Stärketechnologische Studien mit dem Viskographen

202 D I E S T X R K E Nr. 711951 Starketechnologische Studien mit dem Viskographen Von B e r nd P a g e n 5 t e d t , Duisburg Mit 10 Textabbildungen und 3 Tabellen In den starkeherstellenden und starkeverarbeitenden Industriezweigen gehoren Untersuchungen zur Feststel- lung der Qualitatseigenschaften versdiedenster Starke- sorten zum taglichen Programm eines Starkelaborato- riurns. Vor allem interessieren heute der Einflul3 mechani- scher und thermischer Behandlungsarten sowie chemischer Behandlungsmittel auf die Verkleisterungscharakteristik sowie auf die ,,Zugigkeit" bzw. ,,Kurze" von Starke- kl etstern. ' Zur Durchfuhrung dieser Untersuchungen stellt man die Viskositat fest, die eine Starke-Wasser-Suspension bzw. ein Starkekleister in bestimmcen Zustandsformen be- sitzt. Man benutzt hierzu stacisch arbeitende MeRgerate, mit denen die Visliositat in bestimmten Aggregatzustan- den gemessen wird. Die Stiirkeindustrie weicht nur ungern von diesen ein- ma1 eingefuhrten und bewahrten Untersuchungsmethoden ab, da gemaR den internationalen Vereinbarungen Visko- sitatsangaben von zahflussigen Massen und Flussigkeiten nur in der dynamischen Viskositat (absolute Viskositats- einheit = Poise) bzw. in der kinernatischen Viskositat (ab- solute Viskositatseinheit = Stok) zu erfolgen habcn und dies die wissenschaftlich korrekteste Zahigkeitsangabe dar- stellt. Neben dieser rein statischen MeRmethode rnit wissen- schaftlich exakten Viskositatswertcn wird der Braberider- Viskograph zum technologischen Studium der Verande- rungen der verschiedencn Starkcsorten und ihrer Starkc- umwandlungsprodukte durch spezielle Behandlungs- und Verarbeitungsrnethodcn mehr und mehr eingesetzt. Dieses Gerat bietet in? Gegensatz zu der statischen MeRmethode die Moglichkeit, die relativen Viskositatsveranderungen von Starke-Wasser-Suspensionen und Starkekleistern in Abhfngiglwit von Temperatur und Zeitverlauf zu messen und i n Form einer Kurve laufend zu registrieren. I. Versudsapparatur m d Arbeitsmethode Bevor ich auf die von rnir angestellten Versuche eingehe, seien kurz einige Angaben iiber den Viskographen voraus- geschickt. In Abbildung 1 ist der Brabender-Viskograph in seiner hcu- tigen, neucntwickelten Form wiedergegeben, wie er sp:zicll fur die Starkeindustrie gelicfert wird. Viskographtopf und MeRfuh- ler sind neuerdings aus V-2-A-Stahl hergestcllt, um allc U n t w sudiungen ohne Rucksicht auf das Metal1 durdifuhren zii k6n- nen. Weiterhin ist fur dieses Geriit eine Kuhlvorrichtung ent. wickelt worden, die in Form einer Kuhlshlange in den Visko- graphtopf eingesetzt wird, wobei die Temperaturabnahme der zu kuhlenden Masse durch das Kontaktthermonieter ubcr cin Magnetventil gesteuert wird, das den DurchfluR des Kuhlwasscrs reguliert. Der Viskograph stellr auf Grund seiner Konstruktion und Ar- beitsweise ein Rotations-Viskosimeter dar, das laufend den Wi- derstand millt und registriert, den eine Starke-W~sser-Suspcn- sion bzw. ein Stzrkekleister einer konstanten' Ruhrwirkung ent- gegensetzt. Dieser Widerstand wirkt si& so aus, daB der McB- fuhler sich je nach Zahigkeic der Masse mehr oder weniger in der Drehrichtung des Viskographropfes zu drehcn versucht. Diese Drehung des Menfuhlers wird direkc auf ein empfindliches Waagensystem ubertragen und in Viskograph-Einheiten auf dcm Diagrammstreifen fortlaufend registriert. Dieser in Viskograph- Einheiren angezeigtc und registrierre Wert steht in einem linca- ren Verhsltnis zu dcr Kraft, die auf dar Waagensystem wirkt. Diese Kraft bestimmt weiterhin je nach Zshigkeit der Masse den Arbeiuwert des Mefifuhlers, den dieser als Widerstand gegen die Drehwirkung der im Riihrropf befindlichen Masse leisten mu& Der Viskograph ist so geeicht, daR 1000 Viskograph-Einheiten einer Waagenbelastung von 250 Gramm und einer geleisteten Arbeit des MeRfuhlers von 300 cm * g entsprechen. Steigt die Viskosiriit eines Starkekleisters so sehr, d3R der MeRbercich von 0-1000 V. E. nicht rnehr ausreicht, so kann d u r h Anhangen von Zusatzgewichten an die Waage- das System bis zu 2000 V. E. vorbelastet werden. Die von mir angewandte Arbeitsmethode zur Herstel- lung der Scarke-Wasser-Suspension war folgende: Die z u untcrsuchende Starkemenge wurde, bezogen auf eincn Wassergehalt von 14 "/o, ausgewogen und in einen 500 ccm fas- senden Erlenmeyerkolben gegeben. Aus der Spezialburctte, die fur 450 ccm Wasser geeeicht ist, last man ungefahr 250 ccm de- sdliertes Wasser mit cinc: Wasserremperatur yon 25' C zulau- fen. Der Erlenrneyerkolben wird dann verkorkt iind der Inhalt so lange geschuttelt, bis sich eine homogene Suspension gebildet hat, die dann in das RiihrgefaB des Viskographen gegeben wird. Die restlichen 200 ccm destilliertes Wasser benuczt man zum Ausspulen des Erlcnmeyerkolbens, und diese Ausspulungcn wcr- den dann ebenfalls dcr Suspension im RuhrgefZB beigegeben. Es ist wesentlich darauf zu ah ten , da13 die Zeit zwischen dem Ansetzen dcr Suspcnsioncn und dern Bcginn dcr Aufhcizzcic im Viskographtopf kurz gehalten wird. Weiterhin sol1 die Tempc- ratur der Suspensionen se t s 25' C betragen, urn Unterschicde im spateren Verkleistcrungsverlauf zu vermeidcn. Abb. 1. Brabender-Viskograph mit Aufheiz- und Kuhlvorrichtung Nr. 7/3. Jahrg. D I E S T A R K E 203 I I . Die Kleisterbildung - Ihre Kennzeichnung und Bewertung durch den Ver lmf der Mskographkurve Es ergibt sich zunachst die Frage: Welche Faktoren be- stimmen den Verlauf einer Verkleisterungskurve und wie ist diese Kurve zu bewerten? Anker und Geddes ( 2 ) haben an- IaRlich ihrcs Vortragcs auf dern Annual Meeting im Mai 19-42 in Arnerika hierzu einige Punkte herausgearbeitet. Sie sagen, daR der Verlauf einer Verkleisterungskurve irn hmylographen und darnit auch im Viskographen von fol- genden Faktoren beeinflufit wird: a) v o n d e r K o n z e n t r a t i o n d c r S u s p e n s i o n , die ddS Verhiltnis von f DIE S T i P R K E Nr. 7/1951 111. Das Kleisterbildungsvermogen bzw. die Ergiehigkeit Der Begriff Kleisterbildungsvermogen btw. Ergiebig- keit ist nach 0. wolff(4) wie folgt festgelegt: ,,Ergiebigkeit ist die Fahigkeit der zu untersuchenden Starke, einen hoch- 204 Zur Kennzeichnung der Verkleisterungscharakteristik und damit dcr Kleisterbildung, die durch den Kurvenver- lauf, des Viskogramms gegeben ist, lassen sic% folgende Einzclwerte bestimmen, die in Abbildung 3 an Hand cines Verkleisterungsdiagramms wiedergegeben sind: in Abhangigkeit von der Konzentration Abb. 3. Bewertung eincr Verklei- sterungskurve 1. d i e U b e r g a n g s t e m p e r a t u r in OC. Es ist dies die Temperatur, bei der der erste fcststcllbarc Ansticg der Vis- kositat registriert wird. Ich habc dicscn Wcrt s tc t s bcim Schnitt- punkt der Kurve mit der Linie 20 V. E. festgestellt. 2. D i e V i s k o s i t z t i m V e r k l e i s t e r u n g s m a x i - m u m , die in Viskograph-Einhciten (V. E.) gcmesscn wird. 3. D i e T e m p e r a t u r , b e i d e r d c r m a x i - m a l e Ve r k 1 e i s t e r u n g s p u n k t c r r c i c h t w i r d in O C. 4. D i e D i f f e r e n z z w i s c h e n d c r T e m p c r a - t u r i m V e r k l c i s t e r u n g s m a x i m u m u n d d c r U b e r g a n g s t e r n p e r a t u r in OC. Diescr ,Untcrschicd kann auch in Min. Ruhrwirkung ausgedrudct werden. viskosen Kleister zu bilden, wobei diejenige Stfrke die ergiebigste ist, die bci gleicher Konzentration einen Klei- ster von hochster Viskositat ergibt, bzw. die Stfrke, bei der man mit kleinster Konzentration einen Kleister von gleicher ViskQsitZt erhiilt." Ich habe zur Untersuchung dieses Wertes von den mir zur Verfiigung stehenden StIrkesonen Verkleisterungs- kurven mit verschiedenen Konzentrationen angefertigt. In Abbildung 4 sind die erhaltenen Diagramme, fur jede Starkesortc getrcnnt, wiedergegeben. In Tabelle 1 sind die dazugehorenden Zahlenwerte zusammengestellt. Abb. 4. Verkleisterungskurven mit steigender Starkekonzentration Nr. 7/3. Jahrg. D I E STHRKE 205 Tabelle 1 EinfluB der Konzentration auf das Kleisterbildungsvennogen (Zahlenwerte) Rcisrt3rke I . Konzenrration O h j , j j 6 2 6,6j 7,2 is75 8.3 2. Obergacgstcmperatur OC 8j.j 84 82 79.5 77,s 75 j. hfaxirn. Viskositat V.E. 100 z6j 360 j lo 670 860 4. Tcmp.imVerk1.-hfasim.OC 94 93.5 92 92.5 92 90 5. Differenr 1.-2. 8.j 9, j 10 13 $44 1 5 !\'rizenstirkc I . IionzennationVo 6,6j 792 ?,?j 8-3 8.85 9.4 9.65 2. Obcrg3ngstemperaturoC S S S6,j 8j 83,j 82 80,j S0,j 3. Maxim. Viskosit5tV.E. ~ j o 215 320 4jj 630 805 905 4. Temp.imVerkl.-Yaxim.OC 9-1 94 93 93 93 92 92 j. Diffcrciir 4.4. 6 7,5 S 9.5 1 1 11 , j 1 1 , 5 Knrtoffelstiirke I . Konrentrarion 010 r,W 2,s ?,77 3,33 3,s; 2. Obergangsternperatur *C 82.5 72 6) 6785 67.5 3. hl.&im. Viskositat V.E. 120 zAa j t o 745 890 - - - 4. Temp. in1 VcrkLMaxim. "C - - j. Diffcrenz 4.-?- - - - - - Beim Betrachten dieser Kurven- und Zahlenreihen stellt man fest, dafi der Verkleisterungsverlauf -mit zunehmen- der Konzentration der Starkelosungen Veranderungen erfahrt, die bei allen Starkesorten sich in der gleichen Richtung bewegen, lediglich die GrijSe der Verkderung ist unterschiedlich. Neben der zur erwartenden Viskosi- tftserhohung im Verkleisterungsoptimum fallt vor allem m f , daI3 mit sreigender Konzentration die Obergangs- temperatur bei allen untersuchten Starken abnimmt. Die Temperatur im Verkleisterungsoptimum nimmt dagegen nicht in dem gleichen MaBe a b wie die Obergangstempe- ratur. Die Difierenz zwischen Temperatur im Verkleiste- rungsmaximum und Ubergangstemperatur nimmt mit steigender Konzentration zu, wobei dieser Wert sich bei YE I viJhos'fdf 1000 Po0 800 700 boo So0 4 00 3 00 200 400 0 0 I 2 3 4 5 6 7 8 9 W A der Reisstarke mit 2,5' C nur wenig und bei der Mais- starke mit 6,5OC am starksten verfndert. Dieser Wert in Verbindung rnit der Viskositatssteigerung laf3t Ruck- schlusse auf die Veranderung der QuelleigenschaRen der Starke zu. Die Abnahme der Verkleisterungstemperatur im Ver- kleisterungsoptimum sowie der steile Abfall der Verklei- sterungskurven nach Erreichen des Verkleisterungsmaxi- mums rnit steigender Konzentration der Starkelosungen ist die Folge einer starkeren Volumenausdehnung der gequollenen Starkekornchen und des groBeren Anteils an ausgelaufenen SrErkekGrnchen, der durch die grol3erc Dichte und Empfindlichkeit der gequollenen Teilchen ge- gen die Riihrwirkung groRer wird. Aus dieser Oberlegung kann gefolgert werden, daB die Geschwindigkeir, mit der die Zerstorung der gequollenen StirkekGrnchen vor sich geht, eine Funktion der mechanischen Beanspruchung der gequollenen Teilchen ist, wobei die lntensitiit der mecha- nischen Beanspruchung eine Funktion der Viskositat ist, die ihrerseits wiederum von der Konzentration der Star- kelosung abhangt und bestimmt wird. Die Untersuchung der Viskositatssteigerung in Abhan- gigkeit von der Konzentration ist in Abbildung 5 wieder- gegeben. Die graphischen Darstellungen beziehen sich ein- ma1 auf die reinen Zahlenwerte und einmal auf die Loga- rithmen dieser Wcrte. Die in der graphischen Dnrstellung wiedergegebenen Linien stellen die charaktcristischen Ergiebigkeitslinien der untersuchten Starken dar. Es geht aus dem Verlauf und dem Anstieg der Linien hervor, dai3 das Kleisterbil- dungsvermagen der untersuchten Kartoffclsdrke an erster Steile liegt. Es folgt dann die Reisstarke, die Maissrarke und zum Schlufi die Weizenstarke. Leider war es mir nicht moglich, eine Roggenstirke zu erhalten, um das Bild ab- zurunden. Mit Hilfe dieser Linien ist.es nun mijglich, fur die ver- schiedenen Starkesorten die Konzentration anzugeben, bei der eine bestimmte Viskositat im Viskograph erreicht wird, oder umgekehrt, von der Viskositat auf die Konzentration zu schlienen. Vor allem ist mit dieser Methode sowohl fur Erzeuger als auch Verbraucher die Moglichkeit gegeben, einmal die Weiterverwendung verschiedener Starken in bezug auf Ergiebigkeit zu priifen, und weiteihin k6nnen handelsiibliche Stirken einer Sorte auf ihre Gleichmafiig- log. 1 fishosifdt YE Abb. 5 EinfluC der Konzentration auf das Kleisrerbildungsvermogen 206 D I E S T A R K E Nr. 7/1951 keit in bezug auE Kleisterbildungsvermogen verglichen werden, denn, wie bereits erwahnt, beeinflussen Rohstoff - qualitat und Fabrikationsbedingungen die Qualirat der Starken sehr stark. Weiterhin laBt sich die pus angelieferten Rohstoffen im Laboratorium ausgewaschene Starke so- gleich an Hand von zwei durchgefuhrten Viskograph- untersuchungen mit unterschiedlicher Konzentration der Sttrkelosungen auf ihre Ergiebigkeit bzw. auf ihr Kleister- bildungsvermogen prufen. Man hat mit dieser Methode die Moglichkeit, Rohstoffe auszuwahlen, die in bezug auf Ergiebigkeit fur den weiteren Fabrikations- und Verwen- dungszwedr der Starken besonders geeignet sind. IV. Widerstand der verschiedenen Starkesorten gegen den Ein weiteres , interessantes technologisches Problem ist der Widerstand verschiedener Starkesorten gegen den fermentativen Abbau oder auch, anders gesagt, der Einflui3 des fermentativen Starkeabbaus auf die Kleisterbildung. Ich habe hierzu Verkleisterungen im Viskographen bei jeweils gleichbleibender Konzentration der Starkelosun- gen mit steigendem Diastase-Malzzusatz durchgefuhrt, wozu Weizen-, Mais- und Kartoffelstarke benutzt wurden. Reine Diastase stand rnir leider fur diese Untersuchungen nicht zur Verfugung. In Abbildung 6 sind die erhaltenen Verkleisterungs- diagramme wiedergegeben. In Tabelle 2 sind die aus den erhaltenen Kurven entnomrnenen Zahlenwerte zusammen- gestellt. Zu den Kurvenbildern ist zunachst zu sagen, dai3 die Viskositatsabnahrne rnit steigendem Diastase-Malzzu- satz bei der Weizenstarke am grogten ist, wahrend sie bei der Maisstarke bedeutend niedriger liegt. Die Konzentra- tion dieser Stfrkelosungen wurde bewui3t so gewiihlt, da13 die maximale Verkleisterungsviskositat bei den Star- kelosungen ohne Zusatz ungefahr die gleiche war. fermentativen AbGau Tabelle 2 Einflud des fermentativen StZrkeabbaus auf die Kleisterbildung (Zahlenwerte) Viskosititsverinderung der vcrkleistert. Stirkelasun en Zwatz von WeizenstGrke blaissrlrke KarroffelsrarEe Diastasemalz Kontentr. g,h% lionzentr. 8.3 Konzcnrr. 3.55 010 Visk-Einh. Visk..Einh. in "lo Visk.-Einh. 880 640 480 375 2 j o 160 85 50 Bei der Weizenstarke ist auffallend, dai3 mit zuneh- mendem Diastase-Malzzusatz die Obergangsternperatur mehr und mehr abnimmt. Sie sinkt von 87' C auf 61° C, wahrend bei der Mais- und Kartoffelstarke Schwankun- gen in der Obergangstemperatur von 2 bis 3' C festzu- stellen sind. Die Weizenstirke reagiert von den drei unter- suchten Starken am empfindlichsten auf den EinflufS der Amylase. Die Different zwischen der Temperatur im Verkleisterungmaximum und der Obergangstemperatur vergrogert sich bei der Weizenstarke ebenfalls am stark- sten. I n Abbildung 7 ist die Viskositatsabnahme in Abhangig- keit vom steigenden Diastase-Malzzusatz fur die drei Starkearten graphisch dargestellt. Aus dem Verlauf dieser Linien erkennt man, dai3 die Weizenstarke bereits rnit sehr geringen Zudtzen von 0,1 und 0,2 O/o Diastase-Malzzu- satz sehr stark reagiert. Die Maisstarke dagegen erweckt den Eindrudr, als ob zunachst cine grodere Menge Amy- lase vorhanden sein mud, um die Starkekornchen in stIr- Abb. 6 Verkleisterungskuwen venchiedener Stiirken bei steigendem Diastasemalzzusatz Nr. 713. Jahrg. D I E S T X R K E 207 kerem Mace abbauen zu konnen. Erst bei einem Zusatz von 0,75 Yo Diastase-Malz fallt diese Linie starker ab, wahrend sic bis dahin flacher und fast linear verliuff. .loo0 900 800 700 600 500 400 300 200 400 0 Qt 93 05 47 49 Abb. 7. Einf ld des fcrmentativcn Starkeabbaues auf die Kleisrerbildung Diese erhaltencn Kurven mochre ich als fermentative Miderstandslinien bezeichnen, da sic klar zum Ausdruck bringen, welchen Widerstand die untersuchten Starken der Fcrmcnteinwirkung durch dieses spezielle Malz entgegen- setzen kiinnen. Man kann weiterhin auf diese Art die Sdrken von verschiedenen Rohstofiqualitaten untersuchen und je nach beabsichtigter weiterer Verwendung der ge- wonnenen Starken eine entsprechende Auswahl treffen. V . Einflufl von Borax-Zusatzen auf das Kleisterbildzmgs- Ein weiteres Gebiet, dessen Studium mit dem Viskogra- phen aufschluBreiche Resultate ergibt, ist die Veranderung der Verkleistcrungscharakteristik der verschiedenen Star- Iresorten bei der Herstellung von Starkeumwandlungs- produkten, wie sie vor allem in der Kiebstoffindustrie durchgefuhrt wird. R. Kohler (5) hat in seiner Veroffentli- dung ,Netrere Anrdauungen iiber den Feinbau der Starke und ihrer in der Technik verwendeten Umwandbngspro- dukte" in Heft 1 (1949) dieser Zeitschrift zu diesem Pro- blem eingehende Oberlegungen angestellt. V e n n auch Studien dieser Art mit dem Brabender Vis- kographen keine exakt wissenschafilichen Rudrschlusse zulassen, so erkennt man do& den Einflut3 der verschie- denen von Kahler besdriebenen Herstellungsmethoden von Starkeumwandlungsprodukten auf die Starkequellung und ihre Viskositatsveranderung. Ich habe als Beispiel den Einfluil von Borax-ZusEtzen auf das Kleisterbildungsvermogen von Weizen-, Mais- und Reisstarke mit dem Viskographen untersucht. Wie bekannt, steigern die Salze der Borsaure allgemein die Vis- kositat von Starkekleistern und werden daher gern zur Verbesserung der Ergiebigkeit von Starkekleistern und zur Erzielung einer gesteigerten Triebfihigkeit angewandt. I& habe die Versuche so durchgefuhrt, daB die Konzen- tration der jeweiligen Suspension einer Starkesorte kon- stant blieb und die Verkleisterungskurven mit steigenden Boraxmengen aufgenommen wurden. vermogen Abb. 8. Verkleisrerungskurven ver- schirdener Stiirken bei steigendem Boraxzusatz 208 D I E S T K R K E Nr. 7!1951 Abbildung 8 zeigt die erhaltenen Diagramme getrennt nach Starkesorten. In Tabelle 3 sind die sich aus den Kur- ven crgebenden Zahlenwerte zusammengestellt. Es ist festzustellen, dais die Obergangstemperatur bei der Wei- zenstarke mit zunehmender Boraxmenge laufend abnimmt. Bei der Maistarke dagegen ist festzustellen, daB durch den Borax-Zusatz die Ubergangstemperatur von 82 'auf 72' C zuriickgeht, dann aber bei alien weiteren Borax-Zusatzen die Obergangstemperatur rnit 7 2 O C konstant bleibt. Bei der Reisstarke wird die Obergangstemperatur durch den Borax-Zusatz nicht verandert. Die Temperatur im Vis- kositatsmaximum nimmt entsprechend der Verfnderung der Obergangstemperatur bei der Weizen- und Maisstarke auch ab, wahrend sie bei der Reisstarke fast konstant bleibt. Die Viskositat der Starkekleister verandert sich ebenfalls je nach Stfrkesorte verschieden. In Abbildung 9 habe ich die Viskositatszunahme in Abhangigkeit von der zugesetzten Boraxmenge fiir jede Starkesorte graphisch dargestellt. Aus dem Verlauf und der Hohe der Kurven ist zu ersehen, daB von den untersuchten Starken die Maisstarke bereits auf kleinere Zusatze sehr stark reagiert und die Viskositatszunahme mit steigender Boraxmenge etwas abnimmt. Die Weizenstarke dagegen beginnt erst ab 1 o/o Zusatz sehr stark auf den EinfluB des Salzes zu reagieren und zeigt d m n eine starke Viskositatszunahme. Tabelle 3 EinfluC von Borax auf das Kleisterbildungsvermogen Wcizcnstarkc Konacntrarion 7.7 o/,, 0 I 2 I . Borax-Zusatz in al0 gr 2. Ubergangstemperatur OC 85,s 80.5 75 71.5 3. Viskositat imVcrkl..l\Iax. V.E. 315 365 600 890 4. Temp. im VctkLMax. OC 93 91 30 88 5. Differenz 4.-t. 7.5 10.5 15 16,s 3 Maisdarke Konzentration 6.6 01, I . Borax.Zusarr in "10 gr 0 '12 I 1'12 2 Z'h z. Obcrgangstempcrntur OC 82 - 73 72 72 72 72 4. Tcmp. im Vcrkl.-Max. UC 9t 81 80 79,s 79 78,j 5. Diffcrenz 4.e. 10 8 8 7.5 7 6.5 3. Viskositzt im Vcrk1.-Iv1ax.V.E. 369 ++o 545 640 720 780 Reisstirkc Konzentration 5,5 O/o I. Borax-Zusatz in % g 0 ' 2 3 4 2. ubergnngstemperatur OC 75 75 75 75 75 3. Viskositiit im Verkl.-M;or. V.E. 280 375 475 570 660 4 Temp. irn VcrkLMax. OC 82.5 82,s 83 83 83 5 . Differenz 4.4. 7)j 795 8 8 8 ,,, t Rskosiiat wo 900 800 700 600 500 400 350 Abb. 9 Eiflui3 von Borax auf die Kleisterbildung 200 l ' l ' l ~ 5 0 45 I t 5 2 45.3 454% 0 ' 1 Wahrend bei dcr Mais- und Wcizenstlrke die Kurven der Viskositatszunahme leicht, bzw. starker gebogen sind, verlauft diesc Linie bei der Reisstarke fast linear, wobei der Gesamtanstiegswinkel im Vergleich zu den beiden anderen Sdrkesorten niedrigcr liegt. Der Zusatz von Borax wirkt sich also ganz verschieden auf die Quell- und Verkleisterungseigenschaften der einzelnen Starken aus. Diese Tatsache geht auch schon aus der oben angestellten Betrachtung uber die Veranderung der Einzelfaktoren der erhaltenen Viskographkurven hervor. Der EinfluC der Komplcxbildung der Borsaure mit den organischen Hydroxylgruppen der verschiedenen Starken und die da- rnit in Verbindung stehende Verstarkung des Netzsystems der Stiirkestruktur geht ebenfalls aus den Unterlagen hervor. VI. Bestimmung der ,,Ziigigkeit" bzw. Kiirze" eines Fur die Weiterverarbeitung der verschiedenen Stiirke- sorten ist die Untersuchung des Verkleisterungsverlaufs bis zum Vislrositatsmaximum allein meistens nicht ausrei- chend, urn daraus umfassende Ruckschlusse auf die Quali- tatseigenschaften des Fertigproduktes zu ziehen. Es inter- essieren daher neben der Verklcisterungscharakteristik vor allem die ,,Kiirze" bzw. ,,Zligigkeit" eincs Starke- kleisters. Zur Bestimmung dieser wciteren Faktoren benutzt man den Viskographen rnit einer in den Ruhrtopf hineinragcn- den Kuhlschlangc und fuhrt die Untersuchung in drei Phasen durch: 1. Phase: Aufheizen und Verkleistern. 2. Phase: 30 Minuten kochen bei 93' C. 3. Phase: Abkuhlen von 93' C auf 20' C. Der Ternperaturabfall betrigt beim Abkiihlen 1,5O C/ Min. Je nach Starkcqualitat und Starkeart sowie nach Be- handlungsart dcr Starke ist der Viskositatsanstieg beim Abkuhlen des StIrkekleisters verschieden. Dieser Viskositatsanstieg ist in seinem zeitlichen Verlauf und in seiner Hohe bei Erreichen von Zimmertemperatur im Kleister charakteristisch fur ziehende bzw. zugige Klei- ster und fur kurze Starkekleister. In Abbildung 10 sind solche Kurven von Mais- und Kartoffelstarke-Suspensionen bzw. Kleistern wiedergege- ben, die in ihrer Konzentration SO gewahlt sind, da13 die Verkleisterungsmaxima in der Aufheizphase sich nur we- nig unterscheiden. Wihrend der Kochphase ist zu beob- achten, daf3 der Maisstarkekleister nach Erreichen des Viskositatsmaximums sehr stark abfillt, wahrend der Kar- toffelstarkekleister nach Erreichen seines Verkleisterungs- maximums nur langsam in seiner Viskositat abnimmt. Beim Abkuhlen verhalten sich die beiden Kleister ganz anders. Die Viskositat des Maisstarkekleisters nimmt bis 75O C Abkiihlung sehr stark zu und steigt dann bis 30' C fast linear mit der Temperaturabnahme. Die Viskositats- zunahme der Kartoffelstfrke dagegen verlauft bedeutend flacher. Auch im Temperaturbereich unter 25 bzw. 20' C steigt die Viskositat weiter an und ein Maximum zwischen 30 und 20' C, also bei Erreichen der Zimmertemperatur, stellt sich im Viskographen nicht ein. Der Viskositatsan- stieg ist jedoch je nach Starkesorte in diesem Temperatur- bereich verschieden grof3. Die Zugigkeit bzw. Kurze eines Kleisters laat sich nun mit Zahlenwerten, die durch die erhaltenen Kurven gege- ben sind, auch zahIenmai3ig erfassen. Zu diesem Zwecke bestimmt man die Viskositat im Starkekleirters Nr. 7/3. Jzhrg. D I E S T A R K E 209 Verkleisterungsrnaximum wahrend der Aufheizphase (MI) und die Viskositat, die bei der Abkuhlung des Kleisters bei Errcichen der Temperatur von 25' C angezeigt wird, (MJ). Man bildet dann die Verhaltniszahl von Mg: Mi, die als Mali fiir die Zugigkeit bzw. Kurze des erhaltenen Klcisters bei der gewahlten Starkekonzentration anzu- sehen ist, Je gr6Rer die Verhaltniszahl ist, desto kurzer ist der Starkekleister. In obigern Kurvenbeispiel stellt die Maisstarke einen sol& kurzen Kleister dar. Die Verhalt- niszahl ist 2,1. 1st die Vcrhfltniszahl dagegen klein, wie es zum Beispiel bei der Kartoffelstarke rnit 1,2 der Fall ist, so liegt ein zugiger und ziehender Kleister vor. Die vorstehenden Ausfuhrungen iiber die von mir durch- gefuhrten Versuche rnit dem Viskographen stellcn nur einen Teil der starketechnologischen Untcrsuchungen dar, die rnit diesem Gerat moglich sind. Ich hoffe, mit den hier mitgeteilten Angaben praktische Hinweise und Anregun- gen fur die Untersuchung und Bestimmung von Starke- qualitaten gegeben zu haben. Abb. 10. Drei-Phasen-Viskographkurven von Mais- und KartoffclstZrke Zusammen fassvng Nach einer kurzen Beschreibung des weiterentwidtelten Brabender Viskographen rnit gesteuercer Aufheiz- und Kuhlvorrichtung sowie der fur die Herstellung der Stiirke- Wasser-Suspensionen angewandten Arbeitsmethode, wird zunkhst die Kleisterbildung allgemein und die Bcwertung ciner Viskographen-Verkleisterungskurve besprochen. Bei der Beurteilung von Verkleisterungscharakteristiken ver- schiedener Stiirkesorten steflt sich heraus, dat3 die Kar- toffelsdrke bei bestimrnten Konzentrationen einen ab- wcichenden Kurvenverlauf zeigt, der durch zwei Quell- maxima gekennzeichnet ist. Es wird dann eingehend das Kleisterbildungsvermogen bzw. die Ergiebigkeit in AbhHngigkeit von der Starkekon- zentration untersucht und an Hand von Kurven, Tabellen und graphischen Darstellungen bchandelt. Neben der Ver- Snderung der verschiedenen Einzelfaktoren der erhaltenen Kurven ist vor allem die ViskositHtszunahme, die sich irn Viskographen fur die verschiedenen StHrken bei Erhohung der Konzentrationen ergibt, ausschlaggebend fur die Be- stimmung und Auswenung von Ergiebigkeitslinien. Weiterhin wird der Widerstand verschiedener Starken gegen den ferrnentativen Abbau sowie der EinfluB voii Borax-Zusatzen auf die Verkleisterung versfiedener Stirken eingehend behandelt und an Hand von Kurven, Tabellen und graphischen Darstellungen erortert. Zum SchluB wird eine neue Viskograph-Untersuchungs- methode zur zahlenmaaigen Bestimrnung der ,Zugigkeit" bzw. ,Kurze" eines Starkekleisters erlautert und an dar- gestellten Kurven fur Mais- und Kartoffelstarke unter- sucht. Durch den Einbau einer Kiihlvorrichtung in den Viskographtopf ist es moglich, die Veranderung der Zahig- keit des Kleisters wahrend der Abkuhlung von 90' C auf 20' C zu registrieren und durch Bildung einer Verhaltnis- zahl zwischen der Viskositatszahl nach der Abkiihlung des Kleisters auf 25' C und der Viskositatstahl im Ver- kleisterungsmaximurn die Zugigkeit bzw. Kurze des Klei- sters festzulegen. Je grofler diese Verhiltniszahl, desto kurzer ist der Kleister. Ein ziehender bzw. ziigiger Kleister liegt vor, je kleiner diese Zahl ist. Surnm2ry A short description is given of the latest, improved Brabender VISCOGRAPH with heating and cooling control, as well as of the testing routine as appl ied for the preparation of the starch-water-suspensions. The starch formation, in general, and the interpretation of a Visco- graph gelatinisation curve are commented upon. In assess- ing gelatinisation characteristics of different qualities of starch, it was found that the potato starch, at definite con- centrations, shows differences in the curves, these difie- rences keeping between .? maximum swelling points. Hereafter the paste formation capacity or the paste yield respectively, as subject from the concentration of starch, i s investigated, the findings being supported by graphs, tabulae and illustrations. Apart from the changes of the various individual factors in the graphs obtained, it is above all the increase of viscosity as reproduced by the Viscograph when increasing the concentration of the various brands of starch, which is decisive for the deter- mination and interpretation of yield curves. Further, the resistance o f different brands of starch against fermentative decomposition as well as the influ- ence of additions of borax upon the gelatinisation capa- city of different brands of starch is dealt with in detail and explained by curves, tabulae and graphic illustrations. At the end of the treatise explanations are given of a new testing method, using Viscograph figures to determine the ,,spreading easinessu or ,shortnessu respectively of a starch potato paste, and graphs are shown both of maize a d potato starch. By the installation of a cooling device in the Viscograph testing vessel it has become possible to record any changes of the toughness of a paste on cooling it down from 90 to 2Q0 C, and by establishing a propor- tional number between the viscosity figure afrer cooling down of the paste to 25O C and the viscosity figure at the optimal point of gelatinisation to determine the ,,spread- ing e a s i m d or ,shortness" of the paste. The higher this proportional rwmber, the shorter will be the paste. A paste of easy spread will be obtained, the smatler that figure is. 210 D I E S T A R K E Nr. 711951 Literaturnacbweis (1) Brabender, C. W.: BeitrTge zur Strukturforschung yon Wei- zcn und Roggenteigen. Muhlenlaboratorium, 7, 121-132 (1937). (2) AnRer, C. A. und Geddes, W . F.: Vortrag uber Verkleiste- rungsstudien, gehalten auf dem Annual Meeting Mai 1942, Amerika. (3) Katz, /. R.: Viscosity of Starch Pastes - the changes therein due to continued heating and stirring, and their relation to the size of cotton yarns. Textile Research 9, 69-78 (1938). (1) Wo@f, 0.: BeitrPge zur Kenntnis der Kartoffclstarkc, Teil 11, Die Ergiebigkeit der Starkc. Die StTrke, 2, 1, 8 (1950). ( 5 ) Kohler, R.: Neuere Anschauungen uber den Feinbau der Stiirke und ihrer in der Technik verwendeten Umwand- lungsprodukte. Die StPrke, 1, 1, 10 (1949). Auf bau und Wirkungsweise der Rohmilch- und der Rinnenschleudern und ihr Einsatz in der Starkeindustrie Von Zng. A. I: 7 i t z e, Wtrnstorf Mic 7 Abbildungen Im Vorjahre deutete ich im Rahmen eines Referates (1) die Richtung der Entwi+lungsarbeiten auf dem Gebiete der Starkeindustrie an. Es war mir damals no& nicht mog- lich, bereits praktische Erfahrungen und Ergebnisse mit- zuteilen, da sich der Bau und die Erprobung der neuen Konstruktionen teilweise noch in der Entwicklung befan- den. Ich freue mi& urn so mehr, nunmehr berichten zu kon- nen, dafl die im Vorjahre angeschnittenen Probleme heute zurn Teil als gelost angesehen werden durfen. Es handelt sich in erster Linie urn: die Verbesserung an der Rohmilchschleuder und um die Entwicklung der Rinnenschleuder. Da im verflossenen Jahr auch mit de r ncu durchkon- struierten Rohrnilchschleuder gute Ergcbnisse erzielt wor- den sind, bitte ich, meinen Vortrag nicht nur auf die Rin- nenschleuder, sondern auch auf die Rohmilchschleuder ausdehnen zu diirfen. Bevor ich auf den Einsatz der Schleudern in der Starke- industrie zu sprechen komme, mochte ich zunachst lrurz den Aufbau und die Wirkungsweise dieser Schleudern schildern. n t Feststoffe t Flussighit Abb. 1. Rohmilchschleuder Abbildung 1 zeigt die Rohmilchschleuder in ihrer heu- tigen Konstruktion. Wenn auch der Aufbau der Rohmilch- schleuder manchem bekannt sein durfie, so mochte ich ihn dennoch kurz erlautern, um sparer die unterschiedliche Wirkungsweise der Rinnenschleuder besser herausstellen zu konnen. In Abbildung 1 erkennt man die a d e r e Voll- manteltrommel mit dem inneren Schnedrenkorper mit Schneckengang. Trommel und Schneckenkorper drehen sich mit einer Diff erenzdrehzahl, wobei der Antrieb beider Schleuderteile uber ein Radergetriebe erfolgt. Um bei not- wendig werdenden Reparaturen einen leichten Ausbau des Trommelkorpers zu erreichen, sind die Trennschleudern in Abbildung 1 mit der angedeuteten flexiblen Doppel- kupplung versehen. Zum Demontiercn ist es jetzt nicht mehr erforderlich, den Raderkasten zu offnen, cs kann vielmehr durch Losen zweier Kupplungsflanschen und Lager der Trommelkor- per fur sich lei& herausgeholt werden. Aut3er anderen Vorreilen wird, wie die Erfahrung gezeigt hat, durch den Einbau der Doppelkupplung cin ruhigerer Lauf der Schleu- der erzielt. Das zu schleudernde Gut wird der Rohmilchschleuder durch den zentralen Einlauf zugefuhrt. Auf dem Wege durch die Trommeln setzen sich die Feststoffe, in der Starkeindustrie also Starke bzw. Reibscl, am Boden der Trommel ab und werdcn durch die Schnecken uber eine Trockenzone zum Stfrkeauffang befijrdert. Die Entwas- serung der Starke in der Schleuder bei Verarbeitung von Kartoffelstarkemilch erfolgt bis zu etwa 52 O/o Wasser- gehalt, die Starke wird anschlieflend meistens unter Zu- satz von Frischwasser aus dem Auffangrohr hinausgespult. Das von den Feststoffen befreite Abwasser tritt durch das Abwasserrohr kontinuierlich heraus, wie auch der Roh- milchzulauf zur Trennschleuder volikommen kontinuier- lich erfolgt. Die Rohmilchschleuder ahnelt in ihrer Arbeitsweisc einer Stauflut, d. h. es erfolgt wohl in dieser Schleuder eine lrraftige Ausscheidung von Fruchtwasser, es wird aber kaum eine nennenswerte Reinigung der Starke von Fascrn erzielt. Bei geringfiigigen Abwasserverlusten kann die Schleu- der bei Kartoffelverarbeitung gut mit 30 cbm Starkemilch stiindlich mit einer Konzentration von etwa 1,5' BC be- lastet werden. Bei dieser Leistung betragt der effektive Kraftbedarf etwa 14,2 PS, der spezifische Krafibedarf je cbm Starkemilch betragt 0,48 PS. Diese Krafiverbrauchs- zahlen gelten fur kurze Abwasserleitungen und erhohen sich bei Iangeren Abwasserleitungen annfhernd propor- tional. Auch die neu entwickelte Rinnenschleuder (Abbildung 2) ahnelt in ihrem Aufbau der vorher .beschriebenen Roh- milchschleuder. Auch diese Schleuder besteht aus einer aufleren Vollmanteltrommel und einem inneren Schnek- kenkorper mit Schneckengang. Der Unterschied zwischen beiden Schleudertypen besteht in der Form der Trommel und in dem veranderten Schneckengang. Wahrend die Rohmilchschleuder einen konischen und einen zylindrischen Trommelteil besitzt, besteht die Rinnenschleuder aus zwei konischen Trommelteilen. Auch hier tritt die StHrkemilch zentral in die Trommel ein. Die reine faser- und protein- freie Starke setzt sich gleich nach dem Eintritt in die Schleu- dertrommel am Mantel ab und wird durch die !khnecke aus der Trommel herausbefordcrt. Die spezifisch leichteren Faser- und Proteinteilchen werden am Absetzen verhin-