DE3836148A1 - Elektrische schaltung zur steuerung von strukturbildungsprozessen in lebensmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Steuerung von Strukturbildungsprozessen in verschiedenartigen Lebensmit­ teln bzw. Zwischenprodukten, die mit der zeitlichen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit korrelieren.

Als Lebensmittel bzw. Zwischenprodukte im Sinne dieser Erfin­ dung gelten:

• - Garfleisch- oder -fischerzeugnisse aus zerkleinerten und un­ zerkleinerten Rohstoffen während einer beliebigen Wärmebe­ handlung,
• - Fleischbrät oder Firschfarsch mit und ohne Fremdwasserzusatz während eines Schneid-Misch- bzw. Kutterprozesses,
• - Fleisch- und Fischmassen aus zerkleinerten Rohstoffen und praxisüblichen Zusatzstoffen während eines Mischprozesses,
• - Hefeteige während der Gärphase,
• - Hefeteige während des Backprozesses,
• - Backwaren während des Backprozesses aus Sandmassen, Biskuit­ massen und Mürbeteig während des Backprozesses.

Die für die Entstehung der sensorischen Merkmale Textur bzw. Krume und/oder Saftigkeit von Lebensmitteln bestimmenden Struk­ turbildungsprozesse lassen sich bisher während ihres Verlaufes nur unvollkommen verfolgen. Bei der Herausbildung der Produkt- bzw. Zwischenproduktstruktur ist die elektrische Leitfähigkeit eine korrelierende Meßgröße. Mit elektrischen Leitfähigkeits­ meßverfahren lassen sich Strukturbildungsprozesse in Lebens­ mitteln bzw. Zwischenprodukten durch verschiedene Schaltungs­ anordnungen erfassen.

Bekannt ist nach DD-WP 2 38 721 Leitfähigkeitsmessungen beim Garen von Fleischspeisen zu bestimmen. Dabei wird unterAnwen­ dung des Konstantstromverfahrens ein konstanter Wechselstrom mit einer bestimmten Stromstärke in ein Fleischstück einge­ speist und eine von der sich beim Garen ändernden Gargutimpe­ danz abhängigen Meßspannung abgegriffen, verstärkt und einer Informationsverarbeitungseinheit zugeführt.

Ein anderes bekanntes Verfahren nach DD-WP 2 38 719 zur Bestim­ mung des Auskutterungsgrades von Fleischmassen bestimmt die Leitfähigkeitsänderung durch Einspeisung eines konstanten Wechselstromes in die Fleischmasse, wobei dann eine von der sich beim Kuttern ändernden Masseimpedanz abhängige Meßspan­ nung abgegriffen wird.

Aus der Monografie "Fleischgewinnung und -verarbeitung (tech­ nologische Grundlagen)" von einem Autorenkollektiv, VEB Fach­ buchverlag, Leipzig 1980, geht hervor, daß Leitfähigkeitsän­ derungen in Brühwurstbräten auch mit Whaetstonschen Brücken­ schaltungen diskontinuierlich erfaßbar sind.

Die bisherige elektrische Leitfähigkeitsmessung geht über die Messung und Registrierung der Leitfähigkeitsänderungen nicht hinaus. Folglich ist eine Steuerung der Strukturbildungspro­ zesse mit Hilfe dieser Leitfähigkeitsmessung nur per Hand mög­ lich. Die DD-WP 2 38 721 und 2 38 719 umfassen zwar ein Steuer­ verfahren der optimalen Gare von Fleischspeisen und des opti­ malen Auskutterungsgrades von Fleischmassen, berücksichtigen aber die elektrische Schaltung zur Realisierung dieser Verfah­ ren nicht.

Aus der DE-PS 31 04 926 sind Schaltungen zur Auswertung der von einem Leitwertfühler (Indikationseinrichtung) gelieferten Meßwerte bekannt geworden. So wird in einem Fall eine Indika­ tionseinrichtung durch eine Widerstands-Frequenz-Umsetzung nach der Ladungsbilanzmethode ausgewertet, indem ein Konden­ sator zunächst auf die Versorgungsspannung aufgeladen wird. In der Durchsteuerphase wird der Kondensator über die einge­ henden Widerstandswerte des Gargutes entladen. Als Steuerungs­ größe ergibt sich daraus eine Kondensatorentladungsgeschwin­ digkeit, die je nach dem ob ein hoch- oder niederohmiger Wi­ derstand erfaßt wird, mal lang und mal kurz ist.

Eine andere Schaltung bestimmt den Widerstand im Gargut mit­ tels Widerstandstoleranzmessung unter Einschaltung eines Fen­ sterdiskriminators. Ergibt die Widerstandstoleranzmessung für den Gargutwiderstand einen unzulässig hohen Wert, so wird über den Ausgang des Fensterdiskriminators ein den Garungsprozeß unterbrechendes Steuerkriterium ausgegeben. In einer weiteren Ausführungsform wird eine Wheatstonesche-Brückenschaltung vor­ geschlagen. Bei Eingang eines Widerstandswertes über ein Megohm fährt die Brückenschaltung aus der Abgleichung und lie­ fert hierdurch eine Fehleranzeige für den Bediener.

Alle Schaltungen dienen dazu, einen Leit- oder Widerstandswert zu ermitteln, der eine fehlerhafte Kontaktierung des Tempera­ turfühlers oder des Schinkenstechers erkennen läßt.

Wie der Garezustand der zu erhitzenden Speise mit Hilfe der Indikationseinrichtung und den Auswerteschaltungen bestimmbar ist, geht aus der gesamten DE-PS 31 04 926 nicht hervor.

Bekannt geworden ist auch eine Schaltung zur Feststellung des Backzustandes von Backgut mit einem herkömmlichen Ohmmeter, wobei der elektrische Widerstand gemessen oder die sich ändern­ de Kapazität während des Backens mit einer Meßbrückenschaltung bestimmt wird (DE-OS 28 31 366).

Aus beiden Schaltungsbeispielen ist nicht erkennbar, bei wel­ chem Widerstands- oder Kapazitätswert der gewünschte Backzu­ stand des Backgutes erreicht worden ist.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Strukturbildungs­ prozeß bei Lebensmitteln am erzeugnisspezifischen Optimalpunkt zu beenden, um dem Verbraucher bei optimalem Material- und/ oder Energieeinsatz für den Verzehr Lebensmittel mit gleich­ bleibend guten Eigenschaften anbieten zu können.

Aufgabe der Erfindung ist eine elektrische Schaltung zur Steue­ rung von Strukturbildungsprozessen in Lebensmitteln, die bei Erreichen eines vorgegebenen je nach Art der Lebensmittel ver­ änderbaren Leitfähigkeitswertes den Strukturbildungsprozeß be­ endet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Untersuchungsgut angeordnete Meßelektroden einerseits mit ei­ nem Konstantstromgenerator und andererseits mit einem Meßver­ stärker/Gleichrichter verbunden sind, daß der Meßverstärker/ Gleichrichter über einen Filterverstärker sowohl über eine elektrische Schaltung als auch direkt mit einem Differenzver­ stärker verbunden ist, der weiterhin über einen Komparator mit einem Eingang der Torschaltung und danach mit einem Leistungs­ schalter verbunden ist und daß ein Zeitgeber mit dem zweiten Eingang der Torschaltung verbunden ist.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung ein Extremwert­ speicher ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Schaltung eine Sample and Hold Schaltung mit Steuerung durch einen Taktgenerator ist.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist es möglich, Struktur­ bildungsprozesse in Lebensmitteln zu steuern, deren Gesamt­ dauer wenige Minuten bis mehrere Stunden umfaßt. Die erzeug­ nisspezifischen komplexen Widerstandsänderungen während der Prozeßdauer können ab etwa 3% vom Ausgangswert erfaßt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung.

Beispiel 1

Die Meßelektroden 1 werden in geeigneter Weise mit dem Meßgut in elektrischen Kontakt gebracht. Der Konstantstromgenerator 2 und charakteristische Stoffwandlungsvorgänge erzeugen im Meß­ gut eine Spannungsveränderung gemäß der Funktion U _x = f(t). Die Meßspannung wird vom Meßverstärker/Gleichrichter 3 und dem Filterverstärker 4 aufbereitet und dem steuerbaren Extrem­ wertspeicher zugeführt. Der nachfolgende Differenzverstärker 6 mit konstanter Verstärkung vergleicht und verstärkt die Diffe­ renz zwischen dem Momentanwert der Funktion U _x = f(t) und der Ausgangsspannung des Extremwertspeichers. Die Ausgangsspannung am Differenzverstärker ist Null, solange der Extremwert der Funktion U _x = f(t) nicht überschritten wird. Danach liefert der Differenzverstärker 6 eine sich vergrößernde Ausgangsspan­ nung, die vom Komparator 7 mit einer einstellbaren Schwelle verglichen wird.

Der Komparator 7 erzeugt nun in dem Augenblick ein done-Signal, in dem die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 6 identisch mit der je nach Anwendungsfall vorgewählten Komparatorschwelle ist.

Das done-Signal schaltet über die Torschaltung 8 z. B. einen Leistungsschalter 10.

Der Zeitgeber 9 verhindert zusammen mit der Torschaltung 8 die Verarbeitung des unbrauchbaren Teiles der Funktion U _x = f(t) zu Prozeßbeginn.

Beispiel 2

Die bis zum Filterverstärker 4 in gleicher Weise wie im Bei­ spiel 1 aufbereitete Meßspannung wird einer Sample-and-Hold- Schaltung zugeführt. Die Sample-and-Hold-Schaltung wird von einem Taktgenerator mit einstellbarer Taktdauer gesteuert. Der nachfolgende konstant verstärkende Differenzverstärker 6 ver­ stärkt die Differenz zwischen dem momentanen Meßspannungswert U _x = (t _n ) und dem von Schaltung 5 gespeicherten Meßwert U _x (t _{n -1}). Nach Überschreiten des erzeugnisspezifischen Ex­ tremwertes der Funktion U _x = f(t) kehrt sich die Polarität der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 6 um.

Der Komparator 7 erzeugt nun in dem Augenblick ein Steuersi­ gnal, in dem die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 6 identisch mit der Komparatorschwelle ist.

Das Steuersignal schaltet über die Torschaltung 8 z. B. einen Leistungsschalter 10.

Der Zeitgeber 9 verhindert zusammen mit der Torschaltung 10 die Verarbeitung des unbrauchbaren Teiles der Funktion U _x = f(t) zu Prozeßbeginn.

Im Beispiel 1 wird die bearbeitete Meßspannung U _x (t) wie folgt weiterverarbeitet.

Der Extremwertspeicher wird durch die im Verlauf der Prozeß­ zeit anwachsende Meßspannung U _x aufgeladen. Diese gespeicher­ ten Spannungswerte stehen auch fortlaufend am nicht inver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers 6 an. Da am inver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers 6 der gleiche Meß­ spannungswert anliegt, ist die Ausgangsspannung des Differenz­ verstärkers 6 so lange Null, bis der Extremwert der Funktion U _x = f(t) überschritten wird. Die zunehmende Ausgangsspannung wird dem Komparator 7 zugeführt. Beim Erreichen der erfindungs­ gemäß einstellbaren Komparatorschwellspannung U _k wird das Steuersignal ausgelöst.

Als Steuergröße fungiert in der Schaltung nach Beispiel 1 die erzeugnisspezifisch einstellbare Komparatorschwellspannung U _k . Die Steuergrößen der Schaltung nach Beispiel 2 lauten Tast­ zyklus t _n und Komparatorschwellspannung U _k .

Die Komparatorschwelle U _k ist so einzustellen, daß das Steuer­ signal nach Überschreiten des Extremwertes der Funktion U _x = f(t) ausgelöst wird.

Bei den eingangs genannten Anwendungsfällen Anstrich 1 bis 5 wird das Steuersignal nach elektronisch sicherem Durchlauf des Extremwertes der Funktion U _x = f(t). Beim Backen von Backwaren nach Anstrich 6 wurde gefunden, daß die gewünschte Produkt­ struktur erst bei Wiedererreichen des realen Ausgangsspannungs­ wertes vorliegt.

Die Tastzyklen t _n ergeben sich aus folgenden produktspezifi­ schen Strukturbildungszeiten.

Die Strukturbildungsprozesse nach Anstrich 1, 4 und 5 laut An­ wendungsgebiet vollziehen sich bekanntermaßen innerhalb von ca. 5 bis 120 Minuten. Die Zwischenproduktstrukturbildungen nach Anstrich 1, 4, 5 und 6 erfolgen innerhalb von ca. 5 Mi­ nuten.

Erfindungsgemäß ergibt sich daraus, daß die Testzyklen t _n für die Anwendungsfälle 1, 4, 5 und 6 bis zu 5 Minuten, vorzugs­ weise 0,5 bis 3 Minuten betragen und die Tastzyklen t _n für die Anwendungsfälle 2 und 3 bis zu 60 Sekunden, vorzugsweise 5 bis 25 Sekunden betragen.

Die unterschiedlichen Tastzyklen und Komparatorschwellwerte für die Anwendungsfälle 1, 4, 5 und 6 sowie 2 und 3 sind durch bekannte Schalteinrichtungen vor Prozeßbeginn vorzu­ wählen.

Die angeführten Strukturbildungsprozesse lassen sich in der elektrischen Schaltung nach Beispiel 1 und 2 nicht nur durch die erzeugnisspezifischen Steuergrößenkombinationen variable Komparatorschwellspannung U _k und/oder variabler Tastzyklus t _n bei konstanter Differenzspannungsverstärkung steuern, sondern auch durch die Steuergrößenkombination variable Differenz­ spannungsverstärkung bei konstanter Komparatorschwelle U _k und/ oder variablem Tastzyklus t _n .

Die Ermittlung des Steuersignals auf die erfindungsgemäße Wei­ se gewährleistet, daß die Lebensmittel bzw. Zwischenprodukte nicht über die optimale Zeit der gewünschten Stoffumwandlung hinaus thermisch belastet werden.

Hierdurch erfolgt vorteilhafterweise eine Stabilisierung der Erzeugnisqualität und die Erzielung einer hohen Rohstoffaus­ beute.

Bezugszeichenliste

1 Meßelektroden
2 Konstantstromgenerator
3 Meßverstärker/Gleichrichter
4 Filterverstärker
5 elektrische Schaltung
6 Differenzverstärker
7 Komparator
8 Torschaltung
9 Zeitgeber
10 Leistungsschalter

Claims (3)

1. Elektrische Schaltung zur Steuerung von Strukturbildungs­ prozessen in Lebensmitteln, die mit der zeitlichen Änderung der elektrischen Leitfähigkeit ausgedrückt als Funktion U _x = f(t) korrelieren, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Untersuchungsgut angeordnete Meßelektroden (1) einerseits mit einem Konstantstromgenerator (2) und andererseits mit einem Meßverstärker/Gleichrichter (3) verbunden sind, daß der Meßverstärker/Gleichrichter (3) über einen Filterver­ stärker (4) sowohl über eine elektrische Schaltung (5) als auch direkt mit einem Differenzverstärker (6) verbunden ist, der weiterhin über einen Komparator (7) mit einem Eingang der Torschaltung (8) und danach mit einem Leistungsschalter (10) verbunden ist und daß ein Zeitgeber (9) mit dem zwei­ ten Eingang der Torschaltung (8) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (5) ein Extremwertspeicher ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (5) eine Sample-and-Hold-Schaltung mit Steuerung durch einen Taktgenerator ist.