DD289597A5

DD289597A5 - METHOD FOR CONTROLLING THE PRODUCTION OF MILK PRODUCTS WITH STRUCTURE FORMING

Info

Publication number: DD289597A5
Application number: DD33438989A
Authority: DD
Inventors: Robert Roehler; Edgar Spreer; Hans-Joerg Raeuber
Original assignee: Tu Dresden,Direkt. F. Forschung, Bfsn,De
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1991-05-02

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}The invention relates to an arrangement for controlling the production of milk products with structure formation, in particular yogurt. The object according to the invention is achieved in that a floating body fastened to the pole is arranged floating on the surface of the milk product to be tested, and a pulse exciter is assigned to it and the amplitude voltage is applied to a threshold value switch. The stimulated with a pulse swimming body vibrates relatively strong with the surface of the milk product to be tested, as long as its structure has not changed significantly. Despite a significantly reduced effort for vibration excitation, in a preferred embodiment, a simple electromagnet sufficient, the evaluable signal is significantly stronger than the damping of the oscillation of an oscillating needle. The swimming body can be kept relatively large. The larger it is, the less it destroys the structure, the clearer becomes the evaluable measurement signal. The oscillation decays faster and faster with the coagulation progress of the milk, whereby a very differentiated evaluation of the structural change is possible even with a relatively low measuring effort. The measurement takes place directly in the fermentor or process container, a sampling is omitted; an on-line tracking of structure formation is possible. The evaluation of the cooldown can be carried out by a microcomputer, which, for example, can provide the command to switch off the very energy-intensive incubator heating after determining the end of the coagulation. Milk product; Structure formation; Yogurt; glass float; Pulse excitation; Amplitude voltage; threshold; Vibration excitation; Electromagnet; of the coagulation; Milk}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Anordnung zur Steuerung der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung, wie insbesondere Joghurt.The invention relates to an arrangement for controlling the production of milk products with structure formation, in particular yogurt.

Characteristic of the known state of the art

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.The structure formation in the production of milk products is based on the charge change and the change of the distribution form of the proteins. On the one hand, by the action of acid in the isoelectric point of the casein (pH4,65), the repulsive forces between the casein micelles are removed and coagulation occurs. On the other hand, the formation of a calcium paracaseinate skeleton is effected by the influence of enzymes.

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.The rationalization of the quality-determining and often energy-consuming process steps associated with structuring is currently still not very widespread. A basic requirement for rationalization is the measurement coverage of structure formation.

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.These processes take place within a few minutes and can be evaluated non-destructively indirectly by measuring the pH value and roughly estimating the structural changes occurring in parallel. A reliable statement about the mechanical nature of the milk product does not provide this measurement. In addition, the required probes are very vulnerable and in need of care.

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.All other methods of controlling such manufacturing processes are based on viscosity measurements. Most measuring methods are associated with a destruction of the structure. It starts with the sampling. This structural destruction is largely irreversible, which means that the sample is subsequently unusable. Numerous methods rely on static friction between the fluid and the vessel wall (e.g., cylinder viscometers). At these sites, syneresis often occurs, which simulates lower viscosity values and thus falsifies the measurement. In addition, viscosity measurements on non-Newtonian fluids are always possible only in a limited shear gradient range, so that only an apparent viscosity can be determined.

Eine direkte Überwachung und Steuerung der Strukturbildungsphase ist mit den herkömmlichen Viskositätsmoßmethoden nicht möglich.A direct monitoring and control of the patterning phase is not possible with the conventional Viskositätsmoßmethoden.

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.The viscosity is also measured with a body oscillating in the medium to be tested. The increased power consumption of the drive when the viscosity decreases or the decay time decreasing when the excitation is switched off form a measure of the viscosity.

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.A commercial viscometer of this type is available from Nanietre Company (Fitzgerald and Matusik 1976, Ferry 1977). It consists of a polished Nirosta ball of about 40mm, which is attached to a Nirosta rod. The ball is immersed in the liquid and vibrates at a frequency of 646Hz and an amplitude of 0.025mm. A digital display indicates the viscosity. It can be measured in the range of 1 cP to 100OP.

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.The measurement methods have the disadvantage that the probe must be introduced into the medium, which in turn is associated with a structural destruction in the critical pH range. Therefore, instead of a relatively large ball, a needle is already being used (Neither, A .: New measuring method for determining gel strengths, LaborPraxis, Dec. 1982, pp. 1357 et seq.). As a result, on the other hand, the further disadvantage of these solutions that a lot of effort for the vibration exciter and the measurement technique is required to accurately measure the differences in power consumption and vibration damping, to even greater advantage. The device can be used to measure gelation in cheese making since this enzymatic gelation is not as sensitive as acid gelation in yoghurt production.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Milcherzeugnissen mit Strukturbildung, wie insbesondere Joghurt, die Produktionszeit bei Wahrung einer guten Strukturqualität zu senken.The aim of the invention is to reduce the production time while maintaining a good structural quality in the production of milk products with structure formation, in particular yogurt.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to significantly simplify the measurement of the viscosity by means of an oscillating body and still achieve increased reliability and protection of the goods.

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.According to the invention, this object is achieved in that a fixed to the rod float floatingly arranged on the surface of the milk product to be tested and it is associated with a pulse exciter and the amplitude voltage is applied to a threshold value.

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.The floated body stimulated with a pulse vibrates relatively strong with the surface of the milk product to be tested, as long as its structure has not changed significantly. Despite a significantly reduced effort for vibration excitation, in a preferred embodiment, a simple solenoid is sufficient, the evaluable signal is much stronger than the damping of the vibration of an oscillating needle. The float can be kept relatively large. The larger it is, the less it destroys the structure, the clearer becomes the evaluable measuring signal. The oscillation decays faster and faster with the coagulation progress of the milk, whereby a very differentiated evaluation of the structural change is possible even with relatively little measuring effort.

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.The measurement takes place directly in the fermenter or process vessel, a sampling is omitted; an on-line arrangement of the Strukturbilc'ung is possible. The evaluation of the cooldown can take over a microcomputer, which can give, for example, after determining the Koagulationsondes the command for switching off the very energy-intensive incubator heating.

Ausführungsbeispiel In der Zeichnung zeigenExemplary embodiment In the drawing

Fig. 1: eine einfache Meßanordnung Fig. 2: das dazugehörige Blockschaltbild Fig.3: Meßsignal bei flüssiger Milch Fig.4: Meßsignal bei koagulierter Milch.Fig. 1: a simple measuring arrangement Fig. 2: the associated block diagram Fig.3: measurement signal in liquid milk Fig.4: measurement signal in coagulated milk.

Eine erfindungsgemäße Ausführung der Meßanordnung, die zur Überwachung und Steuerung der Joghurtherstellung eingesetzt werden kann, zeigt Fig. 1.An embodiment of the measuring arrangement according to the invention, which can be used to monitor and control the yoghurt production, is shown in 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.The vessels are filled with the inoculated milk 2 and placed together with the mechanical part of the measuring device in the brood space. A, the vessel shown, the measuring arrangement is assigned.

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.On one arm of a balance beam 4 a.) Rod is articulated and attached to the end »a floating body 3. On the other side of the balance beam 4, an inductive displacement sensor 5 is arranged between the balance beam and its frame. In addition, an electromagnet 1 is provided between the balance beam ^ '4 and its frame. The masses of the elements and the Hebelarmlängen are coordinated so that the floating body 3 floats on the surface of the milk to be tested 2.

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.With a short surge through the electromagnet 1, the float 3 and with it the whole surface of the milk is excited to vibrate. The inductive displacement transducer 5 converts the amplitude of the gravity waves into electrical vibrations.

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.The block diagram of an associated control and evaluation electronics can be seen in FIG. A timer 6 sets a counter 7 to zero (reset) and actuates the electromagnet 1. Circuit 8 is a voltage signal proportional to the oscillation amplitude of the floating body.

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 bewirkenIf the signal exceeds a threshold defined by Uref, a gate 10 opens through the comparator 9; Count pulses arrive at counter 7 around clock generator 11. If the medium has liquid-crystal properties, the decay time of these waves is relatively long (Figure 3); Correspondingly often the gate is opened and counted. The counting result is high and hardly changes before the failure. During texture formation, the cooldown decreases significantly due to the change in viscosity, which also reduces the count. When the structure is fully developed, the recorded signal completely loses its wave character, the signal shape hardly changes anymore and coagulation is complete (Fig.4). The response amplitude is so low that the measuring voltage is no longer sufficient to open the door; the counting result is zero. A corresponding evaluation logic 12 then activates a relay 13, which cause, for example, the shutdown of the incubation chamber

Claims

An arrangement for controlling the production of dairy products with structure formation using an oscillating body fixed to a pole and means for electronic measurement of vibration, mgsamplitude, characterized in that a floating body (3) fixed to the pole floats on the surface of the body to be tested Miicherzeugnisses (2) arranged and it is assigned a pulse exciter and the Amp.litudenspannung is applied to a threshold.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold value switch is associated with a counter.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rod is articulated to the float (3) on a balance beam (4).

4. Arrangement according to claims 1 and 3, characterized in that between the balance beam (4) and its frame, an electromagnet (1) is provided.

5. Arrangement according to claims 1 and 3, characterized in that between the balance beam (4) and its frame, a displacement sensor (5) is fixed.