Formgebung von Lebensmitteln durch Extrusion

Gut in Form

08.05.2006 Lebensmittel sind in der heutigen Zeit zu Produkten mit einem technologischen Hintergrund geworden. Wichtige Kriterien für den Verbraucher sind neben Geruch und Geschmack auch Form und Farbe sowie leichte Dosierbarkeit mit reproduzierbarem Ergebnis. Bei der Zubereitung spielen Löslichkeit und gleichmäßige Verteilung der Bestandteile eine wichtige Rolle. Es gibt gute Gründe, Lebensmittel „in Form“ zu bringen, und dazu eignet sich die Extrusionsformung in besonderem Maß.

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Konsumfertige Lebensmittelmischungen bestehen meist aus sehr heterogenen Komponenten, was Schüttgewichte, Korngrößen, Erweichungs- und Schmelzpunkte und die Löslichkeit betrifft. Hohe Fettgehalte führen oft zur Bildung von Klumpen und erschweren die Dosierbarkeit. Häufig bleiben Produktreste an der Verpackung haften. Die mangelnde Restentleerung gibt dem Verbraucher das Gefühl, den Inhalt nicht vollständig verbraucht haben zu können. Besonders unangenehm sind Entmischungen, wenn diese zu Fehlern bei der Zubereitung führen.

Vieles spricht für die Extrusion

Extrudierte Lebensmittel sind ein loses, rieselfähiges Schüttgut und deshalb immer sehr gut zu dosieren. Je nach Festigkeit der Extrudate gibt es wenig oder überhaupt keinen Feinanteil. Dies unterstützt auch eine bessere oder vollständige Restentleerung. Die Produkte erhalten ein besseres Aussehen, und die Farbe kann durch Extrusion intensiviert werden. Mischungen aus sehr unterschiedlichen Komponenten werden durch den Extrusionsvorgang „stabilisiert“ – die unschöne Entmischung im Gebinde ist dadurch behoben.

Bei der Extrusionsformung wird ein zylindrisches Granulat erzeugt, indem geeignetes Aufgabematerial durch Presskanäle gefördert wird. Klassische Extruder, wie sie für thermoplastische Kunststoffe verwendet werden, sind nicht geeignet, weil die üblicherweise vorgenommene Verdichtung zu hoch ist und meist eine enorme thermische Beanspruchung der Produkte entsteht. Bei Lebensmitteln leidet durch die hohe Verdichtung die gewünschte schnelle Löslichkeit, und die hohe Temperatur führt zur Zersetzung der temperaturempfindlichen Rohstoffe oder zu Verlusten von flüchtigen oder ätherischen Bestandteilen.
Es sollen deshalb die Begriffe „Extrusionsformung“ oder „Niederdruck-Extrusion“ näher erläutert werden. Die Begriffe allein erklären bereits, dass mit den Produkten schonend umgegangen wird.

Verdichten im offenen zylindrischen Presskanal

Bei der Extrusionsformung wird das Aufgabegut in Presskanälen verdichtet. Die zumeist zylindrischen Bohrungen in einer Matrize entsprechen dem Verdichtungsraum oder Presskanal. Mit Hilfe von geeigneten Werkzeugen, wie Rotoren oder Walzen, wird das Aufgabegut erfasst und von der Befüllseite in den Presskanal gefördert. Der Verdichtungsraum ist ein Teil des Presskanals. Er wird auf der Befüllseite vom Presswerkzeug, seitlich von der Kanalwand und auf der dem Befüllen gegenüberliegenden Seite von bereits verdichtetem Produkt begrenzt. Der Vorgang lässt sich in folgende einzelne Schritte aufteilen: Befüllen mit Material, Verdichten im Presskanal und Ausschieben aus dem Presskanal.

Eine Maschine zur Extrusionsformung von zylindrischem Granulat mit sehr einheitlicher Geometrie ist die Zahnrad-Granulatformmaschine. Aufgrund ihres sehr guten Produkteinzugs und der Zwangsförderung durch die Presskanäle eignet sich diese Maschine auch besonders für empfindliche Produkte. Die Zahnrad-Granulatformmaschine besitzt zwei außen verzahnte, innen hohle Zahnwalzen, die gegenläufig rotieren. Zwischen den Zähnen befinden sich zylindrische Bohrungen. Die Zähne sorgen für einen gleichmäßigen Einzug des Aufgabematerials, das durch die Düsenbohrungen zwangsgefördert wird.
Abhängig von Zahngeometrie und Walzenbreite wird eine bestimmte Menge an Aufgabegut portioniert eingezogen und von einem Zahn in den korrespondierenden Verdichtungsraum zwischen dem gegenüberliegenden Zahnpaar der anderen Walze gefördert. Zwischen jedem Zahnpaar befindet sich eine bestimmte Anzahl an Presskanälen. In diesen Presskanälen wird die eingezogene Produktmenge gegen dort bereits befindliches verpresstes Gut verdichtet. Auf der Austrittsseite des Kanals wird dieselbe Produktmenge ausgestoßen, die oben durch die Walzen eingezogen und in die Kanäle gefördert worden ist.
Der Durchmesser des zylindrischen Granulats wird durch den Durchmesser des Presskanals bestimmt. Der Widerstand im Presskanal bestimmt die Verdichtung. Die Länge des Granulats ergibt sich aus der pro Kanal eingezogenen Füllmenge und dessen Verdichtung. Da neben der Verdichtung und der Bohrungsgeometrie auch die eingezogene Aufgabemenge konstant ist, ergeben sich gleichmäßige Granulatlängen mit einem Durchmesser zwischen 1 und 8mm, einer glatten, geschlossenen Oberfläche sowie einer moderaten Verdichtung

Mehr Formgebung als Verdichtung im Bextruder

Eine weitere Maschine zur Herstellung zylindrischen Granulats ist der Siebkorb-Extruder Bextruder. Es rotieren zwei übereinander angeordnete Rotoren gegenläufig zueinander. Der obere Rotor besitzt schräg angestellte Schaufeln. Das Produkt wird vom oberen Rotor gut gemischt und in den Einzugsbereich des unteren Rotors transportiert. Dabei wird das Produkt nur geringfügig vorverdichtet. Der untere Rotor ist das eigentliche Presswerkzeug zum Verdichten. Die Arme des Rotors sind bogenförmig so gestaltet, dass bei der Rotationsbewegung das Produkt nach außen gefördert wird. Bedingt durch die Geometrie der Arme des unteren Rotors steht mit zunehmendem Radius weniger Volumen für das zwischen Rotor und Siebmatrize befindliche Produkt zur Verfügung. Das Produkt wird auf dem Weg nach außen verdichtet. Eine weitere Verdichtung erfolgt beim Transport durch die Presskanäle bzw. Sieböffnungen. Bei dieser Anlage findet mehr eine Formgebung als eine Verdichtung statt. Kennzeichen des Granulats sind ein Durchmesser von 0,5 bis 3mm, eine große, poröse Oberfläche sowie eine sehr gute Dispergierung.

Für den Extrusionsvorgang müssen die Produkte ausreichende Gleiteigenschaften haben. Dies wird meist durch den sowieso enthaltenen Fettanteil erreicht. Falls es sich um fettarme oder fettfreie Produkte handelt, genügt auch die Zugabe von geringen Mengen an Wasser. Grundsätzlich gilt, dass die Korngröße der zu extrudierenden Produkte um ein Vielfaches kleiner sein soll als der angestrebte Durchmesser des Fertigproduktes. Mit viel Energie und hohem Druck lässt sich kein gutes Ergebnis erzielen, auch wenn man Rohstoffe preiswert eingekauft hat. Einfacher gesagt: Aus einem Rohstoff, der vor der Verarbeitung schon grober als 1mm ist, kann man kein Extrudat mit 0,8mm herstellen.

Heftausgabe: Mai-Juni 2006
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Über den Autor

Hermann Stahl , Prokurist,Hosokawa Bepex
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