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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in der Lage
ist, die Kaueffizienz mechanisch zu messen, ohne eine manuelle Bedienung
eines Bedieners zu benötigen,
und ein Verfahren zur Kaueffizienzmessung unter Verwendung derselben.
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Stand der
Technik
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Üblicherweise
ist ein Siebverfahren unter Verwendung von Erdnüssen als ein Verfahren zur
Kaueffizienzmessung verwendet worden.
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Bei
dem Siebverfahren unter Verwendung von Erdnüssen kaut ein Proband eine
etwa 3 g schwere Erdnuss mit einer vorherbestimmten Anzahl Bissen,
und anschließend
werden alle zermahlenen Teile der Erdnuss gesammelt und mit einem
Sieb einer Siebweite von 10 mesh (10 Maschen pro Zoll) gesiebt.
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Anschließend werden
die zermahlenen Erdnussteile, die auf dem Sieb geblieben sind, bei
80°C für eine Stunde
getrocknet und danach gewogen, sodass das Gewicht der zermahlenen
Erdnussteile, die gesiebt wurden, aus dem Wägeergebnis berechnet wird.
Dann wird anhand des Berechnungsergebnisses das Gewichtsprozent
der zermahlenen Erdnussteile, die gesiebt wurden, relativ zu der
Erdnuss vor dem Zerkauen als der Kaueffizienzbewertungswert berechnet.
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Allerdings
leidet das Verfahren zur Kaueffizienzmessung unter Verwendung von
Erdnüssen
unter einem Nachteil niedriger Genauigkeit der Kaueffizienzmessung,
da Erdnüsse
ein natürliches
Lebensmittel sind und in Größe und Festigkeit
variieren. Ein weiterer Nachteil besteht in der langen Dauer der
Kaueffizienzmessung, da die zerkauten und zermahlenen Erdnussstücke getrocknet
werden müssen.
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Dementsprechend
wurde ein Kaueffizienzmessverfahren unter Verwendung von gummiartigem
Gelee entwickelt, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
Die Messung wird durch manuelle Ausführung eines Messenden durchgeführt. Der
Begriff "gummiartiges
Gelee" (Gummigelee)
bezieht sich hierbei auf ein Gelatine und Glukose enthaltendes Lebensmittel,
das elastisch ist und in Stücke
zerteilt werden kann, wenn es gekaut wird.
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Bei
dem Verfahren zur Kaueffizienzmessung unter Verwendung von Gummigelee
kaut ein Proband ein Test-Gummigelee mit einer vorherbestimmten
Anzahl von Kauhüben,
und anschließend
werden alle zerkauten Teile des Gummigelees gesammelt und mit Leitungswasser
gewaschen. Danach werden die zerkauten und gewaschenen Gummigeleeteile
in destilliertem Wasser gerührt,
um der in dem Gummigelee enthaltenden Gelatine zu ermöglichen,
von den Oberflächen
der zerkauten Gummigeleeteile in das destillierte Wasser eluiert zu
werden. Dann wird die Gelatinekonzentration mit einem Spektrophotometer
gemessen, sodass das Oberflächeninkrement
der zerkauten Gummigeleeteile als der Kaueffizienzbewertungswert
aus dem Messergebnis berechnet wird.
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Das
Verfahren zur Kaueffizienzmessung unter Verwendung von Gummigelee
kann verglichen mit der konventionellen Messung unter Verwendung
von Erdnüssen
eine hohe Messgenauigkeit erzielen, da Gummigelees in gleichmäßiger Form
und Abmessung produziert werden können. Des weiteren steht das
Messergebnis im Vergleich zum konventionellen Messverfahren unter
Verwendung von Erdnüssen
bereits nach kurzer Zeit zur Verfügung, da die zerkauten Gummigeleeteile
nicht getrocknet werden müssen.
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Allerdings
hat die Studie der Anmelder erwiesen, dass das Verfahren zur Kaueffizienzmessung
unter Verwendung von Gummigelee keine ausreichend hohe Messgenauigkeit
erreichen kann, obwohl es verglichen mit dem Verfahren zur Kaueffizienzmessung
unter Verwendung von Erdnüssen
eine verbesserte Messgenauigkeit liefert.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Vorrichtung
zur Kaueffizienzmessung, die in der Lage ist, eine ausreichend hohe
Messgenauigkeit zu erzielen, und ein Verfahren zur Kaueffizienzmessung
unter Verwendung derselben.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
genannten Erfinder haben eine intensive Studie durchgeführt, um
die möglichen
Fehlerursachen des konventionellen Verfahrens zur Kaueffizienzmessung
unter Verwendung von Gummigelee zu untersuchen, um eine ausreichend
hohe Messgenauigkeit zu erzielen. Folglich haben sie die vorliegende
Erfindung fertiggestellt und herausgefunden, dass der gemessene
Wert der Kaueffizienz stark von der Zeit, für die die zerkauten Gummigeleeteile
in destilliertem Wasser verrührt
werden (Eluierungszeit), und von der Temperatur des destillierten
Wassers (Eluierungstemperatur) beeinflusst wird.
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Eine
erfindungsgemäße Kaueffizienzmessvorrichtung
beinhaltet eine Rührflüssigkeitszuführungseinrichtung
zum Zuführen
einer Rührflüssigkeit
zu einem Messbehälter;
eine Heizeinrichtung zum Heizen der Rührflüssigkeit; eine Rühreinrichtung
zum Rühren
zerkauter Teile eines Kaueffizienzmessungslebensmittels in der Rührflüssigkeit,
mit dem die zerkauten Teile und die Rührflüssigkeit beinhaltenden Messbehälter; eine
Konzentrationsmesseinheit zur Messung der Konzentration einer von
den Oberflächen
der zerkauten Teile des Kaueffizienzmessungslebensmittels in die
Rührflüssigkeit
eluierten Komponente des Lebensmittels; und ein Steuergerät zur Steuerung
bzw. Regelung des Betriebs der Rührflüssigkeitszuführungseinrichtung,
der Heizeinrichtung, der Rühreinrichtung
und der Konzentrationsmesseinheit, und zur Ermittlung des auf den
Messergebnissen des Konzentrationsmessgerätes basierenden Werten der
Kaueffizienzbestimmung.
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In
einer ersten speziellen Ausführungsform
bewirkt das Steuergerät,
dass die Heizeinrichtung die Rührflüssigkeit
auf eine vorherbestimmte Temperatur aufheizt, und die Rühreinrichtung
die zerkauten Teile für eine
vorherbestimmte Zeit rührt,
und beinhaltet:
- – Beziehungsbestimmungsmittel,
die einen Zusammenhang zwischen der Konzentration der Komponente des
Kaueffizienzmessungslebensmittels und dem Kaueffizienzbewertungswert
definieren, im Falle, dass die vom Zuliefermechanismus für die Rührflüssigkeit
dem Messbehälter
zugeführte
Rührflüssigkeit
die vorherbestimmte Temperatur hat, und für die vorherbestimmte Zeit
gerührt
worden ist; und
- – Mittel
zur Bestimmung des Kaueffizienzbewertungswertes zur Bestimmung des
Kaueffizienzbewertungswertes aus dem Messergebnis der Konzentrationsmesseinheit
in Übereinstimmung
mit dem durch die Beziehungsbestimmungsmittel bestimmten Zusammenhänge.
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Der
Begriff "Kaueffizienzmessungslebensmittel" bezieht sich auf
ein Lebensmittel, das in Teile zerteilt werden kann, wenn es gekaut
wird, und umfasst verschiedene Arten von Lebensmitteln, wie Gummigelee
und rohen Reis.
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Bei
einer Messung unter Verwendung der Kaueffizienzmessvorrichtung,
die der ersten speziellen Ausführungsform
entspricht, kaut ein Proband zunächst
ein Kaueffizienzmessungslebensmittel, und anschließend werden
die zerkauten Teile des Lebensmittels gesammelt und durch manuelle
Handhabung eines Messenden oder mechanisch durch eine Wascheinrichtung
gewaschen. Dieses entfernt den Speichel, der an den zerkauten Teilen
anhaftete, während
das Lebensmittel zerkaut worden ist.
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Anschließend werden
die, wie oben beschrieben gewaschenen, zerkauten Lebensmittelteile
in dem Messbehälter
plaziert, und der Zuführungsmechanismus
für gerührte Flüssigkeit
führt dem
Messbehälter
eine Rührflüssigkeit
zu. Danach rührt
die Rühreinrichtung
die zerkauten Lebensmittelteile in der Rührflüssigkeit für eine vorherbestimmte Zeit.
Das führt
dazu, dass eine Komponente des Lebensmittels, z. B. Glukose oder
Gelatine, falls das Lebensmittel Gummigelee ist, von den Oberflächen der
zerkauten Teile in die Rührflüssigkeit eluiert
wird. Danach misst die Konzentrationsmesseinheit die Konzentration
der Komponente. Schließlich
bestimmt die Steuerungseinheit den Kaueffizienzbewertungswert aus
dem Messergebnis der Konzentrationsmesseinheit in Übereinstimmung
mit dem Zusammenhang, der durch die Mittel zur Beziehungsbestimmung definiert
wird.
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Die
oben beschriebene Kaueffizienzmessvorrichtung kann eine hohe Messgenauigkeit
liefern, da die Steuerungseinheit die Heizeinrichtung steuert, um
damit das genaue Einstellen der Temperatur der gerührten Flüssigkeit
auf eine vorherbestimmte Temperatur zu ermöglichen, und da die Steuerungseinheit
die Rühreinrichtung
steuert, um damit das Rühren
der zerkauten Lebensmittelteile in der Rührflüssigkeit genau für eine vorherbestimmte
Zeit zu ermöglichen.
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Eine
zweite spezielle Ausführungsform
beinhaltet Thermometriemittel zur Messung der Temperatur der Rührflüssigkeit,
die von der Flüssigkeitszuführungseinrichtung
dem Messbehälter
zugeführt
wird; und Zeitmessmittel zur Messung der Zeit, für die die zerkauten Teile des
Kaueffizienzmessungslebensmittels in der Rührflüssigkeit gerührt werden,
und die Steuerungseinheit beinhaltet:
- – Mittel
zur Beziehungsbestimmung, die eine Vielzahl von Beziehungen zwischen
der Konzentration der Komponente des Kaueffizienzmessungslebensmittels
und des Kaueffizienzbewertungswertes bestimmen; und
- – Mittel
zur Bestimmung des Kaueffizienzbewertungswertes zur Auswahl eines
mit dem Messergebnis des Thermometriemittels und des Zeitmessergebnisses
des Zeitmessmittels entsprechenden Zusammenhangs aus der Vielzahl
von durch die Beziehungsbestimmungsmittel definierten Zusammenhängen, und
zur Bestimmung des Wertes der Kaueffizienzbestimmung aus einem Messergebnis
der Konzentrationsmesseinheit in Übereinstimmung mit der ausgewählten Beziehung.
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Wie
bei der Messung unter Verwendung der der ersten speziellen Ausführungsform
entsprechenden Kaueffizienzmessvorrichtung kaut unter Verwendung
der der zweiten speziellen Ausführungsform
entsprechenden Kaueffizienzmessvorrichtung ein Proband zunächst ein
Kaueffizienzmessungslebensmittel, wonach die zerkauten Teile des
Lebensmittels gesammelt und durch manuelle Handhabung eines Messenden
oder mechanisch durch eine Wascheinrichtung gewaschen werden.
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Anschließend werden
die zerkauten und gewaschenen Lebensmittelteile in den Messbehälter eingebracht
und die Rührflüssigkeitszuführungsvorrichtung
führt dem
Messbehälter
eine Rührflüssigkeit
zu. Danach rührt
die Rühreinrichtung
die zerkauten Lebensmittelteile in der Rührflüssigkeit. Das führt dazu,
dass eine Komponente des Lebensmittels, z. B. Glukose oder Gelatine,
wenn das Lebensmittel Gummigelee ist, von den Oberflächen der
zerkauten Teile in die Rührflüssigkeit
eluiert wird. Danach misst die Konzentrationsmesseinheit die Konzentration
der Komponente. Schließlich
wählt die
Steuerungseinheit gemäß der aktuellen
Temperatur der von der Rührflüssigkeitszuführungseinrichtung
dem Messbehälter
zugeführten
Rührflüssigkeit
und der aktuellen Zeit, für
die die zerkauten Lebensmittelteile gerührt worden sind, eine Beziehung
aus einer Vielzahl von durch die Beziehungsbestimmungsmittel bestimmten
Beziehungen aus, und bestimmt in Übereinstimmung mit der ausgewählten Beziehung
aus dem Messergebnis der Konzentrationsmesseinheit einen Kaueffizienzbewertungswert.
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Die
obige Kaueffizienzmessvorrichtung bestimmt den Kaueffizienzbewertungswert
in Übereinstimmug mit
der Beziehung zwischen der aktuellen Temperatur der dem Messbehälter zugeführten Rührflüssigkeit
und der akutellen Zeit, für
die die zerkauten Lebensmittelteile gerührt worden sind. Damit kann
eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden.
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Insbesondere
beinhaltet die Vorrichtung eine Überstandsflüssigkeitssammel-/Zuführungseinrichtung zum
Sammeln der Überstandsflüssigkeit
in dem Messbehälter
zur Zuführung
zur Konzentrationsmesseinheit, die Überstandsflüssigkeitssammel-/Zuführungseinrichtung
wird durch die Steuerungseinheit betriebs-gesteuert. Diese besondere
Ausführungsform
ermöglicht
der Überstandsflüssigkeitssammel-/Zuführungseinrichtung die Überstandsflüssigkeit
in dem Messbehälter
mechanisch zu sammeln, um sie der Konzentrationsmesseinrichtung
zuzuführen,
nachdem die zerkauten Lebensmittelteile in der Rührflüssigkeit gerührt wurden.
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Insbesondere
weist die Vorrichtung weiterhin eine Wascheinrichtung zum Waschen
der zerkauten Teile des Kaueffizienzmessungslebensmittels mit Hilfe
von Waschwasser auf, wobei die Wascheinrichtung durch die Steuerungseinheit
betriebsablaufgesteuert wird. Diese spezifische Ausführungsform
ermöglicht
der Wascheinrichtung, die zerkauten Lebensmittelteile mechanisch
zu waschen, nachdem das Kaueffizienzmessungslebensmittel zerkaut
wurde.
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Insbesondere
bewirkt die Steuerungseinheit weiterhin, dass die Wascheinrichtung
die zerkauten Teile des Kaueffizienzmessungslebensmittels für eine vorherbestimmte
Zeit wäscht.
Eine kurze Waschzeit der zerkauten Lebensmittelteile würde den
während
des Kauens auf den Oberflächen
der zerkauten Teile anhaftenden Speichel nicht vollständig entfernen
und würde
dazu führen,
dass die Rührflüssigkeit
im Messbehälter
in dem Speichel beinhaltete Lebensmittelkomponenten beinhaltet,
was eine genaue Messung der Konzentration der von den Oberflächen der
zerkauten Lebensmittelteile eluierten Komponenten verhindert. Auf
der anderen Seite führt
eine längere
Waschzeit der zerkauten Lebensmittelteile als eine bestimmte Zeit
dazu, dass der während
des Kauens auf den zerkauten Teilen anhaftende Speichel vollständig entfernt
wird, und führt
dazu, dass die Rührflüssigkeit
in dem Messbehälter
nur von den Oberflächen
der zerkauten Lebensmittelteile eluierte Komponenten enthält, was
eine genaue Messung der Konzentration der Komponente ermöglicht.
Dementsprechend wird die vorherbestimmte Zeit auf eine Zeit gesetzt,
bei der der während
des Kauens auf den Oberflächen
der zerkauten Teile anhaftende Speichel vollständig entfernt werden kann.
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Weiterhin
ist das Kaueffizienzmessungslebensmittel insbesondere Gummigelee,
und die Konzentrationsmesseinheit misst die Konzentration von Glukose,
die eine Komponente des Gummigelees ist. Beispielsweise wird ein
Glukosemessgerät
als Konzentrationsmesseinheit eingesetzt. Im Vergleich mit einer
Ausführungsform
zur Messung der Gelatinekonzentration mit Hilfe eines Spektrophotometers
ist diese spezielle Ausführungsform
in der Lage, ein Messergebnis in kurzer Zeit zu liefern.
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Wie
oben beschrieben sind die erfindungsgemäße Kaueffizienzmessvorrichtung
und das Kaueffizienzmessverfahren unter Verwendung derselben in
der Lage, eine ausreichend hohe Messgenauigkeit zu erzielen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kaueffizienzmessvorrichtung,
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2 zeigt
ein Blockdiagramm der elektrischen Anordnung der Kaueffizienzmessvorrichtung,
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3 ist
eine Ablaufzeichnung, die ein Kaueffizienzmessverfahren zeigt,
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4 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Waschtemperatur und der
Glukosekonzentration zeigt,
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5 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Waschzeit und der Glukosekonzentration
zeigt,
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6 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Eluierungstemperatur und
der Glukosekonzentration zeigt,
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7 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Eluierungszeit und der
Glukosekonzentration zeigt, und
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8 ist
ein Graph, der das Oberflächeninkrement
des Gummigelees und der Glukosekonzentration zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
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Eine
spezielle Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Unten beschrieben wird die Verwendung von Gummigelee als ein Kaueffizienzmessungslebensmittel,
um das Oberflächeninkrement
der zerkauten Gummigeleeteile als Kaueffizienzbewertungswert anhand
der Konzentration von Glukose, die eine Komponente des Gummigelees
ist, zu berechnen.
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Vor
Beschreibung einer erfindungsgemäßen Kaueffizienzmessvorrichtung
werden Experimente und deren Ergebnisse beschrieben, die die genannten
Erfinder bei der Entwicklung der Vorrichtung zur Untersuchung möglicher üblicher
Fehlerquellen zur Erzielung einer ausreichend hohen Messgenauigkeit
durchgeführt haben.
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Experimente
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Jedes
der unten beschriebenen Experimente wurde unter Verwendung von Gummigelee
durchgeführt, das
aus den in Tabelle 1 gezeigten Komponenten besteht.
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Bei
jedem Experiment zerkaute ein Proband zunächst frei ein Gummigelee, ohne
es zwischendurch zu schlucken, und anschließend wurden die zerkauten Teile
des Gummigelees gesammelt, so dass kein Stück im Mund zurück blieb.
Die zerkauten und gesammelten Teile des Gummigelees wurden dann
mit Leitungswasser gewaschen. Als nächstes wurden die zerkauten
Gummigeleeteile und destilliertes Wasser in ein Becherglas eingebracht,
und dann wurden die zerkauten Gummigeleeteile in dem destillierten
Wasser gerührt,
um es der Komponente des Gummigelees zu ermöglichen, von den Oberflächen der
zerkauten Gummigeleeteile in das destillierte Wasser eluiert zu
werden. Im Anschluss wurde die Überstandsflüssigkeit
in dem Becherglas mit einer Pipette gesammelt und auf einem sterilisierten
Edelstahlkolben getropft. Danach wurde die Konzentration der Glukose,
die von den Oberflächen
der zerkauten Gummigeleeteile eluiert wurde, mit einem Glukosemessgerät gemessen.
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(1) Experiment 1
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Um
die Beziehung zwischen der Waschtemperatur der zerkauten Gummigeleeteile
und der Glukosekonzentration zu untersuchen, wurde ein Experiment
durchgeführt.
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Bei
dem Experiment wurden die zerkauten Glukoseteile mit Leitungswasser
bei 23°C
gewaschen, was nahe der Temperatur des Untersuchungsraumes ist,
und mit Leitungswasser von 40°C,
welches wahrscheinlich Glukose leichter eluiert. Für jede Waschtemperatur
wurden fünf
Gummigelees der Originalform (Oberfläche 1600 mm2),
fünf in
jeweils acht gleiche Teile geteilte Gummigelees (Oberfläche 3200
mm2) und fünf jeweils in sechzehn gleiche
Teile geteilte Gummigelees (Oberfläche 4000 mm2)
benutzt. Für
ein Gummigelee wurde die Glukosekonzentration nur einmal gemessen.
Die Anzahl der Kaubewegungen wurde auf null, fünf und zehn gesetzt, mit einer
Waschzeit für
die zerkauten Glukoseteile von 30 Sekunden, der Temperatur des dem
Becherglas zugeführten
destillierten Wassers von 35°C,
dem Volumen des destillierten Wassers von 15 ml und der Rührzeit der
zerkauten Gummigeleeteile von 20 Sekunden.
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(2) Experiment 2
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Zur
Untersuchung der Beziehung zwischen der Waschzeit der Gummigeleeteile
und der Glukosekonzentration wurde ein Experiment durchgeführt.
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Bei
dem Experiment wurde die Glukosekonzentration für den Fall, dass die zerkauten
Gummigeleeteile nicht mit Wasser gewaschen und in destilliertem
Wasser gerührt
wurden (Waschzeit 0 Sekunden) und für den Fall, dass die Gummigeleeteile
mit Wasser für
10, 20, 30, 40, 50 und 60 Sekunden gewaschen wurden und danach in
destilliertem Wasser gerührt
wurden. Für
jede Waschzeit wurden fünf
in jeweils 16 gleiche Teile geteilte Gummigelees verwendet. Für ein Gummigelee
wurde die Glukosekonzentration nur einmal gemessen. Die Anzahl der
Kauhübe
wurde auf zehn gesetzt, mit einer Waschtemperatur der zerkauten
Gummigeleeteile von 23°C,
der Temperatur des dem Becherglas zugeführten destillierten Wassers
von 35°C,
dem Volumen des destillierten Wassers von 15 ml und der Rührzeit der
zerkauten Gummigeleeteile von 20 Sekunden.
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(3) Experiment 3
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Zur
Untersuchung der Beziehung zwischen der Glukoseeluierungstemperatur
(Temperatur des destillierten Wassers) und der Glukosekonzentration
wurde ein Experiment durchgeführt.
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Bei
dem Experiment wurden die zerkauten und gewaschenen Gummigeleeteile
in destilliertem Wasser von 20°C,
30°C, 35°C, 40°C und 50°C gerührt. Bei
jeder Temperatur wurden fünf
in jeweils 16 gleiche Teile geteilte Gummigelees benutzt. Für ein Gummigelee
wurde die Glukosekonzentration nur einmal gemessen. Die Anzahl der
Kauhübe
wurde auf zehn gesetzt, mit der Waschtemperatur der Gummigeleeteile
von 23°C, der
Waschzeit von 30 Sekunden, dem Volumen des dem Becherglas zugeführten destillierten
Wassers von 15 ml und der Rührzeit
der zerkauten Gummigeleeteile von 20 Sekunden.
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(4) Experiment 4
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Zur
Untersuchung der Beziehung zwischen der Glukoseeluierungszeit (Rührzeit)
und der Glukosekonzentration wurde ein Experiment durchgeführt.
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Bei
dem Experiment wurden die zerkauten und gewaschenen Gummigeleeteile
in destilliertem Wasser für
10, 20, 30, 40, 50 und 60 Sekunden gerührt. Bei jeder Rührzeit wurden
fünf jeweils
in 16 gleiche Teile geteilte Gummigelees verwendet. Für ein Gummigelee
wurde die Glukosekonzentration nur einmal gemessen. Die Anzahl der
Kauhübe
wurde auf zehn gesetzt, mit der Waschtemperatur der Gummigeleeteilevon
23°C, der Waschzeit
von 30 Sekunden, der Temperatur des dem Becherglas zugeführten destillierten
Wassers von 35°C und
dem Volumen des destillierten Wassers von 15 ml.
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Experimentelle
Ergebnisse
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Im
Folgenden werden die Ergebnisse der Experimente 1-4 beschrieben.
Ein statistisches Analyseverfahren nach Kruskal-Wallistest oder
Mann-Whitney's U-Test
wurde für
Tests auf signifikante Differenzen bei einem Signifikanzniveau von
5% verwendet. Sofern eine signifikante Differenz auftrat, wurde
ein mehrfacher Vergleichstest nach dem Bonferroni-Verfahren durchgeführt.
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(1) Experiment 1
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4 zeigt
das Ergebnis des obigen Experiments 1. Wie dargestellt, liefert
die Waschtemperatur keine signifikante Differenz der Glukosekonzentration.
Das deutet darauf hin, dass die Waschtemperatur einen geringen Einfluss
auf die Messung der Kaueffizienz aufweist.
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(2) Experiment 2
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5 zeigt
das Ergebnis des obigen Experiments 2. Wie gezeigt, wird die Glukosekonzentration
niedriger je länger
die Waschzeit ist, mit einer näherungsweise
konstanten Glukosekonzentration bei einer Waschzeit von 30 Sekunden
oder mehr. Eine Untersuchung auf signifikante Differenzen hat gezeigt,
dass eine signifikante Differenz der Glukosekonzentration zwischen
einer Waschzeit von 20 Sekunden und von 40 Sekunden und zwischen
20 Sekunden und 60 Sekunden auftritt, aber keine signifikante Differenz
der Glukosekonzentration zwischen den Waschzeiten von 30 Sekunden
und 40 Sekunden und zwischen 30 Sekunden und 60 Sekunden auftritt.
Der Grund dafür,
dass eine Waschzeit von 30 Sekunden oder mehr einer näherungsweise
konstante Glukosekonzentration liefert, liegt vermutlich daran,
dass der während
des Kauens des Gummigelees auf den Oberflächen der zerkauten Teile anhaftende
Speichel vollständig
entfernt worden ist, wenn etwa 30 Sekunden vom Beginn des Waschens
der zerkauten Glukoseteile verstrichen sind. Es kann wünschenswert sein,
die Waschzeit auf 30 Sekunden zu setzen, da eine kürzere Messzeit
der Kaueffizienz klinisch gewünscht ist.
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(3) Experiment 3
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6 zeigt
das Ergebnis des obigen Experiments 3. Wie dargestellt, ist die
Glukosekonzentration höher,
je höher
die Eluierungstemperatur ist. Eine Untersuchung auf signifikante
Differenzen ergab, dass eine signifikante Differenz der Glukosekonzentration
zwischen der Eluierungstemperatur von 30°C und der von 35°C und zwischen
35°C und
40°C auftritt.
Die Glukosekonzentration variiert somit abhängig von der Eluierungstemperatur
stark. Daher mag es notwendig sein, die Eluierungstemperatur sehr
genau beizubehalten, um eine hohe Messgenauigkeit der Messung der
Kaueffizienz zu erreichen. Für
den Fall der Eluierungstemperatur von 50°C war die Glukosekonzentration
unterhalb des Messbereichs des Glukosemessgerätes und somit nicht mehr messbar.
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(4) Experiment 4
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7 zeigt
das Ergebnis des obigen Experimentes 4. Wie dargestellt, ist die
Glukosekonzentration höher,
je länger
die Eluierungszeit ist. Eine Untersuchung auf signifikante Differenzen,
die mit der Glukosekonzentration bei einer Eluierungszeit von 20
Sekunden als Referenz durchgeführt
wurde, zeigte, dass eine signifikante Differenz der Glukosekonzentration
in Relation zu jeder Eluierungszeit von 10 Sekunden, 30 Sekunden
und 40 Sekunden auftritt. Die Glukosekonzentration variiert daher
abhängig
von der Eluierungszeit stark. Damit kann es notwendig sein, die
Eluierungszeit streng einzuhalten, um eine hohe Messgenauigkeit
der Messung der Kaueffizienz zu erreichen. Für den Fall der Eluierungszeit
von 60 Sekunden war die Glukosekonzentration unterhalb der Messgenauigkeit
des Glukosemessgerätes
und damit nicht mehr messbar.
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Die
genannten Erfinder führten
wie unten beschrieben ein zusätzliches
Experiment durch, um die Beziehung zwischen dem Inkrement der Oberfläche des
Gummigelees und der Glukosekonzentration zu untersuchen.
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Zunächst zerkaute
ein Proband ein Gummigelee beliebig, und danach wurden alle zerkauten
Gummigeleeteile gesammelt. Die zerkauten und gesammelten Gummigeleeteile
wurden dann mit Leitungswasser von 23°C für 30 Sekunden gewaschen. Als
nächstes
wurden die zerkauten Gummigeleeteile und destilliertes Wasser in
ein Becherglas eingebracht, und dann wurden die Gummigeleeteile
in den 15 ml destillierten Wassers von 35°C für 20 Sekunden gerührt, um
der Glukose zu ermöglichen, von
den Oberflächen
der zerkauten Gummigeleeteile in das destillierte Wasser eluiert
zu werden. Im Anschluss daran wurde die Überstandsflüssigkeit in dem Becherglas
mit einer Pipette gesammelt und auf einen Edelstahlkolben getropft.
Im Anschluss daran wurde die Konzentration der von den Oberflächen der
zerkauten Gummigeleeteile eluierten Glukose mit einem Glukosemessgerät gemessen.
Bei dem Experiment wurden fünf
Gummigelees der Originalform (Oberfläche 1600 mm2),
fünf in
je acht gleiche Teile zerteilte Gummigelees (Oberfläche 3200
mm2), fünf
in je 16 gleiche Teile zerteilte Gummigelees (Oberfläche 4000
mm2) und fünf in je 32 gleiche Teile zerteilte
Gummigelees (Oberfläche
4400 mm2) benutzt. Für ein Gummigelee wurde die
Glukosekonzentration nur einmal gemessen.
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Danach
wurde eine statistische Analyse unter Verwendung von Spearman's Korrelationseffizienten
mit einem Rangtest durchgeführt.
Eine einfache Regressionsanalyse mit der Glukosekonzentration als
erklärender
Variable und dem Oberflächeninkrement
des Gummigelees als Antwortvariable wurde ebenfalls durchgeführt.
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8 zeigt
das experimentelle Ergebnis. Wie dargestellt, wurde ermittelt, dass
eine extrem starke Korrelation zwischen dem Oberflächeninkrement
des Gummigelees und der Glukosekonzentration besteht. Ein hoher
Wert von 0,986 für
den Korrelationskoeffizienten r wurde geliefert.
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Als
ein Ergebnis der einfachen linearen Regressionsanalyse wurde eine
Proportionalität
zwischen der Glukosekonzentration und dem Oberflächeninkrement des Gummigelees
nachgewiesen und eine in Gleichung 1 gezeigte Regressionsformel
wurde aufgestellt, in der X (mg/dl) die Glukosekonzentration und
Y das Oberflächeninkrement
(mm2) des Gummigelees ist. Y = 8,8 X – 723,2 (Gleichung 1)
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Die
genannten Erfinder haben eine erfindungsgemäße Kaueffizienzmessvorrichtung
wie in 1 gezeigt basierend auf den obigen experimentellen
Ergebnissen entwickelt.
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Wie
dargestellt ist ein Messbecher 2 mit einem Volumen von
etwa 30 ml auf einem Messgerät
des Sockels 1 platziert. Oberhalb des Messbechers 2 ist
ein destillierter Wassertank 3 angeordnet, der destilliertes Wasser
enthält.
Eine Abdeckung 30 ist entfernbar auf dem Tank für destilliertes
Wasser 3 angebracht. In dem Tank für destilliertes Wasser 3 sind
ein Heizer (nicht gezeigt) zum Heizen des destillierten Wassers
in dem Tank und ein Temperatursensor (nicht gezeigt) zum Bestimmen
der Temperatur des destillierten Wassers in dem Tank angebracht.
Das destillierte Wasser in dem Tank wird durch den Heizer auf 35°C gehalten.
Weiterhin ist mit dem unteren Teil des Tanks für destilliertes Wasser 3 eine
Zulieferungsdüse
für destilliertes
Wasser 31 verbunden, die sich nach unten erstreckt. Ein
Zulieferungsventil für
destilliertes Wasser (nicht gezeigt) greift auf die Düse 31 zu.
Ein Öffnen
des Ventils bewirkt, dass das destillierte Wasser aus dem Tank für destilliertes
Wasser 3 die Zulieferungsdüse für destilliertes Wasser 31 passiert
und in den Messbecher 2 fließt.
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Außerdem ist
auf dem Messgerätesockel 1 ein Überstandsflüssigkeitssammler 4 zum
Sammeln der Überstandsflüssigkeit
im Messbecher 2 und ein Glukosemessgerät 5 zum Messen der
Glukosekonzentration angeordnet. Der Überstandsflüssigkeitssammler 4 beinhaltet
einen Überstandsflüssigkeitssammelglasstab 41 und
einen Glasstabbewegungsmotor (nicht gezeigt) zum vertikalen und
drehenden Bewegen des Glasstabs 41. Ein Betrieb des Motors
bewirkt, dass der Überstandsflüssigkeitssammelglasstab 41,
wie durch die doppeltgepunkteten Kettenlinien in der Zeichnung angezeigt
wird, sich nach unten bewegt, um in die Überstandsflüssigkeit in dem Messbecher 2 einzutauchen
und sich anschließend
aufwärts
zu bewegen, und weiterhin sich zu einer Position oberhalb einer
Elektrode 51 des Glukosemessgeräts 5 zu drehen und
sich anschließend
abwärts
zu bewegen. Die Überstandsflüssigkeit
kann somit aus dem Messbecher 2 gesammelt werden und auf die
Elektrode 51 des Glukosenmessgeräts 5 tropfen.
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Eine
Rühreinrichtung
(nicht gezeigt), die einen Rührer
beinhaltet, ist unterhalb des Messbechers 2 angeordnet.
Ein Betrieb der Rühreinrichtung
erlaubt den zerkauten Gummigeleeteilen in dem destillierten Wasser in
dem Becher 2 gerührt
zu werden.
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Eine
Abdeckung 10 bedeckt den Messbecher 2, die Zulieferungsdüse für destilliertes
Wasser 31, den Überstandsflüssigkeitssammler 4 und
die Elektrode 51 des Glukosemessgeräts 5. Das kann eine
Kontamination zum Zeitpunkt der Messung der Kaueffizienz verhindern.
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Der
Messgerätesockel 1 beinhaltet
einen Waschbehälter 6 für die zerkauten
Gummigeleeteile. An dem Messgerätesockel 1 ist
eine Klappe 60 angebracht, die geöffnet und geschlossen wird,
wenn die zerkauten Gummigeleeteile in den Waschbehälter 6 eingebracht
werden. Eine Leitungswasserinjektionsdüse 61 ist über dem Waschbehälter 6 angeordnet.
Ein Leitungswasserzuführungsventil 62 ist
der Düse 61 vorgeschaltet.
Ein Öffnen
des Ventils 62 bewirkt, dass Leitungswasser von der Leitungswasserinjektionsdüse 61 dem
Waschbehälter 6 zugeführt wird
und die zerkauten Gummigeleeteile gewaschen werden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist eine Steuerungseinheit 8 mit
dem Leitungswasser-Zuführungsventil 62, dem
Destilliertes-Wasser-Zuführungsventil 32,
dem Heizer 33, der Rühreinheit 7 und
dem Glasstabbewegungsmotor 42 verbunden. Der Temperatursensor 34 ist
mit der Steuerungseinheit 8 verbunden, sodass der Betrieb
des Heizers 33 basierend auf dem Detektionsergebnis des
Temperatursensors 34 gesteuert wird. Ein Zeitmesser 9 ist
ebenfalls mit der Steuerungseinheit 8 verbunden. Öffnen und
Schließen
des Leitungswasser-Zuführungsventil 62 und
des Destilliertes-Wasser-Zuführungsventils 32 und
der Betrieb der Rühreinheit 7 werden
basierend auf den Zeitmessergebnissen des Zeitmessers 9 gesteuert.
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Das
Glukosemessgerät 5 ist
außerdem
mit der Steuerungseinheit 8 verbunden. Ein eingebauter
Speicher (nicht gezeigt) der Steuerungseinheit 8 speichert
die oben in Formel 1 gezeigte Regressionsgleichung. Das Oberflächeninkrement
des Gummigelees wird unter Verwendung der Regressionsgleichung aus
der vom Glukosemessgerät 5 gelieferten
Glukosekonzentration berechnet.
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In
Bezug auf 3 wird als nächstes ein Kaueffizienzmessverfahren
unter Verwendung der von oben beschriebenen Kaueffizienzmessvorrichtung
beschrieben. Im Verfahrensschritt P1 kaut ein Proband frei ein Gummigelee
mit dreißig
Kauhüben.
Dann werden alle zerkauten Teile des Gummigelees gesammelt. Im Verfahrensschritt
P2 werden die zerkauten und gesammelten Gummigeleeteile in den Waschbehälter 6 eingebracht.
Danach wird ein Waschstartvorgang ausgeführt, um das Leitungswasser-Zuführungsventil 62 zu öffnen und
den Zeitmesser 9 zum Starten eines Zeitmessvorganges zu
veranlassen. Nachdem dann 30 Sekunden verstrichen sind, wird das
Leitungswasser-Zuführungsventil 62 geschlossen.
Das Leitungswasser ist damit zum Waschen der zerkauten Gummigeleeteile
im Waschbehälter 6 für 30 Sekunden
durch die Leitungswasserinjektionsdüse 61 zugeführt. Als
nächstes
werden die zerkauten Gummigeleeteile aus dem Waschbehälter 6 entnommen
und in den Messbecher 2 eingebracht.
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Anschließend wird
im Verfahrensschritt P3 ein Messungsstartvorgang ausgeführt, um
das Destilliertes-Wasser-Zuführungsventil 32 zu öffnen und
den Zeitmesser 9 zum Starten eines Zeitmessvorganges zu veranlassen.
Wenn danach eine vorherbestimmte Zeit verstrichen ist, wird das
Destilliertes-Wasser-Zulieferungsventil 32 geschlossen.
Weiterhin startet die Rühreinheit 7 ihren
Rührvorgang
und der Zeitmeser 9 startet ebenso einen Zeitmessvorgang.
Wenn danach 20 Sekunden verstrichen sind, stoppt die Rühreinheit 7 ihren Rührvorgang.
Folglich fließen
15 ml destillierten Wassers aus dem Destilliertes-Wasser-Zuführungstank 3 in den
Messbecher 2, und die zerkauten Gummigeleeteile in dem
Becher 2 werden in dem destillierten Wasser für 20 Sekunden
gerührt.
Danach wird der Glasstabbewegungsmotor 42 des Überstandsflüssigkeitssammlers 4 betrieben.
Die Überstandsflüssigkeit
wird dabei aus dem Messbecher 2 gesammelt und tropft auf
die Elektrode 51 des Glukosemessgeräts 5.
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Als
nächstes
misst im Verfahrensschritt P4 das Glukosemessgerät 5 die Glukosekonzentration. Schließlich wird
im Verfahrensschritt P5 das Oberflächeninkrement des Gummigelees
unter Verwendung der oben in Formel 1 gezeigten Regressionsgleichung
aus der gemessenen Glukosekonzentration berechnet. Der Kaueffizienzbewertungswert
wird auf diese Weise geliefert.
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Die
erfindungsgemäße Kaueffizienzmessvorrichtung
stellt die Waschzeit für
zerkaute Gummigeleeteile auf 30 Sekunden ein, um damit den Speichel,
der während
des Zerkauens des Gummigelees an den zerkauten Teilen anhaftet,
vollständig
zu entfernen und damit im folgenden Konzentrationsmessungsverfahrensschritt
die Konzentration nur der Glukose, die von den zerkauten Gummigeleeteilen
in das destillierte Wasser eluiert wurde, genau messen zu können. Zusätzlich kann
die Temperatur des dem Messbecher 2 zugeführten destillierten
Wassers genau auf eine vorherbestimmte Temperatur eingestellt werden,
da die Steuerungseinheit 8 den Heizer 33 steuert.
Ebenfalls können
die Gummigeleeteile in dem destillierten Wasser genau für eine vorherbestimmte
Zeit gerührt
werden, da die Steuerungseinheit 8 die Rühreinheit 7 steuert.
Das führt
zu der Betätigung,
eine Messung hoher Genauigkeit zu liefern.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform
der Konstruktion beschränkt,
sondern kann innerhalb des durch die angehängten Ansprüche ausgestalteten technischen
Spielraums verschiedentlich modifiziert werden.
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Zum
Beispiel wird die Glukosekonzentration mit einem Glukosemessgerät 5 gemessen,
kann aber auch mit anderen bekannten Methoden gemessen werden.
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Auch
wenn destilliertes Wasser als Rührflüssigkeit
genutzt wird, kann nicht nur destilliertes Wasser, sondern auch
jede Flüssigkeit,
die die ausschließende
Konzentrationsmessung nicht beeinflusst, wie z. B. Reinwasser, benutzt
werden.
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Das
Oberflächeninkrement
des Gummigelees wird aus der Glukosekonzentration berechnet, aber kann
auch aus der Konzentration einer anderen Komponente des Gummigelees,
wie z. B. Gelatine, berechnet werden.
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Der
eingebaute Speicher der Steuerungseinheit 8 kann eine Vielzahl
von Regressionsgleichungen speichern, die Beziehungen zwischen der
Glukosekonzentration und dem Oberflächeninkrement des Gummigelees
repräsentieren,
sodass eine Regressionsgleichung aus der Vielzahl von Regressionsgleichungen
gemäß der vom
Temperatursensor 34 gemessenen aktuellen Temperatur des
destillieren Wassers und der durch den Zeitmesser 9 gemessenen
aktuellen Rührzeit
ausgewählt
werden, und das Oberflächeninkrement
des Gummigelees kann unter Verwendung der ausgewählten Regressionsgleichung
berechnet werden.
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Weiterhin
kann die Wascheinheit für
zerkaute Gummigeleeteile weggelassen werden.
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Des
Weiteren werden die Waschzeit für
die zerkauten Gummigeleeteile und die Temperatur und Rührzeit für das destillierte
Wasser abhängig
von der Komponente des Gummigelees und der in den Messbecher 2 zu
injizierenden Menge des destillierten Wassers bestimmt.
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Zusammenfassung:
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(in Verbindung mit 1)
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Eine
erfindungsgemäße Kaueffizienzmessungsvorrichtung
beinhaltet einen Tank (3), der eine dem Messbehälter (2)
zuzuführende
Rührflüssigkeit
beinhaltet, einen Heizer zum Heizen der Rührflüssigkeit in dem Tank (3),
eine Rühreinheit
zum Rühren
zerkauter Lebensmittelteile in der Rührflüssigkeit mit dem die zerkauten Lebensmittelteile
und die Rührflüssigkeit
beinhaltenden Messbehälter
(2), ein Konzentrationsmessgerät (5) zur Messung
der Konzentration einer von Oberflächen der zerkauten Lebensmittelteile
in die Rührflüssigkeit
eluierten Lebensmittelkomponente, und eine Steuerungseinheit. Die
Steuerungseinheit steuert den Betrieb des Heizers, der Rühreinheit
und des Konzentrationsmessgerätes
(5), und bestimmt den Kaueffizienzbewertungswert basierend
auf dem Messergebnis des Konzentrationsmessgerätes (5).
