DE3721982A1

DE3721982A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des trocknungsverlaufs von nahrungsmitteln, insbesondere von rohwurst

Info

Publication number: DE3721982A1
Application number: DE19873721982
Authority: DE
Inventors: Peter Schuldt; Guenter Knauf
Original assignee: ALPAS PETER SCHULDT KG
Current assignee: ALPAS ANLAGENBAU GMBH, 2800 BREMEN, DE
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1987-07-03
Publication date: 1989-01-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Steuerung des Trocknungsverlaufs von Nahrungs mitteln, insbesondere von Schinken oder Rohwurst, bei welchem dem zu behandelnden Gut durch die Zufuhr von ge gebenenfalls konditionierter Luft Wasser entzogen wird, bis der gewünschte Reife- und Trocknungsrad erreicht ist.

Beim Reifen und Trocknen von Rohwurst, Schinken oder ähn lichen Gütern der fleischverarbeitenden Industrie verwen det man in zunehmendem Maße Anlagen, in denen die zum Trocknen umgewälzte Luft konditioniert wird. Diese Trock nungsluft wird also hinsichtlich ihrer relativen Feuchte und der Temperatur eingestellt und zwar derart, daß dem zu trocknenden bzw. zu reifenden Gut die Feuchtigkeit nur langsam entzogen wird. Da der Reifungsprozeß über Mikroorganismen abläuft, deren Stoffwechselbedingungen mit hoher Genauigkeit eingehalten werden müssen, wenn man ein optimales Ergebnis erzielen will, ist die Ver fahrensführung äußerst kritisch. Insbesondere dreht es sich dabei um das Entziehen von Wasser, das nicht zu schnell geschehen darf, damit das zu behandelnde Gut nicht nur in seinen Außenflächen austrocknet (und damit feuchtigkeitsundurchlässig wird), im Inneren aber noch ungetrocknet bleibt. Wenn man andererseits zum Beispiel durch relativ feuchte Trocknungsluft zu langsam trock net, so kann es zum Wachstum von unerwünschten Mikroorga nismen (zum Beispiel Schimmelbildung) kommen.

Im allgemeinen geht man bei frisch in Hüllen gefüllten Rohwürsten so vor, daß man diese zunächst in Klima kammern auf Temperaturen in der Größenordnung von 15 bis 25°C. erwärmt und dann die Temperatur unter Berück sichtigung eines vorgegebenen Zeitplanes absenkt. Während des ablaufenden, durch die Mikroorganismen her vorgerufenen Fermentationsprozesses ändert sich die Ei weiß-Wasser-Bindung im Behandlungsgut. Bei Erreichen der geringsten Eiweiß-Wasser-Bindung wird im allgemeinen der Behandlungsprozeß beendet.

Der Trocknungs- und Reifungsverlauf über die Zeit hängt nicht nur vom mikrobiellen Prozeß ab (der seinerseits von der Rohware usw. abhängt), sondern auch von rein "mechanischen" Größen, wie zum Beispiel vom Kaliber des Behandlungsgutes, der Art der verwendeten Hülle usw.

Um nun eine optimale Reifung und Trocknung des Guts zu erzielen wird in der DE-OS 34 41 683 ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Tempe raturdifferenz zwischen zugeführter und abgeführter Luft gemessen und der Luftdurchsatz durch den Behandlungsraum anhand dieses Meßwerts eingestellt wird. Es hat sich aber gezeigt, daß dieses Verfahren nur bedingt abwendbar ist und nicht immer zu optimalen Ergebnissen führt. Darüber hinaus hat diese Art einer Verfahrensführung einen relativ hohen Luftdurchsatz zur Folge, der wiederum hohe Energiekosten mit sich bringt. Weiterhin wird bei hohem Luftdurchsatz aufgrund der dabei entste henden Wärme das zur Reglung herangezogene Tempera tur-Differenzsignal beeinflußt, so daß der Regelkreis nicht rückwirkungsfrei ist.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren und Vorrich tung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil den, daß eine wirksamere und schonendere Behandlung des Gutes bei gleichzeitiger Senkung der Energiezufuhr er zielbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht verfahrensmäßig darin, daß während der Behandlung des Gutes das Gewicht mindestens stichprobenweise, zum Beispiel anhand einer "Pilotwurst", im wesentlichen kontinuierlich gemessen und aus den Meßwerten die Gewichtsabnahme pro Zeitein heit hergeleitet wird, und daß der Luftdurchsatz durch den Behandlungsraum in Abhängigkeit von der Gewichtsab nahme pro Zeiteinheit derart geregelt wird, daß bei ho her Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit ein höherer Luft durchsatz erfolgt als bei niedriger Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit. Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die zur Umwälzung der Luft notwendige Energie zu minimieren, daß heißt also nur so viel Luft umzuwäl zen, wie dies nötig ist. Weiterhin wird auch die zur Kon ditionierung der Luft notwendige Energie aufgrund des ge ringeren Luftbedarfs erniedrigt. Schließlich geschieht eine wesentlich schonendere Behandlung des Gutes, da genau an demjenigen Parameter der Luftdurchsatz bestimmt wird, der entscheidend ist, nämlich die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung wird die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit während der Behandlungsdauer mit einer experimentell vorbestimm ten Sollkurve verglichen und der Luftdurchsatz ent sprechend dem Vergleichsergebnis insbesondere im Sinne einer Minimierung der Differenz geregelt. Hierbei geht man davon aus, daß die Form der Kurve: "Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit über die Behandlungsdauer" von einigen Parametern (zum Beispiel Kaliber der Wurst) unabhängig ist, so daß man anhand einer solchen (normierten) Kurve, die einem Optimalergebnis entspricht, dem zu behandeln den Gut in optimaler Weise Wasser entziehen kann.

Wenn man die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit ständig beobachtet, so kann man die Behandlung dann abbrechen, wenn die auf das Anfangsgewicht normierte Gewichtsab nahme einen Maximalwert überschreitet. Auf diese Weise wird also weder zu früh noch zu spät abgebrochen, was eine optimale Behandlung einerseits und eine maximale Energieersparnis andererseits mit sich bringt.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung, bei der (wie an sich bekannt) die Temperatur der Luft geregelt wird, senkt man diese dann sprunghaft ab, wenn sich die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit von stei gender zu fallender Tendenz ändert (Wendepunkt der Kur ve). Auch durch diese Maßnahme wird eine weitere Energie ersparnis erzielt. Darüber hinaus ist diese Temperatur führung für den Reifungsprozeß von Vorteil.

Vorrichtungsmäßig wird die eingangs genannte Aufgabe da durch gelöst, daß im Behandlungsraum eine Meßanordnung zur Bestimmung des Gewichts des Behandlungsgutes vorge sehen ist, deren gewichtsproportionale Ausgangssignale einer Steuerungseinrichtung, die vorzugsweise einen Com puter umfaßt, zuführbar sind, daß die Steuerungseinrich tung einen Speicher aufweist und derart ausgebildet ist, daß in definierten Zeitabständen die Gewichtsabnahme des Gutes pro Zeiteinheit feststellbar ist und ein davon ab hängiges Regelsignal erzeugt wird, das einem Gebläse zur Einstellung der Luftzufuhrmenge zugeführt wird. Hierzu ist es von Vorteil, wenn dem Gebläsemotor ein Leistungs stellglied vorgeschaltet ist, über das die dem Gebläsemo tor zugeführte Leistung dem Regelsignal proportional ein gestellt wird. Besonders einfach ist die Anordnung dann, wenn man einen Drehstrommotor verwendet und die Fre quenz, mit der der Strom zugeführt wird, über das Re gelsignal einstellt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die an hand von Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Trocknungs anlage,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des erfin dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines typischen Trocknungsverlaufes.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht umfaßt die bevorzugte Aus führungsform der Erfindung einen Behandlungsraum 10, der über eine Wand 14 von der Umgebung abgeschlossen ist. In den Behandlungsraum 10 wird das Behandlungsgut 11 - im gezeigten Beispiel Würste - aufgehängt. Mindestens ein "Pilotstück" 12 des Behandlungsgutes wird an einem Ge wichtsmeßfühler 13 aufgehängt, so daß ein seinem Gewicht proportionales elektrisches Signal aus dem Behandlungs raum 10 herausführbar und einer Steuerungseinheit bzw. einem Rechner 15 (nach entsprechender Wandlung) zuführ bar ist. Bei einer anderen, hier nicht in der Abbildung gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nicht nur ein einzelnes Probeexemplar 12 ständig hin sichtlich seines Gewichtes überwacht, sondern eine Viel zahl, so daß dadurch eine Mittelwertsbildung stattfin det, die zu einem genaueren Meßergebnis führt. Insbeson dere ist es hier auch von Vorteil, wenn die Probeexempla re 12 an verschiedenen Orten im Behandlungsraum 10 aufge hängt sind, so daß das Meßergebnis den Mittelwert über den gesamten Behandlungsraum 10 darstellt.

Der Rechner 15 ist mit einem Speicher 16 ausgestattet und weist Ausgänge auf, die auf einen Bildschirm 17, vor zugsweise zusätzlich auf einen Schreiber 18 und auf eine Warnanlage 22 (akustisch und/oder optisch) führen. Eine weitere Ausgangsleitung des Rechners 15 führt auf den Steuereingang eines Frequenzumformers 19, der Drehstrom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz hinsichtlich seiner Frequenz umformt und einem Drehstrommotor 20 zuführt. Je nach eingestellter Frequenz ändert sich somit die Dreh zahl des Motors 20 und damit die Fördermenge eines Geblä ses 21, dessen Flügelrad vom Motor 20 in Drehung ver setzt wird.

Das Gebläse 21 zieht aus der Kammer 10 die Luft über eine Leitung 22 ab, in welcher eine Konditionierungsein heit 24 zum Entziehen der Luftfeuchte, zum Anwärmen bzw. Kühlen usw. angebracht ist. Die mit Druck aus dem Geblä se 21 geförderte Luft gelangt über einen Leitungsab schnitt 22′ wieder in den Behandlungsraum 10, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.

Die zur Verfahrensführung notwendige Temperaturüber wachung ist in Fig. 1 nicht gesondert gezeigt, findet aber selbstverständlich (zum Beispiel in der Konditionie rungseinheit 24 über geeignete Meßfühler) statt.

Im folgenden wird der Betrieb der Vorrichtung anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

Beim Start eines Behandlungszyklus, wenn also frische Ware in den Behandlungsraum 10 eingefüllt wurde, fragt zunächst der Rechner 15 das Gewicht der Pilotwurst 12 über den Meßfühler 13 ab und speichert diesen Wert im Speicher 6 als Startgewicht Gs. Daraufhin wird im Rech ner 15 nach diesem ersten Schritt S 1 ein Parameter G 0 auf den Wert Gs gebracht (Schritt S 2).

In einem nächsten Schritt S 3 wird wieder das Gewicht der Pilotwurst 12 abgefragt und als Momentangewicht Gt in den Rechner 15 eingelesen.

Im Schritt S 4 wird im Rechner 15 der Differenzbetrag zwischen G 0 und Gt gebildet und als Differenzwert Δ G ge speichert. Daraufhin wird im Schritt S 5 die Ventilator drehzahl diesem Differenzwert Δ G entsprechend einge stellt. Die Einstellung kann hierbei so erfolgen, daß der Differenzwert Δ G mit einem Faktor k multipliziert wird, welcher für die betriebene Anlage charakteristisch ist. Bei großen Anlagen, die viel Umluft erfordern, wird dann k größer sein als bei kleinen Anlagen. Darüber hinaus wird eine Konstante C addiert, damit in jedem Fall eine gewisse Belüftung stattfindet. Nach dem Ein stellen der Ventilatordrehzahl N entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Gleichung wird das im Schritt S 3 abge fragte Momentangewicht Gt als neuer Parameter G 0 gespei chert. Daraufhin wird in einem Schritt S 7 abgefragt, ob die Differenz zwischen dem Startgewicht Gs und dem Momen tangewicht Gt, normiert auf das Startgewicht Gs größer oder gleich einem voreingestellten Enddifferenzwert Δ E ist. Wenn dies der Fall ist, so wird der Ventilator 21 bzw. dessen Motor 20 angehalten und über die Warnanlage 22 ein Signal abgegeben, welches das Ende der Behandlung anzeigt (Schritt S 8).

Wenn dies nicht der Fall ist, so bedeutet dies, daß der Trocknungsvorgang noch nicht beendet ist, das Verfahren somit weiterlaufen muß. Darum wird im Schritt S 9 eine be stimmte Zeitdauer gewartet und dann wieder zum Schritt S 3 zurückgekehrt, bei welchem das Momentangewicht Gt ab gefragt wird. Von hier ab läuft das Verfahren wie oben beschrieben so oft durch die Schleife, bis die gewünsch te Gewichtsabnahme stattgefunden hat.

In Fig. 3 ist ein typischer Gewichtsabnahmeverlauf während der Trocknung/Reifung von Rohwurst aufgezeigt. Die durchgezogene Kurve zeigt hier die relative Gewichts abnahme pro Zeiteinheit, während die strichpunktierte Kurve die relative Gewichtsabnahme über die Gesamtbe handlungszeit, also das Produkt der durchgezogenen Kurve mit der Zeit darstellt. Aus dieser Abbildung geht her vor, daß etwa bis zum dritten Tag die Gewichtsabnahme (entsprechend der an sich bekannten Änderung des pH-Wer tes) zunächst ansteigt und dann am dritten Tag einen Wen depunkt überschreitet. Bei Erreichen dieses Wendepunktes wird die Temperatur der Trocknungsluft sprunghaft abge senkt - wie dies eingangs bereits beschrieben wurde - wo durch zum einen das Trocknungsergebnis optimiert, zum anderen der Energieverbrauch minimiert wird. Während die ses dritten Tages wird somit die höchste Umluftleistung benötigt.

Dann, wenn die relative Gewichtsabnahme des Behandlungs gutes einen Maximalwert überschreitet (Gewichtsabnahme ca. 10,8% vom Anfangstag) wird die Behandlung abge brochen.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung wird somit erreicht, daß bei geringer Wasserabgabe kein zu großer Luftstrom zugeführt wird, der zu Trockenfehlern führen würde. Wenn man andererseits bei einem großen Luftstrom (und geringer Wasserabgabe) die Feuchte des Luftstroms erhöht, so würde dies zu unerwünschtem und schädlichem Bakterienbewuchs auf der Hülle führen. Auch dies wird durch die erfindungsgemäße Verfahrenführung vermieden.

Die Temperatur- und Feuchteregelkreise (der im Block 24 vorhandenen Luftkonditionierungsanlage) werden nur so weit wie unbedingt nötig durch die Ventilationswärme ge stört.

Nach dem sich die Antriebsleistung eines Ventilators in einer Anlage proportional zur dritten Potenz der Förder menge ändert, wird durch die erfindungsgemäße Verfahrens führung eine wesentliche Energieeinsparung erzielt. Eine Reduzierung der Umluftmenge in der Anlage auf zum Bei spiel 50% führt nämlich zu einer Herabsetzung der An triebsleistung auf 12,5%.

Die Wägeeinrichtung kann aus Druckmeßdosen oder Geräten mit Dehnungsmeßstreifen bestehen, die zum Beispiel ein elektrisches Widerstandssignal liefern, das in Gleich spannungswerte (über einen entsprechenden Meßumformer) umgeformt und in Digitalwerte gewandelt wird.

Bei einer Eintrocknungsrate von größer 2,5% pro 24 Stun den wird zum Beispiel ein Ausgangssignal von 10 Volt Gleichstrom erzeugt. Bei einer Eintrocknungsrate von 1,5% und darunter wird ein Ausgangssignal von 4 Volt Gleichstrom erzeugt. Im Bereich zwischen 4 und 10 Volt ändert sich das Ausgangssignal proportional der Eintrock nungsrate zwischen den Werten 1,5% und 2,5%.

Das Regelsignal bewirkt bei einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung eine Wandlung der Frequenz zwischen 20 und 50 Hertz. Die Änderung dieser Frequenz führt zu einer Änderung der Motordrehzahl (und damit der Luftfördermenge) im Bereich zwischen 40 und 100%. Selbst verständlich kann das Verfahren auch mit einem 1-Pha sen-Motor durchgeführt werden.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Ver fahrens wird ein 2- oder 3-Stufen-Motor mit einem 2-Punkt-Regler geregelt.

Die Anzeige der erreichten Eintrocknung auf dem Bild schirm 17 sowie eine analoge Aufzeichnung auf dem Schrei ber 18 der Anlage bietet dem Betreiber einen Überblick über den Prozeßfortschritt, sowie die Möglichkeit, seine Verfahrensführung zu optimieren. Insbesondere ist es in diesem Fall von Vorteil, wenn die gemessenen Gewichtskur ven gespeichert werden (Massenspeicher), um dann als Führungskurven verwendet zu werden, anhand derer weitere Behandlungsvorgänge durchgeführt werden. Dies geschieht bei einer weiteren, hier nicht im einzelnen gezeigten be vorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Sollwertkurve (der Gewichtsabnahme) angenähert wird, wie dies eingangs beschrieben wurde.

Bezugszeichenliste: 10 Behandlungsraum
11 Behandlungsgut
12 Pilotwurst
13 Gewichts-Meßfühler
14 Wand
15 Rechner
16 Speicher
17 CRT
18 Schreiber
19 Frequenzumforner
20 Elektromotor
21 Gebläse
22, 22′ Umluftleitung
23 Warnlampe
24 Konditionierungseinheit

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Trocknungsverlaufs von Nahrungsmitteln, insbesondere von Rohwurst, bei welchem dem zu behandelnden Gut in einem Behandlungsraum durch die Zufuhr von gegebenenfalls konditionierter Luft über ein Gebläse Wasser entzogen wird, bis der gewünschte Rei fe- und Trocknungsgrad erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß während der Behandlung des Guts dessen Gewicht mindestens stichprobenweise im wesentlichen kontinuierlich gemessen und aus den Meßwer ten die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit hergeleitet wird, und daß der Luftdurchsatz durch den Behandlungs raum in Abhängigkeit von der Gewichtsabnahme pro Zeitein heit derart geregelt wird, daß bei hoher Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit ein höherer Luftdurchsatz erfolgt als bei niedriger Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchsatz über die Energiezufuhr zum Gebläse geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Gewichtsabnahme pro Zeit einheit während der Behandlungsdauer mit einer (experi mentell) vorbestimmten Sollkurve verglichen und der Luft durchsatz entsprechend dem Vergleichsergebnis insbeson dere im Sinne einer Minimierung der Differenz geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Behandlung dann abge brochen wird, wenn die relative Gewichtsabnahme einen vorangestellten Wert überschreitet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei die Temperatur der Luft geregelt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Temperatur der Luft dann sprung haft abgesenkt wird, wenn sich die Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit von steigender zu fallender Tendenz ändert.

6. Vorrichtung zur Steuerung des Trocknungsverlaufes von Nahrungsmitteln, insbesondere von Rohwurst, bei der dem zu behandelnden Gut in einem Behandlungsraum durch die Zufuhr von gegebenenfalls konditionierter Luft über ein Gebläse Wasser entzogen wird, bis der gewünschte Reife- und Trocknungsgrad erreicht ist, dadurch ge kennzeichnet, daß im Behandlungsraum (10) eine Meßanordnung (13) zur Bestimmung des Gewichts des Behandlungsguts (11, 12) vorgesehen ist, deren (gewichts proportionale) Ausgangssignale einer Steuerungseinrich tung (15) zuführbar sind, daß die Steuerungseinrichtung (15) einen Speicher (16) aufweist und derart ausgebildet ist, daß in definierten Zeitabständen die Gewichtsab nahme des Guts (11, 12) pro Zeiteinheit feststellbar ist und ein davon abhängiges Regelsignal erzeugt wird, das dem Gebläse (20, 21) zur Einstellung der Luftzufuhr zu führbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gebläse (20, 21) ein Leistungsstellglied (19) vorgeschaltet ist, das die dem Gebläsemotor (20) zuge führte Leistung entsprechend dem Regelsignal einstellt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, daß im Speicher (16) eine (experi mentell) vorbestimmte Sollkurve der Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit speicherbar und die Steuerungseinrichtung (15) derart ausgebildet ist, daß das Regelsignal in Ab hängigkeit von der Differenz zwischen Sollkurve und momentan gemessener Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit ge bildet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (16) der Steuerungsein richtung (15) ein Maximalwert (Δ E) speicherbar und kontinuierlich mit der festgestellten Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit vergleichbar ist, und daß die Steuerungs einrichtung (15) derart ausgebildet ist, daß bei Über schreiten (der relativen Gewichtsabnahme) des Maximalwer tes die Vorrichtung abgeschaltet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß das Leistungsstellglied (19) als Frequenzumrichter und der Gebläsemotor (20) als Dreh strommotor oder derartiger Elektromotor mit Speisefre quenzabhängiger Drehzahl ausgebildet ist.