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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Bräunungsgrades eines in einem Garraum eines Gargeräts gegarten Garguts und/oder zur Bestimmung eines Verschmutzungsgrads des Garraums, wobei das Gargerät zumindest eine Gargutbehandlungseinrichtung zum Garen von Gargut, zumindest eine Steuer- oder Regeleinrichtung zum Führen eines Garvorgangs, zumindest eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben von akustischen und/oder optischen Signalen, zumindest eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben zumindest eines für ein Gargut, einen Garvorgang und/oder eine Gargerätebetriebsart charakteristischen Parameters und zumindest einen Gassensor zum Erfassen von Emissionen einer vorherbestimmten Anzahl von Substanzen umfasst; sowie ein Gargerät zum Durchführen solch eines Verfahrens.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Verfahren zum Garen von Gargut in einem Garraum eines Gargeräts bekannt, bei denen der Bräunungsgrad als Maß für die Stärke der Bräunung der Oberfläche eines Garguts eine qualitätsentscheidende Rolle spielt.
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Aus der
EP 1 581 059 B1 ist ein Verfahren zum Garen von Gargut in einem Garraum eines Gargeräts mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung bekannt, die Zugriff hat auf primäre, zeitlich geordnete Messdaten sowie sekundäre, zeitlich nicht geordnete Daten zumindest einer Gargut- und/oder Gargeräte-Zustandsgröße, wobei die Bräunung des Gargutes eine von einer Vielzahl von geeigneten Gargut-Zustandsgrößen für das offenbarte Verfahren bildet, die von den primären Messdaten umfasst wird. Der Garprozess selber umfasst das Erfassen des Garprozess-Ist-Ablaufs der Messdaten eines Garguts bis zu einem bestimmten Zeitpunkt vor dem Garendzeitpunkt, das Zuordnen dieses Garprozess-Ist-Ablaufs zu einem über eine Cluster-Analyse bestimmten repräsentativen Garprofil, wobei die Cluster-Analyse ein Standardisieren oder Vergleichbar-Machen von Garprozess-Ist-Abläufen umfasst, wobei bei der Cluster-Analyse zumindest eine Regression, ein Ähnlichkeitsvergleich, ein Koeffizientenvergleich, eine Bereichsbildung, eine Interpolation und/oder eine Extrapolation durchgeführt wird, und das Führen des Garprozesses in Abhängigkeit von dem bestimmten Garprofil.
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In der
EP 1 956 301 A1 ist ein Verfahren zum Führen eines Arbeitsprogramms in einem Behandlungsraum eines Nahrungsmittelbehandlungsgeräts beschrieben, bei dem zumindest die Behandlungsraumatmosphäre des Nahrungsmittelbehandlungsgeräts von zumindest einer Sensoreinheit erfasst und in Abhängigkeit von mit derselben erfassten Werten und in einer Speichereinheit hinterlegten Werten das Arbeitsprogramm geführt wird. Dabei kommen Gassensoren zum Einsatz, deren Ausgabedaten genutzt werden, bspw. um Bräunungswünsche von Kunden einzuhalten oder die Größe einer Verschmutzung eines Garraums überwacht werden.
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Die wissenschaftliche Veröffentlichung J. Sci. Food Agric., 1985, 36, 377–382, von Donald S. Mottram offenbart bereits, dass bei der Garung von Schweinefleisch eine Vielzahl von flüchtigen chemischen Verbindungen auftritt, wobei die durchgeführten Messungen belegen, dass es bei einer hohen Gardauer zu einer stark erhöhten Emission von Verbindungen der heterozyklischen chemischen Stoffklasse der Pyrazine kommt, während bei nur geringer Gardauer und/oder bei niedrigen Gartemperaturen der Emissionsanteil an Verbindungen der chemischen Stoffklasse der Aldehyde vorwiegt. Genau gesagt wurde gegrilltes, gebratenes und gekochtes Schweinefleisch untersucht, wobei in gebratenem und gekochtem Schweinefleisch fast keine Pyrazine gefunden wurden, dafür aber eine Vielzahl von Aldehyden. In dem gegrillten Schweinefleisch wurden lediglich einige Aldehyde detektiert, dafür aber eine Vielzahl an Pyrazinen. Die Anzahl der bestimmten Pyrazine war bei diesen Untersuchungen stark abhängig von der ausgewählten Zubereitungsart „well-done”, „medium” oder „light”. Bei dem Schweinefleisch, welches well-done zubereitet wurde, war die Anzahl der Pyrazine mit Abstand am größten. Dies wird dadurch begründet, dass für die Entstehung der Pyrazine basierend auf der Maillard-Reaktion eine große Wärmemenge beziehungsweise hohe Temperaturen benötigt werden. Aldehyde und Pyrazine sollen zudem besonders charakteristisch für das Aroma von gegartem Schweinefleisch sein.
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Aus der Dissertationsschrift „Oberflächenreaktionen von halbleitenden Schichten auf Reaktionsprodukte der Maillard-Reaktion" von Jörg Gottschald vom März 2009 ist es ebenfalls bekannt, dass Aldehyde im Garverlauf von Schweinefleisch früher nachzuweisen sind als Pyrazine, wobei festgestellt wurde, dass geeignete Gassensoren prinzipiell dazu in der Lage sind, Pyrazine und Aldehyde selektiv nachzuweisen. Ein möglicher apparativer Aufbau ist aus dieser Dissertationsschrift von Gottschald zu entnehmen.
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Nachteilig an den gattungsgemäßen Verfahren aus dem Stand der Technik nach Mottram und Gottschald ist, dass dort zwar eine selektive Detektion von Aldehyden und Pyrazinen beschrieben wird, jedoch ohne eine online in-situ Detektion von emittierten volatilen Substanzen während der gesamten Dauer eines Garvorgangs.
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Mottram offenbart darüber hinaus nur ein Verfahren, welches mit Kontakthitze arbeitet und die Entstehung von Gasen erst zum Fertiggarzeitpunkt betrachtet, indem die emittierten Gase während des gesamten Garvorgangs zunächst gesammelt werden, um anschließend die vorhandenen Gesamtanteile von Aldehyden und Pyrazinen an der Gesamtemission des Garvorgangs zu bestimmen. Dies liefert zwar eine Abhängigkeit der Aldehyd- und Pyrazinsignale von der Gardauer und der verwendeten Gartemperatur, jedoch kann daraus keine Information über die Anteilszusammensetzung der Emissionen zu einem bestimmten Zeitpunkt des Garvorgangs abgeleitet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden.
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Insbesondere soll während eines Garvorgangs die Bräunung von Gargut und/oder die Verschmutzung des Garraums unabhängig von der Beladung und einem möglichen Sensoroffset von Gassensoren nachgewiesen werden.
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Bei der auftretenden detektierten Emission von volatilen Substanzen während des Garvorgangs von Gargut soll insbesondere unterschieden werden können zwischen Emissionen des Garguts selber und Emissionen anderer Herkunft, wie z. B. Verunreinigung, Fleischsaft, Marinade und/oder dergleichen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll der eingestellte gewünschte Bräunungsgrad des Garguts bei gleichzeitiger Kompensation der Einflüsse aus Beladungshöhe oder Quergasen überwacht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
- aa) zumindest einmaliges Kalibrieren des Gassensors durch Aufnahme von Messwerten zu Reinsubstanzen und/oder Mischungen von Reinsubstanzen zu zumindest einer ersten Substanz und zumindest einer davon verschiedenen zweiten Substanz sowie
- ab) Erstellen einer Datenbank für die Zuordnung von Relativwerten, die jeweils durch Bildung eines Quotienten aus einem ersten Messwertanteil der ersten Substanz und einem zweiten Messwertanteil der zweiten Substanz gewonnen werden, zu Bräunungsgraden einer Vielzahl von Gargütern und/oder zu Verschmutzungsgraden des Garraums beim Garen einer Vielzahl von Gargütern, und für jede Messung
- ba) Bestimmen von Relativwerten aus während eines Garvorgangs zu einem Gargut in-situ erfassten ersten Messwertanteilen und zweiten Messwertanteilen zu mehreren, bestimmten Zeitpunkten sowie bb) Bestimmen des Bräunungsgrads des Garguts und/oder des Verschmutzungsgrads des Garraums zu besagten Zeitpunkten aus den Relativwerten unter Rückgriff auf die Datenbank, und
- ca) Ausgeben der bestimmten Bräunungsgrade und/oder Verschmutzungsgrade während des Garvorgangs und/oder Führen des Garvorgangs in Abhängigkeit von den bestimmten Bräunungsgraden und/oder Verschmutzungsgraden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Erstellen der Datenbank zumindest ein Gargutparameter, insbesondere bestimmt durch einen internen Gargrad des Garguts, vorzugsweise eines am Ende des Garvorgangs erwünschten internen Gargrads, und/oder zumindest ein Parameter eines Garverfahrens oder eines Garprozesses oder einer Betriebsart des Gargeräts und/oder zumindest ein Parameter eines verwendeten Zubehörs, insbesondere in Form eines Gargutträgers, wie eines Spießes, Bleches oder dergleichen, berücksichtigt wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Gassensor bereitgestellt wird durch ein Sensorarray, umfassend zumindest zwei Gassensoren, die Wirkschichten mit unterschiedlicher Affinität zu der ersten Substanz und zu der zweiten Substanz aufweisen, oder ein Sensorarray, umfassend zumindest zwei Gassensoren, die Wirkschichten mit gleicher Affinität zu der ersten Substanz und zu der zweiten Substanz aufweisen, jedoch die Messungen mit den Gassensoren bei zwei unterschiedlichen Gassensortemperaturen durchgeführt werden, oder ein virtuelles Sensorarray, umfassend genau einen Gassensor, wobei die Messungen spannungs- und/oder temperaturzyklisch durchgeführt werden.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Messwerte des zumindest einen Gassensors Leitwerte sind.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die erste Substanz bestimmt wird durch die chemische Stoffklasse der Aldehyde, wobei vorzugsweise als erste Substanz eine Substanz ausgewählt wird, die einen Siedepunkt in einem Bereich von 50 bis 260°C, insbesondere 100 bis 240°C, aufweist, wobei Octanal, Nonanal und/oder 2,4-Decadienal als bevorzugte erste Substanz ausgewählt wird.
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Des Weiteren kann hierbei vorgesehen sein, dass die zweite Substanz bestimmt wird durch die chemische Stoffklasse der Pyrazine, wobei vorzugsweise als zweite Substanz eine Substanz ausgewählt wird, die einen Siedepunkt im Bereich vom 50 bis 260°C, insbesondere 100 bis 240°C, aufweist, wobei Methylpyrazin und/oder 2,5-Dimethylpyrazin als bevorzugte zweite Substanz ausgewählt wird.
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Bevorzugt ist erfindungsgemäß hierbei, dass beim Ausgeben der bestimmten Bräunungsgrade und/oder Verschmutzungsgrade in einem Anzeigebereich der Ausgabeeinrichtung die zweiten Messwertanteile gegen die ersten Messwertanteile graphisch aufgetragen werden, wobei vorzugsweise der Anzeigebereich in eine Vielzahl von einzelnen Anzeigesegmenten aufgeteilt wird und die einzelnen Anzeigesegmente für die verschiedenen erreichbaren und/oder gewünschten Bräunungsgrade, wie ”dunkel”, ”mittel” und ”hell”, und/oder Verunreinigungsgrade stehen.
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Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass beim Führen des Garvorgangs ein gewünschter und/oder von einem Benutzer des Gargeräts eingegebener oder ausgewählter Bräunungsgrad berücksichtigt wird, vorzugsweise unter gleichzeitiger Berücksichtigung eines gewünschten und/oder von einem Benutzer eingegebenen oder ausgewählten internen Gargrads.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass beim Ausgeben der Bräunungsgrade ausgegeben wird, ob ein gewünschter, eingegebener oder ausgewählter Bräunungsgrad, insbesondere am Ende des Garvorgangs, erreicht wird, wobei vorzugsweise bei Nicht-Erreichen ein Warnsignal ausgegeben wird.
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Des Weiteren kann hierbei ein Gargerät, das zum Durchführen eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist, vorgesehen sein.
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Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass es trotz der Tatsache, dass die Bräunung eines Garguts in Form eines Fleischstückes von zahlreichen Ausgangsgrößen abhängt und eine gute Reproduzierbarkeit von Messungen somit nur unter erheblichem Aufwand zu erzielen ist, möglich ist, Informationen zu Zielgasen in Form volatiler Substanzen aufgrund von Bräunungsreaktionen des Garguts vom unerwünschten Auftreten von Nebeneffekten zu trennen. Insbesondere bei Großküchengargeräten ist von einem häufig wechselnden Ausgangszustand des Gargerätes zu Beginn eines Garvorgangs auszugehen, da zurückbleibende Gargutreste in Form von Verkrustungen, Marinaden, Fleischsaft oder dergleichen von zuvor gegarten Gargütern unvermeidbar sind und insbesondere bei längeren, unterschiedlichen Zeitabständen zu einer letzten Grundreinigung des Gargerätes immer wieder zum Auftreten von Gasen fuhrt, die erst zu einem weiter fortgeschrittenen Zeitpunkt des Garvorgangs auftreten sollten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können erstmals Gaskonzentrationsänderungen aufgrund einer Gargutbräunung von anders verursachten Änderungen getrennt werden, so dass der Bräunungszustand des Garguts eindeutig jederzeit während des Garvorgangs beurteilt werden kann. Erfindungsgemäß wird dabei nicht nur eine online in-situ Bestimmung des Bräunungsgrads von Gargut unter gleichzeitiger Kompensation des Einflusses von Quergasen geliefert, sondern die automatische Erkennung, ob in dem Garraum eines Gargerätes Verunreinigungen vorliegen, ermöglicht.
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Der Einsatz von kostengünstigen Halbleitergassensoren liefert zudem eine vorteilhafte Kostenreduzierung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Garen von Gargut. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ebenfalls, auf die Verwendung von bisher üblichen Kerntemperaturfühlern zur Bestimmung eines gewünschten Fertiggarzeitpunkts zu verzichten. Hierdurch verbleibt das zu garende Gargut ohne Öffnungen für einen Kerntemperaturfühler, was einen Austritt von Fleischsaft, Bratensaft, verflüssigtem Fett und dergleichen verhindert. Dies führt zu einer höheren Qualität des fertiggegarten Garguts, welches weich, zart und saftig im Inneren des Garguts bleibt, ohne die Gefahr des Austrocknens des Garguts einzugehen. Gleichfalls wird das ansonsten notwendige Öffnen des Garraums des Gargeräts in regel- oder unregelmäßigen Abständen zwecks Kontrolle des Garzustands des Garguts bei einem erfindungsgemäßen Verfahren überflüssig.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Apparaturen wurden seitens der Anmelderin bereits realisiert, wobei zur gewünschten Bestimmung des Bräunungsgrades, vorzugsweise von einem Schweinebraten, zumindest eine Steuerelektronik, zumindest eine Auswertesoftware und wenigstens ein Gassensor, vorzugsweise ein Halbleitergassensor, vorgesehen sind, um eine qualitative und vor allem quantitative selektive Bestimmung der emittierten einzelnen Substanzen, vorzugsweise Pyrazine und Aldehyde, bereitzustellen.
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Eine mögliche Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nutzt ein Gassensorarray aus zumindest zwei einzelnen Gassensoren, von denen ein erster Gassensor eine Wirkschicht mit vollständig selektiver Affinität zu Pyrazinen und ein zweiter Gassensor eine Wirkschicht mit vollständig selektiver Affinität zu Aldehyden aufweist. Dabei werden die einzelnen Gassensoren auf die für die detektierenden Substanzen charakteristischen Betriebstemperaturen aufgeheizt. Problematisch ist jedoch, dass die einzelnen Gassensoren zumeist nicht vollständig selektiv für eine Substanz und/oder Stoffklasse sind.
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Alternativ kann deswegen auch ein Gassensorarray aus zumindest zwei einzelnen Gassensoren erfindungsgemäß eingesetzt werden, wobei die Gassensoren Wirkschichten mit gleicher Affinität zu den einzelnen Substanzen besitzen, jedoch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen betrieben werden. Dadurch können sie als Einheit zwei unterschiedliche einzelne Substanzen und/oder Stoffklassen, wie z. B. Aldehyde und Pyrazine, detektieren, wobei anschließend die detektierten Signale mithilfe zumindest einer Software mittels eines Multisignalauswertungsverfahrens, wie zum Beispiel der linearen Diskriminanzanalyse (LDA), ausgewertet werden. Voraussetzung dafür ist, dass die Empfindlichkeit der Sensoren auf Pyrazine und Aldehyde nicht linear abhängig ist.
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Als weitere Alternative kann auch ein einziger Gassensor zur selektiven Detektion von zwei verschiedenen Substanzen aus zwei verschiedenen Stoffklassen eingesetzt werden, wobei ein so genanntes virtuelles Sensorarray durch einen spannungs- oder temperaturzyklischen Betrieb des Gassensors erzeugt wird. Als mögliche Gassensoren kann eine Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannter Gassensoren, z. B. aus Metalloxiden oder dergleichen, verwendet werden.
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Bei den selektiv zu detektierenden ersten und zweiten Substanzen handelt es sich um chemische Verbindungen aus zwei unterschiedlichen Stoffklassen, wie z. B. Aldehyde und Pyrazine.
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Die Funktionsweise des zumindest einen zum Einsatz kommenden Halbleitergassensors, vorzugsweise zumindest eines Breitbandsensors, wie z. B. eines Metalloxidsensors, beruht auf reversiblen elektrischen Leitfähigkeitsänderungen, die durch Adsorption und Desorption von oxidierenden und reduzierenden Gasen auf der Gassensoroberfläche, die eine zusätzliche Wirkschicht in Form einer Beschichtung, wie bspw. aus einer Metalloxidschicht, umfassen kann, bewirkt werden. Diese elektrischen Leitfähigkeitsänderungen sind durch Veränderungen des elektrischen Widerstandes des Gassensors messbar, wobei der Kehrwert des elektrischen Widerstandes den Messwert in Form des elektrischen Leitwerts darstellt.
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Emissionen aus Fleisch haben im Verlauf einer Garung und somit auch Bräunung sehr charakteristische zeitliche Abhängigkeiten, wobei ein bestimmter Relationswert zwischen den Leitwertanteilen der ersten Substanz und/oder ersten Stoffklasse (Aldehydsignal) und der zweiten Substanz und/oder zweiten Stoffklasse (Pyrazinsignal) bei planmäßigem Garverlauf zu jedem Zeitpunkt vorliegen muss. Dieser bestimmte Relationswert, der sich in charakteristischer Weise im zeitlichen Verlauf der Garung eines Garguts ändert, muss allerdings zuerst in vorheriger empirischer Analysearbeit mittels Vergleichsmessungen bestimmt werden, bevor er als Referenzwert für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung steht. Gleichfalls muss die Veränderung dieses zu bestimmenden Relationswertes für die Garung eines Garguts vorher durch empirische Untersuchungen für jede gewünschte Gargutbedingung, wie z. B. einen gewünschten Bräunungsgrad, internen Gargutzustand (rosa, medium, well-done), Beladungshöhe, Einfluss von Quergasen oder dergleichen als Referenzwert bestimmt werden. Sobald diese Referenzwerte in die Software des Gargerätes eingespeichert worden sind, kann durch online in-situ Erfassung eines Leitwertverlaufs vom Gargerät an einen Benutzer die Information ausgegeben werden, ob der gewünschte Bräunungsgrad erreicht ist, oder ob der Garvorgang planmäßig verlauft. Bei einer Detektion mehrerer Substanzen der selben Stoffklasse kann anstatt des Leitwertanteils einer einzigen Substanz einer Stoffklasse eine Mittelung aller Einzelleitwertanteile erfolgen. Dadurch kann beispielsweise der Mittelwert für alle auftretenden Aldehyde als „Aldehydsignal” gegen den Mittelwert aller auftretenden Pyrazine als „Pyrazinsignal” zur Bestimmung des charakteristischen Relationswertes für den Bräunungsgrad des Garguts verwendet werden.
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Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu in der Lage, mögliche Emissionen von Verunreinigungen, wie aus austretenden Fleischsaft, verkrusteten Garrückständen, Marinaden oder dergleichen, von Emissionen des Garguts selber zu unterscheiden und dies beim Garverlauf zu berücksichtigen. Dabei wird zu Grunde gelegt, dass Flüssigkeiten wie Bratensaft, Marinaden oder verbliebene Fette an den Wanden des Gargerätes sich im Garverlauf wesentlich schneller aufheizen als das zu garende Gargut, welches aus dem Inneren heraus mittels Wärmeleitung und nachströmender Feuchte gekühlt wird. Es kommt deswegen wesentlich früher zu einer Emission von volatilen Substanzen, wie z. B. von Aldehyden und Pyrazinen, wobei insbesondere die Pyrazine in einem charakteristischen Ausmaß zu einem frühen Zeitpunkt entstehen und detektiert werden. Dies führt zu einer Verschiebung der bestimmten Relationswerte, die vom Gargerät erkannt, angezeigt und einem Benutzer mittels eines akustischen und/oder optischen Warnsignals ausgegeben bzw. angezeigt werden kann, um es einem Benutzer zu ermöglichen gegebenenfalls einzugreifen. Dies stellt eine erhebliche Erleichterung für den standardisierten, zumeist hektischen, Betrieb in Großküchen dar, wobei durch den „technisch sichtbar” gemachten Bräunungsgrad des Garguts auch ungelerntem Personal die Überwachung des Garverlaufs nun anvertraut werden kann, ohne dass hierfür spezielle zu schulende Kenntnisse notwendig sind. Auch kann eine automatische Berücksichtigung beim Führen eines Garvorgangs stattfinden. Somit lässt sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur eine optimale Garung des Garguts unter Vermeidung von fehlerbehafteten Garungen aufgrund von Verunreinigungen und/oder Rückständen im Garraum unter minimalem Aufwand sicherstellen, sondern zugleich eine erhebliche Kostenreduzierung in Bezug auf die Lohnkosten des einzustellenden Personals erzielen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
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1a eine Ansicht eines Garguts in Form eines Schweinebratens mit niedrigem Bräunungsgrad;
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1b eine Ansicht eines Garguts in Form eines Schweinebratens mit hohem Bräunungsgrad;
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2 ein Diagramm umfassend sowohl eine Auftragung von detektierten Leitwerten einer Reihe von Einzelreinsubstanzen gegen die Zeit und eine Auftragung einer Gassensortemperatur gegen die Zeit;
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3 ein Diagramm umfassend eine Auftragung eines Gesamtleitwerts, eines ersten Leitwertanteils einer ersten Substanz und eines zweiten Leitwertsanteils einer zweiten Substanz, jeweils gegen die Zeit während der Garung eines Schweinebratens;
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4a eine vergrößerte Ansicht eines ersten ausgewählten Bereiches aus 3;
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4b eine vergrößerte Ansicht eines zweiten ausgewählten Bereiches aus 3; und
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5 ein Diagramm umfassend eine Auftragung eines detektierten „Aldehydsignals” gegen ein detektiertes „Pyrazinsignal” im Falle von 3, wobei der Anzeigebereich in vier einzelne Anzeigesegmente (Hell, Mittel, Dunkel und Verunreinigt) aufgeteilt ist.
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In 1a ist ein zu garendes Gargut in Form eines Schweinebratens 1 dargestellt, der lediglich einen sehr niedrigen Bräunungsgrad aufweist, was durch die nur leicht vorhandene Bräunung der Oberfläche des Schweinebratens erkennbar ist.
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In 1b ist im Gegensatz zu 1a ein zu garendes Gargut in Form eines Schweinebratens 2 dargestellt, der einen hohen Bräunungsgrad aufweist, was durch die sehr stark vorhandene Bräunung und die dunklen Kanten des Schweinebratens erkennbar ist.
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2 zeigt Ergebnisse Von Messungen mit einem einzigen, nicht. gezeigten Halbleitergassensor bei Angebot von verschiedenen Reinsubstanzen, welche typischerweise bei der Garung von Schweinefleisch entstehen und zu jeweils charakteristischen Leitwertverläufen 4–8 führen. Der Halbleitergassensor wurde dabei temperaturzyklisch betrieben, um mit Hilfe eines einfachen Auswertealgorithmus die Bestimmung des Bräunungsgrades von Schweinefleisch zu ermöglichen. Der gesamte dargestellte Dreieckszyklus 3 dauerte 60 s, wobei ein Minimum und ein Maximum abwechselnd alle 30 s durchlaufen wird, und ein Temperaturminimum bei 0 s zu Beginn des Garens vorlag. Ein Temperaturmaximum wurde nach 30 s durchlaufen, bevor bei 60 s das nächste Temperaturminimum erreicht wurde. Die dargestellten Messergebnisse entstanden zudem in einem im Markt kommerziell erhältlichen Gargerät der Anmelderin, das unter dem Handelsnamen SelfCookingCenter® geführt wird.
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Es wurden die zur Stoffklasse der Aldehyde gehörenden Einzelreinsubstanzen Octanal (Leitwertverlauf 6), Nonanal (Leitwertverlauf 5) und 2,4-Decadienal (Leitwertverlauf 4), sowie die zur Stoffklasse der Pyrazine gehörenden Einzelreinsubstanzen Methylpyrazin (Leitwertverlauf 7) und 2,5-Dimethylpyrazin (Leitwertverlauf 8) gemessen. Man erkennt bei den jeweiligen Leitwertverläufen 4–8 der einzelnen Verbindungen mindestens ein Signalmaximum in der ansteigenden Temperaturflanke des Dreieckszyklus 3 des Gassensors. Charakteristisch ist hierbei, dass die entsprechenden Maxima der Leitwertverläufe 7 und 8 der Pyrazine deutlich getrennt vor den entsprechenden Maxima der Leitwertverläufe 4–6 der Aldehyde liegen, wodurch sich Sensorleitwerte selektiv einem oder mehreren Aldehyden beziehungsweise einem oder mehreren Pyrazinen zuordnen lassen. Auch wenn die Maxima für das Nonanal und das Octanal sehr flach ausfallen, lassen sich mit Hilfe dieser bestimmten maximalen Sensorleitwerte eines Halbleitergassensors die bei der Garung von Schweinefleisch auftretenden volatilen Substanzen selektiv bestimmen. Da bei einem Halbleitergassensor im kontinuierlichen temperaturzyklischen Betrieb die Zykluszeit, bei der eine Substanz ein Maximum in einem Zyklus bildet, immer die Gleiche ist, stellt 2 somit die notwendige grundlegende Kalibrierung des Halbleitergassensors dar, die für in den 3 bis 5 gezeigte Messungen zur Bestimmung des Bräunungsgrades des Schweinebratens 1 und 2 zu Grund gelegt wird und ein Garen durch Beaufschlagung mit Heißluft und/oder Dampf ermöglicht.
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Bei den in 3 gezeigten Messergebnissen mit einem temperaturzyklisch betriebenen, nicht gezeigten Halbleitergassensor in einem Gärgerät, wie dem SelfCookingCenter®, sollte ein hoher Bräunungsgrad des Schweinefleisches während des Gärverlaufs erreicht werden. Neben der Auftragung des mit dem Halbleitergassensor erfassten Gesamtleitwerts 11 gegen die Zeit, also den Verlauf des Gärvorgangs, sind in 3 ebenfalls charakteristische Punkte zur Bestimmung eines ersten Leitwertanteils 12, basierend auf einer ersten Substanz und/oder Stoffklasse in Form eines oder mehrerer Aldehyde, und zur Bestimmung eines zweiten Leitwertanteils 13, basierend auf einer zweiten Substanz und/oder Stoffklasse in Form eines oder mehrerer Pyrazine, während eines mit Bezug auf 2 beschriebenen Dreieckszyklus 3 des Halbleitergassensors hervorgehoben. Die hervorgehobenen charakteristischen Punkte für die ersten und zweiten Leitwertanteile 12 und 13 sind zur Verdeutlichung über die gesamte Dauer des Gärvorgangs zusätzlich noch mit einer Linie verbunden Es ist, wie aus 3 ersichtlich, festgestellt worden, dass während des zeitlichen Ablaufs des Gärvorgangs und somit mit steigendem Bräunungsgrad der erste sowie zweite Leitwertanteil 12 und 13 der detektierten Pyrazine als auch Aldehyde zunächst ansteigt. Allerdings steigen die Leitwertanteile 13 der Pyrazine dann bei fortgeschrittener Garzeit und dem damit verbundenen höheren Bräunungsgrad wesentlich stärker als die Leitwertanteile 12 der Aldehyde an.
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Die 4a) und 4b) zeigen zwei aus 3 ausgewählte Bereiche 9 und 10 in einer vergrößerten Darstellung, wobei 4a) den Bereich 9 und 4b) den Bereich 10 wiedergeben. Man erkennt hierbei in 4a), die den Beginn des Gärvorgangs wiederspiegelt, noch ein deutliches „Aldehydsignal” 12' in Form einer Schulter in dem „Pyrazinsignal” 13', während in 4b), die den Gärvorgang nach weiterem Fortschritt zeigt, zu dem ein hoher Bräunungsgrades vorliegt, das „Aldehydsignal” 12'' nahezu vollständig im Pyrazinsignal 13'' verschwindet.
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5 zeigt vier verschiedene Auftragungen des mittels eines temperaturzyklisch betriebenen Halbleitergassensors gemessenen „Aldehydsignals” 12, 12', 12'' gegen das gemessene „Pyrazinsignal” 13, 13', 13''. Die ersten drei Varianten betreffen dabei einen Garvorgang eines Schweinebratens bei jeweils unterschiedlichen Garbedingungen, die jeweils zu einem unterschiedlichen gewünschten finalen Bräunungsgrad führen. In einer vierten Variante, Garverlauf 17, wird ein mit Bratensaft verunreinigter Garraum eines Gargerätes zugrunde gelegt.
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Die durchnummerierten Rechtecke der 5 repräsentieren jeweils einen Messpunkt nach einer bestimmten abgelaufenen Garzeit in Minuten für die Garverläufe 14, 15, 16 und 17, zu deren Erfassung Gasproben aus dem Garraum entnommen und analysiert wurden um Relationswerte (Aldehydsignal/Pyrazinsignal) zu erhalten. Zur automatischen Erkennung des Bräunungsgrades ist der gesamte Anzeigebereich der 5 in vier einzelne Anzeigesegmente 18, 19, 20 und 21 in der Art eines Phasendiagramms aufgeteilt, wobei diese in 5 mit den Worten „Hell”, „Mittel”, „Dunkel” bzw. „Verunreinigt” gekennzeichnet sind. Die ersten drei Anzeigesegmente 18, 19 und 20 stehen somit für Wertebereiche der bestimmten Relationswerte, die zu drei verschiedenen Bräunungsgraden, nämlich niedrig (Hell) 20, mittel (Mittel) 19 und hoch (Dunkel) 18, gehören.
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Bei dem Garverlauf 14 soll ein niedriger Bräunungsgrad und bei den beiden Garverläufen 15 und 16 soll jeweils ein hoher Bräunungsgrad erreicht werden, wobei für den Garverlauf 16 das Schweinefleisch auf einen Bratenrost gelegt worden ist, so dass der Bratensaft während des Garverlauf auf ein darunter liegendes heißes Blech tropfen konnte, während für den Garverlauf 15 das Schweinefleisch vom Beginn der Garzeit an auf einem heißen Blech anstatt auf einem Bratenrost lag. Bei den drei ersten Varianten der Garverläufe 14, 15 und 16 war der gewünschte Fertiggarzeitpunkt mit einer gewünschten finalen Kerntemperatur von 70°C jeweils gleich festgelegt. Es zeigt sich, dass die Garverläufe 15, 16 trotz ihrer unterschiedlichen Garbedingungen einen nahezu identischen Verlauf der bestimmten Relationswerte aus „Aldehydsignal” 12, 12', 12'' versus „Pyrazinsignal” 13, 13', 13'' aufweisen, wobei sie wie bei allen Schweinebraten in dem Anzeigesegment „Hell” 20 beginnen und dann durch das Anzeigesegment „Mittel” 19 schließlich in dem Anzeigesegment „Dunkel” 18 enden. Die dritte Variante, der Garverlauf 14 mit dem gewünschten niedrigen Bräunungsgrad beendet zwar den Garvorgang zum selben Zeitpunkt (nach 56 Minuten), jedoch verbleibt der bestimmte Relationswert während der gesamten Gardauer in dem Anzeigesegment „Hell” 20 und unterscheidet sich dadurch wesentlich von den beiden ersten Garverläufen 15 und 16.
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Die bestimmten Relationswerte bei dem Garverlauf 17 mit einem durch Bratensaft verunreinigtem Gargerät liegt, wie in 5 dargestellt, schon nach etwa 7 Minuten Garzeit im Anzeigesegment „Verunreinigt” 21. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei einer starken Verunreinigung eines Garraums eines Gargerätes durch Bratensaftrückstände überwiegend Pyrazine bereits nach dieser relativ kurzen Garzeit von 7 Minuten entstehen, während sich bei den drei ersten Varianten, Garverläufe 14, 15 und 16, die bestimmten Relationswerte noch sämtlich in dem Anzeigesegment „Hell” 20 befinden.
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Durch die Entstehung hoher Konzentrationen an Pyrazinen nach kurzer Gardauer lassen sich erfindungsgemäß sowohl vorliegende Verunreinigungen als auch der Bräunungsgrad eines Schweinebratens automatisch während eines Garbetriebs bestimmen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schweinebraten
- 2
- Schweinebraten
- 3
- Dreieckszyklus Halbleitergassensor
- 4
- Leitwertverlauf der Reinsubstanz 2,4-Decadienal
- 5
- Leitwertverlauf der Reinsubstanz Nonanal
- 6
- Leitwertverlauf der Reinsubstanz Octanal
- 7
- Leitwertverlauf der Reinsubstanz Methylpyrazin
- 8
- Leitwertverlauf der Reinsubstanz 2,5-Dimethylpyrazin
- 9
- Erster ausgewählter Bereich eines Leitwertverlaufs
- 10
- Zweiter ausgewählter Bereich eines Leitwertverlaufs
- 11
- Leitwertverlauf
- 12, 12', 12''
- Erster Leitwertanteil (Aldehyd)
- 13, 13', 13''
- Zweiter Leitwertanteil (Pyrazin)
- 14
- Garverlauf niedriger Bräunungsgrad
- 15
- Garverlauf erste Gargutbedingung, hoher Bräunungsgrad
- 16
- Garverlauf zweite Gargutbedingung, hoher Bräunungsgrad
- 17
- Garverlauf verunreinigter Garraum
- 18
- Erster Bereich, hoher Bräunungsgrad (Dunkel)
- 19
- Zweiter Bereich, mittlerer Bräunungsgrad (Mittel)
- 20
- Dritter Bereich, niedriger Bräunungsgrad (Hell)
- 21
- Vierter Bereich, verunreinigter Garraum (Verunreinigt)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1581059 B1 [0003]
- EP 1956301 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- J. Sci. Food Agric., 1985, 36, 377–382, von Donald S. Mottram [0005]
- „Oberflächenreaktionen von halbleitenden Schichten auf Reaktionsprodukte der Maillard-Reaktion” von Jörg Gottschald vom März 2009 [0006]
