Was ist Scherbelastung bei Pumpen und wie schadet sie Lebensmitteln?
Wer in der Lebensmittelproduktion Flüssigkeiten, Pasten oder strukturierte Produkte fördert, steht vor einer Herausforderung, die auf den ersten Blick unsichtbar ist: Scherbelastung. Gemeint sind die mechanischen Kräfte, die beim Pumpen auf ein Medium einwirken und dessen innere Struktur verändern können. Gerade bei empfindlichen Lebensmitteln entscheidet die Wahl der richtigen Pumpe darüber, ob das Endprodukt die gewünschte Konsistenz, Textur und Qualität behält oder ob es durch den Fördervorgang dauerhaft beschädigt wird.
Das Thema Scherbelastung ist in der Lebensmittelindustrie eng mit der Pumpenauswahl verknüpft. Ob Joghurt, Fruchtzubereitung, Soße oder Fleischfarce: Viele Lebensmittel reagieren äußerst sensibel auf mechanische Einwirkung. Wer die Grundlagen der Scherbelastung versteht, kann fundierte Entscheidungen bei der Auswahl von Pumpen für die Lebensmittelproduktion treffen.
Wie Scherbelastung Lebensmittelstrukturen zerstört
Scherbelastung entsteht, wenn ein Medium durch enge Spalten, schnell rotierende Bauteile oder starke Druckwechsel geleitet wird. Die dabei wirkenden Scherkräfte greifen die innere Struktur des Mediums an und können Emulsionen brechen, Zellstrukturen zerstören, Fasern zerreißen oder Gele verflüssigen. Das Ergebnis ist ein Produkt, das zwar chemisch identisch ist, aber sensorisch und optisch nicht mehr den Anforderungen entspricht.
Ein typisches Beispiel ist Joghurt mit Fruchtstücken: Wird er über eine Pumpe mit hoher Scherbelastung gefördert, verlieren die Fruchtstücke ihre Form, die Joghurtmatrix wird flüssiger und das Produkt wirkt minderwertig. Ähnliches gilt für Dressings auf Emulsionsbasis, bei denen sich Öl- und Wasserphase unter starker Scherung trennen können. Die Scherbelastung ist damit nicht nur ein technisches, sondern auch ein qualitätssicherndes Thema.
Welche Lebensmittel besonders scherempfindlich sind
Nicht alle Lebensmittel reagieren gleich auf mechanische Beanspruchung. Besonders scherempfindlich sind Produkte mit ausgeprägter Struktur, hoher Viskosität oder empfindlichen Inhaltsstoffen. Dazu gehören unter anderem:
- Milch- und Molkereiprodukte: Joghurt, Quark, Frischkäse und Sahneprodukte verlieren bei hoher Scherbelastung ihre typische Konsistenz.
- Fruchtzubereitungen und Fruchtpürees: Fruchtstücke werden zerkleinert, Pektinstrukturen beschädigt, Farbe und Aroma können sich verändern.
- Soßen, Pasten und Dressings: Emulsionen können brechen, die gewünschte Textur geht verloren.
- Fleisch- und Wurstprodukte: Fleischfarce oder Brät enthalten empfindliche Eiweißstrukturen, die durch Scherkräfte irreversibel verändert werden.
- Backwaren und Teigmassen: Zähflüssige Teige reagieren auf übermäßige mechanische Beanspruchung mit Strukturveränderungen, die Backergebnis und Textur beeinflussen.
- Honig und hochviskose Medien: Obwohl strukturell robuster, können auch sie bei falscher Förderung Qualitätsveränderungen erfahren.
Die Gemeinsamkeit dieser Produkte liegt darin, dass ihre Qualität wesentlich durch physikalische Strukturen bestimmt wird, die sich unter Scherkräften verändern. Für Betreiber von Lebensmittelanlagen bedeutet das: Die Pumpenauswahl ist ein direkter Qualitätsfaktor.
Scherbelastung im Vergleich: Pumpentypen und ihre Wirkung
Verschiedene Pumpentypen erzeugen unterschiedlich hohe Scherbelastungen. Ein Vergleich hilft dabei, die richtige Entscheidung für die jeweilige Anwendung zu treffen.
Kreiselpumpen
Die Kreiselpumpe gehört zu den am weitesten verbreiteten Pumpentypen in der Lebensmittelindustrie. Sie arbeitet mit einem schnell rotierenden Laufrad, das dem Medium hohe Fliehkräfte überträgt. Für dünnflüssige, nicht scherempfindliche Medien wie Wasser, Milch oder klare Säfte ist die Kreiselpumpe gut geeignet. Bei strukturierten oder viskosen Medien hingegen erzeugt sie erhebliche Scherkräfte und ist daher für empfindliche Lebensmittel weniger geeignet.
Schlauchpumpen und Peristaltikpumpen
Die Schlauchpumpe, in manchen Regionen auch Peristaltikpumpe oder Schlauchquetschpumpe genannt, arbeitet nach einem besonders schonenden Prinzip: Ein Rotor quetscht einen flexiblen Schlauch ab und schiebt das Medium vorwärts, ohne dass es mit Pumpengehäuse oder Laufrad in Berührung kommt. Die Scherbelastung ist dabei vergleichsweise gering, was diese Pumpenart für empfindliche Lebensmittel interessant macht. Gleichzeitig ist die Schlauchpumpe für Lebensmittel gut für Produkte mit Feststoffanteilen geeignet.
Exzenterschneckenpumpen
Exzenterschneckenpumpen fördern das Medium durch eine rotierende Schnecke, die in einem Stator läuft. Die Förderung erfolgt gleichmäßig und pulsationsfrei, die Scherbelastung ist deutlich niedriger als bei Kreiselpumpen. Für pastöse Medien wie Fleischfarce, Tomatenmark oder Fruchtpüree sind Exzenterschneckenpumpen daher eine bewährte Wahl.
Drehkolbenpumpen als Lösung für scherempfindliche Medien
Für hygienisch anspruchsvolle Anwendungen mit scherempfindlichen Medien gilt die Drehkolbenpumpe als besonders geeignete Lösung. Sie fördert das Medium durch zwei gegenläufig rotierende Kolben, die im Pumpengehäuse nahezu berührungslos arbeiten. Dadurch entstehen keine engen Spalte, keine hohen Scherkräfte und keine starken Druckspitzen.
Das Prinzip ermöglicht eine schonende, pulsationsarme Förderung auch bei hohen Viskositäten. Produkte wie Joghurt, Frischkäse, Soßen mit Stücken oder Fleischzubereitungen behalten ihre Struktur und Textur. Hinzu kommt, dass Drehkolbenpumpen konstruktiv auf hygienische Anforderungen ausgelegt sind: glatte Oberflächen, wenige Toträume und eine einfache Reinigungsfähigkeit, die CIP-Reinigung (Cleaning-in-Place) unterstützt.
Für Betriebe in der Pharmazie, Biotechnologie und Lebensmittelindustrie, die sterile oder aseptische Prozesse betreiben, stehen zudem Aseptik-Baureihen zur Verfügung, die speziell für diese Anforderungen ausgelegt sind. Die Drehkolbenpumpe vereint damit schonende Förderung mit den hohen hygienischen Standards, die in der Lebensmittelproduktion gefordert werden.
Worauf bei der Pumpenauswahl für Lebensmittel zu achten ist
Die Auswahl der richtigen Pumpe für lebensmittelechte Medien hängt von mehreren Faktoren ab, die gemeinsam bewertet werden sollten. Eine fundierte Pumpenauswahl beginnt immer mit einer genauen Analyse des Fördermediums und der Prozessanforderungen.
- Viskosität und Konsistenz: Hochviskose oder strukturierte Medien erfordern Pumpentypen mit niedriger Scherbelastung, zum Beispiel Drehkolbenpumpen oder Exzenterschneckenpumpen.
- Feststoffanteile: Produkte mit Stücken oder Fasern benötigen Pumpen mit großen Freiräumen im Förderweg, um Zerkleinerung zu vermeiden.
- Hygienic Design: Alle produktberührenden Teile müssen aus lebensmittelechten Werkstoffen bestehen, in der Regel Edelstahl nach FDA-Anforderungen oder EHEDG-Richtlinien. Toträume, Risse und schwer zugängliche Stellen sind zu vermeiden.
- CIP-Fähigkeit: Die Pumpe sollte ohne vollständige Demontage reinigbar sein, um den Betrieb effizient zu gestalten und Kontaminationsrisiken zu minimieren.
- Fördermenge und Druckanforderungen: Die Auslegung muss auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen abgestimmt sein, um Überlastung und unnötige Scherbelastung durch zu hohe Drehzahlen zu vermeiden.
- Normen und Zulassungen: Für viele Anwendungen sind spezifische Nachweise erforderlich, etwa FDA-Konformität, EHEDG-Zertifizierung oder 3-A-Sanitary-Standards.
Ein weiterer Aspekt, der in der Praxis oft unterschätzt wird, ist die Betriebsgeschwindigkeit. Auch eine grundsätzlich schonende Pumpe kann bei zu hoher Drehzahl erhebliche Scherkräfte erzeugen. Die richtige Auslegung der Drehzahl in Relation zur benötigten Fördermenge ist daher ein entscheidender Schritt bei der Planung einer Pumpenanlage für die Lebensmittelproduktion.
Steinle Industriepumpen GmbH: Ihr Partner für scherempfindliche Lebensmittelmedien
Als Spezialist für hygienische Industriepumpen unterstützen wir von Steinle Industriepumpen GmbH Betriebe der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie bei der Auswahl und dem Einsatz der richtigen Pumpentechnologie. Unser Fokus liegt dabei auf Lösungen, die Produktqualität, Prozesssicherheit und hygienische Anforderungen in Einklang bringen.
Konkret bieten wir:
- Drehkolbenpumpen für scherempfindliche und hochviskose Lebensmittelmedien, einschließlich einer Aseptik-Baureihe für sterile Anwendungen
- Schlauchpumpen für schonende Förderung von Produkten mit Feststoffanteilen
- Technische Beratung durch erfahrene Fachleute, die die spezifischen Anforderungen Ihrer Anlage und Ihres Fördermediums kennen
- Pumpen nach Hygienic Design mit lebensmittelechten Werkstoffen, CIP-Fähigkeit und Konformität mit relevanten Normen wie EHEDG und FDA
- Individuelle Auslegung auf Basis Ihrer Fördermenge, Viskosität und Druckanforderungen
Wenn Sie eine Pumpe für die Lebensmittelproduktion suchen, die Ihre Produkte schonend und zuverlässig fördert, sprechen Sie uns an. Nehmen Sie Kontakt auf und lassen Sie sich von unseren Experten beraten.
