-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Qualitätsparameters von Frischkäse.
-
Frischkäse als Lebensmittel ist natürlichen Schwankungen seiner Qualitätsparameter wie Geschmack oder Konsistenz unterworfen und muss daher regelmäßig untersucht und kontrolliert werden. Dies beginnt üblicherweise mit einer Wareneingangsprüfung der Ausgangsstoffe des Frischkäses, also der Milch und eventueller weiterer Zusätze für den Frischkäse, wie Kräuter und/oder Gewürze. Auch die Ausgangsstoffe variieren in ihren Qualitätsparametern und sind häufig abhängig von ihrer Herkunft und Produktionsweise.
-
Die Herstellung des Frischkäses erfolgt in einer Vielzahl von definierten Prozessschritten. Einer der letzten Prozessschritte ist das Aufschäumen des Frischkäses mit einem Eintrag von gasförmigen Stickstoff in den Frischkäse. Dieser Prozessschritt des Aufschäumens wirkt sich stark auf die Qualitätsparameter des Frischkäses aus. So beeinflussen die Stickstoffbläschen im Frischkäse das Mundgefühl und den Geschmack des Frischkäses beim Verzehr. Auch die Konsistenz ist abhängig von dem Grad der Aufschäumung des Frischkäses. Die Volumenvergrößerung des Frischkäses nach dem Aufschäumen des Frischkäses kann in einer sogenannten Overrun-Messung erfolgen.
-
Nach der Produktion des Frischkäses werden regelmäßig Proben des Frischkäses entnommen. Beispielsweise erfolgt die Probenentnahme alle 30 bis 60 Minuten. Die Proben des Frischkäses ruhen dann zunächst, um auszukühlen. In der Regel erfolgt etwa zwei bis drei Tage nach der Probenentnahme die Untersuchung der Qualitätsparameter des Frischkäses. Eine Reihe von geschulten Testpersonen verzehren die entnommenen Proben des Frischkäses und bewerten diese hinsichtlich einer Reihe von Qualitätsparametern wie Geschmack, Konsistenz oder die Verteilung von Zusätzen wie Kräutern in dem Frischkäse. Die Qualitätsparameter sind vor allem sensorisch zu erfassen und damit notwendigerweise abhängig von den Testpersonen und ihrer sensorischen Wahrnehmung. Abweichungen von den gewünschten Qualitätsparametern werden außerdem erst spät, nach abgeschlossener Herstellung des Frischkäses festgestellt, wenn die Prozesswertschöpfung schon weit fortgeschritten ist.
-
Um die Qualitätsparameter von Joghurt unabhängig von den Testpersonen zu bestimmen, ist in der
JP 09-218192 A ein Verfahren beschrieben, welches den Geschmack des Joghurts vorhersagt. Dazu werden eine Vielzahl von Aroma- und Geschmackskomponenten, wie beispielsweise verschiedene Säuren und Zucker, im Labor bestimmt und mit dem von den Testpersonen bestimmten Geschmack in Zusammenhang gebracht. Ein neuronales Netzwerk lernt anschließend anhand der bestimmten Aroma- und Geschmackskomponenten den Geschmack des Joghurts vorherzusagen.
-
Die zu lösende Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, welches auf einfache Weise mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses bestimmen kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Qualitätsparameters von Frischkäse, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
- - Bestimmen einer Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses vor, während, und/oder unmittelbar nach einem Aufschäumen/eines Aufschäumens des Frischkäses durch einen Eintrag von Stickstoff in den Frischkäse,
- - Entnehmen von einer Vielzahl von Proben des Frischkäses nach Abschluss einer Abfüllung des Frischkäses,
- - Bestimmen mindestens eines Qualitätsparameters des Frischkäses für jede Probe des Frischkäses mittels Testpersonen, und
- - Berechnen eines Modells zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses anhand der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen, wobei der bestimmte mindestens eine Qualitätsparameter des Frischkäses mit der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses korreliert wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mindestens einen Qualitätsparameter von Frischkäse zu bestimmen bzw. diesen unabhängig von Testpersonen vorherzusagen. Dazu werden zunächst im Prozess möglichst viele Prozessgrößen des Frischkäses bestimmt, um möglichst viele Einflussfaktoren auf die Herstellung und die Qualitätsparameter des Frischkäses zu sammeln. Das Bestimmen der Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses kann bei einem bestimmten Prozessschritt erfolgen oder die verschiedenen Prozessgrößen können an verschiedenen Schritten im Prozess bestimmt werden. Dabei werden die Prozessgrößen des Frischkäses vor und/oder während und/oder unmittelbar nach dem Aufschäumen/des Aufschäumens des Frischkäses bestimmt. Da wie eingangs beschrieben der Schritt des Aufschäumens des Frischkäses durch den Eintrag von Stickstoff einen erheblichen Einfluss auf die später zu bestimmenden Qualitätsparameter hat, ist es sinnvoll, die Prozessgrößen vor und/oder während und/oder unmittelbar nach dem Aufschäumen/des Aufschäumens des Frischkäses zu bestimmen, um das Zusammenspiel der Prozessgrößen auf die Qualitätsparameter des Frischkäses nachher zu untersuchen.
-
Nach dem Aufschäumen des Frischkäses erfolgt in der Regel das Abfüllen des Frischkäses. Teilweise gibt es die Möglichkeit einen Teil des aufgeschäumten Frischkäses in einen bereits durchlaufenen Abschnitt des Prozesses zurückzuführen, so dass dieser Teil des Frischkäses zumindest den Schritt des Aufschäumens ein zweites Mal durchläuft. Für den Fall, dass ein offensichtlicher qualitativer Mangel am Frischkäse aufgetreten ist, kann mittels der Rückführung des aufgeschäumten Frischkäses der mindestens eine Qualitätsparameter des Frischkäses und/oder die Volumenvergrößerung des Frischkäses nachgebessert werden. Im Bereich einer solchen Rückführung eines Teils des Frischkäses kann mindestens eine Prozessgröße des Frischkäses bestimmt werden. Nach der Abfüllung des Frischkäses werden in regelmäßigen zeitlichen Abständen Proben des Frischkäses entnommen. Auch die Prozessgrößen des Frischkäses wurden vorher entweder durchgehend oder in zeitlichen Abständen bestimmt. Dabei ist auf eine gute Dokumentation der Zeitpunkte der Entnahme der Proben des Frischkäses sowie der Zeitpunkte der Bestimmung der Prozessgrößen zu achten, um die jeweiligen bestimmten Prozessgrößen des Frischkäses den entnommenen Proben des Frischkäses zuordnen zu können. Typischerweise ruht der Frischkäse nach dem Abfüllen für in etwa zwei bis drei Tagen, um ein Gleichgewicht von Temperatur und Stickstoffanteil zu erreichen. Anschließend werden die entnommenen Proben des Frischkäses von Testpersonen auf mindestens einen Qualitätsparameter hin überprüft, wobei die Testpersonen den Frischkäse vor allem sensorisch überprüfen.
-
Zuletzt werden die gesammelten Daten, also der mindestens eine Qualitätsparameter des Frischkäses sowie die bestimmte Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses zusammengetragen und miteinander korreliert, um ein Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters von Frischkäse zu berechnen. Dabei werden manche Prozessgrößen stärker mit dem mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses korrelieren und andere weniger. Es ist auch möglich, dass eine Prozessgröße gar nicht mit dem mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses korreliert, so dass auf die Bestimmung dieser Prozessgröße in Zukunft verzichtet werden kann. Dank des berechneten Modells zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses wird zukünftig der Einsatz von Testpersonen zur Bestimmung des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses zumindest reduziert werden, ebenso wie die Häufigkeit der Entnahme von Proben des Frischkäses. Folglich wird der mindestens eine Qualitätsparameter nicht mehr über die Sensorik von Testpersonen, sondern anhand von genau bestimmten Prozessgrößen des Frischkäses bestimmt. Durch die laufende Bestimmung der Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses kann der mindestens eine Qualitätsparameter des Frischkäses damit im laufenden Prozess, also online, bestimmt und überwacht werden.
-
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Prozessgröße eine Dichte, eine Viskosität, ein Durchfluss, ein Eintrag von Stickstoff, eine Größe und/oder eine Verteilung von Gasblasen, ein Druck und/oder eine Temperatur bestimmt. Die Bestimmung der Prozessgrößen erfolgt durch Feldgeräte, welche für die Bestimmung und/oder Überwachung der jeweiligen Prozessgrößen vorgesehen sind. Derartige Feldgeräte sind hinreichend bekannt und werden hier nicht näher ausgeführt. Bei manchen Prozessgrößen, wie die Größe und/oder Verteilung der (Stickstoff-)Gasblasen, lässt sich im Voraus erwarten, dass sie mit dem mindestens einen Qualitätsparameter stark korrelieren, da beispielsweise die Größe und/oder Verteilung der Gasblasen das Mundgefühl des Frischkäses beeinflusst und damit auch den wahrgenommenen Geschmack des Frischkäses. Bei anderen Prozessgrößen ist der Einfluss auf den mindestens einen Qualitätsparameter weniger ersichtlich und muss erst mittels des Verfahrens bestimmt werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird mindestens ein saisonaler Parameter mindestens eines Ausgangsstoffes für die Produktion des Frischkäses bestimmt. Die Ausgangsstoffe werden lokal produziert und hängen damit von den Umgebungsbedingungen ihres Produktionsorts ab, die je nach Saison, also Winter oder Sommer etc., verschieden sein können. Wenn sich der mindestens eine Ausgangstoff aber aufgrund von saisonalen Bedingungen ändert, kann dies einen Einfluss auf den mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses haben.
-
Eine mögliche Ausgestaltung beinhaltet, dass das Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses anhand der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen und des bestimmten mindestens einen saisonalen Parameters mindestens eines Ausgangsstoffes berechnet wird, wobei die bestimmten Qualitätsparameter des Frischkäses mit der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses und mit dem bestimmten mindestens einen saisonalen Parameters mindestens eines Ausgangsstoffes korreliert werden. Der Einsatz von saisonalen Parametern des mindestens einen Ausgangsstoffs kann helfen, dass Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses zu verfeinern und zu vertiefen.
-
Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass als mindestens ein Ausgangsstoff Milch verwendet wird. In der Regel wird dabei Milch von Kühen verwendet, wobei die Milch auch von anderen Tieren und/oder Pflanzen stammen kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden als weitere Ausgangsstoffe Kräuter und/oder Gewürze eingesetzt. Solche weiteren Ausgangsstoffe dienen der Verfeinerung des Frischkäses und können zusätzlich den mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses beeinflussen.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als saisonaler Parameter eine Zusammensetzung des mindestens einen Ausgangsstoffs bestimmt, welche von einer Saison abhängig ist. Von Kühen stammende Milch wird beispielsweise stark durch die Haltungsweise der Kühe beeinflusst. Häufig gibt es Unterschiede bei der Fütterung der Kühe zwischen den einzelnen Jahreszeiten. So sind die Kühe beispielsweise im Sommer bevorzugt auf der Weide und fressen frisches Gras, während sie im Winter eher im Stall sind und mit Stroh, Futtermais und ähnlichem gefüttert werden. Offensichtlich hat die aufgenommene Nahrung der Kühe einen Einfluss auf ihre Milch und wird sich je nach Haltungsweise unterscheiden.
-
Vorteilhafterweise wird als Zusammensetzung des mindestens einen Ausgangsstoffes der Anteil und die Art von Fettsäuren und Proteinen bestimmt. Dies trifft besonders auf Milch zu, deren Anteile von Fettsäuren und Proteinen beispielsweise von der Nahrung der Kühe abhängt. Insbesondere Proteine dienen der Stabilisierung von Schäumen bzw. Gasblasen und haben damit direkten Einfluss auf den mindestens einen Qualitätsparameter.
-
Bevorzugterweise wird zur Berechnung des Modells zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses eine mit künstlicher Intelligenz ausgestattete Berechnungseinheit verwendet. Es handelt sich also um eine intelligente Qualitätsvorhersage. Bei dem Lernprozess, den die Berechnungseinheit anhand der ihr vorgelegten Daten, also der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses und den bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter, durchläuft, kann es sich sowohl um einen überwachten (engl. supervised) als auch um einen nicht-überwachten (engl. unsupervised) Lernprozess handeln.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird nach dem Aufschäumen des Frischkäses eine Volumenvergrößerung des Frischkäses bestimmt. Auch die Volumenvergrößerung stellt einen Einflussfaktor auf den mindestens einen Qualitätsparameter dar und kann in die Berechnung des Modells zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses mit einfließen und mit der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen und dem bestimmten mindestens einen Qualitätsparameter korreliert werden. Die Volumenvergrößerung des Frischkäses durch einen Eintrag von Stickstoff in den Frischkäse kann anhand einer Probe bestimmt werden, die nach dem Abfüllen des Frischkäses entnommen wird, oder im Prozess, also online, nach dem Aufschäumen des Frischkäses bestimmt werden.
-
In einer möglichen Ausgestaltung wird als Qualitätsparameter eine Konsistenz, ein Geschmack und/oder eine Verteilung von Kräutern und/oder Gewürzen bestimmt.
-
Vorteilhafterweise wird das Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses verwendet, um die Produktion des Frischkäses hinsichtlich des mindestens einen Qualitätsparameters zu überwachen und/oder zu regeln. Mithilfe des Modells zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses können schon frühzeitig im Prozess Abweichungen von beispielsweise den Prozessgrößen festgestellt werden, die den mindestens einen Qualitätsparameter negativ beeinflussen würden. Um dies zu verhindern, kann die Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters eingesetzt werden, um die Prozessgrößen im laufenden Prozess anzupassen und auf den gewünschten mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses einzustellen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der nachfolgenden 1 näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren aus 1 dient zur Bestimmung mindestens eines Qualitätsparameters von Frischkäse, also beispielsweise einer Konsistenz, eines Geschmacks und/oder einer Verteilung von Kräutern und/oder Gewürzen in dem Frischkäse. In einem ersten Schritt (1) wird optional ein saisonaler Parameter mindestens eines Ausgangsstoffs für die Produktion des Frischkäses bestimmt. Mögliche Ausgangsstoffe sind beispielsweise Milch und Gewürze und/oder Kräuter. Als saisonaler Parameter kann unter anderem eine Zusammensetzung des mindestens einen Ausgangsstoffs bestimmt werden, welche von einer Saison abhängig ist, wie zum Beispiel der Anteil und die Art von Fettsäuren und Proteinen in dem Ausgangsstoff. Besonders Milch ist dafür bekannt, dass seine Zusammensetzung an Fettsäuren und Proteinen von der häufig saisonal verschiedenen Nahrung der Kühe abhängt. Offensichtlich beeinflusst die Zusammensetzung der Milch den Geschmack und womöglich auch andere Qualitätsparameter.
-
In einem zweiten Schritt (2) wird eine Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses vor und/oder während und/oder unmittelbar nach einem Aufschäumen/eines Aufschäumens des Frischkäses durch einen Eintrag von Stickstoff in den Frischkäse bestimmt. Es erfolgt keine Beschränkung hinsichtlich des genauen Zeitpunkts der Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße oder welches Feldgerät auf welche Weise zur Bestimmung einer jeweiligen Prozessgröße eingesetzt wird. Mögliche Prozessgrößen sind unter anderem eine Dichte, eine Viskosität, ein Durchfluss, ein Eintrag von Stickstoff, eine Größe und/oder eine Verteilung von Gasblasen, ein Druck und/oder eine Temperatur. Nach dem Aufschäumen des Frischkäses kann optional in einem dritten Schritt (3) eine Volumenvergrößerung des Frischkäses bestimmt werden, beispielsweise mit einem Durchflussmessgerät. Alternativ kann die Volumenvergrößerung auch anhand einer Probe nach der Abfüllung des Frischkäses bestimmt werden. Als zusätzliche Option besteht die Möglichkeit einen Teil des aufgeschäumten Frischkäses in einen bereits durchlaufenen Abschnitt des Prozesses zurückzuführen und erneut aufzuschäumen. Bei der Rückführung des Frischkäses wird mindestens eine Prozessgröße bestimmt (Schritt 4). Die Bestimmung der Vielzahl von Prozessgrößen erfolgt entsprechend Schritt 2 (2). Nach der Abfüllung des Frischkäses erfolgt in einem fünften Schritt (5) die Entnahme von einer Vielzahl von Proben des Frischkäses, welche anschließend in einem sechsten Schritt (6) Testpersonen zugeführt wird, die den mindestens einen Qualitätsparameter des Frischkäses vor allem sensorisch erfassen und bestimmen.
-
Im siebten Schritt (7) werden schließlich der bestimmte mindestens eine Qualitätsparameter des Frischkäses mit der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen des Frischkäses und, sofern optional vorhanden, mit den bestimmten mindestens einen saisonalen Parameters des mindestens einen Ausgangsstoff und der bestimmten Volumenvergrößerung des Frischkäses nach dem Aufschäumen korreliert, um ein Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses anhand der bestimmten Vielzahl von Prozessgrößen, sowie optional des bestimmten mindestens einen saisonalen Parameters des mindestens einen Ausgangsstoffs und der bestimmten Volumenvergrößerung, zu berechnen. Diese Berechnung kann beispielsweise mit einer Berechnungseinheit erfolgen, welche mit künstlicher Intelligenz ausgestattet ist. Zusätzlich kann das berechnete Modell zur Vorhersage des mindestens einen Qualitätsparameters des Frischkäses in einem achten Schritt (8) optional eingesetzt werden, um die Produktion des Frischkäses hinsichtlich des mindestens einen Qualitätsparameters zu überwachen und/oder zu regeln, also beispielsweise, um eine Prozessgröße zu ändern und dadurch den gewünschten mindestens einen Qualitätsparameter einzustellen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
