4 ERGEBNISSE UND DISKUSSIONEN
4.2 VERSUCHE 1-4
4.2.4 Versuch 4 (KM/KMP)
Dass die Fließeigenschaften sich durch das Nachscheren leicht verschlechtert haben, steht völlig im Gegensatz zu den bisherigen Erfahrungen. Grund könnte eventuell sein, dass während des Nachscherens zwar die Partikel weiter zerkleinert wurden, jedoch nicht abgerundet wurden.
Eventuell könnte aber auch der Anstieg der spezifischen Oberfläche dafür verantwortlich sein.
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100
Particle Size (μm) 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
Volume (%)
KM-Schokolade (kristallin) ungeschert, Donnerstag, 20. Januar 2011 13:37 KM-Schokolade (kristallin) nachgeschert, Dienstag, 25. Januar 2011 14:04
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Abbildung 16: Partikelgrößenverteilung V 4 ungeschert und nachgeschert
Es ist zu erkennen, dass der d90-Wert dieses Produkts um nur 0,121 μm von dem des Versuches 3 abweicht. Dadurch sind direkte Vergleiche möglich.
Der Feingutanteil (unter 8,172 μm) liegt bei der ungescherten Schokolade bei 37,45%, bei der nachgescherten Schokolade bei 37,93%. Durch Tabelle 14 wird deutlich, dass im Bereich der feinen Partikel eine Reduzierung der Partikelgröße erfolgte, bei den groben Partikeln jedoch eine Erhöhung. Dies wird auch durch Abbildung 16 ersichtlich. Dort ist auch erkennbar, dass eine ausgeprägte Unimodalität vorliegt, wobei bei der ungescherten Schokolade das Maxim zwischen 13,176 und 17,897μm liegt und bei der nachgescherten Schokolade zwischen 12,527 und 17,016 μm. Die spezifische Oberfläche hat durch das Nachscheren zwar zugenommen, jedoch im Vergleich zu Versuch 3 deutlich geringer. Somit kann die Vermutung geäußert werden, dass das Nachscheren auf die Partikelgröße des „kristallinen“ Milchpulvers geringeren Einfluss besitzt, als auf die des „amorphen“ Milchpulvers. Dies wiederum könnte bedeuten, dass amorphes Milchpulver eher zu agglomeriern neigt und dass beim nachscheren diese Agglomerate getrennt werden.
Folgend sind die Ergebnisse der Rheologiemessungen dargestellt.
Tabelle 15: Fließgrenze und unendliche Viskosität V 4 ungeschert und nachgeschert
Fließgrenze [Pa] unendliche Viskosität [Pa*s]
Windhab 25,119 4,895
ungeschert
Casson 13,123 3,437
Windhab 30,498 5,411
nachgeschert
Casson 17,811 3,726
Tabelle 16: Schubspannungen bei konstanten Scherraten V 4 ungeschert und nachgeschert
Scherrate [s-1] Schubspannung [Pa]
5 59,75 40 238,00 ungeschert
60 332,92 5 74,77 40 276,70 nachgeschert
60 378,00
Vorab ist zu sagen, dass das Nachscheren zweimal durchgeführt wurde. Beim ersten Mal stellte sich heraus, dass die sich Grenzviskosität durch das Nachscheren erhöht hatte.
Dadurch bestand der Verdacht, dass sich in der beim Nachscheren verwendeten Excenter-Schneckenpumpe eine kleine Menge Wasser befand, was zu einer Erhöhung der Viskosität geführt hätte. Aus diesem Grund wurde das Nachscheren wiederholt, hierbei befand sich die Schneckenpumpe mehrere Tage bei 50°C im Wärmeschrank, wodurch sie ausgiebig trocknen konnte. Des Weiteren wurde vor dem Nachscheren, mit Hilfe eine Papiertuches überprüft, ob sich noch restliches Wasser in der Pumpe befand. Hierbei konnte jedoch kein zurückgebliebenes Wasser entdeckt werden. Die durch das Nachscheren erhaltene Probe wurde rheologisch untersucht, wobei sich herausstellte, dass ebenfalls beim zweiten Versuch die Grenzviskosität anstieg. Somit steht fest, dass der Anstieg der der Grenzviskosität nicht auf einen Wassereintrag zurückzuführen ist.
Die Verschlechterung der Fließgrenze ist auf den höheren Anteil feiner Partikel zurückzuführen, jedoch hätte sich die Grenzviskosität verbessern müssen. Jedoch verschlechterte sie sich um 0,289 Pa*s (nach Casson). Eine Erklärung könnte sein, dass die Partikel geringfügig zerkleinert wurden, jedoch die eingetragene Energie nicht ausreichte, um die Partikel abzurunden. Die Verschlechterung der Fließeigenschaften wird auch durch die folgende Abbildung deutlich, die die Fließkurven beider Schokoladen zeigt.
Abbildung 17: Fließkurven V4 ungeschert und nachgeschert
4.3 VERGLEICHE DER VERSUCHE 1 - 4
In diesem Kapitel sollen die Versuche 1-4 miteinander verglichen werden. Hierzu wären von den
„Kugelmühlen-Schokoladen“ eigentlich die Werte der nachgescherten Schokoladen herangezogen worden. Da das Nachscheren jedoch zu einer Verschlechterung der Fließeigenschaften führte, werden die Werte der ungescherten Schokoladen herangezogen.
In folgender Tabelle sind die Ergebnisse der Partikelgrößenbestimmung der Versuche 1-4 dargestellt.
Tabelle 17: d-Werte, spez. Oberfläche, Span, rel. Breite V 1, V 2, V 3 (ungeschert), V 4 (ungeschert)
d10 [μm]
d50 [μm]
d90 [μm]
spez.Oberfläche [m2/cm3]
Span relative Breite
Feinanteil (%) (<8,172μm) V 1
(amorph)
2,514 8,753 32,949 1,04 3,477 13,106 47,7 V 2
(kristallin)
2,431 8,572 31,98 1,07 3,447 13,155 48,45 V 3
(amorph)
3,252 11,103 33,688 0,828 2,741 10,359 37,98 V 4
(kristallin)
3,268 11,287 33,809 0,817 2,704 10,345 37,45
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 Scherrate [1/s]
Schubspannung [Pa]
ungeschert nachgeschert
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100
Particle Size (μm) 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
Volume (%)
Walzenschokolade (amorph), Donnerstag, 20. Januar 2011 14:22:35 Walzenschokolade (kristallin), Mittwoch, 19. Januar 2011 15:20:05 KM-Schokolade (amorph) ungeschert, Donnerstag, 20. Januar 2011 11:36 KM-Schokolade (kristallin) ungeschert, Donnerstag, 20. Januar 2011 13:37
Abbildung 18: Partikelgrößenverteilung V 1, V 2, V 3 (ungeschert), V 4 (ungeschert)
Durch Tabelle 17 wird deutlich, dass die Schokoladen die mit Hilfe der Kugelmühle hergestellt wurden, die höchsten d-Werte aufweisen. Dies führt zu einer geringeren spezifischen Oberfläche, jedoch fällt diese hierbei auch geringer aus, weil bei diesen Produkten der Feinanteil deutlich geringer ist. Weiter zeigt sich, dass das Partikelspektrum dieser beiden Schokoladen schmaler ist, als das der beiden nach dem konventionellen Verfahren hergestellten Produkte.
Der Feinanteil der beiden mittels Kugelmühle hergestellten Schokoladen liegt deutlich näher an dem von Servais (2002) beschriebenen optimalen Verhältnis von 37% feinen und 63% groben Partikeln. Die beiden mit dem Walzwerk hergestellten Schokoladen weichen hier von deutlich ab, was zur Folge hat, dass die Fließeigenschaften sich verschlechtern. Nachteilig der Schokoladen der Versuche 3 und 4 ist ihre Unimodalität, was auch durch Abbildung 18 deutlich wird.
KM (kristallin) KM (amorph)
WW (amorph)
WW (kristallin)
Tabelle 18: Fließgrenze und unendliche Viskosität V 1, V 2, V 3 (ungeschert), V 4 (ungeschert) Fließgrenze [Pa] unendliche Viskosität [Pa*s]
Windhab 30,400 2,896
HV 1 (amorph)
Casson 20,543 1,753
Windhab 33,5825 2,6962
HV 2 (kristallin)
Casson 23,755 1,5896
Windhab 24,625 6,076
HV 3 (amorph)
(ungeschert) Casson 12,833 4,342
Windhab 25,119 4,895
HV 4 (kristallin)
(ungeschert) Casson 13,123 3,437
Tabelle 19: Schubspannungen bei konstanten Scherraten V 1, V 2, V 3 (ungeschert), V 4 (ungeschert)
Scherrate [s-1] Schubspannung [Pa]
5 55,99 40 166,50 V 1 (amorph)
60 223,27 5 58,76 40 164,35 V 2 (kristallin)
60 217,30 5 69,38 40 297,65 V 3 (amorph) ungeschert
60 423,97 5 59,75 40 238,00 V 4 (kristallin) ungeschert
60 332,92
Abbildung 19: Fließkurven V 1, V 2, V 3 (ungeschert), V 4 (ungeschert)
Es ist deutlich zu erkennen, dass die mittels Walzwerk hergestellten Schokoladen die besten Fließeigenschaften besitzen, was auf die vorhandene Bimodalität zurückzuführen ist.
Der Unterschied zwischen diesen beiden Produkten fällt deutlich geringer aus. Hier besitzt die Grenzviskosität der „kristallinen“ Schokolade einen um 0,1634 Pa*s geringeren Wert, als die
„amorphe“ Schokolade. Die Fließgrenze fällt bei der kristallinen Laktose enthaltenden Schokolade jedoch höher aus, was auf den höheren Feingutanteil zurückzuführen ist. Die Schubspannungen dieser Schokolade liegen sowohl bei einer Scherrate 5 als auch bei 40 [s-1] höher, als bei der Schokolade des Versuches 1. Erst bei Scherraten von 60 [s-1] liegt die Schubspannung unter der des Versuches 1.
Beim Vergleich der beiden mittels Kugelmühle hergestellten Schokoladen fällt auf, dass der Unterschied hier deutlich stärker ausfällt. Hier liegt die Grenzviskosität der kristalline Laktose enthaltene Schokolade 0,905 Pa*s (nach Casson) unter der amorphe Laktose enthaltene Schokolade. Hier weisen die Schubspannungen bei niedrigen als auch bei hohen Scherraten niedrigere Werte auf. Um zu überprüfen, ob die unterschiedlichen Fließeigenschaften auf unterschiedliche Restfeuchtegehälter der Schokoladen basieren, wurde diese mittels Trocknung mit Seesand ermittelt. Dabei ergaben sich folgende Werte.
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Scherrate [1/s]
Schubspannung [Pa]
V1 (amorph) V2 (kristallin)
V3 (amorph) ungeschert V4 (kristallin) ungeschert
Tabelle 20: Restfeuchtegehalt V 1, V 2, V 3, V 4
Restfeuchte (%)
HV 1 0,1853 HV 2 0,1769 HV 3 0,1843 HV 4 0,1926
Die Restfeuchtegehälter liegen alle sehr dicht beieinander und weisen allgemein sehr niedrige Werte auf. Somit kann gesagt werden, dass die unterschiedlichen Fließeigenschaften nicht auf unterschiedliche Restfeuchtegehalte zurückzuführen sind.
4.4 MISCHVERSUCHE
Im Rahmen der Mischversuche wurden jeweils die mittels Walzwerk und Kugelmühle hergestellten Schokoladen in den Verhältnissen 1:1 und 2:1 miteinander gemischt und anschließend nachgeschert. Dies geschah um zu überprüfen, in wie weit verbesserte Fließeigenschaften durch das Mischen einer mittels Walzwerk hergestellten Schokolade mit einem hohen Feingutanteil und einer mittels Kugelmühle hergestellten Schokolade mit einem hohen Grobgutanteil erzielt werden können.
Amorphe Laktose
In folgender Tabelle sind die Ergebnisse der Partikelgrößenbestimmung der beiden Ausgangprodukte und den beiden Mischversuche angegeben.
Tabelle 21: d-Werte, spez. Oberfläche, Span, rel. Breite V 1, V 3 (ungeschert), V 5, V 6 d10
[μm]
d50 [μm]
d90 [μm]
spez.Oberfläche [m2/cm3]
Span relative Breite
Feinanteil (%) (<8,172μm) HV 1
(amorph)
2,514 8,753 32,949 1,04 3,477 13,106 47,7 HV 3
(amorph)
3,252 11,103 33,688 0,828 2,741 10,359 37,98 V 5 (1:1) 2,875 10,188 33,401 0,919 2,996 11,618 41,97 V 6 (2:1) 2,756 9,745 33,019 0,956 3,106 11,981 43,71
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100
Particle Size (μm) 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
Volume (%)
KM-Schokolade (amorph) ungeschert, Donnerstag, 20. Januar 2011 11:36 Walzenschokolade (amorph), Donnerstag, 20. Januar 2011 14:22:35 WA/KM-Schokolade (amorph) 1:1, Montag, 24. Januar 2011 14:12:28 WA/KM-Schokolade (amorph) 2:1, Dienstag, 25. Januar 2011 13:21:36
Abbildung 20: Partikelgrößenverteilung V 1, V 3 (ungeschert), V 5, V 6
Alle in Tabelle 21 angegebenen Werte der Mischversuche liegen wie erwartet zwischen denen der Ausgangsprodukte.
Es wird ersichtlich, dass der Feinanteil der Mischversuche näher an das von Servais beschriebenen optimalen Verhältnis herankommt, als der des Versuches 1. Jedoch fällt durch Abbildung 20 deutlich auf, dass die Bimodalität des Versuches 1 verloren gegangen ist. Beide Mischversuche zeigen eine Unimodalität auf, wobei sich das Maxim über einen breiten Bereich erstreckt. Bei der Partikelgrößenverteilung des Versuches 6 fällt auf, dass das vorliegende Maxim stetig abnimmt, was auf den geringeren Anteil mittels Kugelmühle hergestellte Schokolade mit hohem Grobgutanteil zurückzuführen ist.
Bei den Rheologiemessungen der Produkte ergaben sich folgende Ergebnisse.
KM
WA WA/KM 1:1
WA/KM 2:1
Tabelle 22: Fließgrenze und unendliche Viskosität V 1, V 3 (ungeschert), V 5, V 6
Fließgrenze [Pa] unendliche Viskosität [Pa*s]
Windhab 30,400 2,896
HV 1 (amorph)
Casson 20,543 1,753
Windhab 24,625 6,0763
HV 3 (amorph)
(ungeschert) Casson 12,833 4,342
Windhab 32,115 4,356
V 5 (1:1)
Casson 20,646 2,820
Windhab 33,752 3,891
V 6 (2:1)
Casson 22,191 2,448
Tabelle 23: Schubspannungen bei konstanten Scherraten V 1, V 3 (ungeschert), V 5, V 6
Scherrate [s-1] Schubspannung [Pa]
5 55,99 40 166,50 HV 1 (amorph)
60 223,27 5 69,38 40 297,65 HV 3 (amorph) ungeschert
60 423,97 5 70,07 40 234,35 MV 1 (1:1)
60 317,20 5 68,45 40 217,10 MV 2 (2:1)
60 290,52
Abbildung 21: Fließkurven V 1, V 3 (ungeschert), V 5, V 6
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Scherrate [1/s]
Schubspannung [Pa]
V1 (amorph)
V3 (amorph) ungeschert V5 1:1
V6 2:1
An Tabelle 22 wird ersichtlich, dass die Grenzviskosität der beiden Mischversuche zwischen den beiden Ausgangsprodukten liegt. Dabei weißt die des Versuches 6 einen besseren Wert auf, als die des Versuches 5. Wider Erwarten zeigt die Fließgrenze der Mischversuche die schlechtesten Werte, obwohl die Schokolade des Versuches 1 die geringsten d-Werte aufweist und somit diese theoretisch die schlechteste Fließgrenze aufweisen müsste.
Durch Abbildung 21 wird ersichtlich, dass die Schokoladen der Mischversuche bei sehr geringen Scherraten die höchsten Schubspannungen von allen Produkten besitzen, jedoch bei hohen eher zu denen der „Walzenschokolade“ tendieren.
Dies wird durch Tabelle 23 bekräftigt. Jedoch konnte der anfangs erwähnte synergetische Effekt nicht bestätigt werden. Grund hierfür könnte sein, dass durch die
„Kugelmühlenschokolade“ zwar ein erhöhter Grobgutanteil in die Schokolade eingebracht wird, was die Fließeigenschaften verbessern würde, dieser Effekt jedoch durch den Verlust der Bimodalität aufgehoben wird. Des Weiteren kann die Vermutung geäußert werden, dass die Fließeigenschaften der gemischten Schokoladen eventuell besser gewesen wären, wenn sie nicht nachgeschert worden wären. Dies auf Grund des eingangs beschriebenen negativen Einflusses des Nachscherens im Rahmen der durchgeführten Versuche.
Kristalline Laktose
In folgender Tabelle sind die Ergebnisse der Partikelgrößenbestimmung der beiden Ausgangprodukte und der beiden Mischversuche der kristalline Laktose enthaltenden Schokoladen angegeben.
Tabelle 24: d-Werte, spez. Oberfläche, Span, rel. Breite V 2, V 4 (ungeschert), V 7, V 8 d10
[μm]
d50 [μm]
d90 [μm]
spez.Oberfläche [m2/cm3]
Span relative Breite
Feinanteil (%) (<8,172μm) HV 2
(kristallin)
2,431 8,572 31,98 1,07 3,447 13,155 48,45 HV 4
(kristallin)
3,268 11,287 33,809 0,817 2,704 10,345 37,45 MV 3 (1:1) 2,876 10,282 33,279 0,915 2,957 11,571 41,67 MV 4 (2:1) 2,748 9,871 32,868 0,953 3,051 11,961 43,38
Particle Size Distribution
0.1 1 10 100
Particle Size (μm) 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5
Volume (%)
KM-Schokolade (kristallin) ungeschert, Donnerstag, 20. Januar 2011 13:37 Walzenschokolade (kristallin), Mittwoch, 19. Januar 2011 15:20:05 WA/KM-Schokolade (kristallin) 1:1, Dienstag, 25. Januar 2011 14:37:56 WA/KM-Schokolade (kristallin) 2:1, Dienstag, 25. Januar 2011 15:26:26
Abbildung 22: Partikelgrößenverteilung V 2, V 4 (ungeschert), V 7, V 8
Auch bei diesen Mischversuchen liegen alle Werte der Partikelgrößenverteilung zwischen denen der Ausgangsprodukte. Bei beiden Partikelgrößenverteilungen ist eine Unimodalität vorhanden, wobei sich besonders bei der des Versuches 8 das Maxim über ein breites Spektrum erstreckt.
In den folgenden Tabellen und Abbildung sind die Ergebnisse der Rheologiemessung dargestellt.
Tabelle 25: Fließgrenze und unendliche Viskosität V 2, V 4 (ungeschert), V 7, V 8
Fließgrenze [Pa] unendliche Viskosität [Pa*s]
Windhab 33,5825 2,6962
HV 2 (kristallin)
Casson 23,755 1,5896
Windhab 25,119 4,895
HV 4 (kristallin)
(ungeschert) Casson 13,123 3,437
Windhab 66,706 3,924
MV 3 (1:1)
Casson 21,984 2,472
Windhab 35,801 3,483
MV 4 (1:2)
Casson 24,817 2,088
WA/KM 1:1
WA/KM 2:1
WA
KM
Tabelle 26: Schubspannungen bei konstanten Scherraten V 2, V 4 (ungeschert), V 7, V 8
Scherrate [s-1] Schubspannung [Pa]
5 58,76 40 164,35 HV 2 (kristallin)
60 217,30 5 59,75 40 238,00 HV 4 (kristallin) ungeschert
60 332,92 5 68,92 40 217,95 MV 3 (1:1)
60 292,52 5 68,31 40 201,15 MV 4 (1:2)
60 267,45
Abbildung 23: Fließkurven V 2, V 4 (ungeschert), V 7, V 8
Auch hier zeigt sich, dass die Grenzviskosität der Mischversuche zwischen denen der Ausgangsprodukte liegt und dass die Schokolade mit dem Verhältnis 2:1 einen besseren Wert aufzeigt, als die Schokolade mit dem Verhältnis 1:1. Wie bei den Mischversuchen der amorphe Laktose enthaltenen Schokoladen, zeigt sich der Effekt, dass die Fließgrenze der beiden Mischversuche die schlechtesten Werte besitzen, obwohl sie nicht den höchsten Feingutanteil besitzen, der erfahrungsgemäß die Fließgrenze maßgeblich beeinflusst. Weiter fällt auf, dass bei beiden Mischversuchen die Schubspannungen bei niedrigen Scherraten die höchsten Werte besitzen. Erst bei höheren Scherraten liegen die Werte zwischen denen der Ausgangsprodukte.
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Scherrate [1/s]
Schubspannung [Pa]
V2 (kristallin)
V4 (kristallin) ungeschert V/ 1:1
V8 2:1
Schließlich ist auch erkenntlich, dass die Fließeigenschaften der Mischversuche nicht so stark zu den Werten der „Walzenschokolade“ tendieren, wie es bei den Mischversuchen der amorphe Laktose enthaltenden Schokoladen, in den Versuchen 5 und 6 der Fall war.
Auch mit Hilfe der Versuche 7 und 8 konnte der erwähnte synergetische Effekt nicht bestätigt werden.