DE3720388A1

DE3720388A1 - Verfahren zur in situ-ueberwachung der farbe von bewegtem roestgut und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3720388A1
Application number: DE19873720388
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Rapp
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-12-29
Also published as: DE3720388C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einer Anordnung zur Durchführung des Ver fahrens.

Der Röstzustand von Kaffee wird im Röstprozeß durch die Röst zeit und Temperatur und durch Analyse der Abluft eingestellt, weshalb diese Prozeßgrößen überwacht werden. Die Einstellwerte sind Erfahrungswerte welche durch anschließendes Messen des Röstgutes von Kaffeesorte zu Kaffeesorte korrigiert werden müssen. Die Messung erfolgt bekanntermaßen über die Messung der Bräunung des Kaffees. Damit wird aber nicht schnell genug die Bestimmung des Röstgrades erreicht, die notwendig wäre, um eine gleichbleibende Qualität des Röstgutes zu gewährleisten (sondern erst nach einigen Chargen). Es fehlen objektive Maß stäbe für die Beurteilung des Zustandes des Ausgangsprodukts, der Rohbohne ebenso, wie praktikable Verfahren, die es ermög lichen würden, den Röstzustand der Kaffeebohnen während des Röstens meßtechnisch zu erfassen.

Aus der DE-PS 27 21 091 ist eine Vorrichtung zum Überwachen der Farbe eines Produktes bekannt, die Lichtquellen zum Be strahlen des Produktes mit infrarotem und sichtbarem Licht und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Verhältnissignals aus den Intensitäten der von dem Produkt reflektierten, empfangenen infraroten und sichtbaren Strahlung aufweist. Diese Vorrich tung ist für eine in situ-Überwachung nicht geeignet, weil durch Probennahme des auf seine Farbe zu prüfenden Produktes relativ viel Zeit benötigt wird. Außderdem liegt die mit die ser Vorrichtung gemessene Wellenlängenkombination außerhalb der von gerösteten Kaffeebohnen optimal reflektierten und brauchbaren Wellenlängenkombinationen. Vor allem das sichtbare Licht wird relativ schlecht reflektiert und von der Umgebungs helligkeit gestört und liefert insbesondere bei bewegtem Röst gut keine brauchbaren Werte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Röstzustandes von Kaffeebohnen anzugeben, das im Röstprozeß bei bewegten Kaffeebohnen in situ einsetzbar ist und eine gleichbleibende Qualität des Röstgutes gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der im kennzeich nenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung desselben an.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im nicht sicht baren, nahen Infrarot Wellenlängenbereiche sind, bei denen der Reflektionsgrad der Kaffeeoberfläche ca. 5 mal höher ist als bei 500 nm und der störende Einfluß des Tageslichtes auf die Messung entfällt. Aus diesen Wellenlängenbereichen, welche sich für die Überwachung des Röstgrades von Kaffee besonders gut eignen, wurde unter Berücksichtigung der verfügbaren Farb teiler und Detektoren und mit Rücksicht auf die Wasserabsorptionsbanden die Paarungen 1600 nm/1040 nm und 1040 nm/885 nm ausgewählt. Eine besonders brauchbare Auflösung in Bezug auf den Röstgrad hat die Kombination 1600 nm/1040 nm.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine Probennahme erforderlich ist. Das Meßverfahren ist unab hängig von der Bohnengröße und deren Bewegung während der Mes sung, Tageslicht-unempfindlich, genauer und schneller als die bisherige Messung der Bräunung der Kaffeebohnen. Duch eine Öffnung an der Rösteinrichtung werden die vorbeiströmenden Kaffeebohnen während des Röstens mit einer Lampe angestrahlt.

Das reflektierte Licht wird mit einem Farbpyrometer im Bereich der Wellenlängen 1040 nm/885 nm oder 1600 nm/1040 nm gemessen. Der Quotient aus den Strahlungsintensitäten der reflektierten Signale ist ein gutes Maß für den Röstgrad. Mittels Bildzer störung mittelt das Meßverfahren über vorbeifliegende Bohnen, auftretende Lücken wirken sich nicht auf den Quotienten aus, da die beiden Farbsignale gleichzeitig auftreten und daß wäh rend der Lücke dunkel ist. Während der Dunkelphasen hält sich der vorhergehende Wert für kurze Zeit.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbei spieles mittels der Fig. 1 bis 3 beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 den spektralen Reflektionsgrad von gemahlenem Kaffee verschiedener Röstgrade,

Fig. 2 den qualitativen Verlauf des Quotienten zweier ge eigneter Wellenlängen in Abhängigkeit vom Röstgrad und

Fig. 3 eine Anordnung der Meßvorrichtung vor der Öffnung der Rösteinrichtung.

Zur Fig. 1
Die spektralen Reflektionseigenschaften von gemahlenem Kaffee enthalten in verschiedenen Wellenlängenbereichen die Informa tion über den erzielten Röstzustand. Für eine technische Lö sung dieses Meßproblemes müssen durch Analyse des Kurvenver laufs die Bereiche herangezogen werden, welche die größt mögliche Meßsignaländerung in Bezug auf unterschiedliche Röst grade ergeben. Die vorliegenden Messungen der spektralen Reflektionsgrade von geröstetem Kaffee, der mit herkömmlichen Meßmethoden bestimmten Röstgraden von 16 bis 1 (sehr stark bis schwach geröstet), lassen die folgende Auswertung zu.

Zwischen zwei vom Röstzustand kaum beeinflußten Bereichen, kleiner 500 nm und um 1300 nm, läßt sich mit zunehmendem Röstfortschritt, eine Abnahme des Reflektionsgrades mit einem Maximum bei etwa 900 nm feststellen. Im Bereich über 1300 nm nimmt der spektrale Reflektionsgrad mit zunehmendem Röstfort schritt und steigenden Wellenlängen dagegen zu. Aus diesen Kenntnissen und der verfügbaren Meßtechnik folgt die Entschei dung für bestimmte Wellenlängenbereiche für die Farbver gleichsmessung zur Röstzustandsbestimmung.

Zur Fig. 2
Die gewählten Wellenlängenbereiche ergaben mit der Quotienten meßtechnik den dargestellten Zusammenhang. Dabei wurde an be wegten Kaffeebohnen gemessen. Die "Bohnenfrequenz" hatte dabei in weiten Grenzen keinen Einfluß auf den Meßwert. Die Bräunung begann beim Röstgrad 7.

Zur Fig. 3
Während des Röstens sind die Kaffeebohnen 1 in einer schnellen Umlaufbewegung. An einem Umlenkpunkt befindet sich an der Ge häusewand 2 des Röstofens eine Öffnung 3 durch welche man die vorbeiströmenden Kaffeebohnen 1 beobachten kann. Mit einer Lichtquelle 4 wird nun durch diese Öffnung 3 Licht einge strahlt. Der auf der Bohnenoberfläche entstehende Lichtfleck wird mit einer Sammellinse 5 auf die Stirnfläche eines Licht leiters 6 abgebildet und dem Quotientenmodul 7 zugeführt. Mit dem Lichtleiter 6 ist bereits eine Bildzerstörung möglich, wenn bei dessen Herstellung die Fasern mehrmals so gemischt werden, daß eine statistische Verteilung der einzelnen Bild punkte in der Bildebene erreicht wird. Die Abweichung von dem eingeeichten Farbverhältnis ergibt über eine empirische Röst gradkurve den zu messenden Röstgrad.

Claims

1. Verfahren zur in situ Überwachung der Farbe von bewegtem Röstgut, wobei das Röstgut mit einer Strahlung im infra roten Bereich bestrahlt, zwei sich in der Farbtemperatur voneinander unterscheidende Wellenbereiche der vom Röstgut reflektierten Strahlung gemessen und durch Quotientenbil dung dieser beiden reflektierten Strahlungen der Röstgrad ermittelt wird, dadruch gekennzeichnet, daß

a) die reflektierte Strahlung als Strahlungsbild des beweg ten Röstgutes eingefangen wird,
b) eine optische Bildzerstörung vorgenommen wird, indem die von den einzelnen Objekten des Röstgutes ausgehenden Bildpunkte in der Bildebene statistisch verteilt werden,
c) aus dem zerstörten Bild die zwei Wellenlängenbereiche herausselektiert und detektiert werden und
d) die Quotientenbildung elektronisch vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensitäten der refelktierten Strahlung der Wellenlängen λ ₁ = 885 nm und 1040 nm oder λ ₂ = 1040 nm und 1600 nm gemessen werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Lichtquelle zur Bestrahlung der bewegten Objekte und einer Meßeinrichtung für die reflektierte Strahlung, gekennzeichnet durch einen optoelektronischen Meßkopf, eine Bildzerstörungseinheit und eine optoelektronische Sig nalverarbeitung zur Quotientenbildung aus den Intensitäten von zwei Wellenbereichen, sowie eine Glühbirne als Licht quelle.

4. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 3 zur Messung des Röstgrades von Kaffeebohnen.