Prozessbeispiel Apfelsaftproduktion

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Stand: 08.04.2015                                                          zum Downloadbereich
Am Beispiel der Apfelsaftproduktion soll den Schülern gezeigt werden, dass verfahrenstechnische Prozesse aus verschiedenen miteinander kombinierten Grundeinheiten (Grundoperationen, Unit operations) aufgebaut sind. Solche Grundoperationen können beispielsweise Prozesschritte wie Zerkleinern, Zentrifugieren, Filtrieren, Enymbehandlung oder Erhitzen sein. Diese kommen nicht nur bei der Apfelsaftproduktion sondern auch in vielen anderen Prozessen vor.
In den unten aufgelisteten Versuchsausarbeitungen werden einzelne Prozessschritte näher betrachtet. Hierbei wird auf Basis naturwissenschaftlicher Grundlagen gezeigt, wie einzelne Parameter Einfluss auf einen Prozessschritt haben können, was generell zu beachten ist oder wie ein Prozessschritt technisch überhaupt realisiert werden kann.
Da die Ausstattung der Schulen sehr unterschiedlich ist, und da NwT an den einzelnen Schulen auch in unterschiedlicher Weise unterrichtet wird, stellen die Ausarbeitungen einen Versuchspool dar, aus dem geeignete Versuche ausgewählt werden können. In vielen Versuchen sind auch Hinweise gegeben, welche Möglichkeiten für eine weiterführende Projektaufgabe mit wissenschaflticher Fragestellung bestehen. Die Versuchsausarbeitungen können auch nur als Lehrerinformation dienen, aus denen die Lehrkraft dann eine offenen Fragestellung für den Schüler formuliert.
Ergänzt wird der Apfelsaftprozess durch Ausarbeitungen für weitere Prozesse, die teilweise in einer offenen Fragestellung formuliert sind. So können sie z.B. für den Transfer des Gelernten auf andere Prozesse dienen oder als Projektaufgaben eingesetzt werden.

Apfelsaftproduktionsprozess Apfelsaftbildband


Übersichtsdiagramme:

Grundfließbild zur Apfelsaftproduktion in dem der Prozess der Apfelsaftproduktion, aufgebaut aus einzelnen Grundoperationen, schematisch dargestellt wird.
Verfahrenstechnik an Hand einer Übersicht über den Apfelsaftproduktionsprozess mit Darstellung von Möglichkeiten zu Schülerversuchen
Mind Map zum Thema Apfelsaftproduktion

Versuchsausarbeitungen

V02

Sensorische Analyse von Saft – Lässt sich über Geschmack streiten?

Dieser Versuch eignet sich sehr gut als Einstieg in das Thema. In zwei verschiedenen Fragestellungen werden Säfte sensorisch (Geschmack) untersucht und die Ergebnisse statistisch ausgewertet.
V03

Enzyme als Prozesshilfsmittel

Enzyme kommen in technischen Prozessen häufig zum Einsatz. Am Beispiel der Pektinasen wird gezeigt, wie Enzyme bei der Apfelsaftherstellung zur Verbesserung der Press- und Filtrationsleistung eingesetzt werden. Dieser Versuch könnte auch mit dem Versuch V04 (Einflüsse auf die Saftausbeute beim Pressen) kombiniert werden.
V04

Einflüsse auf die Saftausbeute beim Pressen

Ein einfacher Versuch, der auch gut für eine offene Fragestellung geeignet ist. Mittels Spätzlepresse und Küchenreibe sollen die Schüler den Einfluss des Zerkleinerungsgrades, der Apfelsorte oder des Reifungsgrades auf die Saftausbeute beim Pressen untersucht werden. Zusätlich kann auch der Einfluss verschiedener Filterhilfsmittel beim Pressen untersucht werden.
V05

Grunlagen Zentrifugation

Grundlagenversuch zur Zentrifugation
V06

Wie bekommt man klaren Saft?

In technischen Prozessen werden Grundoperationen häufig durch den Einsatz verschiedener Prozesshilfsmittel unterstüzt. In diesem Versuch können die Schülrerinnen und Schüler ein Screening durchführen, in dem der Einfluss verschiedener Prozesshilfsmittel bei der Zentrifugation von trübem Apfelsaft untersucht wird.
V07

Hilfsmittel zur Unterstützung der Filtration

Bei der Filtration werden in technischen Prozessen häufig sg. Filterhilfsmittel eingesetzt. Hier wird untersucht, welchen Einfluss verschiedene Filterhilfsmittel (Sand, Kieselgur, Aktivkohle) auf das Aussehen des Apfelsaftes nach der Filtration haben.
Dieser Versuch ist sehr einfach durchzuführen.
V08

Filtration im kontinuierlichen Betrieb

Technische Verfahren werden häufig mittels kontinuierlicher Verfahren betrieben. In diesem Versuch kann der Schüler einen Versuch zur kontinuierlichen Filtration aufbauen. Die Filtrationsmodule können von uns bezogen werden.
V09

Wachstum von Mikroorganismen

In hygienisch sensiblen oder bei biotechnologischen Prozessen, bei denen Mikroorganismen eine zentrale Rolle im Prozess spielen, ist das Wachstum von Mikroorganismen von zentraler Bedeutung. In diesem Versuch soll sich der Schüler erarbeiten, dass es sich beim Wachstum von Mikroorganismen um einen exponentiell verlaufenden Vorgang handelt.
V10

Einfluss der Temperatur auf die Aktivität von Mikroorganismen

In diesem Versuch wird der Einfluss der Erhitzungstemperatur auf die Aktivität der Mikroorganismen untersucht. Dazu wird Apfelsaft mit Backhefe versetzt, auf verschiedene Temperaturen erhitzt und das beim Zuckerabbau entstehende aufgefangen.
V11

Einfluss der Temperatur auf die Vitatlität von Mikroorganismen

In diesem Versuch wird der Einfluss der Erhitzungstemperatur auf die Vitalität der Mikroorganismen untersucht. Dazu wird ebenfalls Apfelsaft mit Backhefe versetzt und auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Die Auswertung erfolgt jedoch mikroskopisch über eine sogenannte lebend-tot-Färbung mit Methylenblau.
V12

Warum werden Äpfel braun und Apfelsaft nicht?

Erhitzungsvorgänge haben nicht nur auf die Mikroorganismen einen Einfluss, sondern auch auf andere Produktinhaltsstoffe. In diesem Versuch wird der Einfluss der Erhitzungstemperatur auf Polyphenoloxidasen untersucht. Das sind Enzyme die eine wichtige Rolle bei der Bräunung von Äpfeln spielen. Dieser Versuch besteht aus Teilversuchen mit unterschiedlichem Niveau.
V13

Mischen von Flüssigkeiten von verschiedener Temperatur

Versuch zu wärmetechnischen Grundlagen
V14

Wärmetransport vom Wasserbad in ein Rohrbündel

Versuch zu wärmetechnischen Grundlagen. Mittels eines Rohrbündels in einem Wasserbad wird Wasser in einem kontinuierlichen Verfahren erhitzt um den Einfluss der Wasserbadtemperatur und des Massenstromes auf die übertragene Wärmemenge zu untersuchen.
Wärmeübertragung spielt in vielen verfahrenstechnischen Prozessen eine wichtige Rolle, zum einen zum Erwärmen von Produkten, zum Anderen zum Kühlen von Produkten.
V15

Aromadestillation

Wir aus Saft Konzentrat gewonnen, so werden beim Verdampfen der Flüssigkeit auch zahlreiche Aromen mitentfernt. Diese werden gewonnen, und dem Saft bei der Verdünnung später wieder zugesetzt.
Der Versuch basiert auf der Wasserdampfdestillation, welche ebenfalls in zahlreichen anderen Prozessen, z.B. bei der Ehtanolgewinnung eine entscheidende Rolle spielt.
V16

Puffertankregelung

In dieser Ausarbeitung wird eine Puffertankregelung mittels Mikrocontroller simuliert, über den eine kleine Pumpe ein- und ausgeschalten wird. Der Füllstand wird über zwei Edelstahlektroden erfasst, wobei der Stomkreis in Abhängigkeit der Füllstandshöhe der Flüssigkeit geöffnet oder geschlossen ist. Dieser Versuch hat ein relativ hohes Anforderungsniveau und eignet sich zur Formulierung einer Projektaufgabe.
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