Projektbeschreibung

Die Kochextrusion expandierter stärke¬basierter Produkte in der Lebens-, Futtermittel- und Verpackungsindustrie birgt Potenziale durch reduzierte Prozesskosten, hohe Hygienestandards und konsumentenorientierte Produkte von hohem ‚Convenience’-Grad. Trotz intensiver Forschungs¬arbeiten seit den 1970er Jahren beruht die Entwicklung der Produkte aber immer noch hauptsächlich auf empirischem Wissen und den Erfahrungen der Mitarbeiter. Prozessbedingte Produktveränderungen die insbesondere durch das Expansionsverhalten der Produkte beeinflusst werden, lassen sich im Wesentlichen nur experimentell bestimmen. Kritisch ist insbesondere der Einsatz neuer, unbekannter Rohstoffe z. B. ernährungsphysiologisch wertvoller Mehle/Grieße mit hohen Faseranteilen und der Einsatz thermo-mechanisch labiler Inhaltsstoffe wie sekundärer Pflanzenstoffe oder das Arbeiten in bislang nicht genutzten Prozessparameterfenstern. Die in der chemischen Industrie seit über 10 Jahren eingeführten Hoch¬geschwindigkeits¬extruder arbeiten mit Drehzahlen bis 1800 min-1 statt der heute üblichen max. 400 - 650 min-1, wobei sowohl das spezifische Drehmoment als auch das freie Schneckenvolumen vergrößert wurde. Dies ermöglicht bei nahezu gleichen Investitionskosten eine Durchsatzerhöhung auf das bis zu Vierfache und damit eine Produktivitätssteigerung und Betriebskostenreduktion. In der Lebensmittelindustrie wird aber v. a. ein Verlust an Produktqualität durch eine erhöhte mechanische Beanspruchung der Produkte befürchtet, wobei keinerlei belastungsfähige Daten vorliegen.
In diesem Forschungsprojekt soll damit die Basis für die Einführung dieser innovativen Extrusionstechnologie aus der Kunststoff- in die Lebensmittelbranche legen. Hierzu sollen disziplinübergreifende neuartige methodische Forschungsansätze genutzt werden: die mehrstufige Online-Rheometrie zur Ermittlung des viskoelastischen Stoffverhaltens als Basis zur besseren Beschreibung der Expansion und hybride wissensbasierte neuronumerische Prozessmanagement-verfahren als Basis für die Modellierung, Diagnose und Prognose von Prozess- und Produktverhalten unter diesen neuen Randbedingungen.
Das erste Hauptziel dieses Forschungsvorhabens besteht in einer experimentellen, aus Produktsicht modellhaften Beschreibung der Auswirkung technisch neu zugänglicher Extrusionsparameter (Hochgeschwindigkeitsextrusion, Drehzahlen bis zu 1800 min-1) auf die Expansion kochextrudierter stärkebasierter Produkte und ausgewählter, durch die Expansion bedingter, konsumentenrelevanter Produkteigenschaften. Die dabei betriebene Sammlung von Informationen zum Produkt und Prozess dient zugleich der Realisierung des zweiten Hauptziels dieses Vorhabens, nämlich der Erarbeitung einer selbstlernenden, intelligenten Prozessführungsstrategie, die es ermöglichen soll, Hoch-geschwindigkeits¬extrusionsprozesse kosteneffizient auszulegen und stabil zu führen sowie Produkte auch aus neuen Rohstoffen zielgerichtet zu entwickeln.