme des Durchsatzes um bis zu 70 %. Gleichzeitig erhöht sich der er-

29

forderliche Energieaufwand. Durch die niedrigere Rotorgeschwindigkeit vergrößert sich der mitt-lere Partikeldurchmesser von etwa 90 µm auf 140 µm.

0

100

200

300

400

500

600

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9000 8000 7000 6000 5000

Rotorgeschwindigkeit in Umdrehungen/min-1

Teilc

hend

urch

mes

ser i

n µm

D (v, 0.9)D [3,2]

Bild 16: Partikelgröße der Apfeltrester bei unterschiedlichen Rotorgeschwindigkeiten der COMITROL 1700 (212 Messerplättchen, Winkelstellung 1°) In Bild 17 ist beispielhaft die Abhängigkeit der erzielbaren Partikelgrößen für Trester aus ver-schiedene Apfeltrestersorten (Wassergehalt 75 % bis 79%) dargestellt. Der mittlere Durchmesser der zerschnittenen Apfeltrester liegt im Bereich von 85 µm bis 130 µm.

0

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400

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Elstar GelberKöstlicher

Pinova Jonagold Streuobst Biomischobst

Teilc

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n µm

D (v, 0.9)D [3,2]

Bild 17: Partikelgrößen verschiedener Apfeltrestersorten (212 Messerblättchen, Winkelstellung 1°)

30

Ergebnisse der Zerkleinerung von Gewürzpflanzenreststoffen Die technologisch bedingt tiefgefroren anfallenden Gewürzkräuter wurden im gefrorenen Zustand (–12 °C bis –15 °C) zerkleinert. Auch dabei wurden mit dem Messerkranz mit 212 Messerplätt-chen (1° Winkelstellung) sehr gute Schneidleistungen erzielt. Nach dem Schneidvorgang betrug die Temperatur im pastösen Kräuterprodukt noch –1 °C bis –2 °C. Im Bild 18 sind die erzielbaren Partikelgrößen erkennbar. Zum Vergleich wurden neben den Ge-würzpflanzenreststoffen die Rohware (ganze Pflanze, sog. Bulkware) und die abgetrennte Blatt-ware unter gleichen Bedingungen zerkleinert. Für die Reststoffe konnten aus der Volumenvertei-lung für 90 % der Teilchen Partikeldurchmesser < 400 µm ermittelt werden. Der mittlere Durch-messer beträgt etwa 45 µm. Die kleinsten Teilchen wiesen Durchmesser von 0,5 µm und die größten bis 800 µm auf. Durch die höhere Festigkeit der Gewürzkräuter im gefrorenen Zustand ist offensichtlich im Vergleich zu den nativen Apfeltrestern unter gleichen Schneidbedingungen eine bessere Feinstzerkleinerung möglich.

0

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Teilc

hend

urch

mes

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n µm Petersilie

DillBasilikum

Blatt RohwareStengel Blatt Stengel Rohware

D(v,0.9) D[3,2]

Bild 18: Partikelgrößen der Gewürzpflanzen Petersilie, Dill und Basilikum sowie deren Blatt und Stängel beim Schneiden mit 212 im 1° Winkel stehenden Messerplättchen Bild 19 verdeutlicht den Zusammenhang von Drehzahl des Rotors und resultierender Partikel-größe. Mit der Verringerung der Drehzahl um etwa 50 % sinkt der Durchsatz (wie bei den Apfeltrestern) um bis zu 70 %. Der erforderliche Energieaufwand für das Schneiden der Gewürz-kräuter verdreifacht sich. Der Sauterdurchmesser (mittlerer Partikeldurchmesser) vergrößert sich von 40 µm auf etwa 70 µm.

0

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500

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9000 7000 5000 9000 7000 5000

Rotorgeschwindigkeit in Umdrehungen/min-1

Teilc

hend

urch

mes

ser i

n µm

BlattStengelRohware

D(v,0.9) D[3,2]

Bild 19: Partikelgrößen zerschnittener Petersilie (mit 212 im Winkel von 1° stehenden Messer-

plättchen) bei unterschiedlichen Rotorgeschwindigkeiten

31

In Abhängigkeit von der Festigkeit der Stängel, des Blattwerks und der Rohware können mit der COMITROL 1700 ca. 200 kg/h bis 300 kg/h der gefrorenen Gewürzkräuter feinstzerkleinert wer-den. Dazu ist ein Energieeintrag zwischen 0,4 kWh/kg und 0,9 kWh/kg erforderlich. Bei Einsatz einer Maschine gleichen Typs, aber mit größerem Antriebsmotor, kann der Durchsatz ohne Verschlechterung der Schneidleistung erhöht werden. II. 1.3.3. Mühlentechnik mit Rotor–Stator-System Wirkprinzip Bei den sogenannten Kolloidmühlen werden dünnflüssige bis hochviskose Produkte durch Scherbeanspruchung im engen Spalt zwischen den verzahnten Flächen von Rotor- und Stator-scheiben zerkleinert, dispergiert oder homogenisiert. Die für die Versuche eingesetzte Zahnringmühle SM180 26 arbeitet im Durchflussverfahren. Bis zu vier koaxial angeordnete Arbeitsringe sind in der stufenförmig aufgebauten Zerkleinerungszo-ne hintereinander geschaltet. Die gezahnten Rotor-und Statorringe besitzen Durchtrittsöffnungen mit unterschiedlichen Tiefen in radialer Richtung, wodurch in jeder Stufe eine Umlenkung der Strömung und somit eine Zwangsförderung über den Spalt zwischen Rotor und Stator hinweg erfolgt. Die weiterhin untersuchte Hochleistungskolloidmühle KOMET 27 arbeitet mit hohem Druck in der Produktkammer. Die Zerkleinerung erfolgt durch hydraulische und mechanische Schneid-,Prall-, Quetsch- und Reibwirkung. Durch die drei Mitnehmerflügel des Rotors wird das Mahlgut in die Mahlkammer eingezogen und in der Vorbrechkammer einer ersten Verarbeitung unterzogen. Mit einer für diese hochtourigen Mühlen überaus großen Mahlfläche, erzielen der gezahnte Rotor und Stator eine kombinierte Reib- und hauptsächlich für die schonende Behandlung der Produkte wichtige Prallwirkung. Für einen Kreislaufbetrieb können über ein Umleitrohr bei entsprechender Stellung des Zweiwe-gehahnes die fluiden Mahlgüter zurück in den Einlauftrichter der Mühle gefördert werden. Die Einstellung des Spaltes zwischen Rotor und Stator muss in Abhängigkeit von der Eingangs-partikelgröße des Mahlgutes erfolgen und kann bis auf 0,1 mm reduziert werden. Durch Verän-dern der Spaltweite sind Durchsatz und Mahlfeinheit einstellbar. Zu enge Spaltweiten verschlech-tern den Materialeinzug von Mahlgut mit großem Partikeldurchmesser und führen zu starker Er-wärmung, da ein beachtlicher Teil der eingetragenen Energie infolge der Reibarbeit in Wärme umgewandelt wird. Ergebnisse Das Wirkprinzip der Kolloidmühlen erfordert eine fließfähige Konsistenz des Mahlgutes. Daher mussten die Apfeltrester durch Wasserzugabe auf einen Wassergehalt von etwa 95 % eingestellt werden, d.h. zu 10 kg Trester mussten ca. 40 kg Wasser oder Fruchtsaft zugegeben werden, damit ein überhaupt verarbeitbares Ausgangsmaterial vorliegt. Ein einmaliger Durchlauf dieser Suspension durch die Mühlen führte zu einer deutlichen Konsistenzänderung (Bild 20); aus dem noch fühlbar "körnigen" Produkt bildete sich ein breiiges Fluid. Um jedoch den gewünschten Feinzerkleinerungsgrad (< 100 µm) erreichen zu können, war ein Kreislaufbetrieb erforderlich. Dabei erreichte die Produkttemperatur bereits nach einer Mahldauer von 5 min etwa 70 °C. Die Teilchenanalyse ergab, dass ca. 90 % der Partikel einen Durchmesser < 680 µm aufwiesen, der mittlere Teilchendurchmesser betrug 130 µm. Nach einer Verweilzeit von 7 min im Kreislaufbetrieb wurde bereits eine Produkttemperatur von 90 °C erreicht. Der mittlere Partikeldurchmesser verringerte sich auf etwa 120 µm. Nur 3 % aller Partikel liegen im Durchmesser unter 50 µm. Auch bei diesen Zerkleinerungsverfahren wurden

26 SM 180 der SIEFER Maschinenfabrik GmbH & Co KG, Velbert 27 Collovelox KOMET der BROGTEC Mischtechnik GmbH, Rheinfelden

32

mit der optischen Bildanalyse vereinzelt Partikel gefunden, die in ihrem größten Durchmesser bis zu 3 mm aufwiesen. Erst nach Erreichen einer Mahlguttemperatur von 90 °C entspricht die Parti-kelgrößenverteilung etwa der von Apfeltrestern, die mit der COMITROL 1700 - Maschine erzielt wurden.

Bild 20: Konsistenzänderung beim Mahlen von Apfeltrester nach der ersten Passage (links) und nach etwa 7 min im Stoffkreislauf (rechts)

Die Durchsätze lagen zwischen 150 kg/h und 200 kg/h bei einem Energieaufwand von ca. 0,06 kWh/kg bis 0,08 kWh/kg. Die Zerkleinerung der Kräuterrückstände mit Kolloidmühlen bereitete erhbliche Schwierigkei-ten, da die Pflanzenfasern (insbesondere der Stängel) bereits in kürzester Zeit das Mahlwerk verstopften (Bild 21). Da auch vielfältige Veränderungen der Versuchsparameter nicht zum ge-wünschten Erfolg führten, wurde diese Versuchsserie abgebrochen.

Bild 18: Petersilienfasern im Mahlwerk

33

II. 1.3.4. Versuche zur Nachzerkleinerung von vorzerkleinerten Trestern Eine Nutzungsmöglichkeit für die im Rahmen des Projektes zu gewinnenden Halbfabrikate aus Trestern ist der Einsatz als Ballaststoff in Getränken (s. Kap. II. 1.7.1). Je kleiner bei dieser An-wendung die Partikel sind, um so angenehmer ist das Mundgefühl und der sensorische Eindruck insgesamt. Da die Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen proportional zur Teilchengröße /9-12/ ist, durfte außerdem bei kleinen Partikeln eine Verbesserung der Trubstabilität in Geträn-ken erwartet werden. Daher wurde untersucht, ob mit Kolloidmühlen bzw. Homogenisatoren eine Nachzerkleinerung der Tresterpartikel in den Pulpen möglich ist, die als Zwischenprodukte bei den vorstehend genannten Zerkleinerungsverfahren entstehen. Diese Versuche wurden mit der Kolloidmühle SM 18028 bzw. mit dem Homogenisator PANTA29 durchgeführt. Die Nachzerkleinerung mittels Kolloidmühle erfolgte ebenfalls im Kreislauf, wobei die Spaltweite auf Grund des homogeneren Ausgangsproduktes geringer als bei den nativen Trestern gehalten werden konnte. Bereits nach 3 min betrug die Temperatur im Mahlgut 70°C und erreichte nach ca. 5 min 90°C. Der mittlere Partikeldurchmesser konnte so von ca.120 µm auf 80 µm verringert werden, wobei das Partikelgrößenspektrum insgesamt im Bereich von 0,5 µm bis 600 µm lag. Führt man den Zerkleinerungsprozess bis zu einer Produkttemperatur von 90°C, können etwa 150 kg/h vorzerkleinertes Produkt mit einem nochmaligen Energieaufwand von 0,1 kWh/kg bis 0,15 kWh/kg nachzerkleinert werden. Zur Ermittlung des maximal möglichen Nachzerkleinerungseffekts wurde der Homogenisator mit einer Cellrupt-Düse bestückt und mit einem Druck von 1000 bar betrieben. Bereits nach dem ersten Durchlauf haben 90 % der Partikel nur noch einen Durchmesser < 250 µm. Der mittlere Durchmesser beträgt 50 µm. Ein Anteil von 25 % der Teilchen haben einen Durchmesser < 50 µm. Das Partikelgrößenspektrum reicht von 0,4 µm bis maximal 400 µm. Nach 10 Homogenisierpassagen wird eine Produkttemperatur von etwa 90 °C erreicht. Dann sind 90 % der Partikel kleiner als 70 µm. Die mittlere Partikelgröße liegt bei 20 µm. Die kleinsten Par-tikel sind im Durchmesser 0,4 µm und die größten maximal 120 µm. Trotz der Festigkeit des pflanzlichen Materials werden offensichtlich die Partikel zerrissen und gebundene Inhaltsstoffe freigesetzt. Der bekannte Effekt des "Mikrofibrillierens" /13/, in Form einer Aufweitung der Faser-enden des Pflanzenmaterials, führt zu einer zusätzlichen Wasseranlagerung, die wiederum eine der Ursachen für die merkliche Viskositätsveränderung der Pulpen sein kann. Die Fluide erschei-nen breiiger und glatter. Da für andere Einsatzfälle der Tresterzwischenprodukte eine Nachzerkleinerung nicht erforderlich ist, erscheint es sinnvoll, den Homogenisierungsschritt im Fertigprodukt vorzunehmen, da mit der Zerkleinerung eine bessere Trubstoffverteilung und damit Stabilisierung des Fertiggetränks ein-hergeht. II. 1.3.5. Heißpassieren über ein zweistufiges Siebsystem Als Alternative zur "Kaltzerkleinerung" wurde das Heißpassieren [14] von Apfeltrestern zu Apfeltresterpüree untersucht, zumal bei diesem Prozess Zerkleinerung und Pasteurisation gleichzeitig stattfinden. Die eingesetzte Passiermaschine Centrifugal Extractor TORNADO 230 besteht aus zwei räumlich übereinander angeordneten und wirkungsmäßig in Reihe geschalteten Zentrifugalextraktoren. Diese sind mit einer Schlägerwelle ausgerüstet. Über ein geschlossenes Rohrsystem wird die heiße Maische der Passiermaschine zugeführt und mit den rotierenden Schlägern (Drehzahlbe-reich 600 U/min-1 bis 1450 U/min-1, Standarddrehzahl 960 U/min-1) durch einen Siebzylinder ge-

28 SM 180 der SIEFER Maschinenfabrik GmbH & Co KG, Velbert 29 Laborhomogenisator PANDA der Firma GEA Niro Soavi S.p.A. 30 Centrifugal Extractor TORNADO 2 der SERGIO PELLACINI & FIHGLI s.a.s., Sala Baganza (Italien)

34

drückt. Die weichen Partikel werden durch die Sieblöcher geschleudert, während die festen Be-standteile im Inneren der Siebe zurückgehalten werden. Im ersten Siebzylinder mit 2 mm Loch-durchmesser erfolgt die Abtrennung grober Partikel. Der Siebzylinder des zweiten Extraktors mit 0,5 mm Lochdurchmesser bewirkt die Feinabtrennung. Die verbleibenden festen Bestandteile werden als Abfall aus den Sieben ausgetragen. Zur Herstellung des Apfeltresterpürees wurden sowohl frische Trester (mit und ohne enzymati-schem Pektinabbau vor dem Pressen) als auch mürbe Lagerobsttrester heiß passiert. Unmittel-bar nach dem Abpressen des Saftes wurde die erforderliche Fließfähigkeit der Apfeltrester durch Wasserzugabe bis zu einem Wassergehalt von ca. 93 % einstellt. Die eingemaischten Apfeltrester wurden in einem Rohrwärmeübertrager auf 90°C erhitzt und über das zweistufige Siebsystem passiert. An den Sieben wurden die festen Bestandteile wie Schalen, Spelzen, Kerne und Stiele als Abfall mit einem Anteil von etwa 8 % der Gesamtmasse abgetrennt. Das Apfeltresterpüree trat mit einer Temperatur von etwa 88°C aus der Passiermaschine aus. Es konnte nach Rückkühlung auf 10 °C steril eingelagert werden. Mit einer Ausbeute von 92 % werden unabhängig von der Qualität der Apfeltrester ca. 10 t/h ein-gemaischte Apfeltrester zu Apfeltresterpüree heiß passiert. Der erforderliche Energieaufwand zum Erhitzen und Heißpassieren der eingemaischten Apfeltrester beträgt etwa 0,025 kWh/kg.

Bild 22: Partikelvolumenverteilung in geschnittenen Apfeltrestern und im Apfeltresterpüree Unabhängig von der Qualität und der Vorbehandlung der Apfeltrester sind nach der Volumenver-teilung 90 % der Partikel kleiner als 600 µm. Der mittlere Durchmesser beträgt 120 µm. Nur 3 % der Partikel sind < 50 µm. Im Vergleich zur Schneidtechnik weisen die heiß passierten Apfeltrester ein geringeres Partikelgrößenspektrum auf. Wie die Bild 22 zeigt, sind im Apfeltresterpüree weniger ganz kleine und weniger ganz große Partikel vorhanden. Der typische "Apfelmusgeschmack" ist sensorisch deutlich wahrnehmbar.

35

II. 1.3.6. Mahltrocknen Obwohl ursprünglich im Rahmen des Forschungsprojektes ausschließlich eine Nasszerkleine-rung und damit verbunden eine Nasslagerung in Form von Pulpen vorgesehen war, erfolgte in der Projektlaufzeit eine Aufweitung der Aufgabenstellung. Zur Gegenüberstellung des tatsächlich erforderlichen Energieaufwandes für die Herstellung eines lagerfähigen Halbfabrikats aus Apfeltrestern wurde als alternative Zerkleinerungstechnik eine Micro-Wirbel-Mühle 31 zum Mah-len und gleichzeitigen Trocknen der Apfeltrester eingesetzt. Als Ergebnis entsteht eine trockene lagerfähige Pflanzenfaser. Ein Turboroter (Durchmesser 550 mm) wird mit einem Volumenstrom von 1,5 m³/h bis 2 m³/h heißer Luft (120 °C bis 180 °C) durchströmt. Das Mahlgut kann wahlweise in den Mahlraum oder in den Luftstrom eingetragen werden. Bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luft (bis 10 m/s) entstehen durch die strömungstechnische Auslegung im Mahlraum Mikrowirbel. Die einge-tragenen Feststoffe trocknen und werden in der turbulenten Strömung gleichzeitig zerkleinert. In sehr kurzen Zeitintervallen wirken auf die Partikel extreme Geschwindigkeits- und Richtungsän-derungen ein. Durch den Aufprall der Teilchen auf die Einbauten im Mahlraum (s. Bild 23) sowie durch die Prallwirkungen untereinander nimmt mit fortschreitender Trocknung der Zerkleine-rungsgrad zu. Die damit einhergehende Oberflächenvergrößerung führt wiederum zur Freiset-zung auch fester gebundenen Wassers. Im Fortgang dieses Prozesses erhöht sich die Tempera-tur des Mahlgutes durch den intensiven Wärmeaustausch nur bis ca. 40°C, wodurch wertgeben-de Inhaltsstoffe thermisch wenig belastet werden und durch die schonende Verarbeitung erhalten bleiben. Durch die Auswahl geeigneter Mahlwerkzeuge und Mahlbahnprofile sowie durch die Änderung der Drehzahl des Turborotors im Bereich von von 1800 U/min-1 bis 3500 U/min-1 kann eine Opti-mierung des Zerkleinerungsprozesses in Abhängigkeit von den Eigenschaften des jeweiligen Mahlguts erfolgen. Der Durchsatz und die Temperatur der Trocknungsluft bestimmen die Ver-dampfungsleistung, die bei der Versuchsanlage im Bereich von 150 kg/h bis 200 kg/h lag. Über die Verweilzeit des Verarbeitungsgutes im Mahlraum lässt sich die Feinheit und der Restwasser-gehalt des Endproduktes steuern. Bild 20 zeigt die zum Mahltrocknen nativer Apfeltrester eingesetzten Mahlwerkzeuge.

Bild 23: Mahlwerkzeuge Mahlplatten (links) und Turbomahlplatten (rechts) im Turborotor einer Micro – Wirbel – Mühle

31 Micro – Wirbel – Mühle G 55 der GÖRGENS Engineering GmbH, Dormagen

36

In Bild 24 sind die aus der Volumenverteilung ermittelten Partikelgrößen verschiedener handels-üblicher Apfelfasern im Vergleich zu den mahlgetrockneten Apfeltresterfasern aus nativen Apfeltrestern dargestellt. Durch die Variation der Art und Anzahl der Mahlwerkzeuge können Apfeltresterfasern hergestellt werden, die der Größenpalette industrieller Produkte entsprechen. Für die feinsten Apfeltresterfasern sind nach der Volumenverteilung 90 % im Durchmesser < 70 µm. Der mittlere Durchmesser beträgt 15 µm. Für einen Anteil von etwa 80 % der Teilchen ist die Zielgröße eines Partikeldurchmessers von < 50 µm erreicht. Das Partikelgrößenspektrum reicht von 0,5 µm bis maximal 200 µm.

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Herbacel AQ Plus AF Herbacel Classic AF 01 Herbacel Classic AF 09 Vit acel AF 400/ 30 AT Mahlplat t en AT Mahlplat t en +Turbomahlplat t en

AT Turbomahlplat t en

Teilc

hend

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n µm

D (v, 0.9)D [3,2]

Abb. 24: Partikelgrößen industrieller Apfelfasern und mahlgetrockneter Apfeltresterfasern Mit einem Restwassergehalt von etwa 5 % ist das mahlgetrocknete Apfeltresterpulver ebenso lagerfähig wie industrielle Apfelfasern. Der erforderliche Energieaufwand beträgt etwa 1 kWh/kg nativer Apfeltrester.

37

II. 1.4. Konservierung der hergestellten Zerkleinerungsprodukte und Halbfabrikate II. 1.4.1 Kältekonservierung Mikrobiologischer Status der Ausgangsmaterialien Die mikrobiologische Belastung der frischen Apfeltrester ist abhängig von der Qualität der Äpfel sowie von der Intensität und Effektivität der Reinigung des Obstes vor der Entsaftung. Die Er-gebnisse der Untersuchungen sind für native Apfeltrester und Gewürzpflanzen in Tabelle 5 zu-sammengestellt. Tabelle 5: Mikrobiologischer Status der Ausgangsmaterialien

Probe Gesamt-keimzahl Hefen

Schimmel-pilze

anaerobe Sporenb.

coliforme Bakterien

Entero-kokken

Salmonellen Shigellen

KBE/ml KBE/ml KBE/ml KBE/ml KBE/ml KBE/ml KBE/ml

Apfeltrester 2,5*103

bis 2,5*105700 bis 2,8*104 bis 4,4*103 bis 250

1,2*103 bis 9,8*104 bis 1,2*103

Kein Wachstum

Dill bis 105 bis 104 unter 103* Kein

Wachstum Kein

Wachstum 103 bis 105Kein

Wachstum

Petersilie bis 105 bis 105Kein

Wachstum bis 103Kein Wachs-

tum mind. 105Kein

Wachstum

Basilikum bis 104Kein

Wachstum unter 103* bis 103Kein

Wachstum kein Wachs-

tum Kein

Wachstum * nur an Stängeln nachweisbar Die Gesamtkeimzahl an Bulk (ganze Pflanze), Blatt und Stängel bei Dill, Petersilie und Basilikum ist als normal einzustufen. Hervorgerufen wird diese mikrobielle Belastung vorrangig durch aero-be Sporenbildner. An Dill und Petersilie wurden in Bulk, Blatt und Stängel Hefen gefunden, die bei Basilikum nicht vorhanden waren. Schimmelpilze wurden nur an den Stängeln von Basilikum und Dill gefunden Kältekonservierung Man unterscheidet prinzipiell zwei Arten von Kältekonservierung:

1. Die Kühllagerung bei Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur, aber oberhalb der Gefriertemperatur des Produktes (meist zwischen –3 und +4°C), einer relativen Luftfeuch-te von 70-95% und einer Luftgeschwindigkeit von 0,3-0,8m/s. Die Kühllagerung ist zu Beginn oftmals mit einer Abkühlung kombiniert.

2. Die Gefrierkonservierung ist die Anwendung von Temperaturen in einem Bereich unter-halb des Gefrierbeginns der Produkte (≤ -18°C, relative Luftfeuchtigkeit möglichst 100%, geringfügige Luftzirkulation), in dem der ausfrierbare Wasseranteil ausgefroren ist. Die konservierende Wirkung beruht sowohl auf der Temperaturabsenkung als auch auf der Umwandlung des ausfrierbaren Wassers in Eis, womit eine Absenkung der Wasseraktivi-tät erzielt wird. Die Gefrierkonservierung besteht aus den Prozessen Gefrieren, Gefrierla-gerung und Auftauen.

Für die Kühl- als auch die Gefrierkonservierung der hergestellten Pasten und Pulpen aus Apfeltrestern bzw. Gewürzkräutern wurden PE-Vakuumbeutel32 (Stärke 0,65µm) mit folgen-den Abmessungen verwendet:

32 Firma Spies-Fleischereibedarf, Irxleben

38

- 300x500mm (Füllmenge ca. 2,5L) - 250x360mm (Füllmenge ca. 1,5L) - 180x280mm (Füllmenge ca. 0,5L)

Die Proben wurden nach der Zerkleinerung zügig und mit minimalem Lufteintrag in die Beutel abgefüllt und auf eine Schichtdicke von 2-3 cm flachgedrückt. Anschließend wurden Beutel mit dem Gastrovac 30033 unter Vakuum eingeschweißt. Zusätzlich wurden einige Tüten vor der Va-kuumabsaugung mit Schutzatmosphäre CO2 bzw. N2 beaufschlagt, um den Einfluss von Rest-sauerstoff auf den Polyphenolgehalt zu verfolgen. Die Kühllagerung erfolgte bei +4°C, das Ein-frieren bei –36°C auf Metallgitterrosten und die Lagerung nach Erreichen der Kerntemperatur von –20°C ebenfalls bei –20°C. Auf Wunsch des TP2 (Langnese – Iglo GmbH Reken) wurden neben der Zerkleinerung der rei-nen Verarbeitungsrückstände Produktmuster mit verschiedenen Zusätzen (Übersicht in Tabelle 6) hergestellt. Die Zusätze wurden vor der Zerkleinerung gleichmäßig untergemengt, um eine gute Verteilung in der fertigen Paste zu erreichen. Auch diese Produkte wurden nach dem Ein-schweißen bei +4 bzw. –20°C eingelagert. Ziel der Untersuchungen war es, nach einem Stufen-plan (0, 10, 20, 30, 60, 90 Tage) eine Bewertung der Veränderungen von Farbe, pH-Wert und mikrobiologischem Status vorzunehmen, um den Einfluss der Zusätze auf die Haltbarkeit zu er-mitteln. Tabelle 6: Probenplan für die mikrobiologische Untersuchung der Gewürzkräuter Probenbezeichnung Petersilie Dill Basilikum Ganze Pflanze zerkleinert X X X Blatt zerkleinert X X X Stängel zerkleinert X X X Blatt zerkleinert + 1% NaCl X X X Stängel zerkleinert + 1% NaCl X X X Blatt zerkleinert + 2% NaCl X X X Stängel zerkleinert + 2% NaCl X X X Blatt zerkleinert + 0,1% Ascorbinsäure + 0,6% Zitronen-säure

X X X

Stängel zerkleinert + 0,1% Ascorbinsäure + 0,6% Zitro-nensäure

X X X

Blatt zerkleinert + 30% Pflanzenöl + 1%NaCl +0,1% Ascorbinsäure + 0,6% Zitronensäure

X X X

Stängel zerkleinert + 30% Pflanzenöl + 1%NaCl +0,1% Ascorbinsäure + 0,6% Zitronensäure

X X X

Bild 25 zeigt exemplarisch die farbliche Veränderung der verschiedenen Dillstängel-Rezepturen. Die Probe ohne Zusätze am Produktionstag ist lila dargestellt. Alle Proben (gefüllte Quadrate), die bei 4°C gelagert wurden, verlieren über die Zeit den Grünanteil und werden bei Lagerung über den 30.Tag hinaus unansehnlich. Der Gelbanteil und die Helligkeit nehmen deutlich zu. Die tiefgekühlten Proben verändern sich in den 90 Tagen nur geringfügig. Der Farbton wird etwas dunkler. Lediglich bei den Mustern mit Salz- und Ascorbinsäurezusatz (roter Kreis) nimmt der Gelbanteil zu. Dies ist wahrscheinlich auf die Wirkung der Ascorbinsäure zurückzuführen. Die Farbeveränderungen der Petersilienstängel entsprechen etwa den Veränderungen von Dill. Bei Basilikum tritt schon nach 10 Tagen bei 4°C eine deutliche sehr unansehnliche Braunfärbung auf.

33 Firma Multivac Sepp Hagenmüller KG, Wolfenschwenden

39

Bild 25: Farbveränderung der unterschiedlichen Rezepturen mit Dillstängeln Nach 30 Tagen Lagerung bei 4 °C ist die mikrobiologische Haltbarkeitsgrenze für alle Kräuter-produkte erreicht. Mit dem einsetzenden Verderb durch das Wachstum der Mikroorganismen sinkt der pH-Wert bei Dill und Petersilie von 5,5-5,8 auf 3,9-4,5 und bei Basilikum von 6,0 auf 5,3. Die Absenkung des pH-Wertes durch Zusatz von Zitronensäure auf 4,2 bei Dill und Petersilie sowie bei Basilikum auf pH = 5,0 (Blatt) bzw. pH = 4,6 (Stängel) erhöht die Stabilität in der 30-tägigen Lagerzeit; erst danach steigt der pH-Wert geringfügig an. Während der Gefrierlagerung der Gewürzkräuter bis zu 90 Tagen bleibt der mikrobiologische Ausgangsstatus erhalten, Veränderungen des pH-Wertes sind nicht nachweisbar. II. 1.4.2 Haltbarmachen durch Pasteurisieren Rohrbündelwärmeübertrager Zur Haltbarmachung wurden zerkleinerte Apfeltrester in einem Rohrwärmeübertrager im Labor-maßstab (Wärmeübertragerfläche 0,12m2) pasteurisiert. Mit der vorgelegten Temperatur für das Heizmedium (Silikonöl) von 130 °C wurde im zerkleinerten Apfeltrester mit einem Durchfluss von 10 kg/h eine Produkttemperatur von etwa 90 °C erreicht. Die zerkleinerten Apfeltrester verweilten 3 min im Rohrwärmeübertrager. Mikrobiologisch wurde die Gesamtkeimzahl um mindestens 103 KBE/ml reduziert, es war kein Wachstum vegetativer Bakterien mehr nachweisbar. Hefen und Schimmelpilze sowie coliforme Bakterien und Enterokokken wurden vollständig abgetötet. Die Sporenbildner bleiben von der Pasteurisation unbeeinflusst, eine nochmalige Pasteurisation nach 24 h ist erforderlich.

40

Schabewärmetauscher Für vergleichende Untersuchungen stand ein Schabewärmetauscher vom Typ Terlotherm T1/234 für die Pasteurisation zur Verfügung (Gesamtapparatur siehe Bild 26), mit den technischen Pa-rametern:

- Produktvolumen: 20 L - Wärmeübertragerfläche: 0,6 m2 - Schaberanzahl: 8 - Mögliche Produkttemperatur: 0-150°C - Heizmedium: Sattdampf 1,5 bar, 130°C - Kühlmedium: Kaltwasser: 19°C - Eingangstemperatur Produkt: 15°C

Die Förderung der Trester- und Gewürzpflanzenpulpen erfolgte mittels Drehkolbenpumpe, Typ SLR 2-5035 mit stufenloser Drehzahleinstellung. Um die Apfeltrester pumpen zu können, musste Wasser oder Saft zugesetzt werden, um den Trockensubstanzgehalt auf 5 bis 8 % einzustellen.

Bild 26: Schabewärmetauscher mit Pumpe, Vorratsbehälter und Leitungen Der Behälter des Schabewärmetauschers muss vor dem Zuschalten des Heizmediums befüllt werden. Bei einem Durchsatz von 600 L/h ist die Temperatur von 90 °C am Ausgang nach 12 Minuten erreicht (Bild 27 grüne Linie). Der Regler des T1/2 hält die Temperatur auf 90°C ± 4°C konstant, eine Verringerung der Schwankungsbreite (blaue Linie) ist im Dauerbetrieb möglich. Die Aufheizung des mit Tresterpulpe gefüllten Wärmeübertragers selbst (d.h. ohne Durchströ-mung, aber durch die Schaber bewegtem Inhalt), folgt aus dynamischer Sicht in guter Näherung einem PT1-Verhalten mit einer T95%- Zeit von 7 min, wenn die Dampfzufuhr sprunghaft von Null auf den Maximalwert erhöht wird (rote Linie Bild 27). 34 Firma Terlet, Member of the MPE Group, Zutphen Niederlande 35 Firma Lotzer&Mühlenbruch GmbH, Delmenhorst

41

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20 25 30 35Zeit (min)

Tres

tert

empe

ratu

r (°C

) am

Aus

gang

Erwärmung Abkühlung

einmaliges Befüllen kontinuierliche Förderung

Bild 27: Temperaturverlauf am Produktausgang des Terlotherm Bei sprunghafter Umstellung auf Rückkühlung, d.h. Zufuhr von Kühlwasser mit 19°C Eingangs-temperatur wird nach ca. 30 min eine Produkttemperatur von 30°C erreicht (gelbe Kurve). Die zerkleinerten Petersilienstängel wurden versuchsweise bis auf 77°C (Vorgabe der Pasteuri-sationstemperatur durch TP2) erhitzt. In den Bildern 28 und 29 sind die beim Erhitzungsprozess auftretenden Farbveränderungen ver-anschaulicht. Bei den Trestern entsteht eine deutliche Aufhellung der pasteurisierten Produkte, was sich vorteilhaft auf den weiteren Einsatz z.B. in Getränken auswirkt, bei denen eine helle Farbe gewünscht wird. Die zerkleinerten Petersilienstängel werden durch das Pasteurisieren dunkler und unansehnlich braun. Es tritt eine deutliche Geruchsveränderung auf, die Proben riechen nicht mehr petersielen-typisch sondern nach grünem Gras. Eine Pasteurisation der Kräuterpulpen, die für den Projekt-partner 2 erprobt werden sollte, ist ungeeignet.

Bild 28: Farbänderung beim Pasteurisieren Bild 29: Farbänderung beim Pasteurisieren von Apfeltrester zerkleinerter Petersilienstängel a) Original a) Original b) Pasteurisieren bei 90 °C 3 min, b) Pasteurisieren 2 min bei 77°C c) nach Abkühlung auf RT c) Pasteurisieren 30 min bei 77 °C d) nach Abkühlung auf RT Mikrobiologisch wurde die Gesamtkeimzahl ebenfalls um mindestens 103 KBE/ml reduziert. Ein Wachstum vegetativer Bakterien war nicht mehr nachweisbar. Hefen und Schimmelpilze sowie coliforme Bakterien und Enterokokken wurden vollständig abgetötet.

42

II. 1.4.3 Haltbarmachen durch Hochfrequenzimpulse und Hochdruck 36

Behandlung mit elektrischen Hochspannungsimpulsen (HSI) Gepulste elektrische Felder mit hoher Feldstärke (high electric field pulses: HELP oder Hoch-spannungsimpulse HSI) können pathogene und andere Mikroorganismen in Lebensmitteln abtö-ten /15, 16/, ohne dass nachteilige Wirkungen auf deren Nährwert oder deren sensorische Ei-genschaften bestehen. HSI ist ein nicht-thermisches Verfahren, das elektrische Pulse hoher Feldstärke verwendet, um Membranen hauptsächlich vegetativer (mikrobieller) Zellen zu zerrei-ßen oder diese Membranen irreversibel durchlässig zu machen, um den Zelltod hervorzurufen. Zur Behandlung mit Hochspannungsimpulsen wird das zu behandelnde Gut in einer Behand-lungskammer innerhalb von Mikro- bis Millisekunden elektromagnetischen Impulsen hoher Feld-stärken (0,5 – 100 kV/cm) ausgesetzt (Schematische Darstellung Bild 30). Für die Erzeugung von Hochspannungsimpulsen wurde eine computergesteuerte Steueranord-nung mit folgenden Geräten eingesetzt: - Hochspannungsladegenerator, 800 W (FUG, HCK 800M-20.000, Rosenheim, D) - Arbeitskondensatoren, 68 nF – 2 µF (MAXWELL, San Diego, CA) - Hochspannungstransistorschalter (BEHLKE, HTS 101-80-F1, Frankfurt/Main, D) - Trigger- und Funktionsgenerator (TEKTRONIX, AFG 320, Wilsonville, OR) - 100 MHz digital Speicheroscilloscope (TEKTRONIX, TDS 220, Wilsonville, OR) - 75 MHz Hochspannungsmesssonde (TEKTRONIX, P6015A, Wilsonville, OR) - 100 MHz Strommesssonde (TEKTRONIX, A6312, Wilsonville, OR)

-1 0 1 2 3 4 5 6 7Zeit [µs]

An der Behandlungskammer gemessene Spannungs- und Stromsignale während der Kondensatorentladung mittels eines IGBT Halbleiterschalters. Während rechts der ge-samte zeitliche Verlauf des Pulses dargestellt ist, ist links die Anstiegsflanke desselben Pulses vergrößert aufgetragen.

Bild 30: Schematische Darstellung der Hochspannungsimpuls-Anlage (links) zur Behandlung von flüssigen Produkten und der dabei an der Behandlungskammer auftretenden Spannungen (rechts)

Kondensatorladegerät0 - 20kV(1600 J/s)

+

Schutzwider-stand

Behandlungskammer

Kondensator2 µF / 68 nF

5V DC Versorgung

TTL-Triggerung

100 MHzDigital-

speicher-oszilloskop PC

ges

tütz

tes R

egel

ungs

- und

Aus

wer

tesy

stem

(D

aten

tran

sfer

: GPI

B B

us)

Halbleiterschalter(IGBT / MOSFET)

Hochspannungs-tastkopf

InduktiveStrommessung

36 Die Versuche wurden an der Technischen Universität Berlin (s.S. 11) durchgeführt

43

Durch die Variation der Lade-und Entladeschaltung wurden Impulse mit der Dauer von 3-5 µs und einer Feldstärke von 16 kV/cm erzeugt. Für die Behandlung von Apfeltrestern (gewolft/püriert) und Petersilie (geschnitten) wurden Berei-che der Feldstärke gewählt die über dem kritischen Wert für die Membranpermeabilisierung von vegetativen Mikroorganismen liegen. Das Material wurde 1:1 mit Leitungswasser verdünnt um eine ausreichende Pumpfähigkeit zu erreichen. Auch kleinere Bakterienzellen wie E. coli oder Listeria sollen laut Literaturangaben /17/ bei den gewählten Prozessparametern ausreichend abgetötet werden. Es wurde mit zwei Einstellungen (HSI-1 und HSI-2) der Impulsfrequenz und des Energieeintrages gearbeitet. HSI-Behandlungsparameter Durchsatz, kontinuierlich: 5 kg/h; Vorwärmetemperatur: 35°C; max. Endtemperatur: 46°C Ladespannung: 12 kV; Stärke des elektrischen Feldes: 16 kV/cm; Impulsform. exponentiell Energieeintrag (gesamt): HIS-1: 60 kJ/kg HIS-2: 95 kJ/kg Impulsfrequenz: HIS-1: 42 Hz HIS-2: 67Hz Behandlungszelle mit zwei Behandlungszonen; co-lineare Elektrodenanordnung, Elektrodenabstand: 6mm; Durchmesser der Behandlunszelle: 6 mm. Farbliche Veränderungen der verdünnten Apfeltrester- und Petersilienproben während der Behandlung konnten nicht nachgewiesen werden (Bild 31). Die Untersuchung des mikrobiellen Status der Proben vor und nach der Hochspannungsimpuls- behandlung zeigte keine oder nur eine geringsfügige Verringerung der Gesamtkeimzahl um max. 101 KBE/ml. Diese Abtötungsrate ist für eine Lagerstabilität unzureichend. Offensichtlich verhindert der sehr hohe Feststoffgehalt eine Keimabtötung wie sie in trubarmen Getränken mit Erfolg realisiert werden konnte.

a b c

Bild 31: Proben von a) Apfeltrester(gewolft), b) Apfeltrester (püriert), c) Petersilie (nologie): links- unbehandelt; mitte- mit HSI-1-Parameter; rechts mit HSI-2-Parameter.

Schneidtech-

Behandlung mit Hochdruck (HD) Die Hochdruckpasteurisierung ["Ultra-Hochdruck-Behandlung" (UHP), "High Pressure Proces-sing" (HPP)] ist ein physikalisches Verfahren zur Konservierung von Lebensmitteln /15, 18/, bei dem durch statische Drücke im Bereich von 100 MPa bis 1000 MPa Mikroorganismen und En-zyme inaktiviert werden, ohne Qualitätsverluste in Kauf nehmen zu müssen wie sie bei Anwen-dung von Hitze auftreten. Die sensorische und ernährungsphysiologische Qualität soll bei hoch-druckpasteurisierten Produkten im Vergleich zum Rohprodukt besonders gut erhalten bleiben. - Zur Druckbehandlung im ‚wet-bag‘-Verfahren werden feste Lebensmittel flexibel, wasserdicht

und druckfest, ohne Gaseinschlüsse verpackt. Für die Untersuchungen im Rahmen des Pro-jektes wurden dazu je Probe ca. 200 g gewolfte bzw. pürierte Apfeltrester ohne nochmaligen Wasserzusatz sowie die nach Kap. II. 1.3.2 zerkleinerte Petersilie in Schutzfolie einge-schweißt. Diese Beutel wurden in einen Druckbehälter gegeben, der zur Druckübertragung mit Wasser gefüllt ist (Bild 32). Mittels Kolben wird der Druck im Zylinder (3) auf 250 MPa (

44

erreichbarer Maximaldruck 600 MPA) erhöht. Die Druckbeaufschlagung erfolgte 10 min bei einer Temperatur von 20°C.

Hydrostatic Pressure: 100-1000

Bild 32: Prinzip der HD-Behandlung.

H2O

Die untersuchten zerkleinerten Materialen wiesen nach der Hochdruckbehandlung keine signifi-kanten Veränderungen in Geruch, Farbe und Geschmack auf. Der mikrobiologische Status der eingesetzten Proben blieb größtenteils erhalten oder konnte maximal um 101 KBE/ml reduziert werden. II. 1.5 Kostenabschätzung zur Tresteraufarbeitung Ein Ziel des Forschungsprojektes war, durch die Nassverarbeitung der Trester Energie für den Trocknungsprozess einzusparen. Für ein weiterverarbeitbares, lagerungsfähiges Zwischenprodukt entstehen aus dieser Zielstel-lung Kosten für die Nasszerkleinerung, Pasteurisation, ggf. für die Konditionierung der nach dem Pressen anfallenden Trester, der Förderung der Stoffströme sowie der Abfüllung und Lagerung der Halbfabrikate. Der Kostenaufwand für die Abfüllung und Lagerung kann nicht bilanziert werden, da im konkreten Anwendungsfall der Nutzer festlegt, welche Art der Lagerung (Silo, Kleingebinde) aus technologi-scher und betriebswirtschaftlicher Sicht am vorteilhaftesten ist. Aus den durchgeführten experimentellen Arbeiten kann der Aufwand für die Zerkleinerung und thermische Haltbarmachung abgeschätzt werden. Nasszerkleinerung Für die Bestimmung des Energieverbrauches wurden die Leistungsdaten der verwendeten Zer-kleinerungsmaschinen

- Wolfsystem ROBOT HP15C - Schneidsystem Comitrol 1700 - Passiermaschine Tornado 2

zu Grunde gelegt bzw. experimentell im Rahmen der Zerkleinerungsversuche ermittelt. Aus dem gemessenen Energieverbrauch und dem ermittelten Produktdurchsatz ergibt sich ein Energie-aufwand in kWh/kg Trester-Halbfabrikat. Der Preis für eine kWh wurde für ein mittelständisches

45

Unternehmen nach Rücksprache mit dem örtlichen Energieversorger mit 0,0815 €/kWh ange-nommen. Weitere Aufwendungen für Reinigung, Wartung und Reparaturen wurden nicht berücksichtigt. Sie würden die ermittelten Kosten um weitere 25% erhöhen. An dieser Stelle muss nochmals darauf hingewiesen werden, dass die nach dem Pressen anfal-lenden Trester, z.B. beim Wolfen und Passieren, mit Wasser (oder Fruchtsaft) versetzt werden müssen, um eine Pumpfähigkeit zu erzielen. Damit der errechnete Energieaufwand vergleichbar wird, sind alle Kosten auf die Erzeugung eines Kilogramms Trockensubstanz bezogen. In Bild 33 sind die Kosten für die unterschiedlichen Zerkleinerungstechnologien zusammenfassend darge-stellt.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Wolfsystem ROBOT HP15C Passiermaschine Tornado 2 Schneiden Comitrol 1700

Prei

s/kg

Tro

cken

subs

tanz

aus Herstellerangaben berechnetVerbrauch gemessen

Bild 33: Kosten der unterschiedlichen Zerkleinerungstechnologien pro kg Trockensubstanz Diese Kosten resultieren aus folgender Kalkulation: Bei der Comitrol-Maschine (Kapitel II. 1.3.2) beträgt der Produktdurchsatz zwischen 350 und 500 kg Trester pro Stunde. Bei diesem Zerkleinerungsverfahren kann der nach dem Pressen anfallende Trester ohne Wasserzusatz sofort verarbeitet werden. Um ein fließfähigeres Halbfab-rikat zu bekommen, kann aber auch ein Wasserzusatz erfolgen. Für die Berechnung wurde der größtmögliche Trockensubstanzgehalt zu Grunde gelegt (d.h. kein Wasserzusatz). Der Energieeintrag lag je nach Beschaffenheit der Trester zwischen 0,2 und 0,6 kWh/kg nassem Trester. Das entspricht einem Kostenaufwand zwischen 0,013 €/kg und 0,05 €/kg. Bei 10% bzw. 20% Trockensubstanz resultiert daraus ein Preis von 0,12€/kg bzw. 0,25€/kg Trockensubstanz. Für die Zerkleinerung mit dem Wolf müssen die Trester mit Wasser versetzt werden (siehe Kapi-tel II. 1.3.1). Bei dem durchschnittlichen Wassergehalt von 90% ergibt sich ein Energieeintrag von ca. 1kWh/kg. Für einen einmaligen Durchlauf entstehen Kosten in Höhe von 0,082 €/kg. Die derzeitige maschinentechnische Ausführung dieser Wölfe erfordert eine zweistufige Verarbei-tung, um den gewünschten Zerkleinerungsgrad zu erreichen. Damit verdoppelt sich der finanziel-le Aufwand woraus Kosten von derzeit 0,82 €/kg Trockensubstanz resultieren. Dieser Zahlenwert entspricht aber nicht den großtechnischen Gegebenheiten, da die vorstehend ermittelten Ener-gieverbrauchszahlen aus kurzen Verarbeitungszeiträumen ermittelt wurden. Der höchste Strom-verbrauch liegt in der Anlaufphase der Maschine. Er verringert sich beträchtlich im kontinuierli-chen Betrieb. Der Maschinenhersteller würde im Einsatzfall weiterhin Möglichkeiten sehen, den Zerkleinerungsprozess einstufig zu gestalten, wodurch eine weitere Kostenreduzierung möglich ist.

46

Bei der Zerkleinerung mit der Passiermaschine erfolgt ebenfalls eine Einstellung des Wasser-gehaltes auf 93% (siehe Kapitel II. 1.3.5). Der Passiervorgang selbst findet zwischen 85°C und 90°C statt, so dass der Trester vor der Zerkleinerung auf diese Temperatur erhitzt werden muss (Heißzerkleinerung). Zur Vergleichbarkeit des Energieaufwandes für die Zerkleinerung wird die Erhitzung zunächst nicht berücksichtigt. Bei einem Durchsatz von 11.500 kg/h wurden 93 kWh für die reine Passierarbeit benötigt. Daraus resultiert ein Energieaufwand von 0,008kWh/kg bzw. ein Preis von 0,01 €/kg Trockensubstanz. Aus der Gegenüberstellung (Bild 34) ist ersichtlich, dass der Energieaufwand für die reine Zer-kleinerungsarbeit im kalten Zustand etwa 25 mal höher liegt als im heißen Zustand.

0,0000

0,0400

0,0800

0,1200

0,1600

Passiermaschine 1 Passiermaschine 2 Schneiden 1 Schneiden 2

Verb

rauc

h kW

/kg

Bild 34: Gegenüberstellung des Energieaufwandes der Zerkleinerungsarbeit Warm: Passiermaschiene 88°C Kalt: Schneiden 15°C Pasteurisation Da für die Halbfabrikate keine Stoffwerte vorliegen, wird für die Berechnung des Energieaufwan-des auf Grund des hohen Wassergehaltes die spezifische Wärme von Wasser zugrunde gelegt. Daraus resultiert, dass auch für die Erwärmung von 1 kg Tresterhalbfabrikat um 1 K eine Wär-memenge von 4,2 KJ (entspricht 1,2*10-3 kWh) erforderlich ist. Für die Erwärmung von 15°C auf ca. 90°C ergibt sich daraus bei einem Energiepreis von 0,0815 €/kg ein finanzieller Aufwand von 0,007 €/kg. Erfolgt die Erwärmung mit Dampf, dessen betriebliche Kosten mit 0,033 €/kWh ange-nommen werden, verringern sich die Kosten auf 0,004 €/kg Trester-Halbfabrikat. Bei einer Ener-gierückgewinnung mit einem Wirkungsgrad von ca. 75% sinken die Kosten für die Pasteurisation auf 0,002 €/kg (Elektroenergie) bzw. 0,001 €/kg (Dampf). Mahltrocknen Beim Mahltrocknen kann der Energieaufwand für den Trocknungsprozess und die gleichzeitig stattfindende Zerkleinerung nicht getrennt werden. Legt man auf Grund des hohen Wassergehaltes der Trester wiederum die Stoffkennwerte von Wasser zugrunde, benötigt man zum Erwärmen von 1 kg Trester von 15°C auf 100°C ca. 0,0989 kWh/kg und zum Verdampfen der enthaltenen Wassermenge (80%) 0,485 kWh/kg. Daraus resul-tiert ein theoretischer „Trocknungspreis“ von 0,048 €/kg Trester. Im konkreten Fall wurde für die Trocknung von 50 kg nassen Apfeltrester 41 kWh Energie ver-braucht, das entspricht 0,82 kWh/kg bzw. 0,067 €/kg Trester. Für den Mahlvorgang wurde für die Verarbeitung von 50 kg Trestern ein Energieverbrauch von 8 kWh bzw. 0,16 kWh/kg (0,013 €/kg) ermittelt. Damit ergibt sich ein Gesamtpreis von 0,08 € für die Verarbeitung von 1kg Trester, wobei ca. 250g trockene Apfelfasern entstehen. Ein Kilogramm getrocknete Faser kostet damit ca. 0,32 €. Eine eventuelle Energierückgewinnung ist in dieser Kalkulation nicht berücksichtigt.

47

II. 1.6 Stoffliche Charakterisierung der Apfeltrester und Gewürzpflanzenabprodukte sowie der daraus hergestellten Halbfabrikate

II. 1.6.1 Apfeltrester Von Weiterverarbeitern der im Rahmen des Projekts erzeugten Halbfabrikate wird angefragt, welche Effekte und Vorteile der Einsatz dieser Produkte im Lebensmittelbereich hat. Obwohl der Gehalt einzelner Inhaltstoffe von Sorte, Reifebedingungen und Reifegrad des Obstes sowie von der Verarbeitungstechnologie abhängig ist, ergeben sich aus den experimentellen Untersuchun-gen Richtwerte für Stoffgruppen. Trester haben in Abhängikeit von der Aufbereitungstechnologie der Fruchtmaische (Enzymierung) und dem angewendeten Pressverfahren einen Restwasserge-halt von 70 % bis 80 %. Bezogen auf den Trockensubstanzgehalt (TS) ergeben sich die Anteile an Zucker, Rohfasern, Extraktstoffen, Rohprotein, Rohfett und Asche gemäß Bild 35. Innerhalb der bisherigen Verwertungsstrategie ist vor allem der Anteil von 10 % bis 15 % Pektin wirtschaftlich bedeutsam. Aus ernährungsphysiologischer Sicht sind der Anteil an Ballaststoffen und der Polyphenolgehalt [19] bedeutungsvoll. Für letzteren ergibt sich in der Gesamtbilanz bei der Apfelverarbeitung folgendes Bild: Bei einer Saftausbeute von etwa 80 % erhält man aus 1000 g Äpfeln 800 ml frisch gepressten Apfelsaft und 200 g Apfeltrester. Der Saft enthält im Durchschnitt nach eigenen Untersuchungen 40 % bis 45 % der Polyphenole der Apfelgesamtmasse. In den Apfeltrestern sind 20 % bis 25 % der Polyphenole enthalten. So-mit bedingt allein das Entsaftungsverfahren einen Verlust an Polyphenolen zwischen 35 % und 40 %. In Abhängigkeit von der Sorte und dem Reifegrad wurden Polyphenolgehalte im ganzen Apfel (ermittelt durch Komplettextraktion) zwischen 600mg/kg und 1400 mg/kg, im frisch abgepressten Saft 500 mg/kg bis 1400 mg/kg und im verbleibenden Trester 600 mg/kg bis 1200 mg/kg gefun-den. Das antioxidative Potential liegt zwischen (2 – 4) mmol/kg und korreliert mit dem Gesamtpo-lyphenolgehalt. Damit enthält 1 kg Trester fast genau so viel Polyphenole wie 1 kg ganzer Apfel oder 1 L Saft..

53%

15%

10%

8%5%5%3%1%

RohfaserPektinKohlenhydrateStärkeProtein nach KjeldahlGesamtpolyphenoleAscheLipide

Bild 35: Inhaltsstoffe der Trester, bezogen auf Trockensubstanz

48

Mit der Screening-Methode (s. Kap. II. 1.2.2) wurden bei der Analyse frischer Apfeltrester im lau-fenden Produktionsprozess der Saftherstellung in Abhängigkeit von der Sortenzusammensetzung und dem Reifegrad der Äpfel Polyphenolgehalte gefunden, die bezogen auf die Trockensubstanz zwischen 800 und 4000 mg/100 g lagen (Bild 36). In sortenreinen Apfeltrestern aus gut ausgereiften Äpfeln konnten Polyphenolgehalte zwischen 2000 bis 2800 mg/100g TS nachgewiesen werden. Das antioxidative Potenzial der sortenreinen Apfeltrester beträgt 13 – 17 mmol/100 g TS.

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

EinheimischesM ischobst23.11.2001

Importobst04.12.2001

Lagerobst03.04.2002

Jonagored12.09.2002

Grafensteiner20.09.2002

Frühsommerapfel23.09.2002

Plantagenobst26.11.2002

EinheimischesM ischobst29.10.2003

Bild 36: Gesamtpolyphenolgehalt in g Catechin/100 g TS verschiedener Obstchargen In der Bearbeitungsphase des Projekts wurden von mehreren Autoren [20-26] die stofflichen Komponenten beschrieben, die im Wesentlichen den Polyphenolgehalt im Apfel bestimmen. Für die eigenen Untersuchungen wurde eine modifizierte HPLC-Methode nach SCHIEBER (s. Kap. II. 1.2.2, [27-30]) verwendet. Zur Erhöhung der Sicherheit bei der stofflichen Zuordnung zu den Retentionszeiten wurden Vergleichsuntersuchungen in Geisenheim37 durchgeführt (s. Tab.7). Der aus der HPLC-Analyse ermittelte Gesamtpolyphenolgehalt liegt bei den Messungen in Geisenheim ca.10 % unter den von uns gemessenen Werten. Dabei sind nur die Massenantei-le der Komponenten additiv erfasst, die in beiden Einrichtungen bestimmt wurden (s. dazu auch Bild 37 und Chromatogramme Bild 38).

0,020,040,060,080,0

100,0120,0140,0160,0180,0200,0

Chloro-gensäure

Epicatechin Quercetin-3-rutenosid

Quercetin-3-galactosid

Quercetin-3-glucosid

Quercetin-3-xylosid

Quercetin-3-rhamnosid

Phloridzin Phloretin

Kon

zent

ratio

n m

g/l

Bild 37: Polyphenole in Trestern der Sorte ´Pinova´ (s.S. 52)

Köthen vor und nach der Zerkleinerung Geisenheim vor und nach der Zerkleinerung

37 Die Projektbearbeiter danken an dieser Stelle Herrn Prof. Dr. H. Dietrich und seinen Mitarbeitern, Forschungsan-stalt Geisenheim, für die Ausführung der Vergleichsuntersuchungen.

49

Tab.7 :Polyphenole im Apfel Trennsäulen: Köthen: phenomenex Aqua; Geisenheim: Fluofix 120 E, 250-4,6 mm, 5 µm *bestimmt als Quercetin Nr. Bezeichnung Köthen Geisenheim1 Procyanidin B2 X 2 Gallussäure n.n. 3 Catechin X 4 Chlorogensäure X X 5 Kaffeesäure X 6 Epicatechin X n.n. 7 Coumaroyl-Chinasäure n.n. 8 Cumarsäure n.n. 9 Ferulasäure X

10 Hydroxy-Zimtsäure X 11 Rutin Quercetin-3-rutinosid X X* 12 Hyperosid Quercetin-3-galactosid X X* 13 iso-Quercitrin Quercetin-3-glucosid X X* 14 Reynoutrin Quercetin-3-xylosid X* X* 15 Quercitrin Quercetin-3-rhamnosid X X* 16 Phloridzin X X 17 trans-Zimtsäure X 18 Quercetin X X 19 Phloretin X X

2,80

3,07

3,52

3,65

3,92

4,61

5,31 30,96

48,51

50,00, Quercetin-3-galactosid

50,67

51,63, Quercetin-3-rutinosid

53,68, Quercetin-3-glucosid

54,83

55,36, Quercetin-3-xylosid

55,89

56,32, Quercetin-3-rhamnosid

57,47

58,56

59,63 61,07

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Retention Time (min)

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

Absorbance (AU)

AU

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

Minutes5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00

2,898

3,137

3,366

4,034

4,425 21

,128

24,362 35

,306

38,861

39,889 40

,990

41,938

42,735 44

,604

45,122

45,711

46,36746

,872

47,194

47,728

50,696

51,509

52,385

52,850

53,782

54,414

54,800

58,372

60,13860

,704

64,590

70,610

B

A

Bild 38: Chromatogramme der Polyphenole bei 360 nm A: Fluofix Geisenheim B: phenomenex Aqua Köthen

50

Große quantitative Unterschiede ergeben sich beim Vergleich der mit verschiedenen Methoden ermittelten Summenparameter für den Gesamtpolyphenolgehalt, da z.B. mit der Folin-Ciocalteau-Methode (Kap. II. 1.2.2) alle oxidierenden Substanzen als Catechin erfasst werden. Die Quercetinpentoside Avicularin (Quercetin-3-d-arabinosid) und Reynoutrin (Quercetin-3-d-xylosid) wurden zu Beginn des Vorhabens außerdem mit LC-MS Quadrupol-Massenspektrometer (Triple-Quad) „API 2000“38 und dem Iontrap-Gerät LCQ Deca39 nachgewiesen [31]. Durch Frag-mentierung konnte bewiesen werden, dass die unbekannten Verbindungen das Quercetin als Grundgerüst aufweisen und sich durch den Zuckerrest unterscheiden. Es ergab sich ein Doppel-peak bei der Massenspur 435 [32], es ist also davon auszugehen, dass beide Quercetinpentosi-de im Apfeltrester enthalten sind. Es ist aber nicht möglich, diese mittels Massenspektrometer zu unterscheiden, da es sich um Stellungsisomere handelt. II. 1.6.2 Apfeltresterhalbfabrikate Veränderungen im Polyphenolgehalt Im Rahmen des Projektes war zu untersuchen, wie sich die Verarbeitungsschritte der Trester auf die stoffliche Zusammensetzung auswirken und ob die unterschiedlichen Zerkleinerungsverfah-ren einen merklichen Einfluss auf den Polyphenolgehalt haben. Erwartungsgemäß wirkte sich die Zerkleinerung auf die meisten der in Bild 35 (S.48) dargestell-ten Stoffgruppen nicht aus. Deutliche Unterschiede konnten jedoch im Polyphenolgehalt nach-gewiesen werden (Bild 39). Offensichtlich führen geringere Partikelgrößen einerseits zu einer höheren Freisetzung der Polyphenole aus den pflanzlichen Zellen andererseits erhöht sich der oxidative Einfluss während der Zerkleinerung.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Schneiden A Schneiden B Wolfen Passieren Mahltrocknen Turbo-Mahltrocknen

Ges

amtp

olyp

heno

lgeh

alC

atec

hin

mg/

100g

TS nativ

zerkleinert

-40%-20%

0%20%40%60%80%

100%120%140%160%

Schneiden A Schneiden B Wolfen Passieren Mahltrocknen Turbo-Mahltrocknen

Ges

amtp

olyp

heno

lgeh

al%

Ver

ände

rung

Bild 39: Veränderungen des Polyphenolgehalts bei unterschiedlichen Zerkleinerungsverfahren (% bezogen auf Trockensubstanz)

38 Firma Applied Biosystems, Foster City 39 Firma Thermo, Finnigan

51

Bei den Nasszerkleinerungsverfahren treten die geringsten Polyphenolverluste gegenüber dem nativen Apfeltrester beim Passieren auf. Als bemerkenswertestes Ergebnis muss die starke Zu-nahme des ermittelten Gesamtphenolgehalts beim Mahltrocknen mit Steigerungsraten über 100 % gewertet werden. Eine schlüssige Erklärung für dieses Phänomen konnte in den bisherigen Arbeiten noch nicht erbracht werden. An der Auffindung der Ursachen für diesen äußerst interes-santen Sachverhalt wird derzeit gearbeitet. In handelsüblichen Apfelfasern konnte eine sehr gro-ße Schwankungsbreite im Polyphenolgehalt im Bereich von 0,25 bis 1,75 g angegeben als Cate-chin/100g TS nachgewiesen werden. Die von uns erzeugten mahlgetrockneten Fasern weisen einem deutlich höheren Polyphenolgehalt zwischen 2,5 und 3,5 g Catechin/100g TS auf. Mit dem mechanischen Energieeintrag bei der Nasszerkleinerung verändern sich offensichtlich auch die relativen Anteile der phenolischen Komponenten. So konnte gegenüber dem nach dem Pressen anfallenden Apfeltrester im nasszerkleinerten Halbfabrikat ein um bis zu 20 % erhöhter Gehalt an Quercetinderivaten nachgewiesen werden, wie Bild 37 am Beispiel der Sorte 'Pinova' zeigt. Andere Komponenten nehmen während der Zerkleinerung im Gehalt um 20 bis zu 80 % ab. Zu weiteren Veränderungen des Polyphenolgehalts kommt es auch bei der Pasteurisation und Lagerung der Halbfabrikate. So sinkt der Gesamtpolyphenolgehalt bei der thermischen Behand-lung (3 min, 90°C) um 10 bis 15 %. Aus Bild 40 ist zu ersehen, dass sowohl bei Kältelagerung als auch bei der Lagerung bei Raumtemperatur nach der Pasteurisation mit einem Polyphenol-verlust von ca. 50 % im Zeitraum von 12 Monaten zu rechen ist. Dabei treten die stärksten Ver-änderungen (-20 % bis -30 %) in den ersten 3 Monaten auf.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 2 4 6 8 10 1

Lagerdauer Monate

Kon

zent

ratio

n C

atec

hin

mg/

100g

TS

2

bei -18°C gelagert nach Pasteurisation bei RT gelagert

Bild 40: Abbau der Polyphenole über einen Zeitraum von 12 Monaten

52

Sensorische Bewertung Zu Projektbeginn wurde entsprechend der im Forschungsantrag formulierten Zielstellung auf den Erhalt des noch im Trester verbliebenen typischen 'Apfelaromas' orientiert, wobei angenommen werden muss, dass der Gehalt an aromabestimmenden Komponenten im ganzen Apfel pro kg maximal 10 -100 mg beträgt und die Konzentration der einzelnen Aromastoffe zwischen 10 und 10-5 mg/kg liegt. Da in der Fruchtsafttechnologie alle Anstrengungen unternommen werden, einen aromareichen Apfelsaft zu produzieren, sind die im Trester verbleibenden Restmengen für eine wirtschaftliche Aufarbeitung (Destillation, Extraktion [siehe dazu auch Forschungsbericht des Projektpartners 2, Bell, Flavor und Fragrances GmbH]) zu gering. Daher sollte durch Verwertung des gesamten Tresters eine sinnvolle Nutzung erfolgen. Bei der Suche nach potentiellen Verar-beitern der aus Trester hergestellten Halbfabrikate wurde im Verlauf der Projektbearbeitung mehrfach gefordert, dass diese Zwischenprodukte möglichst geschmacksneutral sind und nicht das typische Apfelaroma aufweisen. Dieses pflanzliche Material könnte so vorteilhaft als Träger für beliebige Geschmacksnoten eingesetzt werden, wodurch eine größere Applikationsbreite er-zielbar ist. Daher wurde in einem Arbeitsschwerpunkt des Projekts diesem Umstand besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Über die aromabestimmenden Inhaltstoffe im Apfel wurde vielfach berichtet [33,34]. Die wichtigs-ten Komponenten, die als Schlüsselsubstanzen für den Aromaerhalt bzw. für die Entaromatisie-rung verfolgt werden können, sind in Tab. 8 zusammengestellt. Tab.8: Aromakomponenten im Apfel [nach 34]

Alkohole > 50 % Ester < 10 % Aldehyde, Ketone > 20 % n-Butanol Etylpropionat Acetaldehyd n-Hexanol i-Amylacetat n-Hexanal Trans-2-Hexen-1-ol i-Butylacetat 2-Pentanon Methylbutanol N-Propylacetet trans-2-Hexen-1-al Cis-3-Hexen-1-ol Etylbutyrat Benzaldehyd Linalol n-Hexylacetat Formaldehyd n-Amylacetat n-Butylacetat Ethylacetat Nach SCHILLER [35] sind 90 % der flüchtigen Substanzen im Apfelsaft Alkohole. Offensichtlich entstehen diese aus den Estern des Fruchtfleisches erst während der Saftherstellung durch en- zymatische Spaltung. Dabei werden auch andere geruchsintensive Aromastoffe gebildet wie Hexanal, 2-Hexenal, 4- Methoxyallylbenzol, α-Farnesen u.a. Zur Bewertung der Aromaveränderungen wurden Headspace-Analysen (s. Kap. II. 1.2.2) verschiede-ner Trester und der daraus hergestellten Halbfabrikate untersucht. Erwartungsgemäß sind die Kon-zentrationen der Einzelkomponenten je nach Art und Provenienz des Obstes sehr unterschiedlich (Bild 41 und 42). Das importierte Mischobst und damit auch die daraus entstandenen Trester weisen einen deutlich geringeren Gehalt an Aromen auf als Trester von einheimischem Obst. Ursache dafür könnte die Qualität des angelieferten Obstes sein, aber auch die zur Erzielung ausreichender Saft-ausbeuten vorgenommene intensive Maischeenzymierung.

53

-

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

Eth

ylac

etat

1-B

utan

ol

Met

hylb

utan

ol

Hex

anal

E-2

-Hex

enal

1-H

exan

ol

Ben

zald

ehyd

alph

a-Fa

rnes

en

Ess

igsä

ure-

ethy

lest

er

But

ansä

ure-

hexy

lest

er

But

ansä

urem

ethy

l-he

xyle

ster

Hex

ansä

ure-

2Met

hylp

ropy

lest

er

Peak

fläch

e

Plantagenobst nicht enzymiert

Saaleobst nicht enzymiert

importiertes Mischobst 1 enzymiert

importiertes Mischobst 2 enzymiert

30.000.000 5.500.000

Bild 41: Ausgewählte Komponenten des Aromaspektrums verschiedener zerkleinerter Apfeltrester

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Zeit (min)

Pea

kflä

che

Ety

lace

tat

Hex

anal

E-2

-Hex

enal

1-H

exan

ol

Ben

zald

ehyd

Ess

igsä

ureh

exyl

este

r

2-M

ethy

lhex

yles

terb

utan

sä

alph

a-Fa

rnes

ene

2-M

ethy

lbut

anol

Met

hylp

enta

nal

Bild 42: Chromatogramm der Aromakomponenten unterschiedlicher Apfeltrester einheimisches Plantagenobst importiertes Mischobst (enzymiert) Zur thermischen Aromareduzierung wurden 200 g Apfeltrester mit 400 mL Wasser versetzt und in einem Rotationsverdampfer bei 50 mbar insgesamt 20 Stunden auf 40°C gehalten. Dabei verrin-gert sich der Gehalt an Ethylacetat um 95 %, alle übrigen Komponenten um 20 % bis 50 %. (s. Bild 43). Nach dieser Behandlung riecht der Apfeltrester nicht mehr apfeltypisch, ist aber den-noch nicht geruchsneutral.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Zeit (h)

Ethylacetat

Hexanal

1,3-Dimethylbenzen

Ethylbenzen

Benzaldehyd

Bild 43: Prozentuale Abnahme ausgewählter Aromakomponenten bei thermischer Behandlung des Apfeltresters

54

II. 1.6.3 Halbfabrikate aus Gewürzkräuterreststoffen Im Unterschied zur Zielstellung des Forschungspartners TP2, der im Rahmen des Projektes die Gewinnung von ätherischen Ölen aus den Reststoffen der Gewürzpflanzenverarbeitung verfolgt hat, stand bei den eigenen Untersuchungen wie bei den Apfeltrestern die Komplettverwertung im Mittelpunkt. An dieser Stelle sei nochmals darauf verwiesen, dass diese Reststoffe, die in der Kurzform als 'Stängel' bezeichnet werden, noch Blattreste enthalten, deren quantitativer Anteil durch manuel-les Sortieren mit anschließender Wägung überschlägig bestimmt wurde. Der Blattanteil am Ge-samtrückstand beträgt bei Petersilie zwei, bei Dill ca. zehn und bei Basilikum (Bild. 44) ca. fünf Prozent.

Bild 44: Verarbeitungsrückstand von Basilikum: A) Gesamtrückstand B) Stängelanteil C) Blattanteil

Die in Tab. 9 vorgenommene Gegenüberstellung stofflicher Bewertungsparameter zeigt, dass der Wassergehalt in diesen Reststoffen um 3 % bis 4 % höher liegt, als in der reinen Blattware. So-mit ist in den Stängeln der Anteil an Trockensubstanz mit den wertgebenden Inhaltstoffen etwa ein Drittel geringer als im Blatt. Auch der ätherische Ölgehalt liegt aus diesem Grunde, aber auch infolge des anderen Aufbaus der Stängel, zwischen 20 % und 50 % unter dem ätherischen Öl-gehalt der Blattware. Tabelle 9: Stoffliche Charakterisierung der Gewürzkräuterrestprodukte Gehalt Petersilie Dill Basilikum

Blatt 87 % 90 % 90 % Wasser % Stängel 91 % 93 % 94 %

Blatt 0,52 – 0,66 0,32 – 0,74 0,23 – 0,33 Ätherisches Öl ml/100 g TS Stängel 0,14 – 0,19 0,21 – 0,39 0,06 – 0,07

Blatt 7,0

8,8 18,2 Polyphenole g Catechin/100 g TS

Stängel 3,5 4,3 15,0 Blatt 17,6

54,8 150 antioxidative Kapazität

mmol Trolox/100 g TS Stängel 15,7 26,2 132

Die gaschromatographische Analyse des mittels Wasserdampfdestillation abgetrennten ätheri-schen Öls ist beispielhaft in den Bildern 45 bis 47 dargestellt. Sie ergab eine weitgehende quali-tative Übereinstimmung der Stoffkomponenten in den Blättern und in den Reststoffen. Das bei Petersilie als aromabestimmend geltende 1,3,8-p-Menthatrien [36] weist sogar nahezu die glei-che Konzentration in beiden Produkten auf.

55

Vergleicht man die Konzentration (Flächenprozente) der anderen Hauptkomponenten (Tab. 10) erkennt man bis auf wenige Ausnahmen kaum Unterschiede [37]. Tab.10: Flächenprozente der Hauptkomponenten im Vergleich zwischen Blatt- und Stängelmate-rial

Dill Basilikum Petersilie Blatt Stängel Blatt Stängel Blatt Stängel Apiol 0,175 0,571Berneol 1,6 1,2 Carvon 2,3 0,1 Α-Caryophyllen 5 6,17 1,8-Cineol 8,9 2,3 p-Cymen 1,9 1,6 Dillapiol 2,9 1,7 Dillether 15,1 11,6 p-α-Dimethylstyren 1,288 4,149α -Elemen 1,603 1,305Eugenol 25,3 26,2 Garotol 0,519 2,021Germacren B 1,468 2,317Linalool 47,6 27,5 1,3,8-p-Mentantrien 18,469 18,688Methylisoeugenol 4 3,2 Myrcen 0,2 0,3 3,666 10,618Myristicin 35,426 22,918Α-Phellandren 57,7 49,8 1,337 0,619ß-Phellandren/Limonen 12 7,9 23,869 17,761ß-Pinen 0,962 20,7Α-Terpinolen 0,972 1,26Α-Thujen 1,644 3,259γ-Terpinen 0,106 0,105

05000

10000150002000025000300003500040000

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Zeit (min)

Peak

höhe

Bild 45: Hauptkomponenten im Dill Blatt Stängel

56

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Zeit (min)

Peak

höhe

Bild 46: Hauptkomponenten im Basilikum Blatt Stängel

0100002000030000400005000060000700008000090000

100000

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Zeit (min)

Peak

höhe

Bild 47: Hauptkomponenten in der Petersilie Blatt Stängel Auf die stofflichen Veränderungen, die generell durch das Einfrieren des pflanzlichen Materials auftreten, wurde im Bericht TP2 hingewiesen. Das betrifft insbesondere das Auftreten von Hex-anal und trans-2-Hexanal in den gefrosteten Petersielienprodukten, die offensichtlich als oxidati-ve Abbauprodukte entstehen. Eine gezielte Aufarbeitung der Gewürzpflanzenreststoffe auf Grund stofflicher Besonderheiten im ätherischen Ölspektrum ist nicht angezeigt. Vielmehr untermauert diese Erkenntnis den einge-schlagenen Weg der Herstellung von 'Kräuteremulsionen', da gleichzeitig der Beweis erbracht wurde, dass auch keine kritisch hohen Konzentrationen einzelner Komponenten gegen einen Verzehr sprechen. Über die Zusammensetzung und den Gehalt an Polyphenolen in Gewürzkräuterprodukten gibt es bisher wenig Veröffentlichungen. Wendet man die gleichen Bestimmungsmethoden wie bei den Apfeltrestern an, so zeigt Tab. 9, dass die Polyphenolgehalte der Gewürzpflanzenreststoffe be-rechnet als g Catechin/100g TS (ca. 4g bei Petersilie und Dill) in der gleichen Größenordnung wie bei Apfeltrestern (4g bis 8g) liegen. Bemerkenswert sind die 15g/100 TS beim Basilikum, woraus offensichtlich die hohe antioxidative Kapazität von 132 mmol Trolox/100 g TS resultiert. In den Stängeln der Gewürzpflanzen Petersilie und Dill ist der Gehalt an Polyphenolen um etwa 50 % geringer als in den Blättern, bei Basilikum nur maximal um 20 %. In der Literatur sind als Polyphenole die in Tab. 11 aufgeführten Substanzen beschrieben.

57

Tab.11: Polyphenole in Petersilie, Dill und Basilikum

Bild 4Peterskompoan Ha(m/z 2genom

00

1

2

3

4

7x10

Intens.[mAU]

Bild 48 Apigezugeodaraubaustegeringder B

Gewürzpflanze

Petersilie Dill Basilikum [42]

Apigenin [38,39] Quercetin [41, 39] Salvigenin Apigenin-7-o-glucosid [40] Käpferol [39] Quercetin Quercetin [39] Kämpferol-glucosid [40] Kämpferol Kaffeesäure Isorhamnetin [39-41] dto-Glycoside Coumarsäure Kaffeesäure Luteolin [39] Luteolin-7-o-glucosid

8 zeigt exemplarisch die MS-Basepeak-Chromatogramme der getrennten Polyphenole von ilie-Blatt (rot) und Petersilie-Stängel (grün). In beiden Proben konnten die gleichen Haupt-nenten nachgewiesen werden. Cumarsäure, Kaffeesäure und Quercetin wurden eindeutig

nd der Massezahlen und Retentionszeiten detektiert. Für Apigenin (m/z 271; 285), Luteolin 87) und Apigetrin (m/z 433, 271, 427) wurde eine Fragmentierung der Hauptmassen vor-men.

10 20 30 40 50 Time [min]

POLY2.D: TIC ±All POLY4.D: TIC ±All

Glucoside Sehr große Massen

Kaf

fesä

ure

Api

geni

nglu

cosi

d

Lute

olin

Que

rcet

in

Cou

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säur

e

: MS-Basepeak-Chromatogramme der getrennten Polyphenole von Petersilie Blatt (rot) ; Stängel (grün)

ninglucosid und Luteolin konnten identifiziert werden, Apigenin selbst konnte nicht eindeutig rdnet werden. Die Peaks zwischen 40 und 50 Minuten weisen sehr große Massen auf, was f schließen lässt, dass es sich hierbei ebenfalls um Glycoside mit verschiedenen Grund-inen handelt. Die Chromatogramme belegen nochmals, dass die Stängel eine deutlich ere Konzentration der Polyphenolkomponenten aufweisen als die Blätter wie bereits bei estimmung des Gesamtpolyphenolgehalts dargestellt wurde.

58

II. 1.6.4 Bestimmung des Quellvermögens von nass zerkleinerten Trestern im Vergleich zu zerkleinerten trockenen Trestern und kommerziell angebotenen Apfelfasern

Grundsätzliches Literaturrecherchen in den auf S.8 angegebenen Datenbanken führten zu 154 Veröffentlichungen mit einem Bezug zum Begriff Quellvermögen (swelling volume, swelling properties). In nahezu allen Publikationen wird die Bestimmung des Quellvermögens auf das Wasseraufnahmevermö-gen zurückgeführt, das mit der Zentrifugationsmethode bestimmt wird. Es wird definiert als das Gewicht der zentrifugierten gequollenen Partikel, geteilt durch das Gewicht der ursprünglich tro-ckenen Partikel. Kommerzielle Hersteller von Faserstoffen für die Lebensmittelindustrie40 wie auch wissenschaftliche Einrichtungen41 führen die Untersuchungen in Anlehnung an die AACC-Methode 56-20 [1] durch. In dankenswerter Weise wurden uns sowohl von der Herbafood Ingre-dients GmbH als auch von der J. Rettenmaier & Söhne GmbH die entsprechenden Arbeitsanwei-sungen überlassen. Beide Vorschriften unterscheiden sich vor allem durch die Einwirkungszeit des Wassers auf die Fasern. Während mit der Methode A nach Rettenmaier & Söhne schon nach 10 Minuten zentri-fugiert wird, lässt man die Fasern bei Methode B nach Herbafood 24 Stunden bei Raumtempera-tur quellen. Bestimmung des WasserbindevermögensUm eine Vergleichbarkeit zu erhalten, wurden alle Proben nach beiden Vorschriften untersucht. Da sich die zu untersuchenden Produkte sehr unterschiedlich von Wasser benetzen ließen, wur-de nach der Wasserzugabe das Zentrifugengefäß verschlossen und kräftig geschüttelt. Nach dem Zentrifugieren wurden die Becher ca. 1 Minute Kopf stehend über eine Nutsche gehal-ten, bis keine Flüssigkeit mehr abtropfte. Danach wurde die Nutsche abgesaugt. Für beide Me-thoden wurden die gleiche Nutsche und das gleiche Filtermaterial verwendet. Tab. 12: Ergebnisse der Bestimmung des Wasserbindungsvermögens in Anlehnung an die

AACC-Methode bzw. bei verschiedener Belastung im Schwerefeld und sofortiger Ab-trennung des Wassers über ein Filter in g Wasser/g Substrat

AACC- Methode Belastung im Schwerefeld Probenbezeichnung Meth. A Meth. B 350 g 700 g 1000 g

Apfeltrester AT 1,8 1,7 0,0 -0,1 -0,2 Apfeltresterpüree ATP -0,3 0,1 -0,6 -0,7 -0,8 AT gefriergetrocknet 7,6 8,7 2,4 2,0 1,8 ATP gefriergetrocknet 9,2 8,4 6,0 4,0 3,0 AT gemahlen klein 6,6 6,8 1,6 1,5 1,4 AT Luftstrom 8,8 9,1 2,2 1,9 1,7 AT gemahlen grob 8,2 8,2 1,7 1,5 1,4 AT gemahlen fein 8,6 6,5 1,7 1,4 1,3 Apfelfaser kommerziell 1 4,5 6,7 2,6 2,0 1,8 Apfelfaser kommerziell 2 11,3 10,8 3,8 3,1 2,9 Apfelfaser kommerziell 3 5,7 5,2 2,0 1,9 1,8 Apfelfaser kommerziell 4 5,6 5,8 1,8 1,7 1,6 Apfelfaser kommerziell 5 4,7 5,0 4,8 3,0 2,7 Apfelfaser kommerziell 6 5,5 5,6 1,7 1,6 1,5

Das abgesaugte Wasser wurde zurück gewogen und das Wasserbindevermögen (WBV) errech-net. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 dargestellt. Der Fehler dieser Methode liegt zwischen 5 % und 10 %, wobei generell Doppelbestimmungen durchgeführt wurden.

40 Herbafood Ingredients GmbH, Werder/Havel; Rettenmaier & Söhne GmbH + Co.; Rosenberg 41 Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung der Fraunhofer Gesellschaft; Freising

59

In Abwandlung dieser Methode wurden Zentrifugenröhrchen mit eingebautem Filter verwendet, die eine direkte Wasserabgabe im Schwerefeld ermöglichten. Als Filtermaterial diente das glei-che, wie bei den o. g. AACC-Varianten. Die Wasserabtrennung erfolgte bei den Beschleunigun-gen 350g, 700g und 1000 g. Insbesondere bei grobkörnigen Strukturen trat unmittelbar nach Zu-gabe des Wassers sofort ein Teil durch den Filter in den Messbehälter über. Manche Proben nahmen das Wasser nur schwer auf. Deshalb wurde darauf geachtet, dass während der Wasser-zugabe das gesamte Probenmaterial benetzt wurde und vor dem Zentrifugieren freies Wasser im oberen Teil des Zentrifugenröhrchens verblieb. Ergebnisse Erwartungsgemäß nehmen die nass zerkleinerten Apfeltrester und das Apfeltresterpüree (ATP) kaum bzw. kein Wasser mehr auf, da in beiden schon über 80 % bzw. 90 % Wasser enthalten sind. Die unterschiedlich getrockneten und gemahlenen Apfeltrester reihen sich in die sechs kommer-ziell angebotenen Pflanzenfaserprodukte ein. Dabei zeigte sich, dass nur die Probe 2 ein höhe-res WBV aufwies. Die Produkte mit grob-fasriger Struktur erbrachten mit der AACC-Bestimmungsmethode die niedrigsten Werte. Beide Arbeitsvorschriften ergaben erwartungsgemäß Abweichungen. Gerade die pulvrigen Pro-dukte hatten durch ihr unterschiedliches Schüttgewicht und dem damit verbundenen Luftein-schluss sehr unterschiedliche Wasseraufnahmeeigenschaften. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 zusammengefasst und in Bild 49 graphisch dargestellt.

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

200 400 600 800 1000 1200

Schwerefeld [g]

Was

serb

indu

ng [g

Was

ser/g

Sub

stra

t]

Apfeltrester ATApfeltresterpüree ATPAT gefriergetrocknetATP gefriergetrocknetAT gemahlen kleinAT LuftstromAT gemahlen grobAT gemahlen feinApfelfaser kommerziell 1Apfelfaser kommerziell 2Apfelfaser kommerziell 3Apfelfaser kommerziell 4Apfelfaser kommerziell 5Apfelfaser kommerziell 6

Bild 49: Veränderung des WBV bei unterschiedlicher Belastung im Schwerefeld Der kalt geschnittene Apfeltrester und das Apfeltresterpüree haben einen so hohen Wasseranteil, dass im Produkt gebundenes Wasser beim Zentrifugieren abgegeben wurde. Die trockenen fein-pulvrigen Proben konnten durch ihre wesentlich größere Oberfläche bei geringeren Belastungen im Schwerefeld mehr Wasser zurückhalten. So befand sich im Schwerefeld bei 100g sogar noch freies Wasser im oberen Teil des Zentrifugenröhrchens, weshalb diese verfälschten Messwerte bei der Auswertung nicht mit einbezogen wurden. Mit steigenden g-Werten wird das Wasser durch die Filterschicht gedrückt. Volumetrische Bestimmung des Quellvermögens Die bisher geschilderten Methoden beschreiben den Sachverhalt des Quellvermögens nur indi-rekt. Sie werden jedoch in den meisten Fällen zur anwendungsspezifischen Charakterisierung dieser Ballaststoffe als ausreichend genau angesehen.

60

Für Proben mit geschlossener Oberfläche wird häufig die volumetrische Bestimmung des Quell-vermögens eingesetzt. Dabei wird das Volumen vor und nach der Wasseraufnahme verglichen. Damit kann das „Quellen“ direkt optisch sichtbar [Bild 51] gemacht werden. Diese Methode ist auch bedingt für pastöse Stoffsysteme anwendbar. In graduierte Zentrifugenröhrchen wurde eine festgelegte Menge des Probenmaterials eingewogen und das eingenommene Volumen be-stimmt. Die Röhrchen wurden dann mit Wasser aufgefüllt und 24 Stunden bei Zimmertemperatur abgedeckt stehen gelassen. Anschließend wurde der veränderte Meniskus der Proben ausge-messen. Danach wurden die Proben bei verschiedenen Belastungen zentrifugiert und die erhal-tenen Menisken ebenfalls bestimmt. Die Versuchsergebnisse sind im Bild 50 als relativer Bezug auf das Anfangsvolumen dargestellt. Auffällig ist vor allem das Apfeltresterpüree, das nach 24 Stunden fast das gesamte Volumen des Röhrchens einnahm. Beim Zentrifugieren fällt mit zunehmender Belastung die Schicht zusam-men. Stellt man aber den Bezug zum Anfangsvolumen her, so ergibt sich ein anderes Bild. Hier zeigt sich, dass die Proben mit einem hohen Schüttgewicht, also geringem Anfangsvolumen, über den gesamten Belastungsbereich die geringsten Veränderungen zeigen. Dagegen fielen das gefriergetrocknete ATP wie auch das ATP unter das Anfangsvolumen zurück.

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1000 2000 3000 4000

Schwerefeld [g]

rel.

Vol

umen

ände

rung

[%]

Apfeltrester ATApfeltresterpüree ATPAT gefriergetrocknetATP gefriergetrocknetAT gemahlen kleinAT LuftstromAT gemahlen grobAT gemahlen feinApfelfaser kommerziell 1Apfelfaser kommerziell 2Apfelfaser kommerziell 3Apfelfaser kommerziell 4Apfelfaser kommerziell 5Apfelfaser kommerziell 6

Bild 50: Darstellung des relativen Quellvolumens der untersuchten Trester- und Rohfaserproben in Abhängigkeit vom angelegten Schwerefeld Die Nachteile dieser Methode sollen jedoch auch kurz dargestellt werden. Die Bestimmung des Volumens wird auch hier stark von der Beschaffenheit der zu untersuchenden Probe beeinflusst. Wie Bild 51 zeigt, sind die ersten beiden Proben in der Quellstruktur glatt und gleichmäßig, wäh-rend bei den drei rechten Proben starke ausgebildete Strukturen erkennbar sind. Hier spielen Lufteinschlüsse und die Benetzbarkeit eine große Rolle. Die Probe ganz rechts enthält Teile, die leichter als Wasser sind und deshalb an der Oberfläche schwimmen. Man kann zwar auch diese Teilbereiche in die Bestimmung des Volumens mit einbeziehen, jedoch ist in solchen Fällen immer mit einem größeren Fehler zu rechnen.

61

Bild 51: Volumetrische Bestimmung des Quellvermögens Untersuchung der Strukturveränderungen von Apfeltrester während des Quellvorgangs mit dem Texturanalyser und dem Rheometer Bei der Verarbeitung der zerkleinerten Trester wurde in mehreren Versuchen das Pumpverhalten dieses Materials getestet. Zur besseren Pumpfähigkeit wurden Proben mit Wasser versetzt und über Nacht stehen gelassen. Dabei zeigte sich, dass Teile des Wassers von den Trestern aufge-nommen wurden und festere Strukturen ausbildeten. Dieses Verhalten sollte durch Erfassung von Textur- bzw. rheologischen Eigenschaften in der Bewertbarkeit objektiviert werden. Um die Veränderungen bei der Lagerung des verdünnten Tresters bei Raumtemperatur nachvoll-ziehen zu können, wurden Proben im Verhältnis 1:1, 1:2 und 1:3 mit Wasser verdünnt und gut durchmischt. Für die Messung am Texturanalyser wurden die Proben in kleine Zylinder mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Höhe von 25 mm gefüllt. Danach wurde mit einem Stempel von 25 mm Durchmesser eine Texturprofilanalyse durchgeführt. Als Beispiel sind in Bild 52 die Kurven des Verdünnungsverhältnisses 1:1 übereinander gelegt. Dabei stellt die schraffier-te Fläche die Messung des ersten Tages dar. Wie eindeutig zu sehen ist, wird nach 24 Stunden mit einem größeren Kraftaufwand gemessen; die resultierende Fläche wird größer. Diese Aussa-ge gilt für alle drei Verdünnungsstufen. Dabei ist zu beachten, dass die Messung bei den Ver-dünnungsstufen 1:2 und 1:3 innerhalb des überstehenden Wassers erfolgen muss, da sonst nicht die Tresterpartikel erfasst werden. Ebenso wie mit dem Texturanalyser lässt sich die Veränderung der Tresterstruktur auch mit ei-nem Rheometer nachweisen. Hierzu wurde im Oszillationsmodus ein Amplitudensweep bei einer Frequenz von 0,25 Hz durchgeführt. Als Messsystem am UDS 20042 wurde ein

42 Firma Paar Physica Messtechnik GmbH, Ostfildern

62

Bild 52: Texturprofilanalyse des 1:1 verdünnten Tresters an zwei aufeinanderfolgenden Tagen (schraffierte Fläche stellt den ersten Tag dar) Platte / Plattesystem eingesetzt, mit den Messparametern: Durchmesser 50 mm, Messspalt 1 mm, Temperatur 20°C. Als Beispiel ist in Bild 53 der Speichermodul der Probe bei der Verdün-nung 1:1 von beiden Tagen aufgetragen. Wie eindeutig zu erkennen ist, erreicht der Speicher-modul am zweiten Tag höhere Werte. Bei stärkerer mechanischer Belastung, z.B. Rühren oder Pumpen, werden die sich offensichtlich ausbildenden gelartigen Strukturen zerstört.

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Deformation

Spe

iche

rmod

ul G

* [P

a]

1.Tag2.Tag

Abb. 53: Änderungen des Speichermoduls der Tresterprobe im Verdünnungsverhältnis 1:1

63

Zusammenfassend ergibt sich aus den Untersuchungen, dass die unterschiedlich getrockneten Tresterproben hinsichtlich des WBV mit den kommerziellen Mustern vergleichbar sind. Die nas-sen zerkleinerten Trester zeigen erwartungsgemäß durch den hohen Wasseranteil kaum ein wei-teres WBV. Für die Verarbeitbarkeit von nassen zerkleinerten Trestern konnte mit Hilfe von Textur- und rheo-logischen Messungen nachgewiesen werden, dass die Proben bei Wasserzusatz innerhalb von 24 Stunden eine festere Struktur ausbilden und danach nur mit höherem Kraftaufwand pumpfähig bleiben. II. 1.7 Herstellung und Qualitätsbewertung von Produktmustern Im Sinne der Gemeinschaftsforschung war es das Ziel dieses Projektes, gemeinsam mit den Partnern TP3 und TP443 Einsatzmöglichkeiten für die entwickelten Halbfabrikate zu sondieren. Im Sinne einer Machbarkeitsstudie sollten Rezepturen und Verarbeitungstechnologien im vor-wettbewerblichen Bereich exemplarisch erprobt werden. An Hand erster sensorischer Bewertun-gen sollte schließlich der Nachweis für die Nutzbarkeit der Trester- und Gewürzpflanzen-halbfabrikate erbracht werden. Folgende Möglichkeiten wurden erprobt: • Herstellung ballaststoffhaltiger Getränke im Labormaßstab und unter technischen Bedingun-

gen durch Zusatz von Tresterhalbfabrikaten (TP1 und TP4) • Apfelrotkohl mit Beimengungen von Halbfabrikaten aus Apfeltrestern (TP1, TP3, TP4), siehe

Abschlussbericht TP4. • Brot mit erhöhtem Ballaststoff- und Gesamtpolyphenolgehalt durch Zusatz zerkleinerter

Apfeltrester (TP1) • Joghurt unter Verwendung zerkleinerter Apfeltrester als Fruchtzubereitung • Extrusionsprodukte (Crispies) unter Verwendung zerkleinerter Apfeltrester oder Gewürzkräu-

ter • Kräuterzubereitungen und Gewürzpulpen als Würzsoßen aus Kräutern und Kräuterrückstän-

den, u.a. durch gleichzeitige Zugabe von Salz, Öl, Ascorbin- und/oder Zitronensäure beim Zerkleinerungsprozess (Herstellung TP1, sensorische Bewertung, Nutzungsmöglichkeit TP3, s. Abschlussbericht TP3)

II. 1.7.1 Ballaststoffhaltige Getränke unter Nutzung zerkleinerter Apfeltrester Trubstoffhaltiges Apfelgetränk Herstellung Für die Herstellung eines ballaststoffhaltigen Getränks wurden frische Apfeltrester mit Apfelsaft auf 80 % Wassergehalt eingestellt und mit Schneidtechnik (s. Kap. II. 1.3.2, S.27) unter Nutzung des Schneidsatzes mit 212 Messerplättchen, Winkelstellung 1°, feinstzerkleinert. Von diesem Zwischenprodukt wurden 20g/L in Apfelsaft unter intensivem Rühren gut verteilt. Nach einstufiger Homogenisation bei unterschiedlichen Drücken, max. 1000 bar (s.S. 34), wurde das Getränk in 1-Literflaschen abgefüllt und im Wasserbad pasteurisiert. Qualitätsbewertung

43 Forschungspartner TP2 nutzt auf Grund seines Marktprofils und der damit verbundenen Verarbeitungstechnologien weniger solche pastösen/breiigen Halbfabrikate, die im TP1 und TP4 entwickelt wurden, begleitete aber mit Interesse und Unterstützung bei analytischen und sensorischen Problemen das Vorhaben weiterhin (s. Abschlussbericht TP2).

64

Der optische Eindruck hinsichtlich Farbe und Feststoffverteilung des Getränkes war gut. Mit einer etwas erhöhten Dichte von 1,0452 g/cm3, einem Brix-Wert von 11,7 ( Brechungsindex 1,3510) und einem pH-Wert von 3,39 entsprachen diese Parameter denen des Ausgangssaftes. Geruch und Geschmack waren apfelsafttypisch, überlagert von einer leichten Kochnote, offensichtlich resultierend aus dem nicht optimierten Pasteurisationsverfahren. Mit 1,86 mm2/s lag die Viskosi-tät geringfügig über der von Apfelsaft, was sich sensorisch positiv auswirkte. Die Partikelanalyse ergab einen mittleren Durchmesser von 40 µm. Das Partikelgrößenspektrum reicht von 0,4 µm bis 400 µm, wobei 90 % der Partikel Durchmesser < 235 µm aufweisen. Der Feststoffgehalt ist im Mundgefühl deutlich spürbar und wirkt im Apfelsaft sandiger und härter als vergleichsweise ande-re feststoffhaltige Fruchtsaftgetränke. Nach 6 Monaten Lagerung bei Raumtemperatur war im ballaststoffhaltigen Apfelsaft die Grenze der zulässigen mikrobiologischen Belastung erreicht. Der Feststoff hatte sich ohne Ausflocken oder Zusammenballen (wie es typisch bei naturtrüben Apfelsäften auftritt) abgesetzt und ließ sich durch leichtes Aufschütteln der Flasche gut im Saft verteilen. Die Sedimentation der Tresterparti-kel konnte im klaren Apfelsaft optisch besonders gut verfolgt werden. Multivitaminmehrfruchtgetränke mit Zusatz von zerkleinerten Apfeltrestern Herstellung LIBEHNA produziert mehrere Fruchtsaftgetränke, die neben einem Vitaminzusatz zur Erhöhung des Ballaststoffgehaltes Apfelfasern oder Haferrohfasern enthalten (Tab. 13). Tab.13 : Ausgewiesene Zusammensetzung von "Guten-Morgen-Drink"

Nährwertangaben je 100 ml

Brennwert 124 kJ/29 kcal Eiweiß <1,0 g Kohlenhydrate 6,8 g davon Zucker 6,7 g Fett <1 g davon gesättigte Fettsäuren <0,1 g Ballaststoffe 0,6 g Natrium 0,02 g Vitamin C 18,0 mg Vitamin E 3,0 mg Vitamin A 240,0 mg

Das handelsübliche Produkt "Guten-Morgen-Drink" (nachfolgend abgekürzt mit 'GMD') wird aus einem Konzentrat hergestellt, das bereits Haferrohfaser enthält, die im Fertigprodukt einen Mas-senanteil von ca. 0,6 % ausmacht. Das Originalgetränk besitzt eine Dichte von 1,03268 g/cm3 und eine Viskosität von 11,4 mPas (bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s-1) und sind deutlich höher als im klaren Apfelsaft, wodurch eine erhöhte Trubstabilität erreicht wird. Da sich hier gute Vergleichsmöglichkeiten mit einem bei Käufern beliebten Produkt anbieten, wurde die Grundre-zeptur beibehalten und die Auswirkung unterschiedlicher feinstzerkleinerter Apfeltresterzusätze bzw. die Zugabe von mahlgetrocknetem Apfeltrester untersucht. Aus den nasszerkleinerten Apfeltrestern (hergestellt mit Schneidtechnik, 212 Messer, 1°-Winkelstellung –s.S.28; Apfeltresterpüree, s.S. 36) und GMD wurde eine Stammlösung im Masseverhältnis 1: 3 herge-stellt. Nach Pasteurisation bei 90°C wurden von dieser Stammlösung entsprechende Mengen in vorgewärmte 1L -Flaschen eingefüllt, aus denen die in Tab. 14 ausgewiesenen Endkonzentratio-

65

nen bezogen auf TS/L resultieren. Um Vergleichsmöglichkeiten für die mengenmäßige Verarbei-tung der verschiedenen Tresterprodukte zu haben, sind in Tabelle 14 außerdem 'Verbrauchs-mengen' bezogen auf das jeweilige Zwischenprodukt aufgeführt. Diese Flaschen wurden vor dem Füller auf das Transportband der Abfüllanlage von LIBEHNA gestellt und durchliefen so den betrieblichen GMD-Füllprozess von der Heißabfüllung bei 85 °C, dem automatischen Verschluss der Flaschen und dem Rieseltunnel. Tab. 14: Getränkeproben mit unterschiedlichen Ballaststoffzusätzen

Bezeichnung Zusatz Ballaststoff Verbrauchsmenge Einbringen durch

GMD Standard Vergleichsprobe GMD Standard 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Rühren GMD Standard 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60 g/L Rühren GMD Standard 4 g TS/L Apfelfaser 5 g/L Rühren

GMD Standard 10 g TS/L Apfeltrester 50 g/L Rühren GMD Standard 10 g TS/L Apfeltresterpüree 150 g/L Rühren GMD ohne Haferrohfaser Vergleichsprobe GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Rühren GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60 g/L Rühren GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfelfaser 5 g/L Rühren

In einem weiteren Versuchszyklus (Tab. 15) wurden die Versuche teilweise wiederholt und ein Teil der Proben vor dem Pasteurisieren wiederum bei verschiedenen Drücken homogenisiert. Tab. 15: Getränkeproben zur Untersuchung des Einflusses der Homogenisierung

auf den sensorischen Gesamteindruck

Bezeichnung Anteil Ballaststoff Verbrauchsmenge Einbringen durch

GMD Standard Vergleichsprobe

GMD Standard 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Rühren GMD Standard 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60 g/L Rühren

GMD Standard 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Homogenisieren GMD Standard 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60g/L Homogenisieren GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Rühren GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60 g/L Rühren

GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltrester 20 g/L Homogenisieren GMD ohne Haferrohfaser 4 g TS/L Apfeltresterpüree 60 g/L Homogenisieren

GMD ohne Haferrohfaser 10 g TS/L Apfeltrester 50 g/L Homogenisieren GMD ohne Haferrohfaser 10 g TS/L Apfeltresterpüree 150 g/L Homogenisieren

66

Qualitätsbewertung Die Ballaststoffgetränke mit Zusätzen von Apfeltrester und Apfeltresterpüree konnten im Ausse-hen vom handelsüblichen GMD nicht unterschieden werden. Durch den Zusatz von Apfeltrester oder Apfeltresterpüree werden die Getränke geringfügig farblich etwas heller (Bild 54 und Bild 55).

1 2 3 41 2 3 4

Bild 54: 1 Guten Morgen Standard / Re2 mit 20 g/L gesch3 mit 5 g/L troc4 mit 60 g/L Apfe Der volle und absatz von Apfeltrsind gegenüberAroma, dadurch'apfelig' als das(entspricht 4 g TBild 56) und dam% der Partikel Dgleicher PartikeVerwendung volung offensichtlicrend empfundenBei den homogewas sandige MuBei Einarbeitungohne HaferrohfaIm Getränk mit Aeher apfelmustyObwohl durch dfalls verringert wpischen Nebenn

Bild 55: Drink mit Haferrohfaser 1 Guten Morgen Drink ohne Haferrohfaser ferenzprobe Sonderausmischung nittenem Apfeltrester 2 mit 20 g/L geschnittenem Apfeltrester kenen Apfelfasern 3 mit 5 g/L trockenen Apfelfasern ltresterpüree 4 mit 60 g/L Apfeltresterpüree

gerundete Geschmack des Original – GMD (Referenzprobe) wird durch den Zu-ester oder Apfeltresterpüree etwas zurückgedrängt. Die Frische und Fruchtigkeit dem Original nur leicht verringert. Die Ballaststoffe überlagern geringfügig das riechen die Getränke schwächer, aber dennoch fruchtig, frisch und etwas stärker Original. Bereits bei Zusatz von 20 g Apfeltrester oder 60 g Apfeltresterpüree S) besitzen die Proben eine höhere Viskosität und werden damit höherviskos (s. it sämiger empfunden als der Standard. Nach der Volumenverteilung haben 90 urchmesser unter 300 µm. Der mittlere Durchmesser beträgt ca. 40 µm. Trotz

lgrößenverteilung (s.S. 32) tritt das etwas griesige und sandige Mundgefühl bei n Apfeltrester stärker hervor als bei Zugabe des durch die thermische Behand-h weicheren Apfeltresterpürees. Dies wird aber nicht als unangenehm oder stö-. nisierten Getränken mit Apfeltrester und Apfeltresterpüree verschwindet das et-ndgefühl. Sie wirken noch höherviskoser und sämiger. von 50 g Apfeltrester oder 150 g Apfeltresterpüree (entspricht 10g TS/L) mit und ser wird der Saft von zahlreichen Verbrauchern bereits als zu breiig empfunden. pfeltresterpüree tritt eine leichte Bitternote hervor, Geruch und Geschmack sind

pisch. as Homogenisieren dieser Säfte mit hohem TS-Gehalt das sandige Gefühl eben-ird, tendieren Geruch und Geschmack ebenfalls stärker zu einer fruchtsaftunty-ote.

67

Fließkurve

10-3

10-2

10-1

100

Pa·s

η

100

1 2

Von den Gutachtern44 wurden nem Zusatz von 60 g Apfeltrestpüree (10g TS) positiv als vollmuGetränke, die Apfeltrester enthaim homogenisierten Zustand akschnittenen Apfeltrestern (>4g Tmit sehr hohem Gehalt (>10g TGesamteinschätzung ('strohig', 'Die Getränkeproben mit käuflicchengrößenverteilung geschnittBewertungskriterien AussehenVerkostung als nicht akzeptabeund dunklen Apfelfaserpartikel benso der Geruch. Der GeschmVerbraucher, die einen hohen BChargen mit noch höheren Treanderen Probanden als zu 'rausierten Getränken) eingeschätzve Note besonders hervor. Selbst nach einer Lagerzeit bis nertem Apfeltrester noch mikrobfügig aufgehellt, was sich objeSystem belegen ließ. Sowohl im Originalsaft als auch rung im unteren Drittel der Flagleichmäßig verteilt werden kon

44 Die sensorische Bewertung wurde vProben einem Panel der Firma SymriseGmbH, Leipzig-Miltitz. Beiden Firmenausgesprochen!

4

3

101

102

103

1/s

Scherrate γ.

GMD frisch 2

η Viskosität

GMD 300bar 2

η Viskosität

GMD m. HRF ATP-4 2

η Viskosität

GMD o. HRF ATP-4 2

η Viskosität

Bild 56: Fließkurven vom apfeltresterhaltigen GMD 1 GMD (Standard); 2 GMD mit Haferfaser und Trester; 3 GMD nur mit Trester; 4 GMD nur mit Trester(homogenisiert)

die homogenisierten GMDs mit und ohne Haferrohfaser und ei-erpüree (4 TS) sowie ohne Haferrohfaser mit 150 g Apfeltrester-ndig, glatt und harmonisch bewertet. lten wurden bis zu einem Gehalt von 20g/L (4g TS/L) vor allem zeptiert. Die GMDs, die zusätzlich zur Haferrohfaser mit kalt ge-S) angereichert wurden bzw. Getränke ohne Haferrohfaser, aber S/L ) an kalt geschnittenen Apfeltrestern, erhielten die negativste muffig'),. h erworbenen Apfelfasern, deren Partikeldurchmesser der Teil-ener oder heißpassierter Apfeltrester entspricht, wurden in den , Mundgefühl sowie Geruchs- und Geschmackseindruck bei der l eingestuft. Bereits im Aussehen wurden die auffälligen großen sehr störend empfunden. Das Mundgefühl war unangenehm, e-ack wurde als pappig, getreideartig ('celluloseartig') beschrieben. allaststoffgehalt in den Getränken wünschen, bevorzugten sogar steranteilen, selbst im nicht homogenisierten Zustand. Was von h', 'etwas kratzig', 'zu körnig' (vor allem bei den nicht homogeni-t wurde, hoben die Käufer ballaststoffhaltiger Produkte als positi-

zu einem Jahr bei Raumtemperatur waren die GMD's mit zerklei-iologisch stabil. Die Säfte wirkten nach dieser Zeit optisch gering-ktiv durch leichte spektrale Abnahme des Rotanteils im L*a*b-

in den apfeltresterhaltigen Säften setzten sich während der Lage-schen Feststoffe ab, die aber durch leichtes Schütteln wieder nten. Im trubstoffhaltigen Überstand betrugen die mittleren Teil-

on zwei geschulten Verkostergruppen vorgenommen. LIBEHNA übergab die , Nörtlingen und ILTQ einem Panel der Firma Bell, Flavor und Fragrances wird an dieser Stelle der Dank für die Unterstützung der Forschungsarbeiten

68

chendurchmesser ca. 1 µm. Von den abgesetzten Feststoffpartikeln hatten ca. 80 % der Teilchen mittlere Durchmesser < 50 µm. Aus der Volumenverteilung berechnet, lagen 90 % der Partikel im mittleren Durchmesser unter 130 µm. Im Mundgefühl unangenehme Zusammenballungen und Verklumpungen, wie sie in trubstoffhalti-gen Apfelsäften bereits nach kürzeren Lagerzeiten beobachtet werden traten bei den tresterhalti-gen Säften nicht auf. II. 1.7.2 Gewürzpulpen aus Kräutern und Kräuterrückständen Die Versuchschargen aus Kräuterrückständen (s. Tab. 6, S. 40) wurden dem Projektpartner TP2 für eine Produktentwicklung übergeben, da dieser über eine Versuchsküche, Verkosterpanels für Gewürze sowie eine detaillierte Übersicht über Marktentwicklungen verfügt. Die Ergebnisse sind im Abschlussbericht von TP2 zusammengestellt. Weitere Einsatzmöglichkeiten der Zwischenprodukte aus Gewürzpflanzenrückständen werden unter Pkt. 1.7.5 beschrieben II. 1.7.3 Backen von Brot mit zerkleinertem Apfeltrester Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die Überprüfung der Nutzbarkeit von nassen zerklei-nerten Apfeltrestern für die Herstellung eines Brotes mit hohem Ballaststoff- und Polyphenolge-halt. In der Literatur wird der Einsatz von trockenen Apfelfasern als Brot- und Gebäckzusatz be-schrieben [z.B. 43]. Verbesserungen konnten im Mundgefühl, in der Volumenzunahme und Feuchtehaltung sowie in der Reduktion des Fett- und Kaloriengehaltes beobachtet werden. Versuchsdurchführung/Brotrezeptur Für die Versuche wurde ein dunkles Roggenmischbrot mit Sauerteig gebacken. Grundrezeptur:

- 275 g Wasser - 75 g Sauerteig - 200 g dunkles Roggenmehl Type 997 - 300 g Weizenmehl Type 550 - 10 g Salz - 42 g frische Hefe - 12 g Zucker

Das Wasser wurde durch zerkleinerte Apfeltrester (AT Feststoffgehalt 6 %) bzw. Apfeltresterpü-ree (ATP Feststoffgehalt 7 %) in 50 g-Schritten bis max. 200g ersetzt. Teigbereitung/Backen Der Teig wurde im Teigbereiter Diosna SP24F 120 s vorgemischt und anschließend 300 s gekne-tet. Das Teiggewicht pro Brot betrug 900 g. Anschließend folgte eine Teigruhe in einer Kasten-form von 30 min bei 36 °C und 70 % Luftfeuchte in Gärschrank Etoma EGS-12. Der Backvor-gang erfolgte im Backautomaten Etoma –Multimax 6-11 nach folgendem Regime:

- 30 min bei 190 °C - 10 min bei 180 °C - 10 min bei 175 °C - 10 min bei 170 °C - Luftfeuchte 100 %

69

Ergebnisse Volumen/Gewicht Das Volumen wurde mit Hilfe der Verdrängungsmethode mit Graupen/Senfsaat durchgeführt. Das Volumen der Vergleichsbrote nach dem Backprozessbetrug 1625 bzw. 1675 ml. Die graphi-sche Darstellung des Brotvolumens (Bild 57) zeigt eine deutliche Volumenzunahme von bis zu 15 % bei einer Tresterzugabe von 100g. Bild 58 zeigt deutlich, dass der Tresterzusatz von 50g eine lockerere Struktur und ein feinporigeres Schnittbild ergibt. Die Gewichtsabnahme durch Wasserverlust während des Backens betrug unabhängig von der Trestermenge 5-10 % der Ausgangsmenge.

1550

1600

1650

1700

1750

1800

1850

1900

1950

Verg le ich 50 g 100 g 150 g 200 gZusatz Apfeltrester

Volu

men

ml

Bild 57: Volumenveränderung durch Bild 58:Tresterzusatz

1 Verglei

geschnittener Trester Tresterpüree Festigkeit der Krume Die Untersuchungen zur Festigkeit des Brotes wurden (Eindringtiefe) 3 Stunden nach Beendigung des BackproWeichheit der Krume wird das Eindringen eines Probeköstanter Kraftbeaufschlagung von 500 N über einen Zeitrau

Bild 59: Eindringtiefe in Abhängigkeit des Trestergehaltes

die Eindringtiefe in Abhängigkeit vom Apfeltrestergehalt im

us Bild 59 ist eine deutliche Zunahme der Weichheit bei

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150 200

Zusatz Apfeltrester g

Eind

ringt

iefe

cm

nac

h 20

s

geschnittener Trester Tresterpüree

A50 g je Brot sowohl für nass geschnittene Trester als auch Größere Trestermengen führten bei Beibehaltung der Grun

45 Firma Feinmesstechnik Dresden

1

Schnittbild

terchsbrot

r

mit dem Gerätzesses durchgrpers (Durchmm von 120 s g

Brot dargestell

Tresterzusatz bfür Tresterpüredrezeptur zu ke

2

2 Brot mit 50 g Tres2 Brot mit 50 g Treste

Penetrometer AP4/345 eführt. Als Maß für die esser 25 mm) bei kon-emessen. In Bild 59 ist

t.

is zu einem Gehalt von

rungen. e erkennbar. inen Verbesse

70

100

110

120

130

0 50 100 150 200 250

Zugabe Apfeltrester g

Zuna

hme

Ges

amtp

olyp

heno

lgeh

alt %

olyphenolgehaltP alt wurde mit der Folin-Ciocalteu-Methode nach salzsaurer Extraktion (Scree-

Bild 60: Zunahme des Polyphenolgehaltes im Brot (Bezugswert: Vergleichsbrot = 100 %)

Ver

ohfas

Der Polyphenolgehning-Methode) des zerkleinerten Brotes bestimmt.

Tresterpüree

Imwerdentes um R

Bild 61

as Ver Ge

Die Be

101112131415161718

D ed FeuchtFür dieBrotscTrocknMessu

geschnittener Trester

gleichsbrot konnte ein Anfangspolyphenolgehalt von 251 mg/kg fertiges Brot gemessen

er

. Durch eine Zugabe von 200 g Apfeltrester konnte eine Erhöhung des Polyphenolgehal- durchschnittlich 25 % erreicht werden (Bild 60).

mung des Rohfasergehaltes erfolgt nach der Methode Scharrer-Kürschner [5].

: Veränderung des Rohfasergehaltes (Bezugswert: Vergleichsbrot = 100 %)

im mittel 0,55 und durch Zugabe von Apfeltrester konnte halt auf durchschnittlich 0,95 % und damit um über 70 % gesteigert werden (Bild 61).

stim

000000000

50 100 150 200Gehalt an Apfeltrester in g je Brot

geschnittener Trester Tresterpüree

rgleichsbrot enthält % Rohfaser

e der Krume Feuchtebestimmung der Krume wurde aus dem mittleren Bereich einer 1 cm dicken

e Kreisstücke mit 3 cm Durchmesser herausgeschnitten und mit der IR-heibe mehrerungswaage MA40 (Sartorius) bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Die Mittelwerte dieser ngen sind in Bild 62 dargestellt.

71

bwohl en das Gegealt der Feuchtigkeitsgehalt des Brotes a

en eingeschätzt werden.

rden

enr Verwendung zerkleinerter Apfeltrester

39,540

40,541

41,542

42,543

43,544

44,5

Vergleich 50 g 100 g 150 g 200 gZusatz Apfeltrester

Feuc

hte

Kru

me

%45

Bild 62: Krumenfeuchte in Abhängigkeit vom Trestergehalt

geschnittener Trester e

O nach Literaturangabhdem Ersatz des Wassers in der RezeptuWassergehalt, sollte aber nicht zur Substden, sondern zusätzlich eingearbeitet wergebunden ist. Grundsätzlich kann die Zugabe von zerkBroteigenschaftNährstoffgehaltes bei gleichzeitiger Steigetes erzielt. Die sensorische Beurteilung ddes Brotgeschmackes. Eine etwaige 'Apf'weicher' und 'feinkrumiger' bewertet. Aus zeitlichen Gründen konnten keine wedurchgeführt werden. Inzwischen wuHalbfabrikate zwei kmU der Backwarenbrgen übergeben, die eine Anwendung der b II. 1.7.4 Herstellen von Joghurt mit z Im Rahm des Forschungsprojektes wutestichfesten Joghurts ist immer eine TrockAnreicherung der Trockenmasse beispiMilchpulver aus entrahmter Milch erzielt. Ighurts hergestellt, bei denen die Trockendes Magermilchpulvers gegen geschnittenkleinerten Apfeltrestern und im Apfeltrestebildung einer Gelstruktur im Joghurt auswiDer Standardjoghurt wurde aus 11 % MRührjoghurts mit einer FruchtzubereitungMilchpulvers durch eine äquivalente TrApfeltresterpüree ersetzt. Alle Proben wuHeißhaltezeit von 30 min bei 90°C wurdTemperatur für etwa 2 Stunden mit einer 2

Tresterpüre

n wurde, nahm mit steigendem Tresterge-b. Wahrscheinlich resultierte diese Abnahme u.a. auf

Durch den Tresterzusatz wird eine Absenkung des

aber die im Rahmen dieses Projektes hergestellten

bereitung

un-als Fruchtzubereitung untersucht. Zur Herstellung eines

erkleinertem Apfeltrester wurde jeweils 1 % des

teil erwartet

r durch den Trester. Dieser besitzt zwar einen hohen ituierung des Wassers in der Rezeptur verwendet wer-den, da offensichtlich das Wasser relativ fest im Trester

leinerten Apfeltrestern zum Brotteig vorteilhaft für die

rung der Ballaststoffanteile und des Polyphenolgehal-es Tresterbrotes ergab keine signifikante Veränderung elnote' war nicht nachweisbar. Die Krume wurde mit

itere Untersuchungen und Optimierungen der Rezeptur

anche und einem Produzenten für Fertigbackmischun-isherigen Erkenntnisse derzeit prüfen.

erkleinertem Apfeltrester als Fruchtzu

rde das Herstellen von ballaststoffhaltigem Joghurt

enmasseanreicherung erforderlich. Industriell wird die elsweise durch die Zugabe von sprühgetrocknetem m Vergleich zu einem Standardjoghurt wurden Rührjo-masse erhöht wurde durch den anteiligen Austausch e Apfeltrester oder Apfeltresterpüree. Das in den zer-

rpüree enthaltene Pektin sollte sich positiv auf die Aus-rken. agermilchpulver und 2 % Milchfett hergestellt. In den aus zockenmasse an zerkleinertem Apfeltrester bzw. an rden homogenisiert und auf 90 °C erhitzt. Nach einer e auf 42 °C rückgekühlt und anschließend bei dieser %-igen Joghurtkultur (Danisco V2) bebrütet. Mit einem

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gemessenen pH von 4,8 wurden die Proben in einen Kühlschrank gestellt. Nach einer Kühlzeit von 12 Stunden bei 4 °C wurden die rheologischen Eigenschaften des Joghurts bestimmt. Durch ein geschultes Verkosterpanel wurden die Joghurts mit Fruchtanteil im Vergleich zum Standard sensorisch beurteilt. Bild 63 zeigt die hergestellten Rührjoghurts im stichfesten Zustand. Obwohl sich die Partikelgrö-

enverteilungen im geschnittenen Apfeltrester und Apfeltresterpüree nicht signifikant unterschei-ßden, weist der Joghurt mit Apfeltrester eindeutig eine Phasentrennung auf. Der Fruchtanteil se-dimentiert in einer Bodenschicht aus. Bei Verwendung von Apfeltresterpüree sind die Fruchtparti-kel gleichmäßig im Joghurt verteilt.

Abb. 63: Joghurtproben im stichfesten Zustand: Standard als Vergleichsprobe (links), mit Fruchtzubereitung Apfeltrester (mittig) und Apfeltresterpüree (rechts)

on Apfeltrester der Apfeltresterpüree wurden als angenehm und keinesfalls als störend empfunden. Im Mund-

it Fruchtanteil egenüber dem Vergleichsstandard nur geringe Abweichungen in der Festigkeit auf. Im stichfes-

chstoff für die erforderliche Erhöhung der Trockenmasse.

l

Die etwas veränderte Farbe und der leichte Apfelgeschmack durch die Zugabe vogefühl waren der Standard und der Joghurt mit Apfeltresterpüree angenehm glatt, der Joghurt mit geschnittenem Apfeltrester dagegen störend rau, unangenehm griesig und sandig. Bei der Untersuchung der rheologischen Eigenschaften weisen die Rührjoghurts mgten Zustand der Joghurts dagegen bewirkt die Trockenmasseanreicherung durch Apfeltresterpü-ree die signifikant höchste Festigkeit. Für die Herstellung von Rührjoghurt mit Fruchtanteilen erweist sich Apfeltresterpüree in der Grundrezeptur als geeigneter AustausDagegen sind geschnittene Apfeltrester als Fruchtzubereitung zur Trockenmasseanreicherung durch die inhomogene Verteilung im Joghurt und das sensorisch raue und griesige Mundgefühnur bedingt geeignet.

73

II. 1.7.5 Extrusion von Crispies unter Verwendung zerkleinerter Apfeltester oder Gewürz-kräuter Mit Hilfe der Extrusion können kohlenhydrat- bzw. proteinhaltige Lebensmittelmatrices in der Tex-tur verändert und eine Vielzahl unterschiedlichster Formen und Strukturen der Endprodukte er-zeugt werden. Die bereits existierende Produktvielfalt an extrudierten Snacks, Frühstücks-Cerealien, Süßwaren, aber auch an Snackprodukten für die Tierernährung, waren Anlass, nach Einsatzmöglichkeiten für die im Rahmen des Projekts erzeugten Zwischenprodukte zu suchen. Gemeinsam mit der Firma anona-nährmittel C.L. Schlobach GmbH, Colditz/Sa.46, die über langjähri-ge Erfahrungen bei der Herstellung von Extrudaten verfügt, wurden verschiedene Verwen-dungsmöglichkeiten der Trester- und Gewürzpflanzenprodukte sondiert und an Beispielen expe-rimentell erprobt. Als ein sehr interessantes Produkt soll exemplarisch die Herstellung von 'Apfeltrester-Crispies' bzw. von 'Basilikum-Crispies' betrachtet werden, die selbst wiederum Ein-satz bei der Herstellung von Fruchtriegeln, würzigen Snackprodukten oder völlig neuartigen Er-zeugnissen finden können. Versuchsdurchführung

Aufbauend auf einer Grundrezeptur aus Reisstärke wurden unterschiedliche Massenanteile an kalt geschnittenen Apfeltrestern bzw. Zwischenprodukte aus Basilikumstengeln und vergleichs-weise dazu aus Basilikumblatt zugemischt. Diese Chargen wurden für die Versuche nach der Feinstzerkleinerung als Tiefkühlprodukte bei –18°C gelagert und vor der Verarbeitung aufgetaut. Alle Ansätze (s.Tab. 16) wurden in einem Schaufelmischer vorgemischt, um eine gute Homogeni-tät des Ausgangsproduktes zu erreichen. Der Feuchtegehalt wurde auf 20 % bis 24 % eingestellt. Die Extrusion erfolgte in einem Versuchsextruder (Bild 64) mit einem mittleren Durchsatz von 100 kg/h, das entsprach Drehzahlen der Zuführschnecke von 350 U/min für die Basilikumchargen und 460 U/min für die Apfeltresterchargen. Die Schneckendrehzahl im Extruder betrug 960-1150 U/min.

Tabelle 16: Rezepturen Qualitätsparameter für die Extrudate (Zusatz entspricht Trester oder Basilikum)

Rezeptur

Reisgrieß (kg)

Zusatz (kg,%)

Salz (kg)

Zucker (kg)

Charge Qualitätsparameter Restfeuchte

(%) Schüttguttdichte

(g/L)

1 Apfeltrester 18,79 290 16,00 4kg, 20 % 0 0 2 Apfeltrester 16,41 278 16,82 3kg, 15 % 0,18 0 3 Apfeltrester 16,82 2kg, 10 % 0,18 1 4 Basilikumblatt 12,56 200 17,82 2kg, 10 % 0,18 0 5 Basilikumblatt 14,52 196 16,82 3kg, 15 % 0,18 0 6 Basilikumstengel 15,26 207 16,82 3kg, 15 % 0,18 0

Bei einer Drehzahl der rotierenden Schneidmesser von ca. 1970 U/min wurden kugelförmige Extrudate mit einem Durchmesser von 3mm bis 5mm erhalten. Die noch weichen und zum Ver-kleben neigenden Kugeln wurden in einem anschließenden Trocknungs- und Röstschritt zu ei-nem lagerfähigen Produkt mit einem Restfeuchtegehalt von ca. 6 % nachgetrocknet. In dieser

46 Die Bearbeiter bedanken sich an dieser Stelle bei der Firma anona-nährmittel C.L. Schlobach GmbH, Col-ditz/Sa., für die Bereitstellung der Versuchstechnik und bei den Mitarbeitern des Technikums für die fachliche Unter-stützung bei der Durchführung der experimentellen Arbeiten.

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Prozessstufe bildet sich die endgültige aufgeblähte, von Hohlräumen durchsetzte Struktur her-aus, die auf Grund der Festigkeit des Materials den typischen 'Crispeffekt' bewirkt.

Bild 64: Versuchsextruder

1 Gesamtansicht 2 Matrizenform mit Schneidmesser

2 1

Ergebnisse Die aus den Apfeltrestern erzeugten Extrudate (Bild 65 a) waren weitgehend geschmacksneutral, ggf. mit einer leichten fruchtigen Note. Durch Zusatz von Aromen ist es so möglich, eine Vielfalt sehr unterschiedlicher Geschmacksnuancen zu erzeugen. Die krossen, knusprigen Kugeln (an-dere Formgebungen sind möglich) können unmittelbar als Knabberprodukt verwendet oder nach Verarbeitung z.B. in Riegelform als Snackartikel angeboten werden. Durch Kombination von Ku-geln mit unterschiedlichen Geschmacksrichtungen sind interessante Erzeugnisse denkbar. Das Extrudieren der zuckerhaltigen Mischungen (5 % Zuckeranteil) bereitete vorerst Schwierigkeiten, da diese zum Verkleben neigen.

a b

Bild 65: Kugelförmige Tresterextrudate

75

Eigene Untersuchungen zeigten weiterhin, dass die Tresterextrudate z.B. adsorptiv ß-Carotin aus carotinhaltigen Lösungen binden wie Bild 65 b zeigt. Somit bieten sich verschiedenartige Mög-lichkeiten, aus dem gleichen Extrudat in einer Nachbehandlung Zusatzeffekte zu erzielen. Die Basilikum- Extrudate ergaben herzhafte Knabberprodukte, für die neben dem direkten Ver-zehr ebenfalls vielfältige Einsatzmöglichkeiten denkbar sind. Durch Variation des Anteils Basili-kumblatt/ Basilikumstengel können geschmackliche und farbliche Nuacierungen vorgenommen werden, angepasst an die jeweilige Applikation (s.Bild 66). Verkostungen ergaben, dass bereits Produkte, die nur die Basilikumrestprodukte enthalten, einen dezenten, aber unverwechselbaren Geschmackseindruck vermitteln. Der erhöhte Rohfasergehalt, der sich bei Zusatz von 20 % Trester gegenüber der Grundrezeptur nahezu verdoppelt, ist darüber hinaus von ernährungsphysiologischer Bedeutung.

Bild 66: Basilikumextrudate II. 1.8. Zusammenfassung Bei der Herstellung von Apfelsaft fallen pro Jahr in Deutschland ca. 80 000 t Apfeltrester als nas-se Pressrückstände an. In großen Verarbeitungsbetrieben werden diese Trester getrocknet und der Pektinindustrie zur Weiterverarbeitung zugeführt. Bei kmU bereitet die Entsorgung der Trester, die einen hohen Wassergehalt aufweisen und zum schnellen mikrobiellen Verderb füh-ren, auf Grund der sich ändernden Deponieverordnungen zunehmend Schwierigkeiten. Da die Trester einen hohen Anteil an ernährungsphysiologisch bedeutsamen Stoffen wie Vitamine, Po-lyphenole und Ballaststoffe enthalten stellen sie einen wertvollen nachwachsenden pflanzlichen Rohstoff dar. Auch bei der Verarbeitung von Gewürzpflanzen wie Petersilie, Dill und Basilikum zu Tiefkülprodukten verbleiben Stängel, Blattachsen und Blattreste in Mengen über 30% vom geern-teten pflanzlichen Material als Reststoff. Ziel dieses Projektes war es, durch eine Aufarbeitung dieser pflanzlichen Abprodukte der Le-bensmittelproduktion zu einer ganzheitlichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe beizutragen. Durch die Entwicklung abfallarmer Verarbeitungsverfahren sollte ein nachhaltiger Beitrag zur massenmäßigen Reduzierung solcher Abprodukte geleistet werden. Eine Nutzbarmachung der Trester als Zusatzstoff in Getränken und anderen Lebensmitteln erfor-derte eine Feinstzerkleinerung, mit Teilchengrößen möglichst <100 µm. Dies erschien zunächst

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als eine triviale Aufgabe. Bereits die ersten Versuche zeigten jedoch, dass das feuchte organi-sche Material infolge des hohen Anteils an plastischer Formänderung und elastischer Dehnung beim mechanischen Energieeintrag spezielle Zerkleinerungstechnologien erfordert. In Zusam-menarbeit mit Maschinenherstellern wurden im Verlauf des Projekts folgende Verfahren zur Kalt-zerkleinerung untersucht: • Wolftechnik mit Schraubenpumpen zur Produktförderung, in Kombination mit mehrteiligen

Trenn- und Schneidsätzen sowie dem Einsatz eines neuartigen Trennventils zum Abtrennen sehr fester Bestandteile wie Stiele, Kerne, Kerngehäuse, Spelzen und Schalen (Ersterpro-bung für einen solchen Anwendungsfall!).

• Schneidtechnik mit feststehenden Messern, bei der unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft das in der Mitte auf einen Rotor aufgegebene zu zerkleinernde Gut nach außen geschleudert und geschnitten wird

• Mühlentechnik mit Rotor- Stator- System im Durchflussverfahren • Nachzerkleinerung mit Mühlentechnik (Rotor- Stator- System) bzw. Homogenisieren unter

hohem Druck mit Cellrupt - Düse. Als Alternative zur Kaltzerkleinerung wurde das Heißpassieren über ein zweistufiges Siebsystem untersucht. Dabei entsteht ein ca. 80°C heißes Apfeltresterpüree, aus dem die nicht zerkleine-rungsfähigen sehr festen Bestandteile während des Passiervorganges abgetrennt werden. Als weitere Möglichkeit zur Apfeltresterverarbeitung wurde ein Verfahren zur gleichzeitigen Trocknung und Zerkleinerung (Mahltrocknung) zur Herstellung einer Apfelfaser erprobt. Im Ergebnis dieser Untersuchungen konnte als Kaltzerkleinerungsverfahren die Schneidtechnik47 optimiert werden. Der Einsatz eines Schneidkopfes mit 212 Messerblättchen und einer Winkel-stellung von 1° führt zu einem aggressiven Schnitt und damit zu einem guten Verhältnis zwischen Durchsatz, Temperaturbelastung und erzielbarer Partikelgröße des zerkleinerten pflanzlichen Materials. Durch Zusatz von Wasser bzw. Fruchtsaft bei der Tresterverarbeitung vor dem Scheidvorgang kann die gewünschte Konsistenz der entstehenden Halbfabrikate angepasst an die Weiterverarbeitung von hochpastös bis pulpeartig eingestellt werden. Stört bei der Verwendung der Halbfabrikate aus Apfeltrtestern eine leichte 'apfelmusartige' Ge-schmacksnote nicht, kann als Alternative zur Kaltzerkleinerung die Aufarbeitung der Apfeltrester durch Heißpassieren erfolgen, zumal bei diesem Prozess Zerkleinerung und Pasteurisation gleichzeitig stattfinden. Mit einer Ausbeute von 92% können unabhängig von der Qualität der Apfeltrester ca. 10t/h verarbeitet werden. Durch Energierückgewinnung können die Kosten für den erforderlichen Energieaufwand zum Erhitzen, Heißpassieren und Pasteurisieren bei ca. 0,01 € pro kg Trockensubstanz gehalten werden. Da einige potenzielle Nutzer von Trester-Halbfabrikaten ausschließlich trockene Ausgangsstoffe verarbeiten können (z.B. Herstellung von Fertigbackmischungen) und die Lagerung und das Handling von Pulpen und pastösen Produkten spezielle Ausrüstungen erfordert, ist auch die Her-stellung von Apfelfasern durch Mahltrocknen der Trester eine echte Alternative. Aus den Messdaten der Versuchsanlage ergab sich bei einem Durchsatz von ca. 200 kg/h nasse Trester ohne Einbeziehung einer Energierückgewinnung ein Preis von ca. 0,30 €/kg getrocknete Faser, die problemlos lager- und transportfähig ist. Zum Erhalt des Aromas erfolgte die Feinstzerkleinerung der Gewürzpflanzenrestprodukte aus-schließlich mit Kaltzerkleinerungsverfahren. Von den untersuchten Verfahren wurden die besten Ergebnisse mittels Schneidtechnik1) erzielt. Die so entstehenden Pulpen bzw. pastösen Produkte können unmittelbar als Würzmittel eingesetzt werden. Möglichkeiten zur industriellen Nutzung der

47 COMITROL 1700, Firma URSCHEL INTERNATIONAL LIMITED, Ober-Mörlen

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vom ILTQ hergestellten Produkte (auch unter Zusatz von Salz, Ascorbinsäure und Öl) wurden im TP2 näher untersucht. Der Forschungszielstellung entsprechend, wurden umfassende Untersuchungen zur Nutzung der Tresterhalbfabrikate vorgenommen, da nur die industrielle Weiterverarbeitung ein Aufarbeiten der Trester betriebswirtschaftlich rechtfertigt. Mit der Entwicklung von Rezepturen für trubstoffhaltige Getränke konnte gezeigt werden, das ca. 25 g Tresterhalbfabrikat pro Liter Fertigprodukt verarbeitet werden können. Diese Getränke wur-den hinsichtlich Farbe, Geschmack und Mundgefühl auch nach einer Lagerzeit von einem Jahr von unabhängigen geschulten Verkosterpanels und potenziellen Käufern bei speziell dafür ver-anstalteten Produktpräsentationen positiv bewertet. Ein starkes Zusammenballen der Feststoffe, wie es nach längerer Lagerung von naturtrübem Apfelsaft beobachtet wird, trat nicht auf. Bei ei-ner derzeitigen Produktion von ca. 700 000 L Fruchtsaftgetränken mit Pflanzenfasern könnten jährlich ca. 17 000 kg nasse Tresterhalbfabrikate bei Libehna unmittelbar verarbeitet werden. Somit stehen bei ausgelasteter Presskapaziät noch ausreichend Tresterhalbfabrikate für andere Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelproduktion zur Verfügung. Auch dafür wurden im Rah-men der Forschungsarbeiten Beispiele im vorwettbewerblichen Bereich aufgezeigt. So ist ein Einsatz der Tresterhalbfabrikate im Backwarenbereich, bei der Produktion von Fertigbackmi-schungen, im Geschmacksstoffbereich als Träger für Aromen und bioaktive Komponenten sowie als Zusatz bei Joghurt, Süßwaren (Crispeffekt!) u.a. Lebensmittelzubereitungen möglich. Ein sehr interessantes völlig neuartiges Produkt konnte mit der Herstellung von Apfel- oder ge-schmacksneutralen Crispies durch Extrusion realisiert werden. Diese 3-5 mm großen aufgebläh-ten, knusprigen Kugeln mit geringem Eigengeschmack lassen sich beliebig aromatisieren und können als Snackartikel, Zusatz in Frühstückscerealien und ähnlichen Produkten Anwendung finden. (Mit der gleichen Technologie wurden auch Basilikumcrispies hergestellt, die zwischen-zeitlich verschiedenen Anwendern zur Weiterentwicklung angeboten wurden). Hauptargument für die Nutzung der neuen Tresterhalbfabrikate ist die Erhöhung des Ballaststoff-anteils in der Nahrung. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Ernährung liegt die durch-schnittliche Ballaststoffaufnahme bei der hiesigen Bevölkerung nur bei 20g/Tag, somit deutlich unter dem Richtwert von 30g/Tag. Durch die Erweiterung des Angebots an ballaststoffhaltigen Lebensmitteln, wozu die im Rahmen des Projektes entwickelten Verfahren und Produkte einen wesentlichen Beitrag leisten, können positive präbiotische Effekte vor allem im Bereich der Darm-flora erzielt werden. Darüber hinaus wurde durch die experimentellen Arbeiten gezeigt, dass das Potenzial an Polyphenolen des Apfels, deren Bedeutung für eine gesunde Ernährung vielfach beschrieben wurde, ebenfalls besser ausgenutzt wird. Der Polyphenolgehalt im Trester ist be-achtlich und kann mit den untersuchten Verarbeitungsverfahren durch die schonende Weiterver-arbeitung der Nahrungskette zugeführt werden. Die Ergebnisse wurden inzwischen auf Fachtagungen und publiziert und auf Messen und in di-rekten Präsentationen kmU vorgestellt (s. Literaturliste).

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II. 2 Voraussichtlicher Nutzen / Verwertungsplan Mit der erfolgreichen Durchführung des Projektes wurde der Nachweis erbracht, dass Apfeltrester und Reststoffe, die bei der Herstellung von Tiefkühlkräutern anfallen, so aufgearbeitet werden können, dass sie in der Lebensmittelproduktion als Zusatzstoff einsetzbar sind. Sie sind damit nachwachsende Rohstoffe, deren derzeitige bloße Entsorgung unwirtschaftlich und damit nicht effektiv ist. Im Ergebnis der experimentellen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass sich aus Apfeltrestern durch Kaltzerkleinerungsverfahren oder Heißpassieren Pulpen oder pastöse Halb-fabrikate mit so kleinen Teilchengrößen herstellen lassen, dass sie z.B. bei der Einarbeitung in trubstoffhaltige Getränke sensorische Akzeptanz finden. Für die Aufbereitung und Nutzung der Trester in kmU müssen aber bestimmte anlagentechnische Voraussetzungen vorhanden sein oder durch entsprechende Investitionen geschaffen werden. Das betrifft beispielsweise die Reini-gungstechnologie des angelieferten Obstes. Obwohl bei der Herstellung von Apfelsaft bereits große Sorgfalt auf die Wahl der zur Verarbeitung gelangenden Rohstoffe und deren intensive Reinigung gelegt wird, müssen diese Anstrengungen bei einer Totalverwertung der Äpfel noch verstärkt werden. Bewährt hat sich eine Hochdruckreinigung, bei der z.B. angefaulte Areale vor der Obstzerkleinerung ausgespritzt werden. Nicht jedes kmU verfügt über derartige Reinigungs-technologien, wäre aber gezwungen, zur Wahrung des entsprechenden Hygienestandards eine diesbezügliche Investition vorzunehmen. Die Kaltzerkleinerung der Trester mittels Schneidtech-nik erfordert den Kauf einer entsprechenden Maschine (z.B. COMITROL, Firma Urschel) verbun-den mit der Anpassung oder der Neuausrüstung des Unternehmens mit erforderlicher thermi-scher Konservierungstechnik. Für die Lagerung der flüssigen bzw. pastösen Halbfabrikate muss die nötige Lagerkapazität vorhanden sein. Wie sich im Verlauf der Projektbearbeitung zeigte, orientieren potenzielle Nutzer solcher Trester-fabrikate auf Grund ihrer eigenen Verarbeitungstechnologie verstärkt auf trockene Produkte, die problemloser lagerfähig sind und das hygienische Risiko vermindern. Der alternativ verfolgte Weg zur Aufbereitung der Trester durch Mahltrockenen sollte daher aus anwendungstechnischen Aspekten heraus weiter verfolgt werden. An fünf Beispielen wurde der Einsatz der Apfeltresterhalbfabrikate untersucht, um durch diese Arbeiten im vorwettbewerblichen Bereich einschlägigen kmU Lösungsansätze für eine nachfol-gende Produktentwicklung aufzuzeigen. Entsprechende Versuchsmuster wurden potenziellen Interessenten noch während der Themenbearbeitung übergeben, damit Anwenderforderungen ggf. innerhalb der Projektbearbeitungszeit berücksichtigt werden konnten. Neben den im Ver-bundprojekt mitwirkenden Forschungspartnern, die den Einsatz der Zwischenprodukte im Ge-tränkebereich (TP 4), bei der Herstellung von Apfelrotkohl im Rahmen der Erzeugung von Fertig-speisen und Tiefkühlprodukten (TP2), bei der Herstellung von Grundstoffen für die Getränkein-dustrie (TP3) untersucht haben, wurde mit weiteren kmU die Herstellung von Apfel- oder ge-schmacksneutralen Crispies, der Einsatz im Backwarenbereich und bei der Produktion von Fer-tigbackmischungen, im Geschmacksstoffbereich (Träger für Aromen und bioaktive Komponen-ten) sowie orientierend als Zusatz bei Jougurt sondiert. Hauptargument für die Nutzung der Tresterhalbfabrikate ist die Erhöhung des Ballaststoffanteils in der Nahrung. Nach Angaben der DEG (Deutsche Gesellschaft für Ernährung) liegt die durch-schnittliche Ballaststoffaufnahme bei der hiesigen Bevölkerung nur bei ca. 20g/Tag, somit deut-lich unter dem Richtwert von 30g/Tag. Durch die Entwicklung ballaststoffhaltiger Lebensmittel, wozu das abgeschlossene Projekt einen Beitrag liefert, können positive präbiotische Effekte vor allem im Bereich der Darmflora erzielt werden. Darüberhinaus wurde durch die experimentellen Arbeiten gezeigt, dass das Potenzial an Po-lyphenolen des Apfels, deren Bedeutung für eine gesunde Ernährung vielfach beschrieben wur-de, ebenfalls besser ausgeschöpft werden kann. Der Polyphenolgehalt im Trester ist beachtlich und kann bei schonender Weiterverarbeitung der Nahrungskette zugeführt werden.

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Aus den Restprodukten der Gewürzpflanzenproduktion konnten durch Schneidverfahren unmit-telbar als Würzmittel verwendbare breiige bis pastöse Produkte hergestellt werden, deren weitere Verwendung im TP 2 geprüft wurde. Ein sehr interessantes neues Produkt entstand in enger Zusammenarbeit mit einem mittelständi-schen Unternehmen im vorwettbewerblichen Bereich. In ersten Testumfragen wurden die unter Einsatz der Basilikumrestprodukte entwickelten „Kräutercrispies“ sehr positiv bewertet. Neben den o.g. Aktivitäten wurde auf Messen, z.B. Anuga FoodTec, Tagungen und Workshops auf die Halbfabrikate und deren Nutzungsmöglichkeiten aufmerksam gemacht. Die anwendungstechnischen Untersuchungen in verschiedenen kmU sind noch nicht abge-schlossen, so dass der Umfang der Nutzung der Ergebnisse erst in der Folgezeit abgeschätzt werden kann. II. 3. Vorhabensrelevante Ergebnisse Dritter Ergebnisse Dritter, die das Vorhaben unmittelbar betreffen, sind in der Projektlaufzeit nicht be-kannt geworden. II. 4. Veröffentlichungen Hering, K.; Palavinskas, R.; Richter, R.: Untersuchungen zum Flavonoidgehalt in Apfeltrester mittels Festphasenextraktion und massenspektrometrischer Analyse. Vortrag zur 12. Arbeitsta-gung des Regionalverbandes Südost der Lebensmittelchemischen Gesellschaft, 21.-22.März 2002, Jena Bartkowiak, C.; Parthey, B.; Wilke, J.: Herstellung und Charakterisierung tresterhaltiger Fruchtsäfte. Tag der Forschung 2001 an der HS Anhalt, 20.11.2001 in Köthen Wilke, J.: Ein neues Konzept zur Tresterverwertung, Fakultätentag der FH Lippe 6.12.2001 in Lemgo Wilke, J.; Bartkowiak, C.; Parthey, B.: Apfeltrester – ein neues Verwertungskonzept. NAROSSA 2002, 8. Internationaler Kongreß für nachwachsende Rohstoffe und Pflanzenbiotechnologie, 9.-11.6.2002 in Magdeburg Parthey, B.; Bartkowiak, C.; Wilke, J.: Nutzungsmöglichkeiten von Apfeltrestern bei der Herstel-lung von Functional Drinks. INNOFOOD 2002, Fachtagung zu Innovationen in der Lebensmittel-wirtschaft. 18.-19.10.2002 in Bernburg Bartkowiak, C.; Parthey, B., Wilke, J.; Goerges, T.: Verwertung der Verarbeitungsrückstände von Gewürzpflanzen. Poster GDL-Symposium: Aktuelle Aspekte der Technologie von Kräutern und Gewürzen II. 23.-25.9.2002 in Gießen; Bartkowiak, C.; Parthey, B., Wilke, J.: Ganzheitliche Nutzung des Rohstoffes Apfel. Poster zur ANUGA FOODTEC 2003, Internationale Fachmesse für Lebensmitteltechnologie. 7.-11.4.2003 in Köln

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[40] Justesen, U.: Negative atmospheric pressure chemical ionisation low-energy collision activa-tion mass spectrometry for the characterisation of flavonoids in extracts of fresh herbs. J. Chromatography A 2000, 902, 369-379

[41] Teuber, H., Herrmann K.: Flavonolglycoside der Blätter und Früchte des Dills (Anethum gra-veolens L.). Z. Lebensm. Unters. Forsch. 1978, 167, 101-104

[42] Grayer, R. J., Bryan S. E., Veitch, N. C., Goldstone, F. J., Paton, A., Wollenweber, E.: Exter-nal flavones in sweet basil, ocimim basilicum, and related taxa. Phytochemistry 1996, 43, 1041-1047

[43] Ballaststoffe für eine gesunde Ernährung. Broschüre Herbafood Ingredients GmbH, www.herbafood.de, 01.06.2004

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III. Erfolgskontrollbericht Das Forschungsprojekt konnte hinsichtlich inhaltlicher Zielstellung, zeitlicher Strukturierung und Einhaltung des finanziellen Rahmens erfolgreich beendet werden. Die gewonnenen experimentellen und theoretischen Erkenntnise erweitern den Wissensstand über die Verwertbarkeit von Apfeltrestern und Reststoffen, die bei der Produktion von Tiefkühl-produkten aus den Gewürzpflanzen Petersilie, Dill und Basilikum anfallen. Mit der exemplarischen Herstellung von Versuchschargen, in denen die entwickelten Zwischen-produkte bis zu möglichen Endprodukten weiterverarbeitet wurden, konnte noch während der Projektlaufzeit ein Erfahrungstransfer zu potenziellen Nutzern im Bereich der kmU vorgenommen werden. Die so angeregten Einsatzmöglichkeiten der Halbfabrikate, u.a. bei der Herstellung von Backwaren, Fertigbackmischungen, bei der Getränkeherstellung und ggf. als Zusatzstoff für Ge-tränkegrundstoffe bzw. als Träger für Aromen und andere bioaktive Produkte werden von ein-schlägigen Unternehmen derzeit sondiert. Mit dem Projekt wurde somit erfolgreich ein Beitrag im Rahmen des Förderschwerpunktes „Integ-rierter Umweltschutz in der Ernährungsindustrie“ geleistet, insbesondere mit den Zielen - Vollständige Erschließung der Rohstoffpotenziale durch Entwicklung und Anwendung innovativer Technologien - Gewinnung von Halbfabrikaten aus Neben- und Restprodukten, die einer hochwertigen Verwendung zugeführt werden können. Mit der bereits erfolgten unmittelbaren Vorstellung der Ergebnisse des Forschungsprojekts auf Messen und Tagungen und insbesondere im unmittelbaren Dialog mit mehren kmU erhoffen wir uns schnellstmögliche Nutzungen. Wir haben diesen potentiellen Interessenten signalisiert, dass wir an einer weiteren Zusammenarbeit interessiert sind und den Transferprozess unserer gewon-nenen Erkenntnisse bei der Überführung in marktreife Produkte auch über die Projektlaufzeit hinaus unterstützen werden.

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