DD289597A5 - Verfahren zur steuerung der herstellung von milcherzeugnissen mit strukturbildung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung, wie insbesondere Joghurt. Die erfindungsgemaesze Aufgabe wird dadurch geloest, dasz ein an der Stange befestigter Schwimmkoerper schwimmend auf der Oberflaeche des zu pruefenden Milcherzeugnisses angeordnet und ihm ein Impulserreger zugeordnet ist sowie die Amplitudenspannung an einem Schwellwertschalter anliegt. Der mit einem Impuls angeregte Schwimmkoerper schwingt mit der Oberflaeche des zu pruefenden Milcherzeugnisses relativ stark, solange sich deren Struktur noch nicht wesentlich geaendert hat. Trotz eines wesentlich verringerten Aufwandes zur Schwingungsanregung, in einer vorzugsweisen Ausfuehrung genuegt ein einfacher Elektromagnet, ist das auswertbare Signal deutlich staerker als die Daempfung der Schwingung einer oszillierenden Nadel. Der Schwimmkoerper kann dabei relativ grosz gehalten werden. Je groeszer er ist, um so weniger zerstoert er die Struktur, um so deutlicher wird das auswertbare Meszsignal. Die Schwingung klingt mit dem Koagulationsfortschritt der Milch immer rascher ab, wodurch selbst mit relativ geringem Meszaufwand ebenfalls eine sehr differenzierte Bewertung der Strukturaenderung moeglich ist. Die Messung erfolgt direkt im Fermentor bzw. Prozeszbehaelter, eine Probennahme entfaellt; eine On-line-Verfolgung der Strukturbildung ist moeglich. Die Auswertung der Abklingzeit kann ein Mikrorechner uebernehmen, welcher zum Beispiel nach Feststellung des Koagulationsendes den Befehl zum Abschalten der sehr energieintensiven Brutraumheizung geben kann.{Steuerung; Milcherzeugnis; Strukturbildung; Joghurt; Schwimmkoerper; Impulserreger; Amplitudenspannung; Schwellwertschalter; Schwingungsanregung; Elektromagnet; Koagulationsfortschritt; Milch}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Anordnung zur Steuerung der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung, wie insbesondere Joghurt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Strukturbildung bei der Herstellung von Milcherzeugnissen beruht auf der Ladungsänderung und der Änderung der Verteilungsform der Proteine. Zum einen kommt es durch Einwirkung von Säure im isoelektrischen Punkt des Kaseins (pH4,65) zur Aufhebung der Abstoßungskräfte zwischen den Kaseinmizellen und es kommt zur Koagulation. Andererseits wird durch Enzymeinfluß die Ausbildung eines Calzium-Paracaseinat-Gerüstes bewirkt.

Die Rationalisierung der mit der Strukturbildung verbundenen qualitätsbestimmenden und oftmals energieaufwendigen Verfahrensschritte ist gegenwärtig noch wenig verbreitet. Grundvoraussetzung für eine Rationalisierung ist die Meßbannachung der Strukturbildung.

Diese Vorgänge vollziehen sich innerhalb weniger Minuten und können zerstörungsfrei indirekt durch die Messung des pH-Wertes und grober Abschätzung der parallel hierzu eintretenden Strukturänderungen bewertet werden. Eine sichere Aussage über die mechanische Beschaffenheit des Milcherzeugnisses liefert diese Messung nicht. Außerdem sind die dafür benötigten Meßsonden sehr anfällig und pflegebedürftig.

Alle anderen Verfahren zur Steuerung derartiger Herstellungsverfahren gehen auf Viskositätsmessungen zurück. Die meisten Meßverfahren sind mit einer Zerstörung der Struktur verbunden. Das beginnt bereits bei der Probenahme. Diese Strukturzerstörung ist größtenteils irreversibel, das heißt, die Probe ist anschließend unbrauchbar. Zahlreiche Verfahren beruhen auf der Haftreibung zwischen Flüssigkeit und Gefäßwand (z.B. Zylinderviskosimeter). An diesen Stellen tritt oftmals Synärese auf, welche geringere Viskositätswerte vortäuscht und somit die Messung verfälscht. Außerdem sind Viskositätsmessungen an nicht-Newtonschen Fluiden immer nur in einem abgegrenzten Schergradientenbereich möglich, so daß nur eine scheinbare Viskosität bestimmt werden kann.

Eine direkte Überwachung und Steuerung der Strukturbildungsphase ist mit den herkömmlichen Viskositätsmoßmethoden nicht möglich.

Die Viskosität wird auch mit einem im zu prüfenden Medium oszillierenden Körper gemessen. Die bei sinkender Viskosität erhöhte Leistungsaufnahme des Antriebes bzw. abnehmende Ausschwingzeit bei einer Abschaltung der Anregung bilden ein Maß für die Viskosität.

Ein kommerzielles Viskosimeter dieses Typs ist von der Nanietre Company (Fitzgerald and Matusik 1976, Ferry 1977) erhältlich. Es besteht aus einem polierten Nirosta-Ball von ca. 40mm, der an einem Nirosta-Stab angebracht ist. Der Ball wird in die Flüssigkeit eingetaucht und vibriert mit einer Frequenz von 646Hz und einer Amplitude von 0,025 mm. Eine Digitalanzeige gibt die Viskosität an. Es kann im Bereich von 1 cP bis 100OP gemessen werden.

Die Meßmethoden haben den Nachteil, daß die Meßsonde in das Medium eingebracht werden muß, was im kritischen pH-Bereich wiederum mit einer Strukturzerstörung verbunden ist. Anstelle eines relativ großen Balls wird deshalb auch bereits eine Nadel verwendet (Weder, A.: Neue Meßmethode zur Bestimmung von Gelfestigkeiten. LaborPraxis, Dez. 1982, S. 1357 ff.). Dadurch kommt andererseits der weitere Nachteil dieser Lösungen, daß ein hoher Aufwand für den Schwingungserreger und die Meßtechnik erforderlich ist, um die Unterschiede in der Leistungsaufnahme und Schwingungsdämpfung genau zu messen, noch stärker zur Geltung. Die Einrichtung kann zur Messung der Gelbildung bei der Käseherstellung eingesetzt werden, da diese enzymatische Gelbildung nicht so empfindlich ist wie die Säure-Gelbildung bei der Joghurtherstellung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung, wie insbesondere Joghurt, die Produktionszeit bei Wahrung einer guten Strukturqualität zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Messung der Viskosität mittels eines oszillierenden Körpers wesentlich zu vereinfachen und trotzdem eine erhöhte Meßsicherheit und Schonung des Gutes zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an der Stange befestigter Schwimmkörper schwimmend auf der Oberfläche des zu prüfenden Milcherzeugnisses angeordnet und ihm ein Impulserreger zugeordnet ist sowie die Amplitudenspannung an einem Schwellwertschalter anliegt.

Der mit einem Impuls angeregte Schwimmkörper schwingt mit der Oberfläche des zu prüfenden Milcherzeugnisses relativ stark, solange sich deren Struktur noch nicht wesentlich geändert hat. Trotz eines wesentlich verringerten Aufwandes zur Schwingungsanregung, in einer vorzugsweisen Ausführung genügt ein einfacher Elektromagnet, ist das auswertbare Signal deutlich stärker als die Dämpfung der Schwingung einer oszillierenden Nadel. Der Schwimmkörper kann dabei relativ groß gehalten werden. Je größer er ist, um so weniger zerstört er die Struktur, um so deutlicher wird das auswertbare Meßsignal. Die Schwingung klingt mit dem Koagulationsfortschritt der Milch immer rascher ab, wodurch selbst mit relativ geringem Meßaufwand ebenfalls eine sehr differenzierte Bewertung der Strukturänderung möglich ist.

Die Messung erfolgt direkt im Fermentor bzw. Prozeßbehälter, eine Probenahme entfällt; eine On-Iine-Verfclgung der Strukturbilc'ung ist möglich. Die Auswertung der Abklingzeit kann ein Mikrorechner übernehmen, welcher zum Beispiel nach Feststellung des Koagulationsondes den Befehl zum Abschalten der sehr energieintensiven Brutraumheizung geben kann.

Ausführungsbeispiel In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine einfache Meßanordnung Fig. 2: das dazugehörige Blockschaltbild Fig.3: Meßsignal bei flüssiger Milch Fig.4: Meßsignal bei koagulierter Milch.

Eine erfindungsgemäße Ausführung der Meßanordnung, die zur Überwachung und Steuerung der Joghurtherstellung eingesetzt werden kann, zeigt Fig. 1.

Die Gefäße werden mit der beimpften Milch 2 gefüllt und zusammen mit dem mechanischen Teil der Meßanordnung in den Brutraum gestellt. Einem, dem dargestellten, Gefäß wird die Meßanordnung zugeordnet.

An einem Arm eines Waagebalkens 4 ist ein.) Stange angelenkt und an deren End» ein Schwimmkörper 3 befestigt. Auf der anderen Seite des Waagebalkens 4 ist zwischen dem Waagebalken und seinem Gestell ein induktiver Wegaufnehmer 5 angeordnet. Außerdem ist zwischen dem Waagebalk^ ' 4 und seinem Gestell ein Elektromagnet 1 vorgesehen. Die Massen der Elemente und die Hebelarmlängen sind so aufeinander abgestimmt, daß der Schwimmkörper 3 auf der Oberfläche der zu prüfenden Milch 2 schwimmt.

Mit einem kurzen Stromstoß durch den Elektromagneten 1 wird der Schwimmkörper 3 und mit ihm die ganze Oberfläche der Milch zur Schwingung angeregt. Der induktive Wegaufnehmer 5 wandelt die Amplitude der Schwerewellen in elektrische Schwingungen um.

Das Blockschaltbild einer dazugehörigen Steuer- und Auswerte-Elektronik ist in Fig. 2 zu sehen. Ein Zeitgeber 6 stellt einen Zähler 7 auf Null (Reset) und betätigt den Elektromagneten 1. Schaltung 8 liefeil ein der Schwingungsamplitude des Schwimmkörpers proportionales Spannungssignal.

Überschreitet dioses Signal einen durch Uref festgelegten Schwellwert, so öffnet durch den Komperator 9 eine Torschaltung 10; Zählimpulse gelangen ν um Taktgenerator 11 in den Zähler 7. Hat das Medium Flüssigkoitseigenschaften, so ist die Abklingzeit dieser Wellen relativ lang (Fig. 3); entsprechend oft wird das Tor geöffnet und gezählt. Das Zählergebnis ist hoch und verändert sich vor dem Ausfällen kaum. Während der Strukturbildung nimmt die Abklingzeit auf Grund der Viskositätsänderung stark ab, womit sich auch das Zählergebnis verringert. Bei voll ausgebildeter Struktur hai das aufgenommene Signal seinen Wellencharakter völlig verloren, die Signalform ändert sich nun kaum noch, die Koagulation ist abgeschlossen (Fig.4). Die Antwortamplitude ist so gering, daß die Meßspannung nicht mehr ausreicht, das Tor zu öffnen; das Zählergebnis ist Null. Eine entsprechende Auswertelogik 12 aktiviert dann ein Relais 13, welches beispielsweise die Abschaltung der Brutkammer bewirken

Claims (5)

1. Anordnung zur Steuerung der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung unter Verwendung eines an einer Stange befestigten oszillierenden Körpers und Mitteln zur elektronischen Messung der Schwing;mgsamplitude, gekennzeichnet dadurch, daß ein an der Stange befestigter Schwimmkörper (3) schwimmend auf der Oberfläche des zu prüfenden Miicherzeugnisses (2) angeordnet und ihm ein Impulserreger zugeordnet ist sowie die Amp.litudenspannung an einem Schwellwertschalter anliegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Schwellwertschalter ein Zähler zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stange mit dem Schwimmkörper (3) an einem Waagebalken (4) angelenkt ist.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Waagebalken (4) und seinem Gestell ein Elektromagnet (1) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Waagebalkens (4) und seinem Gestell ein Wegaufnehmer (5) befestigt ist.