Modellierung der effektiven Wärmeleitfähigkeit von gefrorenem Fleisch unter Anwendung der Widerstandsnetzwerktheorie

Die Wärmeleitfähigkeit ist eine Materialeigenschaft zur Beschreibung von Wärmetransportprozessen. Die theoretische Modellierung dieser Eigenschaft ist bei Mehrkomponentenwerkstoffen mit Phasenübergängen, wie zum Beispiel gefrorenem Fleisch, komplex und individuell. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines komponentenbasierten Modells der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Fleisch im Temperaturbereich von -40 bis 40 °C. Dabei werden Gefrierprozesse und Dehydration der Muskelfasern einbezogen.

Basierend auf Literaturdaten und eigenen XCT-Analysen gefrorener Proben wird ein geometrisches Modell entwickelt, das die anisotrope Struktur des Fleisches abbildet. Es unterscheidet zwischen den zwei Komponenten Gewebefasern und Eis. Das Eis bildet sich zwischen den Fasern und verursacht Verschiebungen in longitudinaler und transversaler Richtung. Ausgehend vom geometrischen Modell wird für beide Richtungen eine Übertragung auf ein Widerstandsnetzwerk durchgeführt. Anschliessend wird das Netzwerk schrittweise reduziert, um die effektive Wärmeleitfähigkeit zu berechnen.

Die entwickelten Modelle ermöglichen erstmals die Abbildung eines Richtungsunterschieds der Wärmeleitfähigkeit von 30 % bei -40 °C in magerem Rindfleisch. Sie liefern neue Einblicke in die Struktur von gefrorenem Fleisch und eröffnen Perspektiven zur Modellierung kühlratenabhängiger Strukturveränderungen.