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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern eines Backprozesses.
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Mannigfaltige Backverfahren sind
seit langem bekannt. Regelmäßig erfordert
jedes spezifische Backprodukt einen auf dieses Produkt abgestimmten
Backprozeß,
der der Größe, Art,
Beschaffenheit und dem Ausgangszustand sowie der Beschickungsmenge
an Backgut Rechnung trägt.
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Zum Steuern von Garprozessen bei
Fleischprodukten kann gemäß
DE 31 19 496 A1 auf
ein spießartiges
Speisethermometer mit mehreren Temperaturfühlern, das in ein Gargut einsteckbar
ist, zurückgegriffen
werden. Insbesondere lassen sich die Oberflächentemperatur und die Kerntemperatur
des Garguts parallel bestimmen und zur Temperatursteuerung verwenden.
Des weiteren wird vorgeschlagen, daß bei Erreichen eines bestimmten
Schwellentemperaturwertes, vorzugsweise eines maximalen Temperaturwertes,
pro Temperatursensor die Leistung einer Mikrowellenquelle über eine
Prozeßsteuerung schrittweise
zu reduzieren.
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In der
DE 299 23 215 U1 wird ein
Garprozeßfühler zur
Steuerung des Garens von Fleischprodukten beschrieben, der eine
in ein Gargut zumindest teilweise, vorzugsweise über einen Griff, einführbare, mit
mindestens zwei Sensoren versehene Spitze umfaßt. Für die Garprozeßsteuerung
werden dabei mehrere über
entlang einer Spitze verteilte Sensoren bestimmte Temperaturwerte
sowie ein über
einen im Griff befindlichen Temperatursensor bestimmter Temperaturwert
herangezogen.
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Der
DE 39 38 8 23 A1 ist eine Steuereinrichtung
für Backvorgänge zu entnehmen;
mit der der Backprozeß bei
Erreichen vorgegebener Raumfeuchtebedingungen im Backgut vollautomatisch
gesteuert beziehungsweise abgebrochen wird. Dazu weist ein Fühlerelement
an seiner Spitze einen ersten Pol und unter Zwischenschaltung eines
Isolierstückes
beabstandet von diesem ersten Pol einen zweiten Pol auf, mit deren
Hilfe über
Widerstandsmessungen der Feuchtegehalt des Backguts bestimmt wird.
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In der
DE 195 3254 A1 findet sich ein höhenverstellbarer
Fühlerstab
mit einem Fühlerelement
an dessen Spitze beschrieben. Der Fühlerstab ist über eine Öffnung in
einem Deckel eines Gartopfes in den Garraum einführbar, wobei durch Höhenverschiebung
desselben in verschiedene Lagen des Garraumes die aktuelle Garraum-
beziehungsweise Garguttemperatur bestimmt werden kann.
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Der
US
4,580,909 sowie der
US
5,634,719 sind pfannenartige Vorrichtungen zum Transport
sowie zur Bestimmung der Kerntemperatur von gegartem Gargut zu entnehmen.
Dabei wird die Einstecktiefe eines Temperaturfühlers von vornherein derart begrenzt,
daß dessen
Spitze allenfalls bis in das Zentrum des Garguts eindringen kann.
Zur kontinuierlichen Verfolgung der Garguttemperatur sind diese Vorrichtungen
demgemäß nicht
geeignet.
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Es wäre jetzt wünschenswert, auch Backprodukte ähnlich wie
beim Garen von Fleischprodukten mit Hilfe von standardisierten Backprogrammen
herstellen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern von Backprozessen
verfügbar
zu machen, das nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet
ist und mit dem insbesondere eine große Vielfalt an Backwaren unabhängig von
der Größe, der
Art, der Beschaffenheit und dem Ausgangszustand sowie der Beschickungsmenge
an Backgut in reproduzierbar guter Qualität und kundenwunschspezifisch
erhalten werden kann.
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Demgemäß wurde ein Verfahren zum Steuern
eines Backprozesses gefunden, bei dem vor und/oder während des
Backprozesses zumindest zeitweise mindestens ein Backgutparameter,
insbesondere über
mehrere Temperatur- und/oder Feuchtewerte in einem Backgut, und
mindestens ein Klimaparameter, insbesondere über Temperatur- und/oder Feuchtewerte
außerhalb
des Backguts, über
mindestens einen zumindest teilweise in dieses Backgut einsteckbaren
und ortsfest, insbesondere über
eine Positioniervorrichtung, fixierbaren oder frei bewegbaren Backprozeßfühler, enthaltend
mindestens eine Spitze, die vorzugsweise mit einem Griff verbindbar
ist, erfaßt
werden, wobei der Backgutparameter über Meßwerte von entlang der, insbesondere
gesamten, Spitze beabstandet verteilten Sensoren und/oder über die
zeitliche Veränderung
der Meßwerte
von Backgut- und/oder Klimaparametern, insbesondere über die
Thermokinetik der erfaßten
Meßwerte und/oder
Klimaparameter, bestimmt und zur Backprozeßsteuerung, insbesondere zur
Steuerung der Temperatur und/oder Feuchte im Backgerät, verwendet
wird bzw. werden.
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Die Abstände zwischen den einzelnen
Sensoren entlang der Spitze des Backprozeßfühlers können im wesentlichen identisch
sein oder teilweise oder sämtlichst
voneinander abweichen. Beispielsweise ist es möglich, in einem zentralen Bereich und/oder
in den Randbereichen der Spitze eine höhere Dichte an Sensoren vorzusehen.
Geeigneterweise sind die Abstände
sämtlicher
Sensoren untereinander sowie der Abstand eines Sensors zum oberen
und/oder unteren Ende und/oder eines einheitlichen Bezugspunktes
auf der Spitze in einer Auswerte- und Steuereinheit, mit der der
Backprozeßfühler entweder
direkt über
ein Kabel oder über
eine Sendereinheit verbunden werden kann, abgespeichert. Über die
Veränderung
der Temperaturprofile entlang der Backprozeßfühlerspitze während des
Backprozesses läßt sich
zum einen die Kerntemperatur bestimmen sowie zum anderen die Wanderung
des Kerntemperaturbereichs und die Volumenzunahme des Backguts verfolgen.
Durch Verwendung von zwei bzw. drei oder mehreren Backprozeßfühlern, die
vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind,
läßt sich
darüber
hinaus der Backverlauf im Backgut mit sehr hoher räumlicher
Auflösung
verfolgen.
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Dabei hat sich gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens ein Klimaparameter, insbesondere an, über oder
benachbart zur Backgutoberfläche, über Meßwerte,
insbesondere über
Temperatur- und/oder Feuchtewerte, von entlang der Spitze beabstandet
verteilten Sensoren bestimmt wird. Über die Art bzw. die Dichte
der Verteilung von Sensoren entlang der Spitze lassen sich jetzt
auch Klimaparameter direkt an bzw. über der Oberfläche des
Backguts unabhängig
davon bestimmen, daß das
Volumen des Backguts sich im Backprozeß gegebenenfalls beträchtlich
ausweitet. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Spitze nicht
nur in das Backgut hineingestochen wird, sondern wenn sie dieses
vollständig
durchsticht, so daß auch
am vorderen Ende der Spitze wenigstens zeitweise mindestens ein
Sensor zur Bestimmung von Klimaparametern vorliegt. Dabei hat es
sich als sehr zweckmäßig erwiesen,
wenn zumindest zu Beginn des Backprozesses an der Spitze des Backprozeßfühlers mehrere
Sensoren außerhalb
des Backguts vorliegen. Auf die vorangehend dargestellte Art und
Weise kann mit einem einzigen Backprozeßfühler, insbesondere der Spitze
eines Backprozeßfühlers, das
Klima an bzw. über
der Backgutoberfläche
auf zwei sich gegenüberliegenden
Seiten des Backguts, insbesondere auch kontinuierlich, bestimmt
bzw. verfolgt und für
eine optimale Backprozeßsteuerung
verwendet werden. Indem die Spitze des Backprozeßfühlers vollständig durch das
Backgut hindurchgeführt
wird, so daß auch
an dem vorderen Ende der Spitze Sensoren außerhalb des Backguts vorliegen,
läßt sich
ebenfalls das Volumen bzw. die Volumenzunahme während des Backvorgangs noch
zuverlässiger
verfolgen, wodurch sich auch die Backprozeßsteuerung nochmals verbessern
läßt.
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Gemäß einer Weiterentwicklung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
kann dabei vorgesehen sein, daß die
Luftbewegung im Backraum und/oder am Backgut, insbesondere über den
Backprozeßfühler, erfaßt und zur
Backprozeßsteuerung
herangezogen wird.
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In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
vorgeschlagen, daß die
Temperatur- und/oder Feuchtewerte und/oder die Temperaturdifferenz- und/oder
die Feuchtedifferenzwerte über
längs der Einsteckrichtung
des Backprozeßfühlers im
und außerhalb
des Backguts angeordneten Sensoren kontinuierlich oder intervallweise
erfaßt
und für
die Ermittlung der aktuellen Kerntemperatur, des Volumens oder der
Ausdehnung des Backguts und/oder der zeitlichen Änderung der Kerntemperatur,
des Volumens oder der Ausdehnung und/oder der Änderung der Geschwindigkeit
der Kerntemperaturzunahme, der Volumenzunahme oder der Ausdehnung
herangezogen wird bzw. werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, daß die Teigaktivität, der Reifegrad
des Backguts, der pH-Wert des Backguts, die Konsistenz des Backguts,
der Lagerungszustand des Backguts, der Stärkegehalt des Backguts, die
Größe des Backguts,
das Kaliber des Backguts, der Backzustand des Backguts, der Gefrierzustand
des Backguts, die Bräunung
des Backguts, die Krustenbildung des Backguts, der Vitamingehalt
des Backguts, die Entstehung kanzerogener Substanzen im Backgut,
die Hygiene des Backguts und/oder die Wärmeleitfähigkeit des Backguts als spezifische
Backgutgröße(n), vorzugsweise
durch Extrapolation oder Iteration der über den Backprozeßfühler erfaßten Werte,
bestimmt wird bzw. werden.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren
dazu genutzt werden, daß die
Leistung, die umgewälzte
Luftmenge, der Energieverbrauch, die Beladungsmenge, die spezifische
Leistung und/oder das Last/Leistungs-Verhältnis eines Backgeräts als Backgerätgröße(n), vorzugsweise
durch Extrapolation oder Iteration der über den Backprozeßfühler erfaßten Werte,
bestimmt wird bzw. werden.
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Von besonderem Vorteil ist es, daß die über den
Backprozeßfühler erfaßten Temperaturwerte, Temperaturdifferenzwerte,
Feuchtewerte, Feuchtedifferenzwerte und/oder Luftbewegungswerte
einer Steuereinrichtung für
ein Heizelement, ein Kühlelement,
einen Lüfter,
eine Einrichtung zum Einführen von
Feuchtigkeit in den Backraum, eine Einrichtung zum Abführen von
Feuchtigkeit aus dem Backraum, eine Einrichtung zum Zuführen von
Energie und/oder eine Einrichtung zum Abführen von Energie zugeführt wird
bzw. werden, insbesondere zum Steuern des Backverlaufs und/oder
Erreichen eines gesetzten Backergebnisses.
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Dabei kann ferner vorgesehen sein,
daß die über den
Backprozeßfühler erfaßten Temperaturwerte,
Temperaturdifferenzwerte, Feuchtewerte, Feuchtedifferenzwerte und/oder
Luftbewegungswerte zur Backprozeßregelung, insbesondere zur
Regelung des Temperaturverlaufs, des Feuchtegehalts, der Luftbewegung,
der bestimmten Backgutgrößen und/oder
Backgerätgrößen, benutzt
werden.
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Insbesondere für die Herstellung qualitativ sehr
hochwertiger Backwaren wird vorgeschlagen, daß der Kohlenhydratgehalt und/oder
der Eiweißgehalt
des Backguts über
den Backprozeßfühler bestimmt
und einer Auswerteeinheit für
die mit dem Backprozeßfühler erfaßten Größen zugeführt wird bzw.
werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kommt in Betracht, daß,
wenn, insbesondere über
den Backprozeßfühler, ein
in den Backraum eingebrachtes tiefgefrorenes Backgut oder Backgutausgangsprodukt
festgestellt wird, ein Auftauschritt, insbesondere unter Verwendung
einer Temperatursteigerung und/oder einer Luftgeschwindigkeit, die
geringer ist bzw. sind als beim Backprozeß, angesteuert wird, und daß, wenn kein
tiefgefrorenes Backgut festgestellt wird bzw. werden, der Backprozeß über die
Backprozeßsteuerung
eingeleitet wird. Wird über
den Backprozeßfühler erkannt,
daß ein
Ausgangsprodukt gefroren bzw. tiefgefroren vorliegt, wird mit einem
moderaten Tempera turanstieg und einer sehr geringen Luftgeschwindigkeit
im Auftauschritt begonnen. Bei nicht gefrorenen Ausgangsprodukten
kann selbstverständlich
unverzüglich
mit höheren
Temperaturen und einer stärkeren,
insbesondere maximalen Luftgeschwindigkeit der eigentliche Backprozeß gestartet
werden. Über
die insbesondere kontinuierliche Verfolgung der Kerntemperatur ist
es ebenfalls möglich,
bei extrem kompakten Backgütern
im Auftauschritt eine Gegenregelung vorzunehmen, so daß das Backgut
nicht unnötig
lange der Auftautemperatur ausgesetzt werden muß und ein zu starkes Austrocknen
desselben verhindert werden kann.
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Von besonderem Vorteil ist es gemäß einer weiteren
Ausgestaltung des Verfahrens auch, wenn, solange das Stärkegerüst des Backguts
sich ausbildet, insbesondere bei einer Kerntemperatur im Bereich
von etwa 50 bis etwa 90°C,
vorzugsweise bei etwa 80°C,
der Backprozeß mit
einer höheren
Luftgeschwindigkeit im Backraum gefahren wird als während der
Ausbildung der Kruste, insbesondere bei einer Kerntemperatur im
Bereich von etwa 80 bis 95°C. Regelmäßig ist
bei einer Kerntemperatur im Bereich von 50 bis 90°C, vorzugsweise
von 50 bis 80°C
und insbesondere im Bereich von etwa 70 bis 80°C, das Stärkegerüst des Backteiges weitgehend
ausgebildet, weshalb es bei Erreichen dieser Kerntemperatur nicht
mehr erforderlich ist, die Wärmeenergie
mit voller Luftgeschwindigkeit auf das Backgut zu übertragen.
Im Anschluß wird
regelmäßig bis
zu einer Kerntemperatur von 90°C
zum Zwecke der Teigstabilisierung die Luftgeschwindigkeit reduziert.
Während
dieser Phase bildet sich im allgemeinen die Kruste des Backguts
aus.
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Als besonders geeignet hat sich dabei
herausgestellt, daß,
wenn keine oder eine sich verlangsamende Volumenzunahme oder Ausdehnung
des Backguts festgestellt wird, wenn die Kerntemperatur und/oder
die Lage der Kerntemperatur im Backgut im wesentlichen über einen
vorgegebenen Zeitraum konstant oder lagestabil ist oder der Kerntemperaturbereich
sich erweitert oder die Kerntemperatur einen vorgegebenen Temperaturabstandswert
zur Backraumtemperatur erreicht, und/oder während die Kruste gebildet wird,
der Feuchtegehalt im Backraum, insbesondere durch Beschwaden, erhöht wird. Durch
gezieltes Beschwaden, beispielsweise während oder nach der Teigstabilisierung,
insbesondere während
und/oder nach Ausbildung der Kruste, wird im Backraum ein Feuchtewert
erreicht, der die Kruste nicht auf weichen läßt und gleichzeitig für eine optimale
Elastizität
an der Backgutoberfläche
sorgt. Auf diese Weise wird ein unnötiges Austrocknen des Brotes
verhindert, womit eine längere
Haltbarkeit einhergeht.
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Der vorliegenden Erfindung lag somit
die überraschende
Erkenntnis zugrunde, daß sich
selbst unterschiedlichste Backwaren unabhängig von ihrer Größe, Art
oder Beschaffenheit in reproduzierbar guter Qualität über eine
Backprozeßsteuerung
erhalten läßt, die
sich eines Backprozeßfühlers bedient.
Dabei trägt
das erfindungsgemäße Verfahren
insbesondere auch dem Umstand Rechnung, daß sich bei Backwaren regelmäßig die
Kerntemperaturlage während
des Backvorgangs verändert.
Von Vorteil ist weiterhin, daß sich
ein gewünschtes
positives Backergebnis unabhängig
davon erhalten läßt, ob man
von tiefgefrorenen Ausgangsprodukten bzw. tiefgefrorener Teigware
oder nicht gefrorenen Produkten ausgeht. Zu dem sich mit dem erfindungsgemäßen Backverfahren
einstellenden Backerfolg trägt
auch bei, daß sich
die Kerntemperatur sowie weitere Backgut- sowie Backgerätparameter
kontinuierlich bestimmen lassen und Rückschlüsse über den jeweils aktuellen Teigzustand
bzw. die Teigaktivität
geben. Hierdurch wird die Backprozeßsteuerung für jedes
spezifische Backprodukt individuell optimierbar. Des weiteren ermöglicht das
erfindungsgemäße Backverfahren
eine reproduzierbare, verläßliche und
den jeweiligen Anforderungen des Backgutes gerecht werdende Krustenbildung
unabhängig
von der Backgutgröße, wobei hinsichtlich
Optik, Sensorik und Haltbarkeit optimale Resultate erhältlich sind. Über die
Verfolgung der Änderung
der Kerntemperatur gelingt es zudem, auf einfache Weise zu unterscheiden,
ob es sich um klein- oder großteilige
Backware handelt. Unabhängig
vom jeweils in den Backraum eingebrachten Kaliber kann mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Backverfahrens
das jeweilige Backraumklima derart angepaßt werden, daß die Bräunung des
Backguts bei Programmende sowie die Qualität des Backgutkörpers stets
gleich ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
beispielhaft anhand einer aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung
erläutert
wird. Die Figur zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen intelligenten
Backprozeßfühlers in
einem Backgut.
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Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt ein erfindungsgemäßer intelligenter
Backprozeßfühler 2, beispielsweise
in Form eines Temperaturfühlers,
eine Spitze 4, einen Griff 6 und ein Kabel 8,
wobei die Spitze 4 in ein Backgut 1 einführbar ist.
Im Bereich der Spitze 4 sind insgesamt 10 Sensoren 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 zur
Bestimmung von Backgut- und Klimaparametern angeordnet. Über die
Sensoren 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 lassen
sich Angaben über
das Backgut 1 wie Temperatur und/oder Feuchte ermitteln,
während
zur Erfassung von Klimaparametern wie Temperatur und/oder Feuchte
an bzw. über
der Oberfläche
des Backguts 1 und/oder im Backraum in der abgebildeten
Ausführungsform
die Sensoren 10, 26 und 28 dienen. Ferner
kann z.B. im Griff 6 ein weiterer Sensor 30 zum Erfassen
der Temperatur und/oder Feuchte im Backraum angeordnet sein.
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In den erfindungsgemäßen Temperaturfühler 2 ist
eine Auswerteeinheit für
die erfaßbaren
Temperaturdifferenzwerte integriert. Diese Auswerteeinheit ist ihrerseits
mit einer nicht gezeigten Prozeßsteuerung
für ein
Backgerät
verbunden.
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Da mit dem erfindungsgemäßen Backprozeßfühler 2 mehr
als z.B. ein Temperatur- und/oder Feuchtewert im Backgut und mindestens
ein weiterer Klimaparameter, insbesondere Temperatur- und/oder Feuchtewert,
im Backraum und/oder an der Oberfläche des Backguts erfaßbar sind,
kann man beispielsweise aus der Thermokinetik der mit den genannten Temperatursensoren
erfaßten
Temperaturdifferenzwerte insbesondere die tatsächliche Kerntemperatur des
Backguts 1, beispielsweise durch Extrapolation, bestimmen.
Dabei hat es auf die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Backprozeßsteuerung
keinen Einfluß,
daß sich
die Lage des Kerntemperaturbereiches im Verlauf der Backverfahrens
in Folge der Volumenausdehnung der Backware ändert. Demgemäß kann trotz
einer permanenten oder zeitweiligen Relativbewegung von Backprozeßfühlerspitze
und Back- bzw. Teigware die Kerntemperatur nicht nur fortwährend bestimmt,
sondern auch sehr genau lokalisiert werden. Die Kerntemperatur läßt sich
somit jeweils exakt ermitteln und zur Backprozeßsteuerung gezielt nutzen.
Auch sind Unregelmäßigkeiten
im Backverlauf leicht und schnell erkennbar, so daß eine Backprozeßoptimierung
sehr zügig
gelingt. Indem entlang der Spitze 4 beabstandet voneinander
mehrere Temperatursensoren angebracht sind, kann zudem auf einfache
Weise die Volumenzunahme während
des Backverlaufs kontinuierlich durch einfache Temperaturdifferenzbildung
verfolgt werden. Denn regelmäßig befindet
sich während
des Backvorgangs die Backraumtemperatur oberhalb der Temperatur
im Backgut unabhängig
von der jeweiligen Lage im Backgut. Damit läßt sich sogar ein Temperaturprofil über den
gesamten Backverlauf erstellen und für eine optimale Backprozeßsteuerung
nutzen. Ohne daß es einer
externen Eingabe in die Steuerung bzw. Steuereinheit des Backgeräts bedürfte, kann
mit dem erfindungsgemäßen Backprozeßfühler nach
dessen Einführung
in das Backgut über
Temperaturdifferenzmessungen die anfängliche Größe der Backware verläßlich ermittelt
werden. Des weiteren kann anhand des Anstiegs der Kerntemperatur
ebenfalls festgestellt werden, ob es sich um klein- oder großteilige
Backwaren handelt. Diese Angaben können zwecks weiterer Optimierung
mit dem Ergebnis der vorhergehend beschriebenen Temperaturdifferenzauswertung
abgeglichen werden. Die erhaltene Eingabe über die Größe des Backgutes kann wiederum genutzt
werden, um ein optimales Backraumklima, insbesondere auch gegen
Ende des Backvorgangs, zu schaffen, damit sich ein gleichbleibender
Bräunungsgrad
beim fertigen Produkt einstellt.
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Zusätzlich zur Kerntemperatur kann
auch die Wärmeübertragung
von einem nicht gezeigten Heizelement in den Backraum bzw. an das
Backgut 1 erfaßt
werden, beispielsweise zur Regelung eines nicht gezeigten Lüfters. Zum
Erkennen des Last/Leistungs-Verhältnisses
beim Backen kann auch der zeitliche Verlauf der aus den erfaßten Temperatur(Differenz)werten
bestimmten Kerntemperatur herangezogen werden.
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Die in der voranstehenden Beschreibung, der
Zeichnung sowie 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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- 1
- Backgut
- 2
- Backprozeßfühler
- 4
- Spitze
- 6
- Griff
- 8
- Kabel
- 10,
12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30
- Sensoren