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Ein interessanter Fall für Sensorik: Steifschlagen von Rahm
01.03.2019 Viele Industrien arbeiten zunehmend an einer Echtzeitüberwachung ihrer Prozesse, so dass sie die Messgrössen gleich als Regelgrössen nutzen können. Auch die Lebensmittelindustrie ist erheblich daran interessiert. Denn schlechte Lebensmittelqualität ist auch schlecht fürs Geschäft.
Dass das Steifschlagen von Rahm ein interessanter Fall für die Sensorik sein kann, ist nicht allen bekannt. Aber in dem alltäglichen Prozess stecken komplexe Vorgänge: zum Beispiel ein Phasenübergang von einer Emulsion in einen Schaum. Schlägt man Rahm zu kurz, ist er nicht bestmöglich stabilisiert, wird er zu lange geschlagen, so verbuttert er – für den Konsumenten sensorisch wahrnehmbar. Eine Prozessüberwachung kann die Qualität von Produkten optimieren, die Impedanzspektroskopie kann hier ein vielversprechendes Werkzeug sein, um diesen Anspruch zu erfüllen.
Bereits seit einigen Jahren wird dieses Messverfahren genutzt, um über die Bestimmung des frequenzabhängigen Widerstands eine Charakterisierung von Lebensmitteln zu erreichen. Bisher wurden jedoch nur makroskopische Volumina analysiert und auch nur Prozesse untersucht, welche keine oder sehr langsame zeitliche Änderungen zeigten.
Schlagzustand innerhalb von wenigen 10 Sekunden messen
Untersuchungen der Forscher der Berner Fachhochschule (BFH) zeigten nun aber, dass wohl selbst komplexe dynamische Vorgänge auf lokaler, mikroskopischer Ebene mittels Impedanzspektroskopie untersucht werden können – eben anhand des Steifschlagens von Rahm.
Bei diesem Schlagprozess wird der zweiphasigen Emulsion, bestehend aus Wasser und Milchfett, eine dritte Komponente (Luft) beigefügt. Weil das Ausgangsmaterial nicht immer gleich ist und zum Beispiel über das Alter auch der pH-Wert sich ändern kann, erschwert dies das Einstellen der optimalen Schlagparameter erheblich.
Zwar kann man den Zustand des Systems über die Messung der Partikelgrössenverteilung oder des Overruns in Kombination mit Festigkeitsmessungen bestimmen, aber einerseits sind derartige Messungen zeitlich aufwändig und können anderseits nur nach Beendigung des Prozesses durchgeführt werden. Die Resultate eignen sich dementsprechend nicht als Messgrösse zur Prozesssteuerung.
Das Forscherteam der BFH zeigt nun aber, dass mittels lokaler (dies bedeutet, die Probenvolumina betragen nur ein paar Kubikmikrometer) Impedanzspektroskopie der Schlagzustand des Rahms innerhalb von wenigen 10 Sekunden gemessen werden kann, und, dass sich das gemessen Verhalten der elektrischen Grössen mit den Resultaten der Partikelmessungen deckt.
