Numerische Ermittlung lokaler Prozessbedingungen während der Doppelschneckenextrusion pflanzlicher Proteine

Pflanzliche Fleischersatzprodukte sind aus den Kühlregalen der großen Supermarktketten nicht mehr wegzudenken. Dabei greifen Verbraucher nicht nur aus gesundheitlichen, ökologischen oder ethischen Gründen auf die Ersatzprodukte zurück, sondern auch, weil diese die Fleischprodukte inzwischen gut imitieren können. Neben dem Geschmack und der Optik spielt dabei das Mundgefühl, insbesondere der Biss auf die faserartige Struktur eine entscheidende Rolle. Um Fleischersatzprodukte mit diesen Produkteigenschaften herzustellen, wird meist das Nassextrusionsverfahren verwendet. Im Extrusionsprozess werden üblicherweise Proteinmischungen und Wasser in den Extruder dosiert, im Schneckenbereich geknetet, gemischt und erhitzt und anschließend durch eine gekühlte Düse strukturiert und geformt. Während in den Anfängen der Nassextrusion hauptsächlich die Erzeugung fleischartiger Strukturen im Vordergrund der Forschung stand, liegt derzeit das Augenmerk zusätzlich auf dem „Formulation Engineering“. Hierbei besteht Interesse, vorhandene Prozesse auf Basis von Gluten oder Sojaprotein auf weitere Pflanzenproteine zu übertragen. Um diesen Schritt zu vereinfachen und somit Ressourcen einzusparen, ist ein mechanistisches Verständnis der Vorgänge sowohl im Schneckenbereich als auch im Düsenbereich des Extruders notwendig. ... mehrIn diesem Tagungsbeitrag demonstrieren wir, wie unterschiedliche numerische Methoden dazu beitragen können, ein besseres mechanistisches Verständnis der Vorgänge im Schneckenbereich des Extruders zu erlangen. So können beispielsweise lokale Temperatur- und Scherratenspitzen ermittelt werden sowie thermische und mechanische Beanspruchungshistorien erfasst werden. Da die Genauigkeit numerischer Methoden stark von den komplexen rheologischen Modellen abhängt, die in den Simulationen hinterlegt werden müssen, wird die rheologische Charakterisierung hochkonzentrierter Pflanzenproteine ebenfalls thematisiert.