M.Sc. Patrick Wittek
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Extrusion
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Zu meiner Person
Mein Interesse an der Lebensmittelverfahrenstechnik entdeckte ich während meines Studiums des Chemieingenieurwesens am KIT. In meiner Bachelorarbeit beschäftigte ich mich intensiv mit der Modellierung der Lebensmittelextrusion. Ein 6-monatiges Praktikum bei der Lorenz Bahlsen Snack World GmbH gewährte mir erste Einblicke in die Praxis der Lebensmittelindustrie. Um mein Profil weiter zu schärfen, forschte ich sechs Monate bei der australischen CSIRO in Melbourne an der numerischen Modellierung der Lebensmittelextrusion. Das Studium schloss ich mit einer Masterarbeit zum Thema „Proteinextrusion“ am LVT ab, wo ich seit Januar 2017 im Rahmen meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe „Extrusion von Biopolymeren“ promoviere.
Forschungsschwerpunkt
In der Extrusion von Biopolymeren werden z.B. Proteine oder Stärke mit Wasser versetzt, entlang zweier rotierender Schnecken durch ein beheiztes Gehäuse gefördert, währenddessen erhitzt und geschert und am Ende durch eine Düse gepresst. Der Eintrag thermischer und mechanischer Energie im Schneckenbereich führt dazu, dass Änderungen der molekularen Struktur und damit der Materialeigenschaften stattfinden. Im Düsenbereich des Extruders wird dann die abschließende Strukturierung realisiert, welche die Eigenschaften des Produkts maßgeblich definiert. So kann zum Beispiel durch den Einsatz einer kurzen, schmalen Düse eine knusprige Produkttextur erreicht werden, während eine lange, breite Düse zu faserartige und fleischähnliche Produktstrukturen führt. Dementsprechend ist für eine zielorientierte Produktentwicklung die Kenntnis der Vorgänge in der Extruderdüse notwendig.
In meiner Forschung beschäftige ich mich deshalb mit der Untersuchung der Strukturierungsmechanismen in der Extrusion von Biopolymeren, wobei der Schwerpunkt auf proteinbasierten Systemen liegt. In den vorliegenden, mehrphasigen Systemen bestimmen dabei molekulare, thermodynamische, rheologische und fluiddynamische Aspekte maßgeblich, wie die Strukturierung abläuft.
Methoden
Die Extrusionsversuche werden am institutseigenen gleichläufigen Doppelschneckenextruder durchgeführt. Der modulare Aufbau ermöglicht höchste Flexibilität bezüglich der Prozessbedingungen bei gleichzeitig bester Steuerbarkeit. Mithilfe eines Inline-Rheometers können rheologische Daten direkt im Prozess bestimmt werden. Unterstützend zur Inline -Rheometrie kann ein closed cavity rheometer (CCR) verwendet werden. Die Veränderung der rheologischen Eigenschaften in Abhängigkeit der thermomechanischen Belastung wird direkt abgebildet. Dadurch können modellhaft Aussagen über den Extrusionsprozess getroffen werden. Die Strömungscharakterisierung des Prozesses erfolgt durch numerische Strömungssimulation. Die nicht-isotherme und nicht-newtonsche Simulation liefert Informationen über Prozessvorgänge, welche durch konventionelle Messgeräte nicht bestimmbar sind.
Auszeichnungen:
SCI Seligman APV Award, 13th International Congress on Engineering and Food 2019, Melbourne, Australia
Titel | Datum | Autor | Quelle |
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High Moisture Extrusion of Soy Protein: Investigations on the Formation of Anisotropic Product Structure | 2021 | Wittek, P.; Zeiler, N.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
Foods 2021, 10, 102 |
Numerical analysis of thermal and mechanical stress profile during the extrusion processing of plasticized starch by non-isothermal flow simulation | 2021 | Emin, M.A.; Wittek, P.; Schwegler, Y. |
J. Food Eng. 2021, 294, 110407, doi:10.1016/j.jfoodeng.2020.110407 |
Analysis of the complex rheological properties of highly concentrated proteins with a closed cavity rheometer | 2020 | Wittek, P.; Zeiler, N.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
Applied Rheology Band 30: Heft 1 online available: https://doi.org/10.1515/arh-2020-0107 |
Accuracy analysis of SPH for flow in a model extruder with a kneading element | 2018 | Wittek, P.; Pereira, G.G.; Emin, M.A.; Lemiale, MV.; Cleary, P.W. |
Chemical Engineering Science Volume 187, 21 September 2018, Pages 256–268, online available |
Titel | Datum | Autor | Quelle |
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Three-Dimensional Modeling of Food Extrusion Processes | 2017 | Wittek, P.; Emin M.A. |
Reference Module in Food Science, online available |
Titel | Datum | Autor | Quelle |
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Role of the protein composition and rheological properties on the structuring of soy-based meat analogues in extrusion processing | 2019 | Wittek, P.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
13th International Congress on Engineering and Food, 23. – 26. September 2019, Melbourne (AUS) |
Titel | Datum | Autor | Quelle |
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Soy proteins in extrusion processing: Influence of thermomechanical treatment on the molecular structure and rheological properties | 2019 | Wittek, P.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Lebensmittelverfahrenstechnik, 5. – 6. März 2019, Lausanne |
Analysis of complex rheological properties of soy proteins in extrusion processing | 2019 | Wittek, P.; Zeiler, N.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
8th International Symposium on Food Rheology and Structure, 17. – 20. Juni 2019, Zürich |
Role of the protein composition and rheological properties on the structuring of soy-based meat analogues in extrusion processing | 2019 | Wittek, P.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
13th International Congress on Engineering and Food, 23. – 26. September 2019, Melbourne (AUS) |
Numerische Analyse des thermomechanischen Beanspruchungsprofils bei der Extrusion stärke-basierter Matrizes | 2018 | Schwegler, Y.; Wittek, P.; Karbstein, H.P.; Emin, M.A. |
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Lebensmittelverfahrenstechnik, 5. – 6. März 2018, Berlin |
Analyse der Strömungscharakteristika im Düsenbereich der High-Moisture-Extrusion von pflanzlichen Proteinen | 2018 | Wittek, P.; Karbstein H.P.; Emin, M.A. |
Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Lebensmittelverfahrenstechnik, 5. – 6. März 2018, Berlin |