Textureigenschaften - Begriffe und Glossar

Elastizität ist üblicherweise eine Struktureigenschaft von gebackenen Produkten wie Kuchen oder Brot, aber auch von neuartigen Süßwaren und pharmazeutischen Materialien (z. B. Kosmetikschwämmen).

Der Texture Anayser kann verwendet werden, um ein Produkt (auch partiell) über einen definierten Weg zu komprimieren und diesen Weg über einen vorgegebenen Zeitraum zu halten. Mit diesem Test kann die Relaxation bzw. Elastizität des Produktes als die Kraft untersucht werden, die dem Stempel während des Haltens entgegenwirkt. Durch Aufzeichnung der Kraft, die vom Produkt nach der ersten Verformung abgegeben wird, kann berechnet werden, wie nahe das Produkt an einer "perfekten Feder" ist.

Methoden & Geräte zur Messung

• Große Zylindersonden und -platten

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In der Gelatine-Welt wird die Gelstärke traditionell als Bloomzahl oder Bloomwert bezeichnet. Das ist die in Gramm ausgedrückte Kraft, die erforderlich ist, um die Oberfläche eines Gelatinegels mit einer Zylindersonde mit einem Durchmesser von 1/2“ (12,7 mm) um 4 mm zu komprimieren.

Während Gele in der Lebensmittelindustrie normal sind, ist die Messung der Gelstärke auch bei der Herstellung von pharmazeutischen, medizinischen und kosmetischen Produkten von großem Interesse.

Gel-Eigenschaften wie Elastizität und Bruchkraft von z. B. Pektin, Gelatine, Agar etc. sind wichtig bei der Entwicklung von Produkten wie Koronarstents, bei denen Hydrogelpolymere aufgrund ihrer weichen, gummiartigen Beschaffenheit ausgewählt werden, die ihnen eine starke oberflächliche Ähnlichkeit mit lebendem Weichgewebe verleihen.

Weitere Bereiche, für die gelbildende Eigenschaften nützlich sind, sind die Herstellung von Wundauflagen, Gelee-Gleitmitteln, Kontaktlinsen, Zäpfchen, Weichgelatinekapseln und bakteriellen Wachstumsmedien. Die Stärke von Gelen kann auch in Produkten wie Zahnpasta, Cremes und Pastillen genutzt werden, um die Konsistenz des gewünschten Endproduktes zu verändern.

Methoden & Geräte zur Messung

• Halbkugelförmige Sonden und Zylindersonden

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KOMPAKTIERBARKEIT/VERDICHTBARKEIT ist in der Regel die Fähigkeit eines Pulvers, dieses zu einem großen Grad der Verformung zu verdichten oder zu komprimieren. 

Dies kann z. B. bei der Bildung von kosmetischen Pudertabletten oder bei der Herstellung von Tabletten aus Granulaten erforderlich sein. Es kann aber auch unerwünscht sein, wenn ein normalerweise „frei fließendes“ Pulver nach der Lagerzeit zu einem Block verbacken ist. Zur Untersuchung von Pulvern hat Stable Micro Systems speziell den Powder Flow Analyser entwickelt.

Methoden & Geräte zur Messung

• Klingen und Schneiden

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BEISS-/SCHNEIDEKRAFT gibt einen Hinweis auf die Festigkeit bzw. Härte eines Produktes.

Würden die oberen Schneidezähne aus ihrer Kurvenform in eine gerade Linie gezogen, würden sie eine "Messerschneide" darstellen. Durch die Verwendung einer Messerklinge wird deshalb die Beiß- oder Schnittwirkung gut wiedergegeben.

ZÄHIGKEIT ist üblicherweise eine primäre Struktureigenschaft von Fleisch-, Fisch- und Geflügelprodukten, aber auch von Backwaren wie Tortillas, Pfannkuchen oder Pizza. Die Zähigkeit wird oft als die gesamte positive Fläche unter der Kurve angenommen. Diese Messung erfasst effektiv die gesamte "Arbeit", die mit der Durchführung dieses Tests verbunden ist. Daraus folgt, dass ein höherer Flächenwert einen höheren Energieaufwand bei der Durchführung des Tests anzeigt und somit als härtere bzw. zähere Probe übersetzt wird.

Methoden & Geräte zur Messung

• Klingen und Messer

Die Klingen von Stable Micro Systems variieren erheblich in Größe, Material, Dicke und Schärfe. Im Allgemeinen werden sie zur Messung der Biss-/Schneidekraft verwendet, welche sich in einigen Fällen auch auf die "Zähigkeit" eines Produktes beziehen kann.

Wenn ein Produkt einheitlich (homogen) ist, kann ein Einzelschnitttest zur wiederholbaren Beurteilung des Produkts ausreichen. Häufig ist ein Produkt jedoch uneinheitlich (heterogen) in der Zusammensetzung. Beispielsweise sind die Müsliriegel über ihre gesamte Länge unterschiedlich strukturiert. Ein einzelner Schneidetest kann auf ein Erdnuss-, Toffee- und Hartweizenstücke treffen. Der gleiche Schneidetest, der weiter hinten auf der Länge des Produkts durchgeführt wird, führt zu einem anderen Ergebnis. Diesmal kann die Klinge auf ein Fruchtstück und einen Schokoladensplitter treffen. Die gleiche Art der Erklärung kann für ein Stück Fleisch gegeben werden.

Um diese Produkttypen besser reproduzierbar beurteilen zu können, empfiehlt sich ein Multi-Scherversuch (meist mit einer Kramer-Scherzelle). Dieser Test kombiniert 5 oder 10 Schneidversuche parallel innerhalb eines Testdurchlaufs und erzeugt somit einen Mittelungseffekt.

Hinweis: Die meisten Versuche mit einer Kramer Scherzelle erfordern eine Kraftmesszellenkapazität von mehr als 50 kg. Alternativ zur Scherzelle muss dann z. B. mit einem kleinen Messer an mehreren Stellen gemessen werden, um einen Mittelwert zu erhalten.

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Die BRUCHKRAFT bezieht sich auf die Festigkeit eines Produktes. Sie ist die Kraft, die benötigt wird, um einen größeren Bruch in einer Probe zu erzeugen. Sie steht mit der Berstkraft in Verbindung, die beschreibt, bei welcher Kraft das Produkt plötzlich und heftig in Stücke zerfällt.

Die Bruchkraftmessung kann für Produkte wie medizinische Implantate von entscheidender Bedeutung sein, die möglicherweise weichgewebsähnlich sein müssen, aber für die Dauer ihres beabsichtigten Verbleibs im Körper intakt bleiben müssen. Einige andere Produkte, wie z. B. Gelkapseln mit Vitaminen, sollen zwar Bersten, müssen aber dem Transport und der Handhabung standhalten, bevor sie schließlich im Mund aufplatzen.

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Die BRUCHFESTIGKEIT/ZERBRECHLICHKEIT/SPRÖDIGKEIT ist die Kraft, bei der ein Material bricht, bröckelt, rissig wird oder zerbricht; Dies betrifft in der Regel ein Produkt von hoher Härte und geringer Kohäsion und ist mit der Sprödigkeit verbunden. Sprödigkeit ist üblicherweise eine primäre Struktureigenschaft von Backwaren, Snacks und generell "trockenen" Produkten.

Die Zerbrechlichkeit umfasst Krümeligkeit, Knusprigkeit, Brüchigkeit und Sprödigkeit. Ein Material ist spröde, wenn es unter Belastung bricht. Das heißt, es neigt wenig dazu, sich vor dem Bruch zu verformen, und macht in der Regel beim Brechen ein Knackgeräusch.

Die Verwendung von Lebensmitteln – einschließlich des Essens – ist in der Regel mit großen Verformungen verbunden. Zerbrechlichkeit und/oder Verformbarkeit werden dann zu den vordergründigen Merkmalen. Bei der Verformung eines mehr oder weniger festen Materials sind lokale Spannungen und Dehnungen in der Nähe von Inhomogenitäten immer am höchsten; der Bruch beginnt an solchen Stellen oder in ihrer Nähe. Beim Bruch wachsen diese Defekte, es bilden sich neue Oberflächen und das Material fällt schließlich in Stücke. Der Bruch beginnt, wenn die lokale Spannung höher ist als die Haft- oder Kohäsionskräfte im Material an dieser Stelle. Er breitet sich spontan aus, wenn die Verformungsenergie, die beim Bruch des Materials freigesetzt wird, mindestens gleich der Energie ist, die zur Erzeugung neuer Oberflächen benötigt wird. Beide Prozesse, Bruchinitiierung und -ausbreitung, hängen vom Vorhandensein von Defekten ab; größere Defekte führen zum Bruch bei geringeren Gesamtspannungen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Zylinder-, Nadel-, Kegel- und Kugelsonden.
• 3-Punkt-Biegevorrichtung
• Crisp Fracture Support Rig
• Messerklingen

In den meisten Materialien ist die Spitzenkraft in der Regel der Beginn des Bruchs. Die Kraft fällt dann entweder auf null bei einem vollständigen Bruch oder sie fällt nur teilweise, wenn der Bruch unvollständig ist. Der Bruch beginnt nicht immer am höchsten Punkt der Kurve, aber in der Regel wird der Bruchbeginn als eine Spitze (Peak) der Kurve aufgezeichnet. Während eines Tests ist es deshalb wichtig, den Bruchbeginn visuell zu überwachen.

Die ZERBRECHLICHKEIT (einzelner Bruch) wird in der Regel durch eine charakteristische scharfe Kurve dargestellt (meist eine schmale Dreiecksform). In einer Kurve wie der unten gezeigten werden oft die folgenden Daten aufgezeichnet:

• Distanz (Weg) bei Bruch = Bruchfestigkeit/Sprödigkeit (mm)
• Bruchkraft = Härte (g; kg; N)
• Steigung = Zähigkeit/Steifigkeit (g/mm)

Siehe auch Knackigkeit/Knusprigkeit für die Bewertung und Analyse von Multi-Peak- bzw. „gezackten“ Kurven.

Überlegungen

Wird oft verwechselt mit einem einfachen Penetrationstest ("Return to Start"-Test), bei dem kein wirklicher Bruch auftritt. Die Rückkehr der Kraft auf 0 g erfolgt in diesem Fall nicht durch einen Bruch, sondern durch das Herausfahren des Stempels.

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Die BRÜCHIGKEIT/SPRÖDIGKEIT bezeichnet die Tendenz eines Materials, bereits bei relativ geringer Krafteinwirkung zu bröckeln, rissig zu werden oder zu zerbrechen.

Dies betrifft in der Regel Produkte von hoher Härte und geringer Kohäsion. Brüchigkeit oder Sprödigkeit sind üblicherweise primäre Textureigenschaften von Backwaren, Snacks und generell "trockenen" Produkten.

Die BIEGSAMKEIT ist das Gegenteil davon und bezeichnet die Eigenschaft eines Produktes, vor dem strukturellen Versagen gebogen, gekrümmt oder verformt werden zu können.

STEIFHEIT ist mit Materialien assoziiert, die sich nicht leicht biegen lassen und daher eine hohe Härte aufweisen und in der Regel nicht flexibel ist.

Methoden & Geräte zur Messung

• 3-Punkt-Biegevorrichtung
• Lippenstift-Bruchvorrichtung
• Spaghetti-Biegevorrichtung

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STREICHFÄHIGKEIT bezeichnet die Leichtigkeit, mit der ein Produkt verteilt werden kann.

Dies ist häufig ein gewolltes Merkmal von Margarine, Butter, Marmeladen, Schokoladenaufstrichen usw., aber auch eine wichtige Eigenschaft von Salben, Cremes und Wachsen. Streichfähigkeit hängt mit der Festigkeit eines Produktes zusammen und in aller Regel ist die Leichtigkeit des Ausbreitens mit einem Festigkeitsverlust verbunden.

Methoden & Geräte zur Messung

• Streichfähigkeit-Messvorrichtung

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Handbetätigte Sprühpumpen oder Fingerpumpen sind darauf angewiesen, dass der Verbraucher einen Hydraulikdruck im Pumpenkopf erzeugt, um die Flüssigkeit zu dosieren. Das Design der Spender kann sich ändern oder variieren oder der ständig wachsende Markt für kinderfreundliche Produkte kann Anpassungen erfordern.

Beim Betrieb eines Pumpen-Seifenspenders kann es beispielsweise für ein Kind schwierig sein, genügend Kraft in die richtige Richtung aufzubringen, um die Pumpe zu betätigen, was dazu führen kann, dass sich der Spender bewegt, kippt oder auf andere Weise das Produkt nicht wie beabsichtigt freisetzt. Ein Auslöse- bzw. Betätigungskrafttest ist ein imitativer Test zur Beurteilung solcher Probleme, bei dem typischerweise halbkugelförmige Sonden verwendet werden, um die Kraft auf den Mechanismus auszuüben.

Medikamentenabgabe kann ebenfalls durch eine solche Betätigung erfolgen. Ein Dosierinhalator (metered dose inhaler, MDI) gibt eine präzise, reproduzierbare Dosis eines Medikaments tief in die Lunge ab. Viele Patienten sind in ihrer Behandlung auf MDIs angewiesen, weshalb es wichtig ist, diese Technologie ständig zu verbessern. Die Patienten müssen sich auf ihren Inhalator verlassen können, um die erforderlichen Medikamente zu erhalten – insbesondere in kritischen Momenten, wenn auch die körperliche Kraft sehr gering sein kann.

Das Dosierventil, dessen Leistung mit diesem Test beurteilt wird, ist ein kritischer Bestandteil eines fertigen Dosierinhalators. Die Wechselwirkung zwischen den Elastomerkomponenten und der Rezeptur kann die Produktleistung erheblich beeinflussen. Eine Änderung der Rezeptur, zum Beispiel die Einführung eines neuen Treibmittelsystems, kann ein komplettes Redesign des Ventilsystems erforderlich machen, um das Medikament mit einem Minimum an Fingerkraft erfolgreich verabreichen zu können.

Die Messung der Betätigungskraft bezieht sich nicht immer auf die Abgabe eines Produktes als Ergebnis der Betätigung, sondern z. B. auch für die Prüfung von Tasten für Computer, Kameras etc. oder die Bestimmung der Lebensdauer einer Folientastatur. Es ist wichtig, dass der zu prüfende Schalter oder Taster mit einer Kraft gedrückt wird, die stark genug ist, um das Schließen des Schaltkontaktes oder das Auslösen einer Bewegung zu erreichen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Halbkugelförmige Sonde
• Inhalator-Stütz-Rigg

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Zu den Quellanwendungen zählen Tabletten, Gele, Filme, Pellets, Schleimhautgewebe, superabsorbierende Polymere, Schwämme, Aquakulturfutter, chemische und hefehaltige Produkte etc. Je nach Anwendung kann die Quellung quantifiziert werden, indem man entweder (1.) ein Produkt um einen geringen Weg zusammendrückt und dann misst, wie die Kraft zunimmt, wenn das Produkt quillt, oder (2.) eine kleine Kraft auf das Produkt ausübt und aufrechterhält und die Wegänderung misst, wenn die Quellung auftritt. Der Texture Analyser kann verwendet werden, um die Veränderung der Höhe eines Produktes ausgehend von seiner ursprünglichen Höhe während der Quellung oder Volumen-/Höhenzunahme zu überwachen. Durch die Aufzeichnung des Weges, der zurückgelegt werden muss, um eine gewählte Kraft aufrechtzuerhalten, kann auch die Zerfallsrate bestimmt und bis zum Endpunkt bzw. bis zu der Phase berechnet werden, in der keine weiteren Änderungen (Kraft/Verformung) mehr auftreten.

Wenn sich das Produkt horizontal ausdehnen würde, sollte die Probe so begrenzt werden, dass Quellkräfte und Ausdehnung in die Vertikale gezwungen werden.

Das schwierigste Element bei der Untersuchung von Quellkräften ist die exakte Dosierung eines Katalysators (Auslöser) zum gewünschten Zeitpunkt. Typischerweise wird z. B. eine exakte Flüssigkeitsmenge bei einer gewünschten Temperatur direkt in einen Behälter zu einem festgelegten Zeitpunkt vor oder gleichzeitig mit dem Start des Tests pipettiert. Einige Materialien erfordern die kontinuierliche Zugabe des Quellkatalysators während des Tests, um die maximale Quellung zu erreichen. In solchen Fällen können die Vorrichtungen über eingebaute Behälter verfügen oder das Testprotokoll kann die erneute Zugabe von Flüssigkeit zu bestimmten Zeiten während des Tests erfordern.

Häufig gestellte Fragen für Quellanwendungen sind unter anderem: Wann hat das Produkt eine bestimmte prozentuale Quellung erreicht (10 %, 50 % oder 90 %)? Wie schnell schwillt es an oder zerfällt es? Wann hat der Quellprozess geendet, nachgelassen oder ist langsamer geworden? Was würde passieren, wenn zu bestimmten Zeiten mehr Katalysator eingeführt würde? Als Ergebnisse der Messungen werden vor allem folgende Parameter ausgewertet: die anfängliche Quellrate, die maximale Quellung und die dafür benötigte Zeit sowie die Quellrate zum Zeitpunkt der Sättigung des Produktes.

Mit der Texturanalyse kann die Quellung von Gelen und Gelbeschichtungen gemessen werden, so dass Wissenschaftler den Zeitraum bestimmen können, bevor sich das Gel auflöst und Wirkstoffe verfügbar bzw. freigesetzt werden. Die Gelschichtdicke gilt allgemein als einer der Schlüsselparameter für die Freisetzung aus quellkontrollierten Matrixsystemen. Eine Erhöhung der Gel-Dicke (des Polymers, das die Freisetzungsraten kontrolliert) führt zu einer abnehmenden Freisetzungsrate, unabhängig von der Systemgeometrie. Zur Beobachtung dieser Veränderung wurden ausgefeilte mikroskopische Techniken und Kernspintomographie eingesetzt, aber diese Analysen, obwohl sie sehr genau und empfindlich sind, sind zeitaufwendig und schwierig durchzuführen. Der TA.XTplus Texture Analyser ermöglicht die einfache und genaue Bestimmung von Dimensionsänderungen im Zusammenhang mit der Hydratation und Quellung komplexer Rezepturen – und die Qualität der Ergebnisse ist vergleichbar mit der Bildgebung aus der Kernspintomographie. Bei Untersuchungen mit dem Texture Analyser konnte die Glaskern/Gummi-Gel-Grenzfläche präzise bestimmt werden, auf Grundlage der Annäherung der Kraft-Weg-Profilneigung gegen unendlich. Durch Penetration der gequollenen Matrix kann das glasartige Polymer vom Polymergel unterschieden werden. Dies ist ein einfaches Mittel, um das zeitabhängige Wachstumsverhalten von Polymeren zu verstehen, das routinemäßig angewendet werden kann. Außerdem ist diese Methode ein wertvolles Hilfsmittel, um die für die Rezeptur verantwortlichen Wissenschaftler bei der Auswahl des richtigen Polymers für eine bestimmte Anwendung zu unterstützen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Kompressionsplatten und Zylindersonden.

Einige Produkte müssen als Ganzes oder innerhalb eines Behälters getestet werden - wenn möglich, kann eine genauere Messung mit einem möglichst großen Stempel durchgeführt werden, um eine möglichst große Oberfläche zu erhalten. Manchmal muss jedoch eine Schwellung der Vorderseite überwacht werden, wie z. B. die Schwellung des Tablettenfilms. In diesem Fall wird ein 2-mm-Zylinderstempel oder Nadelfühler verwendet.

Zerfall kann durch Verfall (wie Verwesung, Verrottung), Kohäsionsverlust, Auflösung oder Bröckeln entstehen und ist für gewöhnlich mit Schrumpfung, Höhen- oder Volumenverlust gegenüber der ursprünglichen Form verbunden. Es ist eines der Hauptmerkmale von „Badebomben“, schnell zerfallenden Tabletten, Schlagsahne, Schaum und Mousse.

Der Textur Analyser kann verwendet werden, um die Veränderung der Höhe eines Produktes ausgehend von seiner ursprünglichen Form während des Zerfalls oder dem Volumen-/Höhenverlust zu überwachen. Durch die Aufzeichnung des Weges, den die Sonde zurücklegen muss, um eine gewählte Kraft aufrechtzuerhalten, kann die Zerfallsrate bestimmt und bis zum Endpunkt bzw. bis zu der Phase berechnet werden, in der keine weiteren Änderungen mehr auftreten.

Methoden & Geräte zur Messung

• Kompressionsplatten und Zylindersonden.

Diese Art von Produkten sind in der Regel mit Anwendungen mit geringer Kraft verbunden, weshalb eine genauere Messung erreicht werden kann, wenn durch die Verwendung einer Sonde mit einem möglichst großen Durchmesser eine möglichst große Test-Oberfläche erzielt wird.

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EXTRUDIERBARKEIT (SPRITZBARKEIT) bezieht sich auf die Kraft, die benötigt wird, um ein Produkt aus einem Behälter herauszudrücken oder zu quetschen.

Ein Kompressions-Extrusionstest besteht darin, mit Kraft auf ein Produkt einzuwirken, bis es durch eine Öffnung (oder eine Anzahl von Öffnungen) fließt. Das Produkt wird so lange verdichtet, bis die Struktur des Produkts aufgelöst ist und es durch diese Öffnungen austreten kann. Die Bestimmung der Extrudierbarkeit ist wichtig, um die einfache Handhabung von Produkten wie Salben, Cremes, Gelen, Saucen, Farben, Glasuren usw. zu ermitteln. Produktentwickler können Veränderungen in der Konsistenz eines Produktes während seiner gesamten Haltbarkeit analysieren und Formulierungen entsprechend anpassen und gleichzeitig die Eignung des Verpackungsmaterials und seiner Konstruktion beurteilen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Rück-Extrusionszelle
• Vorwärts-Extrusionszelle
• Zahnpasta-Extrusionszelle
• Beutel/Tuben-Extrusionszelle

Überlegungen

Manchmal kann das Produkt Partikel enthalten. Diese Partikel beeinflussen die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, da bei jedem Test eine andere Anzahl von Partikeln mit der Extrusionsscheibe in Kontakt kommt. Wenn das Produkt nicht ohne den Einschluss von Partikeln getestet werden kann, empfiehlt es sich, einen größeren Behälter und eine größere Extrusionsscheibe zur Beurteilung zu verwenden. Dadurch wird das Volumen des unter der Oberfläche geprüften Produktes effektiv erhöht und ein verlässlicherer Mittelwert gebildet.

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Unter SPRITZENGÄNGIGKEIT versteht man die Fähigkeit eines Produktes, mit einer Spritze und einer geeigneten Nadel erfolgreich verabreicht zu werden.

Spritzen werden in Krankenhäusern, Praxen und Heimen auf der ganzen Welt täglich und für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt. Die erfolgreiche Verabreichung sowie die angenehme Aufnahme des Materials unter der Haut setzen eine effektive Nachführung des Spritzenkolbens im Spritzenkörper voraus. Durch die Prüfung der Leichtigkeit, mit der eine injizierbare Lösung ausgedrückt wird, können Hersteller die Benutzerfreundlichkeit und den Patientenkomfort optimieren und gleichzeitig die Qualitätskontrolle und Produktsicherheit gewährleisten.

Vor der Prüfung wird die Spritze durch einen Verriegelungseinsatz sicher fixiert, der bis zu einem Durchmesser von 40 mm leicht verstellbar ist und eine Vielzahl von Spritzenformen und -größen aufnehmen kann. Ein flacher Stempel, der mit dem Arm des TA.XTplus verbunden ist, übt Druck auf den Spritzenkolben aus und misst dessen Kompressionswiderstand. Mit Hilfe der Exponent-Software wird eine mittlere Kraft in Form eines Diagramms aufgezeichnet, um einen Durchschnittswert für die Leichtigkeit zu liefern, mit der die Spritze gedrückt und Flüssigkeiten ausgetragen werden. Das universelle Design des Spritzenprüfstandes erlaubt es den Herstellern auch, die Kraft zu bestimmen, die erforderlich ist, um den Kolben aus der Spritze zu ziehen – und damit die Leichtigkeit, mit der der Spritzenkolben herausgezogen wird, nachzuahmen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Spritzen-Testvorrichtung

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KONSISTENZ ist üblicherweise eine primäre Struktureigenschaft von Milchprodukten, Saucen, Sirup und pharmazeutischen Lotionen (d. h. flüssigen Produkten).

Meistens wird für die Messung die Rück-Extrusionszelle verwendet. Die Konsistenz bezieht sich auf die Festigkeit, Dickflüssigkeit oder Viskosität einer Flüssigkeit oder eines halbfesten Fluids. Das Rühren eines flüssigen oder halbflüssigen Lebensmittels mit einem Löffel oder Finger wird häufig verwendet, um die Viskosität oder Konsistenz sensorisch zu messen. Auch ist es möglich, andere Teile der Anatomie des Menschen wie Wangen, Ellenbogen und Füße zu verwenden, um einen Index der strukturellen Eigenschaften von Produkten zu erhalten.

Methoden & Geräte zur Messung

• Rück-Extrusionszelle
• Vorwärts-Extrusionszelle
• Penetrationstest mit größeren Stempeln

Überlegungen

Manchmal kann das Produkt Partikel enthalten. Diese Partikel beeinflussen die Wiederholbarkeit der Ergebnisse, da bei jedem Test eine andere Anzahl von Partikeln mit der Extrusionsscheibe in Kontakt kommt. Wenn das Produkt nicht ohne den Einschluss von Partikeln getestet werden kann, empfiehlt es sich, einen größeren Behälter und eine größere Extrusionsscheibe zur Beurteilung zu verwenden. Dadurch wird das Volumen des unter der Oberfläche geprüften Produktes effektiv erhöht und ermöglicht so eine verlässlichere Mittelwertbildung.

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KLEBRIGKEIT/HAFTFÄHIGKEIT/ADHÄSION ist die Arbeit bzw. Kraft, die notwendig ist, um die Anziehungskräfte zwischen der Oberfläche des Produkts und der Oberfläche des Materials (der Sonde), mit der das Produkt in Kontakt kommt, zu überwinden.

Dies ist üblicherweise eine primäre Struktureigenschaft von Süßwaren, gekochten Teigwaren, rohen Backwaren, pharmazeutischen Haft-Pflastern und selbstverständlich auch Klebstoffen.

KLEBRIGKEIT (Tack) ist die Eigenschaft, kohäsiv und haftend zu sein. Das ist zwar für die Lebensmittelindustrie weniger interessant, aber wichtig für viele andere Bereiche, z. B. für die Lötpastenmessung in der Leiterplattenindustrie.

Klebrigkeit bzw. Adhäsion ist eine erwünschte und manchmal kritische Eigenschaft, wenn zwei Oberflächen miteinander verklebt werden sollen, z. B. für die Verklebung von Beschichtungen, Folien, das Anbringen von (medizinischen) Klebebändern oder Geräten zur Wirkstoffabgabe für semipermanente oder permanente Anwendungen. Es gibt jedoch auch Fälle, in denen Klebrigkeit äußerst unerwünscht ist, z. B. wenn das Bonbon-Papier an den eingewickelten Süßwaren klebt oder Kaugummis unter Schuhen, Möbeln usw. kleben. Klebrigkeit ist ein großes Problem in der Lebensmittelindustrie, insbesondere in der Back- und Süßwarenindustrie, wo sie erhebliche Schwierigkeiten bei der Verarbeitung bedeuten kann, wenn sie zu Produktionsunterbrechungen, Abfall und Verunreinigungen der Maschinen führt.

KLEBRIGKEIT kann sowohl eine negative als auch eine positive Eigenschaft von Lebensmitteln sein. Es ist eine erwartete Eigenschaft vieler Lebensmittel, vorausgesetzt, dass nicht zu hohe Werte erreicht werden, z. B. bei weichen Keksen, Toffees und Trockenfrüchten sowie bei einigen Gerichten wie Pudding sind relativ hohe Werte erforderlich. Klebrigkeit in Lebensmitteln wie Reis kann in einigen Küchen positiv sein, z. B. in orientalischen Reisgerichten oder im italienischen Risotto, wird aber in der westlichen Küche meist als inakzeptabel angesehen.

Im Allgemeinen wird Klebrigkeit jedoch häufiger negativ verwendet als positiv, was vielleicht die Schwierigkeit widerspiegelt, hohe Werte in einigen gängigen Lebensmitteln zu vermeiden. Dies zeigt sich bei Lebensmitteln wie Reis und Teigwaren, bei denen schon eine mäßige Klebrigkeit die Qualität des Verzehrs beeinträchtigen kann. Das gilt insbesondere für viele Süßwaren und den Umgang mit Schokoladenprodukten, speziell bei hohen Umgebungstemperaturen. Das Anhaften von Lebensmitteln an Verpackungsmaterialien wird allgemein als unerwünscht angesehen, da es zu einer möglichen Beschädigung des Verpackungsmaterials, zu Produktverlust und Verunstaltung der Produktoberfläche führen kann. Es kann vermutet werden, dass das Ausmaß, in dem dies zu unerwünschten Reaktionen der Verbraucher führen könnte, vom Ausmaß der Verklebung, von der Art und den Kosten des Produkts und von der Verfügbarkeit alternativer Produkt-Verpackungskombinationen abhängt.

Methoden & Geräte zur Messung

• Alle Größen von Zylindersonden, Halbkugel- und Kugelsonden.

Spezielle Vorrichtungen wie das Tablet Coating Adhesion Rig, der Süßwarenhalter, die flexible Folineklammer und die Pasta-Festigkeits-und-Klebrigkeits-Vorrichtung wurden alle mit dem Ziel entwickelt, die Probe festzuhalten, um die Klebrigkeit erfolgreich zu testen.

Überlegungen

Bei der Messung der Klebkraft ist darauf zu achten, dass die Oberfläche der verwendeten Sonde gründlich gereinigt wird. Andernfalls werden die Ergebnisse beeinträchtigt. Das klebende Produkt muss auch in irgendeiner Weise festgehalten werden, um den Abstand zwischen seiner Oberfläche und der Oberfläche der Kontaktsonde erfolgreich zu messen. Die Prüfsonde sollte das Produkt während der Prüfung nicht anheben. Neben den speziell für dieses Problem entwickelten Vorrichtungen wurden auch in der Literatur einfache Lösungen gefunden. Das Vorbereiten von Gelen auf Klettband, das Anbringen von Verpackungsmaterial am Ende einer Sonde, das Aufkleben der Probe auf einer Einwegoberfläche sind typische Beispiele.

Es gibt viele Faktoren, die die Messung der Klebrigkeit beeinflussen, wie z. B.: Testgeometrie, Probenabmessungen, Sondenmaterial, Sondenabmessungen, Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktkraft, Kontaktzeit, Trenngeschwindigkeit, Temperatur und Probenrheologie. Es ist auch allgemein bekannt, dass das Sondenmaterial die erzielten Ergebnisse wesentlich beeinflusst - sobald eine Sonde für einen Test ausgewählt wird, sollten die Materialart und die Oberflächenbeschaffenheit (z. B. Politur) nicht verändert werden.

Versagensmechanismen

Die Bildung einer Klebeverbindung zwischen Klebstoff und Klebefläche ist ein wesentlicher Bestandteil der Klebrigkeit, aber auch die Art des Versagens dieser Verbindung bei der Trennung ist von großer Bedeutung. Ein echtes Klebstoffversagen tritt auf, wenn die Verbindung zwischen Klebstoff und Klebefläche sauber versagt, ohne dass Klebstoffreste auf der Klebefläche zurückbleiben. Bleibt der Klebstoff auf der Oberfläche, ist ein Kohäsionsfehler im Klebstoff aufgetreten.

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ABLÖSBARKEIT (PEELBARKEIT, SCHÄLBARKEIT) ist die Fähigkeit eines Materials, Kräften zu widerstehen, die es auseinanderziehen können, indem es eine flexible Oberfläche von einer starren Oberfläche oder einer anderen flexiblen Oberfläche trennt.

In der Regel wird die mittlere Kraft pro Einheitsbreite und die Spitzenkraft gemessen, die erforderlich ist, um eine dieser beiden Flächen zu trennen.

Schältests sind für eine Vielzahl von Produkten geeignet und können an Behältern wie Gläsern, Dosen, Trays, Verpackungsbeuteln sowie zur Beurteilung von Klebe-, Kosmetik- und Medizinprodukten wie Bändern, Bandagen, Wachsstreifen etc. durchgeführt werden. Die gängigsten Tests sind die T-Schälung, die 90-Grad-Schälung und die 180-Grad-Schälung, allerdings sind verschiedene Schälwinkel möglich.

Methoden & Geräte zur Messung

• Alle Peel-Vorrichtungen

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ZUGFESTIGKEIT ist das Maß für die Kraft oder Spannung, die erforderlich ist, um etwas zu ziehen (Widerstand gegen Längsspannung), bis zu dem Punkt, an dem es bricht oder bevor eine bleibende Verformung eintritt.

Normalerweise ist es die maximale Zugbeanspruchung vor dem Versagen des Materials. Die Definition von Versagen kann je nach Materialtyp und Konstruktionsmethode variieren.

In den Bereichen Werkstoffkunde, Maschinenbau und Bauingenieurwesen gibt es drei typische Definitionen der Zugfestigkeit:

Streckgrenze: Die Spannung, bei der die Materialdehnung von elastischer Verformung in plastische Verformung übergeht, wodurch sie sich dauerhaft verformt.

Endfestigkeit: Die maximale Belastung, der ein Material standhalten kann.

Bruchfestigkeit: Die Spannungskoordinate auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve am Bruchpunkt.

Die Zugfestigkeit kann sich auf die Zähigkeit der Produkte beziehen. Je höher die Zugfestigkeit eines Produktes ist, desto schwieriger oder zäher ist es zu dehnen. Diese Eigenschaft kann bei manchen Produkten, z. B. bei Seilen und Gummibändern, positiv sein, wird aber bei Kaugummi, Mozzarella, Nudeln oder Weihnachtsgebäck als inakzeptabel oder negativ angesehen.

Methoden & Geräte zur Messung

• Alle Sonden, die es ermöglichen, ein Produkt erfolgreich zu halten, um es auf Zug zu prüfen.

Überlegungen

Die Herausforderung bei Schälversuchen besteht darin, das Produkt zu greifen bzw. zu halten. Viele Materialien sind dafür zu empfindlich, deshalb wird die Probe auf einer Platte montiert und das gegenüberliegende Material abgezogen. Die Proben können auf einer Metallplatte oder einem Glasobjektträger mit Kontaktkleber oder steifem doppelseitigen Klebeband angebracht werden oder, wenn die Abzugskräfte sehr gering sind, gar nicht weiter befestigt werden. Extrem empfindliche Folien können z. B. auf Papier-, Karton- oder Mullrahmen montiert werden, die das Handling der Proben bis zum Beginn des Peel-Tests erleichtern.

Kurz vor jedem Test sollte der Rahmen geschnitten werden, um das Auslöseverhalten nicht zu stören.+

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DEHNBARKEIT/AUSDEHNUNG ist der Grad (Weg), bis zu dem ein Produkt vor dem Bruch gestreckt werden kann.

Sie hängt mit der Elastizität eines Produktes zusammen. Dies ist üblicherweise eine primäre Struktureigenschaft von rohen Backwaren (z. B. Teig, Gebäck), zubereiteten Back- und Teigwaren (z. B. Pfannkuchen, Tortillas, Nudeln), kann aber auch eine Eigenschaft von Süßwaren (z. B. Lakritz, Kaugummi) sein.

Methoden & Geräte zur Messung

• Alle Sonden, die es ermöglichen, ein Produkt erfolgreich zu halten, um es auf Zug zu prüfen.

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FADENZUG ist der Weg, über den ein Produkt an der Messsonde hängen bleibt, wenn diese aus der Probe herausgezogen wird.

Das ist ein charakteristisches Merkmal von Mozzarella-Käse oder Klebstoffen, aber für gewöhnlich die primäre Struktureigenschaft von Saucen (z. B. Ketchup, Dessertsaucen), Konditoreiglasuren, Backwarentoppings und insbesondere Sirup. In der Klebstoffindustrie wird diese Eigenschaft manchmal auch als "Legging“ bezeichnet, da es bei der Trennung der Klebeflächen zur Bildung von Filamenten oder Fäden kommen kann. Fadenzug kann eine erwünschte Eigenschaft sein, wie es bei Mozzarella-Käse oder Karamell-Dekorationen der Fall ist, wird aber für das Auftragen von Farben als unerwünscht angesehen, wenn eine „kurze" Textur zum schnellen und sauberen Entfernen von Pinseln aus Farbdosen oder -eimern erforderlich ist.

Methoden & Geräte zur Messung

• Zylindersonden und -platten
• Rück-Extrusionszelle

KOHÄSION (dehnbar) ist die Tendenz eines Produktes, zusammenzuhalten oder zu verkleben.

Die intermolekulare Anziehungskraft, durch die die Elemente eines Körpers oder einer Materialmasse zusammengehalten werden, bestimmt dessen Zusammenhalt. Sie bezieht sich auf die innere Klebrigkeit eines Produktes und wird in der Regel durch Messung der Kraft bestimmt, mit der ein Gegenstand aus der Produktmasse entfernt werden kann. Eine hohe Kohäsion kann für Produkte wie Farben vorteilhaft sein, bei denen der Pinsel sauber aus dem Farbtopf gezogen werden kann, ohne dass die Farbe dabei einen langen Faden zieht.

Eine geringe Kohäsion kann jedoch eine günstige Eigenschaft eines Erzeugnisses wie Honig oder Sirup sein, wenn dieser in langen Fäden z. B. am Löffel hängen bleibt.

Methoden & Geräte zur Messung

• Rück-Extrusionszelle
• Mittelgroße Zylindersonde
• Teigklebrigkeit-Vorrichtung

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REIBUNG ist ein Phänomen, das Teil unseres täglichen Lebens ist.

Die Reibung kann vereinfacht als die Widerstandskraft bezeichnet werden, die entsteht, wenn eine Oberfläche über eine andere gleitet oder zu gleiten versucht. Es ist üblicherweise die Textureigenschaft, die bei Verpackungsmaterialien, Rasiergelen, Kosmetikschwämmen etc. gemessen wird.

Reibung kann eine Einschränkung sein, z. B. kann die Reibung von Verpackungen ein wesentlicher limitierender Faktor für die Geschwindigkeit von Verpackungsmaschinen sein. Additive werden häufig eingesetzt, um die Schmierfähigkeit von Oberflächen zu verbessern, dies wird als "Schlupf" bezeichnet. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften wird vielen Verpackungen Polyethylen zugesetzt.

Wir können zwei Reaktionen definieren, die aufgrund von Reibung auftreten. Es gibt die Haftreibung: Das ist der Widerstand, um eine Relativbewegung zu starten; und die Gleitreibung: Das ist der Widerstand, um die Bewegung auf einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit zu halten. Wir können mit empirischen Messungen einen Reibungskoeffizienten bestimmen. Rauere Oberflächen haben tendenziell höhere Werte.

Methoden & Geräte zur Messung

• Friction Rig

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ABRIEB ist der Abtrag von Material von einer festen Oberfläche durch die Einwirkung eines anderen Festkörpers.

Wenn Material durch Kontakt mit harten Partikeln abgetragen wird, entsteht abrasiver Verschleiß. Die Partikel können entweder an der Oberfläche eines zweiten Materials oder als lose Partikel zwischen zwei Oberflächen vorliegen.

Schleifmittel werden in einer Vielzahl von Industrien zum Polieren, Schleifen, Honen oder für ähnliche Prozesse eingesetzt. Die Wirksamkeit dieser Materialien hängt von ihren Reibungseigenschaften ab, die als jene Kräfte berechnet werden können, die erforderlich sind, um das Material über eine bestimmte Oberfläche zu ziehen. Die Bewertung dieser Eigenschaften ermöglicht es den Herstellern, die Eignung ihrer Produkte für einen bestimmten Verwendungszweck zu beurteilen. Die Testergebnisse zeigen auch Unterschiede zwischen den Sorten oder Marken von Schleifmitteln auf.

Methoden & Geräte zur Messung

• Schleifprüfstand

Ein Schleifprüfstand analysiert die Reibungseigenschaften verschiedenster Materialien wie Schleifpapier, Dental-Schleifstreifen oder flexible Nagelfeilen und ermöglicht es Herstellern, Stärken, Schwächen und Schwankungen in Produktlinien und Materialien zu erkennen. Vor der Durchführung der Prüfung wird eine Probe des Schleifmaterials in einem selbstspannenden Griff gehalten. Während der Prüfung zieht der Arm des TA.XTplus oder TA.HDplus die Probe unter und um einen Zylinder um 90°. Die zum Ziehen des Materials erforderliche Kraft wird aufgezeichnet. Das Zylindermaterial ist kundenspezifisch, je nachdem, über welches Substrat die Probe geschliffen werden soll. Mit der Exponent-Software werden dann die ermittelten Mehrspitzen-Kraftprofile analysiert und mit speziellen Berechnungen die Reibungseigenschaften des Materials bewertet. Bei groben Proben wird ein breiteres schwankendes Kraftband aufgenommen, während bei feineren Materialien ein schmaleres Kraftband zu erwarten ist.

Neben einer genauen Messung der Reibungseigenschaften des Materials können die aufgezeichneten Ergebnisse auch zur Beurteilung der Stick/Slip-Eigenschaften der Schleifprobe verwendet werden. Dies kann durch die Berechnung der Kraftdifferenz zwischen den maximalen und minimalen Kraftspitzen erreicht werden.

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