Kühle Teigproduktion mit Stickstoff und Kohlendioxid von Air Liquide

Zu Hohe Teigtemperaturen beeinträchtigen die Verarbeitung und führen unerwünschten Reaktionen

  • Abb. 1: Bei der Teigbereitung in Knetern sorgt die Beimischung von Flüssig-Stickstoff oder Flüssig- Kohlendioxid für gleichmäßige Temperaturverhältnisse.Abb. 1: Bei der Teigbereitung in Knetern sorgt die Beimischung von Flüssig-Stickstoff oder Flüssig- Kohlendioxid für gleichmäßige Temperaturverhältnisse.
  • Abb. 1: Bei der Teigbereitung in Knetern sorgt die Beimischung von Flüssig-Stickstoff oder Flüssig- Kohlendioxid für gleichmäßige Temperaturverhältnisse.
  • Abb. 2: Zu hohe Teigtemperaturen im Kneter führen zu einem schlecht verarbeitbaren, klebrigen Teig und unerwünschten Reaktionen des Backhilfsmittels.

Bäckereien bieten heute eine große Vielfalt an Backwaren aus unterschiedlichsten Teigsorten an - und der Kunde erwartet zu Recht geschmacklich und qualitativ einheitliche Produkte. In einem Backteig laufen jedoch komplexe Fermentationsprozesse ab. Um stets reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, muss daher für jede Teigsorte ein optimaler Temperaturbereich eingehalten und vor allem das Überschreiten kritischer Temperaturen vermieden werden.

Probleme entstehen meist im Sommer: Zu hohe Teigtemperaturen im Kneter führen zu einem schlecht verarbeitbaren, klebrigen Teig und zu unerwünschten Reaktionen des Backhilfsmittels. Gerade bei Weizenteigen ist eine kühle Temperaturführung üblich, da das so hergestellte Brot länger frisch bleibt. Air Liquide bietet seinen Kunden ein Verfahren an, mit dem die Teigtemperatur beim Kneten wirksam zu kontrollieren ist.
Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, um bei der Teigbereitung ein Überschreiten kritischer Temperaturen zu vermeiden:

  1. die zu verarbeitenden Rohstoffe sind bereits so kalt oder werden vor der Zugabe soweit abgekühlt, dass keine Gefahr einer Temperaturüberschreitung besteht;
  2. die Kühlung erfolgt direkt beim Kneten.

Für beide Alternativen ist es vorteilhaft, die tiefkalt verflüssigten (kryogenen) Gase Stickstoff und Kohlendioxid als Kältemedien zur Temperaturführung einzusetzen. Das erste Verfahren ist jedoch mit erheblich höherem Aufwand verbunden. Bei gelagerten Produkten muss das Silo isoliert werden, um die eingebrachte Kälte bestmöglich zu nutzen. Ein Wärmeeinfall lässt sich trotzdem nicht verhindern, was zu erhöhtem Kältemittelverbrauch führt. Außerdem hat Mehl eine sehr geringe Wärmekapazität, während die Wassertemperatur einen großen Einfluss auf den Teig hat. Der Aufwand, alle einzelnen Produkte mit der optimalen Temperatur dem Prozess zuzuführen, ist sehr viel höher als die Prozesstemperatur während des Betriebs zu steuern.

Kälte für Mischer und Kneter

Bei der Teigbereitung in Knetern sorgt die Beimischung von Flüssig-Stickstoff oder Flüssig- Kohlendioxid für gleichmäßige Temperaturverhältnisse. Die beim Kneten entstehende Reibungswärme lässt sich schnell abführen; unterschiedliche Eingangstemperaturen der Zutaten werden ausgeglichen, die Teigtemperatur wird weitgehend standardisiert.

Der Kältemittelverbrauch hängt von Parametern wie dem Wassergehalt des Produkts und dem Ausmaß der erforderlichen Temperaturabsenkung ab. In der Praxis haben sich Verbrauchswerte zwischen 0,1 und 0,5 kg Stickstoff je kg Produkt beim Kühlen als ausreichend erwiesen. Nach eingehender Analyse des Gesamtprozesses bietet Air Liquide seinen Kunden spezifische Verfahren an, bei denen je nach Bedarf Flüssig-Stickstoff oder Flüssig-Kohlendioxid durch ein Sprühsystem großflächig auf das Produkt verdüst werden. Die Regelung der Anlagentemperatur erfolgt durch Temperaturmessung im Kopfraum des Kneters. Das angewärmte Gas gelangt über einen Absaugventilator nach außen.
Die meisten offenen Mischer lassen sich nachträglich entsprechend ausrüsten. Umrüstungskosten hängen vom Ablauf des Produktionsverfahrens und der Anlagengröße ab.
In den meisten Fällen entstehen durch den Chargenbetrieb Pausenzeiten beim Kühlprozess. Dies führt zu einem erhöhten Gasanteil in den Rohrleitungen. Insbesondere beim Einsatz von Flüssig-Stickstoff ist ein zu hoher Gasanteil bei reproduzierbarer und genauer Dosierung nicht akzeptabel.
Man schaltet daher vor die Verbrauchsstelle einen Phasentrenner, in dem sich immer eine ausreichende Menge Flüssig-Stickstoff befindet. Das dort entstehende Abgas wird ins Freie geleitet. Das Grundprinzip der Kühlung im Kneter ist relativ einfach, die Ausführung erfordert jedoch einiges Know-how. Der jeweilige Anwendungsfall sowie die Wünsche des Kunden entscheiden über die geeignete Installation. Ein entscheidender Punkt ist unter anderem der Zeitpunkt der Kältemittelzugabe. Es ist beispielsweise nicht sinnvoll, das Kältemittel erst am Ende des Knetprozesses zuzuführen, da sich dann schon ein sehr kompakter Teig gebildet hat. Andererseits sollte aber im Teig schon eine gewisse Bindung der trockenen Bestandteile mit dem Wasser erfolgt sein, um unnötige Staubaufwirbelungen bei der Kältemittelzugabe zu vermeiden. Des Weiteren ist zu klären, wie exakt die Ausgangstemperatur sein muss. Wenn eine Abkühlung mit größeren Toleranzen möglich ist, kann man ggf. auf den Phasentrenner verzichten.

Entscheidend für das Verfahren sind folgende Anwendungskriterien:
- Kältemittelbedarf,
- Zeitpunkt und Dauer der Kältemittelzugabe,
- Genauigkeit der Temperaturführung,
- Kälteverträglichkeit der Produktkomponenten,
- Kälteverträglichkeit der Anlagenbauteile,
- ausreichende Austrittsquerschnitte für das Abgas,
- Auswahl des Kältemittels.

Flüssig-Stickstoff bietet folgende Vorteile:
- größere Gefriergeschwindigkeit, da der Wärmeübergang von siedenden Flüssigkeiten schneller vonstatten geht als der von sublimierenden Feststoffen (CO2-Schnee),
- keine Fremdenergie für die Kältemittelbevorratung,
- kein MAK-Wert (für CO2 0,5 Vol.-%),
- neutrales Verhalten des Stickstoffs gegenüber dem Lebensmittel aufgrund seiner inerten Eigenschaft.

Vorteile von Flüssig- Kohlendioxid:
- Langzeitbevorratung durch verlustfreie Lagerung,
- exakte Verbrauchsmessung über eine Wäge-Einrichtung, auf welcher der
  Speichertank montiert ist,
- geringere Installationskosten da weniger Temperaturdifferenzen.

Das Verfahren zur Teigkühlung ist für folgende Backwaren geeignet:
- Tiefkühlblätterteig,
- tiefgefrorener Brotteig,
- tiefgefrorener, gegangener und vorgebackener Blätter- und  Brotteig,
- alle „gelben“ Teige (z. B. Weißbrot-/ Brötchenteig) und Teige mit  wenig Wassergehalt,
- Keks- und Spekulatius-Teig,
- Produkte, die niedrige Teigtemperaturen (< 20 °C) erfordern.

Argumente für die Teigkühlung im Kneter:
- kontinuierliche und gleichmäßige Produktion,
- kein Verformen des Teigs beim Portionieren,
- keine zu schnelle Gärung nach dem Portionieren,
- kein klebriger, schlecht zu verarbeitender Teig,
- bessere Wasseraufnahme des Teigs,
- keine Schichtentrennung bei Blätterteig.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren bietet Air Liquide seinen Kunden auch preiswerte, manuelle, auf flüssigem CO2 basierende Lösungen für kleinere, sporadische Bedarfe.
 
Vorteile der Teigkühlung:
- extrem schnelle Abkühlung von Mischungen durch direktes Einleiten des Kältemittels in den Mischer,
- optimale Ausnutzung des Kältemittels durch direkte Produktkühlung (große
  Wärmeaustauschfläche),
- Einstellung reproduzierbarer Bedingungen,
- einfacher Aufbau der Kältemittelversorgung,
- verringerte Agglomerat-Bildung,
- Umrüstung fast aller Mischer möglich,
- gleichzeitige Inertisierung des Mischers.

Fazit
Die richtige Kühlung und die sorgfältige Verfahrenswahl machen selbst komplexe Fermentationsprozesse technisch beherrschbar. Diese Investition in die Prozesssicherheit Qualität  führt zu geschmacklich und qualitativ einheitlichen Produkten, die durch Kundentreue belohnt wird.
 

Kontaktieren

Air Liquide Deutschland GmbH
Hans-Günther-Sohl-Straße 5
40235 Düsseldorf
Telefon: +49 211 6699-0
Telefax: +49 211 6699-111

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