DE19609116A1

DE19609116A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Garen von Nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE19609116A1
Application number: DE19609116A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Helm
Original assignee: Eloma GmbH
Current assignee: Eloma GmbH
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Garen von Nahrungs mitteln sowie eine entsprechende Vorrichtung.

Beim Garen von Nahrungsmitteln geht man in vielen Fällen von Erfahrungswerten aus, schätzt also ab wie lange ein zu garen des Fleischstück bei einer vorgegebenen, einen optimalen Gar ablauf sichernden Temperatur brauchen wird, bis es fertig ist. Fertig bedeutet in diesem Zusammenhang natürlich nicht, daß es irgendwie gegart ist, es bedeutet vielmehr, daß es eine opti male Beschaffenheit aufweist. Man denke nur an ein Roastbeef, das beim Kunden sowohl dann auf Ablehnung stößt, wenn es außen dunkel- und innen hellgrau und trocken ist, sondern auch dann, wenn es innen glitschig roh und außen trocken, rissig und ver brannt ist.

Bessere, insbesondere reproduzierbarere Kochergebnisse lassen sich mit einem Kerntemperaturfühler erzielen, der in das zu ga rende Fleischstück eingesteckt wird und den Garvorgang beendet (ein entsprechendes Signal abgibt), wenn die gewünschte Kern temperatur erreicht ist. Es handelt sich hier also um einen Vorgang, der im technischen Sinn als Regelvorgang bezeichnet werden kann, da ein Vergleich der Ist-Temperatur des Gargutes mit einer vorbestimmten Soll-Temperatur stattfindet und abhän gig von diesem Vergleich ein Regelwert in Form eines Endab schaltungssignals gegeben wird.

Nachteilig an dem bekannten Garverfahren unter Zuhilfenahme ei ner Kerntemperaturmessung ist die Tatsache, daß der Koch immer noch auf seine Erfahrung angewiesen ist, wenn es darum geht, zu bestimmen, wann das Gargut fertig ist. Im privaten Bereich mö gen Irrtümer noch hinnehmbar sein, im professionellen Bereich können Irrtümer katastrophale Auswirkungen haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Garen von Nahrungsmitteln, insbesondere von größeren Fleischstücken und dergleichen Gargut aufzuzeigen, das zu vorherbestimmbaren und reproduzierbar guten Garergeb nissen führt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine entsprechende Vorrichtung ist im Anspruch 7 be schrieben.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die Er fahrung des Koches eine untergeordnete Rolle spielt und insbe sondere auch solche Parameter wie Alter, Feuchte, Fettgehalt usw. erfaßt werden, die der Koch dem zu garenden Fleischstück gar nicht ansehen kann und damit in seine Abschätzung der ein zustellenden Garparameter nicht einfließen lassen kann. Mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren können die un vermeidlichen Schätzfehler von der Steuerung des Kochgeräts korrigiert werden. Insbesondere können also die meist im Lang zeitverfahren bei niedriger Temperatur zu garenden großen Fleischstücke zum exakten Zeitpunkt fertiggestellt werden, wo bei gleichzeitig durch die Kerntemperaturmessung ein Übergaren und ein damit einhergehender Gewichts- und Qualitätsverlust vermieden werden.

Es wird also beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Garen von insbesondere größeren Fleischstücken oder dergleichen Gargut die Kerntemperatur des Gargutes gemessen und der Garvorgang im wesentlichen dann beendet, wenn die Kerntemperatur einen vorbe stimmten Wert erreicht hat. Hierbei werden in einem Testschritt die Kerntemperatur mehrmals nacheinander zu definierten Zeit punkten abgetastet und unter gleichzeitiger Berücksichtigung der zu der abgetasteten Temperaturänderung gehörigen Gartempe ratur auf den Abtastwerten der Endzeitpunkt ermittelt, zu wel chem die Soll-Kerntemperatur erreicht sein wird. Diese Ermitt lung geschieht in an sich bekannter Weise anhand der Lösung ei ner Differentialgleichung, die den Garvorgang aus einer Ener giebilanz für den Körper an einem differentiellen Element be schreibt. Eine solche Differentialgleichung kann lauten:

Für die Lösung der Differentialgleichung gibt es je nach Rand bedingung und Geometrie, also Form des Gargutes verschiedene Lösungsmethoden.

Damit diese Differentialgleichung im erfindungsgemäßen Verfah ren bzw. in der dazugehörigen erfindungsgemäßen Steuerungsein richtung für einen Herd umgesetzt werden kann, wird ein numeri sches Lösungsverfahren angewendet, wie z. B. das Crank-Nicol son- oder das ADI-Verfahren. Diese Verfahren sind an sich be kannt.

Das Prinzip bei der Lösung besteht darin, daß eine ausreichende Anzahl von unabhängigen Messungen die fehlenden Parameter in der obigen Gleichung berechenbar macht. Man benötigt so viele Messungen wie Unbekannte in der Gleichung sind.

Eine Lösung der oben genannten Gleichung ist die folgende e-Funktion, welche die Erwärmung des Kerns beschreibt. Diese Gleichung ist eine Näherungslösung für zylindrisch geformte Gargüter.

T(t) = A _* exp(-B _* Fo) (2)

mit A, Fo nd B = F(α, λ, ρ, c, r, t)
α = Wärmeübergangskoeffizient
λ = Wärmeleitfähigkeitskoeffizient
ρ = Dichte
c = spezifische Wärmekapazität
r = mittlerer Radius des Gargutes
t = Zeit.

Bei diesem Typ der e-Funktion beschreibt ein Stück der Funktion eindeutig die gesamte Funktion. Dies ist eine Voraussetzung für die Lösung des Problems.

Mit Hilfe von 5 verschiedenen Temperaturwerten des Kerntempera turfühlers werden zu Beginn des Garvorgangs die 5 Variablen der Funktion bestimmt. Diese Meßwerte stehen zur Verfügung, wenn im Kerl eine Temperaturerhöhung eintritt, was in relativ kurzer Zeit geschieht.

Durch erneutes Messen in zeitdiskreten Abständen werden dann wieder die 4 Parameter bestimmt. Durch diese Wiederholung des Testschritts mehrmals während des Garvorgangs wird dem Problem begegnet, daß die vorgenannten 4 Parameter über die Gesaintdauer des Garvorgangs hinweg nicht konstant sondern z. B. tempe raturabhängig sind. Auch die Gesamtfeuchte des Garguts, seine Verdunstungseigenschaften usw. ändern sich über den Garvorgang.

Die oben erwähnte Gleichung (2) beschreibt die Temperaturkurve im Kern des Garguts. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung nach der Berechnung der Parameter in der Lage ist, die Zeit zu berechnen, wann die Kerntemperatur eine bestimmte Soll-Kerntemperatur erreicht hat. Stimmt nun diese vorausbestimmte Fertigzeit nicht mit dem Wunschtermin überein, so kann durch eine geeignete Einstellung bzw. Veränderung der Garparameter im Ofen, insbesondere durch Einstellung der Gar temperatur, der Umluftströmungsgeschwindigkeit und der Umluft feuchte, die Fertigzeit in gewissen Grenzen so verändert wer den, daß sie mit dem Soll-Zeitpunkt übereinstimmt. Hierbei wer den Grenzwerte für die Garparameter vorgegeben, die wiederum vom Gargut abhängig sind. Ein solcher Grenzwert wäre beispiels weise eine Maximal-Gartemperatur, um sicherzustellen, daß das Gargut nicht zu braun wird oder gar verbrennt.

Wenn die erfindungsgemäße Steuerung erkennt, bzw. wenn mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt wird, daß eine solche Parameter-Überschreitung dann eintreten wird, wenn der Garvorgang auf ein Erreichen des Soll-Zeitpunktes "hingetrimmt" wird, so muß der Koch einschreiten und die auch sonst in seiner Praxis üblichen Maßnahmen treffen.

Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der hier interessieren den Werte und Parameter liegt darin, eine Vielzahl von Kurven bzw. Kurvenscharen abzuspeichern und diejenige Kurve als für das Gargut und den momentanen Garprozeß als kennzeichnende Si mulationskurve herauszusuchen, welche aufgrund der abgetasteten Parameter (Kerntemperaturänderung bei bestimmter Gartemperatur) und eventuell gleichzeitig eingegebenen weiteren, das Gargut bestimmenden Parametern (kugelige Form, zylindrische Form usw.) optimal angepaßt ist. Man kann also sowohl anhand der eingangs genannten Gleichungslösung als auch anhand der soeben beschrie benen gespeicherten Kurvenscharen oder durch eine Kombination der Verfahren gewissermaßen in die Zukunft sehen, so daß man eine bisher nicht mögliche zeitgesteuerte Kerntemperaturrege lung durchführen kann. Der Koch gibt also zusätzlich zur ge wünschten Kerntemperatur noch den Soll-Zeitpunkt ein, zu wel chem das Gargut fertig sein soll. Natürlich muß dieser Zeit punkt im Bereich des Möglichen liegen, da die Garraum temperaturen und andere Garparameter nur innerhalb bestimmter Grenzen variierbar sind. Die Zeitschätzung des Kochs ist also nicht vollständig eliminierbar, sie soll mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren lediglich korrigiert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gargeräts anhand der bei liegenden Abbildung be schrieben.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Gargerät umfaßt einen im we sentlichen konventionell ausgebildeten Garofen 10, in dessen von einer Tür 12 verschlossenem Garraum 11 eine Umlufterzeu gungseinrichtung 13 vorgesehen ist. Die Umlufterzeugungsein richtung 13 umfaßt ein Lüfterrad 14, das über einen außen lie genden Motor 15 gesteuert gedreht wird. Im Bereich des vom Lüf terrad 14 erzeugten Luftstroms liegt eine Heizung 16, für wel che die Energiezufuhr (elektrischer Strom oder Gas usw.) von einer Steuerungseinrichtung 17 einstellbar gesteuert wird. Im Bereich des Lüfterrads 14 ist weiterhin eine Wasserzufuhrein richtung mit einem Ventil 18 vorgesehen, das ebenfalls durch elektrische Signale steuerbar ist.

Die Temperatur im Garraum 11 wird mittels eines Temperaturfüh lers 19 abgetastet. Um im Gargut, z. B. einem Fleischstück 20, die Kerntemperatur zu messen, ist ein Kerntemperaturfühler 21 vorgesehen, der in das Fleischstück 20 hineingesteckt werden kann.

Die temperaturproportionalen Ausgangssignale des Temperaturfüh lers 19 sowie des Kerntemperaturfühlers 21 werden über eine I/O Einheit 22 digitalisiert und stehen so einer Rechnereinrichtung 23 zur Verfügung. Die Rechnereinrichtung 23 steht mit einer (gegebenenfalls austauschbaren) Speichereinrichtung 24, mit ei ner Anzeige- und/oder Signalvorrichtung 26 sowie mit einer Ein gabeeinheit 25 in Verbindung, über welche Werte, z. B. Soll-Temperatur, gewünschter Endzeitpunkt usw. manuell eingebbar sind. Weiterhin steht die Rechnereinrichtung 23 über die I/O Einheit 22 mit der Leistungssteuerung 17 für die Heizung 16, dem Elektromotor 15 sowie dem Wasserventil 18 in steuernder Verbindung.

Zu Beginn des Garvorgangs werden vom Koch über die Eingabeein heit 25 die interessierenden Parameter eingegeben. Dies sind insbesondere die Grenzwerte der Garparameter (maximale Tempera tur, Feuchte usw.), einige Daten über das Gargut (z. B. Formpa rameter) sowie ein Soll-Zeitpunkt, zu welchem das Gargut fertig sein soll, also die Kerntemperatur eine Soll-Kerntemperatur er reicht haben soll. Der Garvorgang wird dann vom Koch gestartet, wenn seiner Schätzung nach das Gargut hinreichend Zeit hat, um bis zum vorgegebenen Soll-Zeitpunkt fertig zu sein. Während des Aufheizens des Garguts wird in regelmäßigen Abständen die Kern temperatur über den Temperaturfühler 21 gemessen. Gleichzeitig wird die (mit einem Anfangswert manuell vorgegebene) Garraum temperatur vom Fühler 19 abgetastet. Die Werte werden über die I/O Einrichtung 22 in die Rechnereinrichtung 23 eingegeben und dort in der oben angegebenen Weise verarbeitet. Alternativ ist es möglich, in dem Speicher 24 gespeicherte Kurvenscharen mit den gemessenen Punkten zu vergleichen und diejenige herauszusu chen, welche für den momentan ablaufenden Garvorgang optimal angepaßt ist. Entsprechend den errechneten Werten werden dann die Temperatur im Garraum 11 über die Heizung 13, der Umluft strom über den Motor und die Feuchte über das Ventil 18 so ein gestellt, daß die vom Kerntemperaturfühler 21 gemessene Kern temperatur voraussichtlich zu dem Zeitpunkt ihren voreinge stellten Sollwert erreicht, den der Koch als Soll-Zeitpunkt voreingestellt hat.

Claims

1. Verfahren zum Garen von Nahrungsmitteln, insbesondere von größeren Fleischstücken und dergleichen Gargut, dessen Kerntemperatur gemessen wird, wobei der Garvorgang im we sentlichen dann beendet wird, wenn die Temperatur eine Soll-Kerntemperatur erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Test-Schritt die Kerntemperatur mehrmals zu defi nierten Zeitpunkten nacheinander abgetastet und aus den Abtastwerten ein Endzeitpunkt ermittelt wird, zu welchem die Soll-Kerntemperatur erreicht sein wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Garparameter, insbesondere die Garraumtemperatur, Um laufströmungsgeschwindigkeit und -feuchte derart einge stellt und/oder verändert werden, daß der ermittelte End zeitpunkt mit einem vorgegebenen Soll-Zeitpunkt überein stimmt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Test schritt mehrmals während des Garvorgangs durchge führt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Überprüfungsschritt festgestellt wird, ob der Endzeitpunkt den Soll-Zeitpunkt erreichen kann, ohne daß dabei die Garparameter vorgegebene Grenzwerte überschrei ten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei festgestellten Überschreitungen ein Alarmsignal abge geben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Form des Gargutes eine vorbestimmte und/oder we nigstens abschnittsweise definierte Funktion oder Kurven schar zur Ermittlung des Endzeitpunktes gespeichert und wieder abgerufen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend
einen Garofen (10), in dessen Garraum (11) Gargut (20) einführbar ist;
eine Heizeinrichtung (13-18) zur Erzeugung eines vorbe stimmten Garklimas im Innenraum (11) des Garofens (10);
Rechen- und Speichereinrichtungen (23, 24) sowie mit die sen verbundene Eingabeeinrichtungen (25) und/oder Anzeige einrichtungen (26) und
mindestens ein Kerntemperaturfühler (21), um die Kerntemperatur im Gargut (20) zu messen, wobei die Recheneinrichtung (23) derart ausgebildet ist, daß sie den Garvorgang dann beendet, wenn die Kerntemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht hat und in einem Testschritt die Kerntemperatur mehrmals zu definierten Zeitpunkten nacheinander abgetastet und aus den Abtastwerten der Endzeitpunkt ermittelt wird, zu welchem die Soll-Kern temperatur erreicht sein wird.