Brühwurstbrät - physikalische Messparameter

40. Kulmbacher Woche - Kurzfassung Vortrag

Die physikalischen Parameter des Brätes ändern sich während seiner Verarbeitung. Unter der enormen mechanischen Belastung durch die mit hoher Geschwindigkeit im Gemisch der Rezepturbestandteile rotierenden Messer ändern sich die Dimensionen der Gewebepartikel, mischen und verbinden sich Rezepturkomponenten (Quellung), und dadurch entsteht das Brät. Die vom Brät aufgenommene mechanische Energie wird zum Zerschneiden und Vermischen der Rohstoffe verwendet und teilweise in Wärmeenergie umgewandelt. Auch wenn das Magerbrätverfahren aus technologischer Sicht optimal zur erfolgreichen Fertigung von Brühwurstbrät geeignet ist, wurde aus messtechnischen Gründen in diesem Projekt das Gesamtbrätverfahren angewendet.

Eines der Charakteristika des Brätes ist seine Scherviskosität oder sein Fließvermögen. Sie ist deutlich temperaturabhängig und wird weiterhin von der Rezepturgestaltung beeinflusst. Mit steigender Kuttertemperatur verhielten sich die Bräte zunehmend weniger viskos. Wurde neben 1,65 % NPS auch Di-Phosphat verarbeitet, stieg allerdings die Viskosität mit zunehmender Kuttertemperatur bis 20 °C an. Bräte, die ohne Salz hergestellt waren, gestalteten sich fester als solche mit Salz. Durch zunehmende Eiszugaben zwischen Null und 20 % kam es zum Erweichen der Bräte. Bei den im Zerkleinerungsbereich der Messer vorliegenden Drehgeschwindigkeiten konnte nicht vermessen werden. Jedenfalls war die Brätviskosität bei den am Rheometer realisierten maximalen Drehgeschwindigkeiten von 0,1 rad/s geringer als 103 Pa*s und im Bereich der Viskosität von Sirup. Die in der Rheologie häufig angelegten mathematischen Modelle zur Vorhersage von Null- und Unendlichviskosität sind bei Brät nicht anwendbar, da sie eine Schichtenströmung bei homogenen Substanzen voraussetzen, die nicht vorlag. Dass sich das Brät im Anschluss an das Kuttern verfestigt, in seiner Viskosität zunimmt, ist dem Praktiker bekannt.

Die vom Kutter aufgenommene elektrische Energie wird ohne große Verluste auf das Brät übertragen. Zu Beginn des Kutterns werden erst die Gewebepartikel von den Messern zerschnitten, später primär gemischt und verrieben. Diese Änderungen korrespondierten mit der vom Kutter aufgenommenen Leistung bzw. dem von ihm verbrauchten Strom. Dabei waren 3 zeitlich aufeinander folgende Phasen zu erkennen: Ein anfänglicher Anstieg bis zu einem Maximum, anschließend an das Maximum ein fast linearer Abfall und ein weiterer, aber flacherer Abfall der Stromaufnahme. Die Kraft des Bräts, die beim Drehen der Kutterschüssel auf eine hier entwickelte fest montierte Sonde einwirkte, korrespondierte, allerdings zeitlich verzögert, etwa mit der Stromaufnahme. Ein Zusammenhang zwischen der mit dem Rheometer bestimmten Scherviskosität und den Ergebnissen der Leistungs- und Kraftmessungen existierte nicht. Die Verhältnisse im Scherfeld des Rheometers und in der Kutterschüssel ließen sich nicht vergleichen.

Bekanntlich fällt während des Kutterns mit Eis (und Salzen) zunächst die Brättemperatur unter 0 °C ab, verweilt kurze Zeit bei diesen Temperaturen und steigt dann monoton, aber nicht linear bis auf die gewünschte Kutterendtemperatur an. Nach den vorgenommenen Messungen kam der Temperaturanstieg beim Kuttern keineswegs alleine auf Grund der Umwandlung kinetischer Energie der Messer in Wärmeenergie durch Reibung zustande: Es lagen auch Einflüsse der Umgebungs-(Raum-)Temperatur, der Temperatur der Kutterschüssel und des Gehäuses und anderer Wärmequellen vor. Was die Umwandlung kinetischer Energie der Messer in Reibung angeht, so waren zwei Fälle zu unterscheiden: Gleitreibung zwischen Brät und Messern und die innere oder viskose Reibung zwischen den Brätpartikeln. Durch Viskositätsbestimmungen mit dem Rheometer können nur Einflüsse auf die viskose Reibung, nicht auf die Gleitreibung identifiziert werden.

Die durch Reibung der Messer im Brät entstehende Wärmeentwicklung wurde mit einer Schnellbild-IR-Kamera verfolgt. Dabei stellte sich heraus, dass die Messer sich keineswegs so stark erwärmen wie früher angenommen. Es kam zu Beginn des Kutterns zum Kühlen der Messer durch das Brät, bis sich Brät- und Messertemperaturen angeglichen hatten. Hieran anschließend erwärmte sich die Messerschneide beim Durchgang durch das bereits zerkleinerte Brät und hinterließ auf/in dem Brät Wärmespuren. Die Messerschneiden gestalteten sich um höchstens 5 °C wärmer als das Brät.

Quelle: Kulmbach [ S. STOYANOV und G. F. HAMMER ]