Einflussfaktoren auf die funktionellen Eigenschaften essbarer Folien bei aquaplastischer Extrusion

Abstract

Qualitativ hochwertige, biologisch abbaubare und essbare Lebensmittelverpackungen auf Basis nachwachsender Rohstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. Essbare Folien müssen je nach deren Anwendung unterschiedliche Anforderungen bezüglich mechanischer Stabilität, Elastizität, selektiver Permeation und Wasserlöslichkeit erfüllen. Herkömmliche Extrusionsverfahren können zur Herstellung solcher Folien aufgrund zu hoher Prozesstemperaturen nur begrenzt eingesetzt werden.<br /> In dieser Arbeit wird die Möglichkeit eines durch Wasser plastifizierten, und damit in der Temperatur gesenkten expansionsfreien Extrusionsverfahrens zur Herstellung essbarer Folien auf Hydrokolloidbasis untersucht. Das Ziel ist eine umfassende Beschreibung sämtlicher Einflussfaktoren auf die funktionellen Eigenschaften der erzeugten Folien.<br /> Im ersten Abschnitt der Arbeit erfolgt unter Verwendung von Wasser als Plastifizierungsmittel und Beachtung des Glasübergangsphänomens die Entwicklung und Verifizierung der aquaplastsichen Extrusion. Diesem folgt eine für das neue Verfahren notwenige Materialauswahl, bei der die zur Extrusion notwenigen Phasenumwandlungen quantitativ durch die DTA und qualitativ durch die Erstellung von Viskogrammen bewertet werden. Nach Auswahl von Casein als Basismaterial für weitere Folien werden durch Kombination mit den anderen, sich unter Temperatureinfluss irreversibel verfestigenden Materialien deren Einflüsse auf die funktionellen Eigenschaften aquaplastisch extrudierter Caseinfolien untersucht. Der zweite Abschnitt der Arbeit beschreibt die Einflüsse der Extrusionsparameter und wichtiger Faktoren. Die Auswirkungen der pH-Wertvariation, der Zugabe von weiteren Plastifizierungsmitteln, von hydrophoben Zusätzen und der Faserzugabe auf die funktionellen Eigenschaften der Folien stehen im Vordergrund der Betrachtung. Im dritten Abschnitt werden abschließend verschiedene Vernetzungsmethoden bezüglich ihres Potentials, die mechanischen Eigenschaften zu steigern, bewertet. Dabei werden physikalische von chemischen Methoden unterschieden und Wechselwirkungen der vernetzenden Agenzien untereinander aufgezeigt.<br /> Die vorliegende Arbeit liefert somit eine umfassende Analyse der, die funktionellen Eigenschaften beeinflussenden Faktoren bei der aquaplastischen Extrusion essbarer Folien. Damit führt die Arbeit zu einem besseren Verständnis der Vorgänge bei der Folienbildung mittels aquaplastischer Extrusion. Diese grundlegenden Untersuchungen können dazu dienen, die zielgerichtete Auswahl und Kombination von Materialien und Parametern hinsichtlich gewünschter funktioneller Eigenschaften essbarer Folien zu erleichtern.

<b>Influence on functional properties of aquaplastically extruded edible films</b><br /> High quality, biodegradable, edible food packagings based on renewable raw materials gain in importance. Edible films require mechanical stability, elasticity, selective permeation and water solubility depending on their application. Known extrusion processes for edible films are limited by high process temperature.<br /> In the present work the feasibility of water plasticized, non-expanded low temperature extrusion to produce hydrocolloid based edible films is examined. Therefore, the objective is to describe in detail all factors of influence on the functional properties of aquaplastically extruded edible films.<br /> In the first part of this work the aquaplastic extrusion process is developed and demonstrated. Thereby, water is used as a plasticizer and the glass transition phenomenon is taken into consideration. Next, a material screening, which is inevitable for this new extrusion process, has been carried out. Phase transformations are determined quantitatively by difference thermo analysis and qualitatively by viscogram profiles. Because of its high film forming potential casein is chosen as basis material. The effects of the addition of further materials which solidify under heat on the functional properties of the resulting edible films are examined. The influence of the extrusion parameters such as pH-variation, plasticizers, hydrophobic additives and fibers on the functional properties of aquaplastically extruded edible films is depicted in chapter two. In the last chapter the stabilizing potential of different cross linking methods and cross linking agents is investigated, considering the mechanical stability and also the water solubility. Finally, interactions between the different cross linking methods are shown.<br /> This work provides an all out analysis of factors influencing the functional properties of aquaplastically extruded edible films. It leads to a better understanding of the film forming process via aquaplastic extrusion and of the parameters influencing it. These fundamental examinations can be applied to facilitate the specific choice of materials and process-parameters with regard to the desired functional properties of edible films.