DE3720388C2

DE3720388C2 -

Info

Publication number: DE3720388C2
Application number: DE19873720388
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 7520 Bruchsal De Rapp
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1989-08-24
Also published as: DE3720388A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ-Überwachung des Röstgrades von bewegten Kaffeebohnen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

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.

In der DE 35 40 751 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des durch Wärmebehandlung mittels Infrarotstrah lung hervorgerufenen Tönungsgrades von Nahrungsmitteln be schrieben. In rascher Abfolge werden beliebige, oberflächige Bereiche der Nahrungsmittelansammlung auf ihren Tönungsgrad hin erfaßt. Darauf wird ein statistischer Mittelwert gebildet, und so der durchschnittliche Aufbereitungszustand des wärmezu behandelnden Nahrungsmittels festgestellt.

Eine andere Art der statistischen Mittelwertbildung, eine so fortige, wird mit einem faseroptischen Bauelement, dem ungeordneten Faserbündel zur Lichtleitung, erreicht. Dies ist z. B. in dem Lehrbuch von G. Schröder, "Technische Optik", (Vogel-Verlag, Würzburg, 1974) Seiten 95 bis 99 beschrieben.

Ein älteres Verfahren zum Rösten von eßbaren Bohnen und Nüssen sowie eine Vorrichtung dazu, ist aus DE-T 1443 V82a, 30/51 v. 11. 06. 52 bekannt. Das von einer Infrarotquelle angestrahlte Röstgut reflektiert dieses Licht entsprechend dem Röstgrad. Die Intensität des reflektierten Lichts ist ein Maß für den Röstzustand. Der Röstvorgang wird dementsprechend aufrechter halten oder beendet.

Aus der DE 27 21 091 A1 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 Probenahme des auf seine Farbe zu prüfenden Produktes relativ viel Zeit benötigt wird. Außerdem liegt die mit dieser Vorrichtung gemessene Wellenlängenkombination außerhalb der von gerösteten Kaffeebohnen optimal reflektierten und brauch baren Wellenlängenkombinationen. Vor allem das sichtbare Licht wird relativ schlecht reflektiert und von der Umgebungshellig keit gestört und liefert insbesondere bei bewegtem Röstgut keine brauchbaren Werte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur in-situ-Überwachung des Röstgrades von bewegten Kaffeebohnen anzugeben, wobei der Röstgrad über eine ständige und unmittelbare Mittelwertbildung der Intensität der von den bewegten Kaffee bohnen reflektierten und beobachteten Strahlung ermittelt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels der im kennzeich nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrens schritte gelöst.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im nicht sicht baren, nahen Infrarot Wellenlängenbereiche sind, bei denen der Reflexionsgrad der Kaffeebohnenoberfläche ca. 5mal 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 Wasserabsorp tionsbanden 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.

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. Durch 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 örtlicher und zeitlicher Bildzerstörung mittelt das Meßverfahren über vorbeifliegende Bohnen, auftretende Lücken wirken sich nicht auf den Quotienten aus, da die beiden Farbsignale gleichzeitig auftreten und es während der Lücke dunkel ist. Während der Dunkelphase hält sich der vorhergehende Wert für kurze Zeit (einstellbare Zeitkonstante in der Elektronik).

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

Fig. 1 den spektralen Reflexionsgrad von geröstetem 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 Reflexionseigenschaften von geröstetem 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 größtmögli che Meßsignaländerung in bezug auf unterschiedliche Röstgrade ergeben. Die vorliegenden Messungen der spektralen Reflexions grade von geröstetem Kaffee, der mit herkömmlichen Meßmethoden bestimmten Röstgrade von 16 bis 1 (sehr stark bis schwach ge röstet), lassen die folgende Auswertung zu.

Zwischen zwei vom Röstzustand kaum beeinflußten Bereichen, kleiner 500 nm und um 1300 nm, läßt sich mit zunehmendem Röst fortschritt, eine Abnahme des Reflexionsgrades mit einem Maxi mum bei etwa 900 nm feststellen. Im Bereich über 1300 nm nimmt der spektrale Reflexionsgrad mit zunehmendem Röstfortschritt und steigenden Wellenlängen dagegen zu. Aus diesen Kenntnissen und der verfügbaren Meßtechnik folgt die Entscheidung für be stimmte Wellenlängenbereiche für die Farbvergleichsmessung 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 wird bereits eine örtliche Bildzerstörung möglich wenn bei dessen Herstellung die Fasern mehrmals so ge mischt werden, daß eine statistische Verteilung der einzelnen Bildpunkte in der Bildebene erreicht wird (Lichtleitung). Die Abweichung von dem eingeeichten Farbverhältnis ergibt über eine empirische Röstgradkurve den zu messenen Röstgrad.

Claims

1. Verfahren zur in-situ-Überwachung des Röstgrades von beweg ten Kaffeebohnen, wobei die bewegten Kaffeebohnen mit einer Strahlung im infraroten Bereich bestrahlt werden, das Re flexionsvermögen der bewegten Kaffeebohnen bei mindestens einer Wellenlänge gemessen und als Maß für den Röstgrad der Kaffeebohnen ermittelt wird, wobei die reflektierte Strah lung als Bild der bewegten Kaffeebohnen eingefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine örtliche Zerstörung des Bildes vorgenommen wird, indem die den einzelnen bewegten Kaffeebohnen entsprechenden Bildpunkte in der Bildebene statistisch verteilt werden, eine zeitliche Zerstörung des Bildes vorgenommen wird, indem das zum Reflexionsvermögen der bewegten Kaffeebohnen proportionale elektrische Signal zeitlich gemittelt wird, aus dem zerstörten Bild das Refle xionsvermögen bei einer weiteren Wellenlänge erfaßt und eine Quotientenbildung elektrisch vorgenommen wird, wobei eine der beiden Wellenlängen in einen Bereich gelegt wird, in dem der Reflexionsgrad der bewegten Kaffeebohnen mit zunehmendem Röstgrad abnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der beiden Wellenlängen in einen Bereich gelegt wird, in dem der Reflexionsgrad der bewegten Kaffeebohnen mit zunehmendem Röstgrad zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsvermögen jeweils bei den beiden Wellenlängen 885 nm und 1040 nm oder jeweils bei den beiden Wellenlängen 1040 nm und 1600 nm gemessen wird.