WO2021239897A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von einem konservierten nahrungsmittel aus einer rohware, insbesondere eines snack-produktes - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung von einem konservierten nahrungsmittel aus einer rohware, insbesondere eines snack-produktes Download PDF

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Stefan Toepfl
Kevin Hill
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    • A23L5/10—General methods of cooking foods, e.g. by roasting or frying
    • A23L5/11—General methods of cooking foods, e.g. by roasting or frying using oil

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a preserved food from a raw material, in particular for producing a snack product, comprising the following steps: treating the raw material by applying an electrical field; Bringing the treated raw material into contact with an aqueous medium; and preserving the raw material into a food product after the contacting step.
  • the present invention finally relates to an installation for the production of a preserved food from a raw product, in particular for the production of a snack product, comprising the following units: a capacitor for treating the raw product with an electric field; at least one container for bringing the treated raw material into contact with an aqueous medium; and a preservation device.
  • the system according to the invention for producing a preserved food from a raw material achieves this object in that it comprises the following units: a capacitor for treating the raw material with an electric field; at least one container for bringing the raw material into contact with an aqueous medium; a preservation device; at least one measuring device for determining a measured value which characterizes a product property of the preserved food and / or an ingredient of the aqueous medium; and an evaluation unit for outputting a control signal as a function of the measured value it has determined.
  • the composition of the process media used or the end product i.e. the preserved Food is controlled and thus effective process monitoring is guaranteed.
  • the present invention is based on a detection of the contamination of the process media used or the essential product properties and enables direct action and optimization of the production by outputting a control signal as a function of the determined measured value. For example, certain process parameters can be changed if the identified essential properties of the product do not correspond to the desired properties. Likewise, a control signal could be output to continue the process as it was run if the desired product properties should be achieved when operating the system or performing the method according to the invention.
  • Food is to be understood as meaning essentially micronutrient substances that are consumed in order to nourish the human body.
  • Macronutrients i.e. carbohydrates, lipids / fats and proteins, provide humans with chemically bound energy.
  • Preservation is a process in the treatment of raw materials / foodstuffs that makes them more durable by stopping or slowing down spoilage, while at the same time the nutritional value, taste, color and texture of the food is either preserved as possible or specifically influenced .
  • a raw material in the context of the present invention is understood to mean an unpreserved food.
  • a control signal represents a specific instruction for the implementation of the method according to the invention or the operation of the system according to the invention.
  • the control signal can, for example, give the instruction to change a specific process parameter or to allow ongoing operation to continue unchanged.
  • the invention can be further improved with the following further developments and advantageous refinements, each of which is advantageous per se and which can be combined with one another as desired.
  • a pulsed electrical field can be applied when the raw material is being treated.
  • PEF pulsed electric field
  • An electroporation therefore takes place in which the semipermeability of the cell membrane is abolished by applying an electric field, in particular a pulsed electric field.
  • the abolition of the semipermeability improves the mass transport into the cells and the exchange of intracellular substances, in particular soluble intracellular substances with the environment.
  • the semipermeability of the cell membrane can be reversibly or irreversibly increased, with irreversible electroporation being preferred if the permanent abolition of the semipermeability is to offer more flexibility in the sequence of the individual process steps.
  • the applied electrical field can in particular be a non-thermally effective electrical field, in which the upper energy limit is dimensioned such that essentially no heating of the food in the sense of ohmic heating takes place.
  • the raw material can be softened, which leads to an improvement in the cutting behavior and an increase in the product yield due to less unclean cut edges.
  • an energy input of at least 0.1 kJ / kg can take place in the raw material.
  • An energy input of this magnitude is well suited to carry out irreversible electroporation, depending on the variety and season-dependent properties of the raw material, and thereby improve the cutting behavior and the suitability of the raw material for preservation. It has been shown that it is advantageous if an electric field of 0.1 kV / cm to 10.0 kV / cm, preferably 0.5 kV / cm to 2.0 kV / cm, is applied. Field strengths of this kind can be achieved with commercially available industrial capacitors and avoid undesired thermal effects occurring when the raw material is treated, which result in undesired changes in the chemical composition or structure of the raw material.
  • the electrical field in particular the electrical pulses, can be generated both by direct contact between the capacitor or its electrodes and the raw material, and also indirectly via conductive fluids.
  • the raw material can be completely or partially placed in the conductive fluids.
  • Different electrode shapes can be used, for example plate, ring, grid, hollow or flow electrodes.
  • the capacitor can comprise at least two electrodes which are connected to a pulse generator.
  • a high-voltage pulse generator can preferably be used as the pulse generator, which generates electrical fields in the form of short pulses in the microsecond to millisecond range of a high voltage in the kilovolt range.
  • Marx generators can be used, for example, as high-voltage pulse generators.
  • the raw material can be treated with at least 10 electrical pulses, preferably 10 to 200 electrical pulses and particularly preferably 30 to 50 electrical pulses.
  • the food can be produced from a vegetable raw material.
  • the raw material can for example be a potato, tuber, root, a vegetable or a fruit or a fruit.
  • the raw material can be selected from the group consisting of a tuber vegetable, a root vegetable, a legume vegetable, a pome fruit, a stone fruit and a shell fruit.
  • the raw material can be selected from the group consisting of potatoes, sweet potatoes, pumpkin, parsnip, celery, carrots, cabbage, beetroot, chickpeas and corn.
  • the method according to the invention can be used to produce a snack product.
  • snack products are to be understood as meaning preserved foodstuffs that represent a snack, that is to say a snack between meals, which are often offered packaged ready-to-use as finger food.
  • snack products are snack products such as dried fruits, nut mixes or savory snacks such as potato chips, vegetable chips, peanut flips or crackers.
  • the raw material can be heated, cooled, frozen, irradiated, dried, vacuum-sealed and / or gassed in the step of preservation.
  • the raw material can be preserved by being cooked.
  • the raw material can be thermally heated in a liquid and / or gaseous heat transfer medium, for example water, air or oil, and converted into an edible state.
  • a liquid and / or gaseous heat transfer medium for example water, air or oil
  • the raw material can be fried, baked, boiled or hot-air dried for preservation.
  • other cooking techniques such as frying or moist cooking techniques such as boiling or steaming are also possible.
  • the raw product can be preserved, ie cooked, preferably fried, according to a predetermined temperature-time profile, by exposing the raw product to a heat transfer medium at a defined temperature for a defined period of time.
  • a heat transfer medium for a defined temperature for a defined period of time.
  • deep-frying at 120 ° C. to 180 ° C. for a few minutes, for example for up to 15 minutes, preferably for 3 to 9 minutes
  • the shape of the deep-frying curve, i.e. the increase or decrease the deep-frying temperature can be adjusted over time during deep-frying on the basis of the expected product properties and the measured values to be determined, for example the product color, the consistency or crispness, the water content, the content of heat transfer medium and / or the product shape.
  • treating the raw material with an electric field compared to a raw material that has not been exposed to an electric field can achieve a reduction in the temperature and / or the duration of the preservation step.
  • a measured value can be determined which characterizes an ingredient of the aqueous medium released from the raw material or at least one measuring device is provided for determining a measured value which characterizes an ingredient of the aqueous medium released from the raw material.
  • a measured value can be determined which characterizes the content of a sugar, a salt and / or a polymer released from the raw material, for example starch, in the aqueous medium.
  • a measured value can be determined or a measuring device can be provided which determines a measured value which characterizes a product property of the preserved food.
  • the product property of the preserved food can be, for example, the product color, the product consistency, the oil content, the product weight, a spatial expansion of the product, eg its length, width and / or thickness, or the product moisture.
  • the measured value can preferably be determined in-line, which enables automation of the process or automated management of the system.
  • the designation of the in-line measurement refers to measurements that are integrated into the manufacturing process (line).
  • the at least one measuring device can be, for example, a sensor or an in-line sensor, which is preferably capable of continuously determining the desired measured values.
  • the sensor can, for example, detect the shape or dimensions of the preserved product, or determine specific properties such as the color, the oil content, the product moisture or other ingredients of the preserved food or a special ingredient of the aqueous medium when the aqueous medium or the preserved product is guided past the sensor or comes into contact with the sensor.
  • the aqueous medium can be composed of part of recycled process water and part of fresh water.
  • the proportion of the fresh water that is returned can depend on the measured value determined. This not only avoids contamination in the aqueous medium, but also ensures that there is no unnecessarily high consumption of fresh water.
  • the at least one container of the system according to the invention can, in one embodiment, have a fresh water supply for introducing fresh water and optionally a process water supply for introducing recirculated process water.
  • the raw material is usually guided in the aqueous medium in countercurrent to the fresh water supply. In the case of multi-level design, however, cross-flow guidance is also possible.
  • the comminution device can for example comprise a former, a cutting device, a cutting device with movable knives or a standing cutting device in a flow channel.
  • the transport device for moving the raw material can be, for example, a conveyor belt or a screw conveyor.
  • the transport device can, however, also be a pump which conveys the aqueous medium through the system and transports the raw material together with the aqueous medium.
  • the dewatering device can, for example, have mechanical, thermal or combined methods for removing excess process water from the raw material.
  • a vibrating belt, centrifuges, blower, hot air blower, heat radiator or combinations thereof can be used in the dewatering device.
  • the preservation device can comprise a drying device and / or a cooking device.
  • the preservation device can, for example, be a deep fryer.
  • the deep fat fryer can be designed to be controllable in order to cook the raw material according to a predetermined time-temperature profile.
  • a process parameter can be set as a function of the output control signal during i) treatment with an electric field, ii) preservation, iii) bringing into contact with an aqueous medium and / or iv) comminution and / o shaping .
  • the system according to the invention can furthermore comprise a control unit for setting a process parameter i) the condenser, ii) the preservation device, iii) the container, the washing device and / or the transport device, and / or iv) the shredding device.
  • the treatment intensity for example the number of pulses, the energy introduced, the pulse duration and / or the treatment duration can be set by the control unit as a function of the control signal output.
  • the duration and / or the temperature for example a predetermined time-temperature profile, can be changed or managed by the control device as a function of the measured value it averages.
  • the washing device and / or the transport device or the step of bringing into contact with an aqueous medium the amount of fresh water, the fresh water supply or the fresh water discharge, the duration of the bringing into contact or the number of Washing stages can be adapted by the control unit depending on the measured value determined.
  • the treatment with an electric field can be reduced / weakened. In this way, it is avoided that the raw material is electroporated too much and that an undesirable number of ingredients escape from the raw material into the aqueous medium. If, for example, a high starch content is found in the aqueous medium with a comparatively low sugar content, the treatment intensity can be increased with an electric field in order, for example, to achieve a better sectional image. There can also be a comparison with the running time of the comminution device used and, for example, the cutting blades can be sharpened or replaced.
  • a comparison with the running time of the knives or a sharpening or replacement of the knives depending on the determined measured value / output control signal can be carried out or initiated by the control unit.
  • control unit can implement appropriate measures at the corresponding process stages / system units. It is possible, for example, to adapt the deep-frying curve, in particular the deep-frying time and temperature, as well as the temperature profile, i.e. the temperature-time profile within the deep-frying process. A quick adaptation to changing raw materials and processing properties as well as possible effects of previous process steps such as section thickness or surface-volume ratio of the comminution steps, preferably in-line, can take place directly.
  • a control signal can be output depending on which one or more of the following process parameters is set: change in the cutting force or the speed of rotation of the cutting head it; (ii) Adjustment of the intensity of the PEF treatment (whereby, for example, the above-described surprising influence of the PEF treatment on the slice thickness of the product is reduced); (iii) Adjustments to the preservation conditions, for example the deep-frying conditions, e.g. by increasing the deep-frying temperature, preferably in the first deep-frying stage or at the beginning of deep-frying, if necessary. while reducing the temperature in the last deep-frying stage or the deep-frying time. If a reduced product moisture is determined, a control signal can be output that sets the corresponding process parameter in the opposite direction.
  • a control signal can be output depending on which one or more of the following process parameters is set: (i) increasing the intensity of the PEF treatment to improve the sectional image, (ii ) Shortening the frying time. If a reduced fat content of the product is determined, a control signal can be output that sets the corresponding process parameter in the opposite direction.
  • a control signal can be output depending on which one or more of the following process parameters is set: (i) Adaptation of the PEF intensity, for example by increasing the energy input up to a value in which a maximum reduction in Cutting force is achieved; (ii) Adaptation of the washing step, for example increasing the exposure time and / or the temperature or adding a higher proportion of fresh water or adding a washing step; (iii) Adaptation of the preservation conditions, for example the deep-frying conditions, e.g. reduction of the deep-frying temperature in a last deep-frying stage or at the end of the deep-frying process, if necessary.
  • a control signal can be output which sets the corresponding process parameter in the opposite direction.
  • the determined measured value can be compared with a predetermined target value or target value range and a control signal for changing a process parameter can be output if the difference between the determined measured value and the predetermined target value exceeds a limit value or the determined measured value outside the Target value range.
  • the predetermined setpoint value can be stored in the evaluation unit, which can be connected to the at least one measuring device in a signal-transmitting manner.
  • the setpoint value can also be an empirical value or predetermined based on artificial intelligence, an algorithm, a preprogrammed or learned algorithm.
  • the present invention allows a quick adaptation of the process conditions and by recording the effects of the measures introduced and their feedback on the process or the system, a quick, controlled adaptation and management of the manufacturing process to different raw material properties.
  • the determined measured values and the output control signals can be stored and optionally evaluated.
  • the course over time of the measured values determined and the control signals output as a function thereof, that is to say the changes in the process management, can be documented in order to optimize the process control. It can be useful to use self-learning algorithms based on artificial intelligence.
  • the evaluation unit can comprise a memory unit for recording the measured values and / or the control signals.
  • the evaluation unit can further or alternatively comprise a computing unit for analyzing the measured values and / or an algorithm, for example a preprogrammed or self-learning algorithm for converting a measured value into a control signal.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a sequence for an exemplary method according to an embodiment of the present invention.
  • the method for producing a preserved food 1 from a raw material 2, in particular for producing a snack product comprises the following steps:
  • the step of treating the raw material 2 by applying an electrical field takes place after the raw material, for example a vegetable raw material such as a tuber, a root or a fruit such as a sweet potato, has been washed to the next To remove dirt, and then peeled.
  • the raw material 2 can be exposed to a pulsed electric field (PEF), which causes cell disruption, in which the semi-permeability of the cell membrane is abolished.
  • PEF pulsed electric field
  • tissue softening can be achieved and the tugor pressure within the cells is reduced, so that some intracellular components are released.
  • the food is comminuted, namely cut, and shaped in the exemplary method according to the flow diagram of FIG. 1.
  • a transport step in an aqueous medium 3 is also possible, i.e. the raw material 2 is moved through the aqueous medium 3 within and between the individual process steps.
  • a preserved food for example sweet potato chips or another snack product, such as savory biscuits, potato chips, peanut flips.
  • the food can be cooked, for example deep-fried.
  • a measured value 4 which characterizes a product property of the preserved food 1. This can be, for example, the product color (eg the browning of the product), the product shape (eg the slice thickness), the product consistency or the product moisture or the oil content of the product.
  • a measured value 4 is also determined which indicates an ingredient, an ingredient released from the raw material 2 aqueous medium 4 identifies.
  • the ingredient can be, for example, the content of a sugar, a polymer or salt, for example the content of free starch.
  • the invention provides for a control signal to be output to the step of bringing into contact with an aqueous medium and / or the step of preservation.
  • the control signal can set the process parameters of these steps depending on the measured value determined in order to obtain the desired product properties or to run the process efficiently (e.g. with regard to resources such as energy and / or fresh water requirements). Closed control loops are thus possible when carrying out the method.
  • the system 6 shown in Fig. 2 comprises a pretreatment stage 7 for washing the raw goods 2.
  • the pretreatment stage 7 is assigned a feed 8 for feeding the raw material 2 and an inlet 9 for feeding an aqueous medium 4 as a washing medium of the pre-treatment step 7.
  • the washed raw material 2 is transferred to a peeling device 10, where the shell 19 is removed.
  • a pulse generator 15 such as a Marx generator can be used as the voltage source 14, with which electrical high-voltage pulses of a high voltage in the kV range and a short duration in the microsecond to millisecond range can be generated.
  • the electrodes 12 can be made of stainless steel or a titanium alloy, for example.
  • the raw material 2 treated and cut with an electric field is fed.
  • the container 2 also contains a process water supply 25 for introducing recirculated process water 26.
  • a fresh water supply 23 is provided for introducing fresh water 24.
  • the aqueous medium 4, with which the raw goods 2 are brought into contact in the container 20, is thus composed of a portion of fresh water 23 and a portion of recycled process water 26.
  • fresh water 24 and returned process water 26 are fed in countercurrent. Cross-flow guidance is also possible, which can be advantageous, for example, in the case of a multi-stage design.
  • a return line 28 is provided in which the process water 26 removed in the drainage device 27 is returned from the drainage device to the container 20.
  • the returned process water 26 could alternatively come from any other unit of the system 6, for example the pretreatment stage 7 or the cutting device 17, in which process water 26 is removed from the system 6.
  • the dewatering device TI is followed by a preservation device 29, in which the raw material 2 is preserved to form a food 1.
  • the preservation device 29 can be a cooking device 30, for example a deep fryer.
  • the raw material 2 is brought into contact with a liquid or gaseous heat transfer medium 31, such as water, oil or air.
  • the step of preserving takes place according to a predetermined temperature-time profile 32, so that the duration of the raw material 2 in the preservation device 29 and defined temperature levels, for example 140 ° C to 180 ° C, are set in order to achieve the desired product properties to achieve preserved raw material 1.
  • the system 6 according to the invention has at least one measuring device 33 for determining a measured value 4 and an evaluation unit 34 for outputting a control signal 5 as a function of the determined measured value 4 is provided.
  • the system 6 shown in FIG. 2 comprises a measuring device 35 for determining a measured value 36 which characterizes an ingredient of the aqueous medium 3.
  • the measured value 36 in the embodiment shown is an ingredient of the aqueous medium 3 released from the raw material 2 emerges from the raw material 2 with the aqueous medium 3 and is transferred into the aqueous medium 3.
  • the measuring device 35 is connected to the evaluation device 34 so as to transmit data.
  • this includes both wired and wireless transmission of the measured values 4 from the measuring device 33 to the evaluation device 34, for example via lines or by means of radio technology.
  • the measuring device 35 is connected to the evaluation device 34 via a measuring line 37, via which the measured value 36 is transmitted from the measuring device 35 to the evaluation device 34.
  • the measuring line 37 can be omitted if the measured value transmission between measuring device 35 and evaluation device 34 takes place wirelessly, for example via a radio link. It applies to all lines presented in the context of this invention that they can be wired as well as wireless and that these lines transmit signals or data not only in the direction indicated by arrows, but also in the opposite direction can be.
  • the evaluation device 34 can output a control signal 5 as a function of the determined measured value 3.
  • the composition of the aqueous medium 4 can be carried out in-line by means of the measuring device 35, for example by optical or electrical measuring methods such as refractometry, turbidity measurement, particle size analysis or infrared measurement, for example to determine the content of sugar, starch, salt and other ingredients released from the raw material 2 to investigate.
  • the measuring device 35 is assigned to the return line 28.
  • the measuring device 35 could, however, also be assigned to the container 20, for example one of its washing chambers 22.
  • the control signal 5 output by the evaluation unit 34 is transmitted to a control unit 48.
  • the control unit 48 (symbolized by an arrow) can be assigned to an inlet valve 38 of the fresh water supply 23, for example.
  • fresh water 24 can be supplied, the supplied fresh water quantity being able to depend on the determined measured value 36.
  • the control signal 5 can additionally or alternatively be output to a control unit 48 of a return valve 39, which adjusts the amount of the process water 35 returned through the return line 28.
  • the aqueous medium 3 can thus be composed of a portion of recycled process water 26 and a portion of fresh water 24. In this way, excessive contamination of the aqueous medium 4 and undesired transfer of the contamination to the preserved food 1 and the resulting quality certificates can be avoided. At the same time, it can be ensured that there is no unnecessarily high consumption of fresh water 24.
  • the control signal 5 can also be output by the evaluation device 34 to a control unit 48 of the capacitor 11. If, for example, a high starch and sugar content is found in the aqueous medium 3 at the same time with an adequate supply of fresh water, the electroporation can be reduced.
  • a further measuring device 33 a measuring device 40 for determining a measured value 41, which characterizes a product property of the preserved food 1, is provided.
  • the measuring device 40 can, for example, use infrared spectroscopy to determine essential properties of the preserved food 1, for example product color, oil content or product moisture, and output a corresponding measured value to the evaluation device 34 via a further measuring line 42.
  • the evaluation device 34 outputs a control signal 5, for example to the control unit 48 of the electroporator 11 to adjust the treatment intensity, or to the control unit 48 of the inlet valve 40 or the return valve 39 or the control unit 48 of the container 20 to achieve a reduction or increase in the fresh water supply or process water return.
  • the control signal 5 can also be output to the control unit 48 of the preservation device 29, for example in order to reduce or increase the preservation intensity, for example to adjust the temperature-time profile 32.
  • a more intensive washing can be implemented by an increased supply of fresh water, a longer washing time or a higher temperature of the washing medium.
  • the intensity of the treatment with the electric field could be adapted, for example by increasing the energy input up to a value at which a maximum reduction in the cutting force is achieved.
  • the preservation conditions could be adjusted, for example by reducing the deep-frying temperature in a last deep-frying stage or at the end of the deep-frying process, if necessary. When increasing the deep-frying temperature in the first deep-frying stage and adjusting the deep-frying time.
  • a control signal 5 can be output by the evaluation device 34 on the basis of predetermined setpoint values 43 and implemented at the corresponding process stages.
  • the determined measured value 4, 36, 41 can be compared with a predetermined nominal value 43 in the evaluation device 34 and a control signal 5 for changing a process parameter can be output if the difference between the determined measured value 4, 36, 41 and the predetermined nominal value 43 exceeds a limit value.
  • the limit value reflects a tolerance range around a specified target parameter, the difference taking into account both the deviation above and below the target parameter and thus covering both under-treatment and over-treatment.
  • the predetermined nominal value 43 can be an empirical value as well as a learned empirical value, an algorithm, for example a preprogrammed or learned algorithm.
  • an artificial intelligence can be implemented in the evaluation unit 34, which continuously monitors the measures taken and output control signals 5 for regulating a product property of the preserved food or an ingredient of the aqueous medium 4 and optimizes them in a self-learning manner.
  • the evaluation device 34 can include, for example, a memory unit 44 for recording the transmitted measured values 4, 36, 41 and / or the output control signals 5.
  • the evaluation device 34 can also have a computing unit 45 for analyzing the measured values 4, 36, 41.
  • the computing unit 45 can, for example, access a setpoint algorithm 43 for converting a measured value 4 into a control signal 5.
  • the storage unit 44 which could also be called a log unit, can record all measured values 4 and output control signals 5 as well as other operating parameters of the system 6.
  • the supplied fresh water 24, the returned process water 26, the treatment intensity of the electroporator 11, the running time of the cutting device 17, the temperature-time profile 32 used, the number of washing chambers 22, etc. can be recorded Management of the system 6 according to the invention and allows conclusions to be drawn about the effectiveness of the controls carried out by the output control signals 5, so that the system 6 can be optimized in a self-learning manner.
  • the method according to the invention and the system according to the invention thus allow a knowledge- and experience-based optimization of the production of a preserved food item 1, for example a snack product based on the example of in-line detection of measured variables, and results in one with regard to the properties of the preserved food by means of 1 and on the process quality, optimal procedures.
  • a qua- Produce litativ high-quality food 1 and avoid unnecessarily high consumption of fresh water 24 and energy.
  • the in-line recording and evaluation of measured values enables the process conditions to be adapted quickly and, thanks to the recording and effects of the measures introduced and their feedback, a fast, controlled adaptation of the process to different raw material properties.
  • the deep-frying temperature can be increased.
  • the tests have also shown that increasing the temperature in a first deep-frying stage is particularly effective. Surprisingly, it was found that after a PEF treatment, this does not lead, as is usual, to an increase in the proportion of heavily tanned products.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines konservierten Nahrungsmittels (1) aus einer Rohware (2), insbesondere zum Herstellen eines Snack-Produktes, umfassend die folgenden Schritte: Behandeln der Rohware (2) durch Anlegen eines elektrischen Feldes; In-Kontakt-Bringen der behandelten Rohware (2) mit einem wässrigen Medium (3); und Konservieren der Rohware (2) zu einem Nahrungsmittel (1), nach dem Schritt des In-Kontakt-Bringens.Um auftretende Verunreinigungen bei der Herstellung von konservierten Nahrungsmitteln auszuschließen und eine gleichbleibende Produktqualität bereitzustellen sind erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Ermitteln eines Messwertes (4). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anlage (6) zur Herstellung von einem konservierten Nahrungsmittel (1) aus einer Rohware (2).

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung von einem konservierten Nahrungsmittel aus einer Rohware, insbesondere eines Snack-Produktes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einem konservierten Nah rungsmittel aus einer Rohware, insbesondere zum Herstellen eines Snack-Produktes, umfas send die folgenden Schritte: Behandeln der Rohware durch Anlegen eines elektrischen Fel des; In-Kontakt-Bringen der behandelten Rohware mit einem wässrigen Medium; und Konser vieren der Rohware zu einem Nahrungsmittel, nach dem Schritt des In-Kontakt-Bringens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein konserviertes Nahrungsmittel, insbesondere ein Snack-Produkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich eine Anlage zur Herstellung von einem konser vierten Nahrungsmittel aus einer Rohware, insbesondere zu Herstellung eines Snack-Produk tes, umfassend die folgenden Einheiten: einen Kondensator zur Behandlung der Rohware mit einem elektrischen Feld; wenigstens einen Behälter zum In-Kontakt-Bringen der behandelten Rohware mit ei nem wässrigen Medium; und eine Konservierungsvorrichtung.
Bei der Herstellung von konservierten Nahrungsmitteln wie Snack-Produkten werden eine Reihe von Verfahrensschritten zur Einstellung der gewünschten Produkteigenschaften, bei spielsweise der Inhaltsstoffe, der Konsistenz, der Farbe, etc. eingesetzt. Die Herstellung von beispielsweise Gemüsechips umfasst in der Regel das Waschen zur Entfernung von Schmutz bestandteilen, gegebenenfalls ein Schälen der Rohware, gefolgt von einer Zerkleinerung. Da rauf folgt ein Schritt des Blanchierens oder Waschens sowie ein Frittieren als Konservierungs schritt zur Entfernung der Produktfeuchte mit optional anschließendem Würzen und Verpa cken der Produkte.
In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass durch ein Behandeln von einer Rohware durch ein elektrisches Feld das Schnittverhalten der Rohware verbessert und die Produktausbeute er höht werden kann. Zudem kann es zu einer geringeren Fettaufnahme beim Frittieren führen.
Eine Behandlung mit einem elektrischen Feld kann aber zu einem höheren Verschmutzungs grad der eingesetzten Prozessmedien, etwa mit extrahierten Zuckern aufgrund einer verstärk- ten Freisetzung intrazellulärer Flüssigkeiten führen. Bringt man die Rohware mit verschmutz ten Prozessmedien, beispielsweise während des Transports oder des Waschens in Kontakt, kann es zu einer Übertragung von Verschmutzungen auf die Rohware kommen. Dies kann zu einem nachteiligen Auftreten von Bräunungsreaktionen beim Frittieren oder der Bildung uner wünschter Substanzen führen, die im Sinne einer möglichst gleichbleibenden Produktqualität zu vermeiden sind.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auftretende Verunreinigungen bei der Herstellung von konservierten Nahrungsmitteln auszuschließen und eine gleichbleibende Pro duktqualität bereitzustellen.
Diese technische Aufgabe löst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von einem konservierten Nahrungsmittel aus einer Rohware, insbesondere zum Herstellen eines Snack- Produktes durch die folgenden Schritte:
Behandeln der Rohware durch Anlegen eines elektrischen Feldes;
In-Kontakt-Bringen der Rohware mit einem wässrigen Medium;
Konservieren der Rohware zu einem Nahrungsmittel, nach dem Schritt des In-Kontakt- Bringens;
Ermitteln eines Messwertes, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nahrungs mittels und/oder einen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums kennzeichnet; und
Ausgeben eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Messwert.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung eines konservierten Nahrungsmittels aus einer Rohware, insbesondere zur Herstellung eines Snack-Produktes löst diese Aufgabe dadurch, dass sie die folgenden Einheiten umfasst: einen Kondensator zur Behandlung der Rohware mit einem elektrischen Feld; wenigstens einen Behälter zum In-Kontakt-Bringen der Rohware mit einem wässrigen Medium; eine Konservierungsvorrichtung; wenigstens eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Messwertes, der eine Produktei genschaft des konservierten Nahrungsmittels und/oder einen Inhaltsstoff des wässri gen Mediums kennzeichnet; und eine Auswerteeinheit zum Ausgeben eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem er mittelten Messwert.
Die vorliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein konserviertes Nahrungsmittel, insbeson dere ein Snack-Produkt, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Durch das Ermitteln eines Messwertes, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nah rungsmittels und/oder einen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums kennzeichnet, sowie ein Aus geben eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Messwert kann die Zusam mensetzung der eingesetzten Prozessmedien bzw. des Endproduktes, also des konservierten Nahrungsmittels kontrolliert und somit eine effektive Prozessüberwachung gewährleistet wer den. Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Erfassung der Verschmutzung der eingesetz ten Prozessmedien bzw. der wesentlichen Produkteigenschaften und ermöglicht ein unmittel bares Einwirken und Optimieren der Herstellung durch Ausgeben eines Steuersignals in Ab hängigkeit von dem ermittelten Messwert. Es können beispielsweise bestimmte Prozesspara meter geändert werden, wenn die festgestellten wesentlichen Eigenschaften des Produktes nicht den erwünschten Eigenschaften entsprechen. Ebenso könnte ein Steuersignal ausgege ben werden, den Prozess wie gefahren weiter zu führen, sollten die erwünschten Produktei genschaften beim Betrieb der Anlage bzw. Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden.
Unter Nahrungsmitteln sind im Wesentlichen aus Mikronährstoffen bestehende Substanzen zu verstehen, die konsumiert werden, um dem menschlichen Körper zu ernähren. Makronähr stoffe, also Kohlenhydrate, Lipide/Fette und Proteine führen dem Menschen chemisch gebun dene Energie zu.
Unter dem Konservieren ist ein Prozess bei der Behandlung von Rohstoffen/Nahrungsmitteln zu verstehen, der diese länger haltbar macht, indem Verderben gestoppt oder stark verlang samt wird, wobei zugleich Nährwert, Geschmack, Farbe und Beschaffenheit des Nahrungs mittels entweder möglichst erhalten oder gezielt beeinflusst wird.
Unter einer Rohware im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein unkonserviertes Nahrungs mittel zu verstehen. Ein Steuersignal stellt eine konkrete Handlungsanweisung für die Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens bzw. den Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage dar. Das Steu ersignal kann beispielweise die Anweisung geben, einen konkreten Prozessparameter zu än dern bzw. den laufenden Betrieb unverändert weiter laufen zu lassen. Die Erfindung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und vorteilhaften Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann beim Behandeln der Rohware ein gepulstes elektrisches Feld angelegt werden. Ein solches gepulstes elektrisches Feld (PEF) kann einen Zellauf- Schluss bewirken. Es findet also eine Elektroporation statt, bei welcher durch Anlegen eines elektrischen Feldes, insbesondere eines gepulsten elektrischen Feldes, die Semipermeabilität der Zellmembran aufgehoben wird. Die Aufhebung der Semipermeabilität verbessert den Mas sentransport in die Zellen und den Austausch intrazellulärer Substanzen, insbesondere lösli cher intrazellulärer Substanzen mit der Umgebung. Die Semipermeabilität der Zellmembran kann reversibel oder irreversibel ausgehoben werden, wobei eine irreversible Elektroporation bevorzugt wird, wenn die dauerhafte Aufhebung der Semipermeabilität mehr Flexibilität bei der Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte bieten soll. Aber auch eine zeitweilige reversible Elektroporation, welche einen geringeren Energiebedarf benötigt als eine irreversible Elektro poration kann praktikabel sein. Beim Schritt des Behandelns kann das angelegte elektrische Feld insbesondere ein nicht thermisch wirkendes elektrisches Feld sein, bei dem die Energieobergrenze so bemessen ist, dass im Wesentlichen keine Erwärmung des Nahrungsmittels im Sinne einer Ohm’schen Er hitzung stattfindet. Bei dem Schritt des Behandelns mit einem nicht-thermisch wirkenden elektrischen Feld kann die Rohware erweicht werden, was zu einer Verbesserung des Schnitt- Verhaltens und Erhöhung der Produktausbeute aufgrund weniger unsauberer Schnittkanten führt.
Beim Behandeln mit einem elektrischen Feld kann ein Energieeintrag von wenigstens 0,1 kJ/kg, vorzugsweise von 0,3 bis 5,0 kJ/kg in die Rohware erfolgen. Ein Energieeintrag in dieser Größenordnung ist gut geeignet, um je nach Sorten- und saisonabhängigen Eigenschaften der Rohware eine irreversible Elektroporation durchzuführen, und dadurch das Schnittverhalten und die Konservierungseignung der Rohware zu verbessern. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn ein elektrisches Feld von 0,1 kV/cm bis 10,0 kV/cm, vorzugsweise von 0,5 kV/cm bis 2,0 kV/cm angelegt wird. Derartige Feldstärken lassen sich mit handelsüblichen industriellen Kondensatoren erzielen und vermeiden, dass uner wünschte thermische Effekte beim Behandeln der Rohware auftreten, die zu unerwünschten Änderungen in der chemischen Zusammensetzung bzw. Struktur der Rohware führen.
Das elektrische Feld, insbesondere die elektrischen Pulse können sowohl durch den Direkt kontakt des Kondensators bzw. dessen Elektroden mit der Rohware, als auch indirekt über leitende Fluide erzeugt werden. Bei einer indirekten Behandlung kann die Rohware ganz oder teilweise in die leitenden Fluide eingelegt werden. Dabei können verschiedene Elektrodenfor- men zur Anwendung kommen, beispielsweise Platten-, Ring-, Gitter-, Hohl oder Durchflus selektroden.
Der Kondensator kann wenigstens zwei Elektroden umfassen, die mit einem Impulsgenerator verbunden sind. Als Impulsgenerator kann vorzugsweise ein Hochspannungsimpulsgenerator eingesetzt werden, der elektrische Felder in Form von kurzen Pulsen im Mikro- bis Millisekun- denbereich einer hohen Spannung im Kilovoltbereich erzeugt. Marx-Generatoren können bei spielsweise als Hochspannungsimpulsgeneratoren eingesetzt werden.
Im Sinne einer Zeit- und Energieoptimierung kann die Rohware mit wenigstens 10 elektrischen Pulsen, vorzugsweise 10 bis 200 elektrischen Pulsen und besonders bevorzugt 30 bis 50 elektrischen Pulsen behandelt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Nahrungsmittel aus einer pflanzlichen Roh ware hergestellt werden. Die Rohware kann beispielsweise eine Kartoffel, Knolle, Wurzel, ein Gemüse oder ein Obst bzw. eine Frucht sein. Die Rohware kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Knollengemüse, einem Wurzelgemüse, einem Hülsengemüse, einem Kernobst, einem Steinobst und einem Schalenobst. Gemäß einer Ausführungsform kann die Rohware ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Kartoffeln, Süßkartoffeln, Kürbis, Pastinake, Sellerie, Karotten, Kohl, rote Beete, Kichererbsen und Mais.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Snack-Produkt hergestellt werden. Unter Snack-Produkte sind dabei konservierte Nahrungs mittel zu verstehen, die einen Imbiss, also eine Zwischenmahlzeit darstellen, die oft als Fin- gerfood verbrauchsfertig verpackt angeboten werden. Beispiele für Snack-Produkte sind Knabberprodukte wie getrocknete Früchte, Nussmischungen oder Salzgebäck wie Kartoffel chips, Gemüsechips, Erdnussflips oder Kräcker. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Rohware beim Schritt des Konservierens erwärmt, abgekühlt, gefroren, bestrahlt, getrocknet, vakuumiert und/oder begast werden. Bei spielsweise kann die Rohware konserviert werden, indem sie gegart wird. Zum Garen kann die Rohware in einem flüssigen und/oder gasförmigen Wärmeübertragungsmedium, zum Bei spiel Wasser, Luft oder Öl thermisch erhitzt und in einen genussfähigen Zustand überführt werden. Die Rohware kann zum Konservieren beispielsweise frittiert, gebacken, gekocht bzw. heissluftgetrocknet werden. Allerdings sind auch andere Gartechniken wie Braten oder feuchte Gartechniken wie Kochen oder Dünsten möglich.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Rohware gemäß einem vorbestimmten Tempera- tur-Zeit-Profil konserviert, also gegart, vorzugsweise frittiert werden, indem die Rohware für eine festgelegte Zeitdauer einem Wärmeübertragungsmedium einer definierten Temperatur ausgesetzt wird. Für Chips bzw. Gemüsechips hat sich beispielsweise ein Frittieren bei 120°C bis 180°C für einige Minuten, beispielsweise für bis zu 15 Minuten, vorzugsweise für 3 bis 9 Minuten bewährt, wobei die Form der Frittierkurve, also der Anstieg bzw. der Abfall der Frit tiertemperatur im zeitlichen Verlauf während des Frittierens auf Basis der erwarteten Pro dukteigenschaften sowie zu ermittelnder Messwerte, beispielsweise der Produktfarbe, der Konsistenz bzw. Knusprigkeit, des Wassergehaltes, des Gehalts an Wärmeübertragungsme dium und/oder der Produktform angepasst werden kann. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch ein Behandeln der Rohware mit einem elektrischen Feld im Vergleich zu einer Rohware, die keinem elektrischen Feld ausgesetzt wurde, eine Verringerung der Tem peratur und/oder der Dauer des Konservierungsschrittes erreicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Messwert ermittelt werden, der einen aus der Roh ware freigesetzten Inhaltsstoff des wässrigen Mediums kennzeichnet bzw. wenigstens eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Messwertes vorgesehen sei, der einen aus der Rohware freigesetzten Inhaltsstoff des wässrigen Mediums kennzeichnet. Es kann beispielsweise ein Messwert ermittelt werden, der den Gehalt an einem Zucker, einem Salz und/oder einem aus der Rohware freigesetzten Polymer, beispielweise Stärke im wässrigen Medium kennzeichnet.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Messwert ermittelt werden bzw. eine Messeinrichtung vorgesehen sein, die einen Messwert ermittelt, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nahrungsmittels kennzeichnet. Die Produkteigenschaft des konservierten Nahrungsmittels kann beispielsweise die Produktfarbe, die Produktkonsistenz, der Ölgehalt, das Produktge wicht, eine räumliche Ausdehnung des Produktes, z.B. dessen Länge, Breite und/oder Dicke, oder die Produktfeuchte sein. Der Messwert kann vorzugsweise ln-line ermittelt werden, was eine Automatisierung des Ver fahrens bzw. eine automatisierte Führung der Anlage ermöglicht. Die Bezeichnung der ln-line- Messung bezieht sich auf Messungen, die in den Fertigungsprozess (Linie) eingebunden sind. Die wenigstens eine Messeinrichtung kann beispielsweise ein Sensor bzw. ein In-Iine-Sensor sein, der vorzugsweise dazu in der Lage ist, kontinuierlich die erwünschten Messwerte zu er mitteln. Der Sensor kann beispielsweise die Form bzw. Abmessungen des konservierten Pro duktes erfassen, oder spezifische Eigenschaften wie die Farbe, den Ölgehalt, die Produkt feuchte oder sonstige Inhaltsstoffe des konservierten Nahrungsmittels bzw. eines speziellen Inhaltsstoffes des wässrigen Medium feststellen, wenn das wässrige Medium bzw. das kon- servierte Produkt an dem Sensor vorbeigeführt wird oder mit dem Sensor in Kontakt kommt.
Die wenigstens eine Messeinrichtung kann zur Ermittlung eines Messwertes, der ein Inhalts stoff des wässrigen Medium kennzeichnet, dem wenigstens einen Behälter zum In-Kontakt- Bringen der behandelten Rohware mit einem wässrigen Medium oder einem sonstigen Ele ment, das ein eingesetztes wässriges Prozessmedium beinhaltet, zugeordnet sein. Mögliche Ausführungsformen einer Messeinrichtung umfassen optische Sensoren, elektrische Sensoren, Refraktometer, Trübungsmesser, Infrarotsensoren, Partikelgrößesensoren oder Spektrometer.
Der Behälter kann Teil einer Waschvorrichtung sein. Die Waschvorrichtung kann mehrere Waschbehälter oder mehrere Waschkammern innerhalb eines Behälters umfassen, um in ei- nem ein- bzw. mehrstufigen Waschschritt die erwünschte Wirkung, beispielweise ein Auswa schen oberflächlich anhaftender Stärke zu erzielen. Alternativ zum Waschen in einem Behälter kann beispielsweise ein Besprühen der Rohware mit Frisch- oder Prozesswasser etwa auf einem porösen Band und anschließender Ermittlung der Eigenschaften des Prozessmediums erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform kann beim Schritt des In-Kontakt-Bringens Frischwasser zu geführt werden, wobei die zugeführte Frischwassermenge von dem ermittelten Messwert ab hängt. Liegt beispielweise der ermittelte Messwert, der einen aus der Rohware freigesetzten Inhaltsstoff des wässrigen Mediums, beispielweise einen Zuckergehalt, Stärkegehalt oder Salzgehalt kennzeichnet, außerhalb eines vorbestimmten Sollwerts/Sollwertbereichs, kann die Frischwasserzufuhr erhöht oder gedrosselt werden. Es kann somit die zugeführte Frischwas sermenge optimal eingestellt werden. So kann die Menge von aus der Rohware freigesetzten Inhaltsstoffen im wässrigen Medium gesteuert, eine Verschmutzung und damit verbunden Ge fahr der Übertragung dieser Verschmutzungen auf die Produkte sowie dadurch entstehende Qualitätsnachteile vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich das wässrige Medium aus einem Teil rück geführten Prozesswasser und einem Teil Frischwasser zusammensetzen. Der Anteil des zu rückgeführten Frischwassers kann von dem ermittelten Messwert abhängen. Auf diese Weise vermeidet man nicht nur Verschmutzungen im wässrigen Medium, sondern stellt gleichzeitig sicher, dass kein unnötig hoher Verbrauch an Frischwasser entsteht. Dazu kann der wenigs tens eine Behälter der erfindungsgemäßen Anlage in eine Ausführungsform eine Frischwas serzufuhr zum Einleiten von Frischwasser und optional eine Prozesswasserzufuhr zum Einlei ten von rückgeführtem Prozesswasser aufweisen. Die Führung der Rohware im wässrigen Medium erfolgt üblicherweise im Gegenstrom zur Frischwasserzufuhr. Bei mehrstufiger Ge staltung ist jedoch auch eine Führung im Kreuzstrom möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner we nigstens einen der folgenden Schritte umfassen:
Vorbereiten der Rohware durch Waschen und/oder Schälen, vorzugsweise vor dem Schritt des Behandelns der Rohware durch Anlegen des elektrischen Feldes;
Zerkleinern und/oder Formgeben der Rohware, vorzugsweise nach dem Schritt des Behandelns der Rohware durch Anlegen eines elektrischen Feldes und vor dem Schritt des In-Kontakt-Bringens mit dem wässrigen Medium;
Entfernen wenigstens eines Teils des wässrigen Mediums nach dem Schritt des In- Kontakt-Bringens mit dem wässrigen Medium.
Die Anlage kann, gemäß einer Ausführungsform, ferner wenigstens eine der folgenden Ein heiten umfassen: eine Vorbehandlungsstufe zum Waschen der Rohware; eine Schälvorrichtung; eine Zerkleinerungsvorrichtung; eine Entwässerungsvorrichtung; eine Transportvorrichtung zum Bewegen der Rohware innerhalb und zwischen den einzelnen Einheiten.
Die Zerkleinerungsvorrichtung kann beispielsweise ein Formgeber, eine Schneidvorrichtung, eine Schneidvorrichtung mit beweglichen Messern oder eine stehende Schneidvorrichtung in einem Strömungskanal umfassen.
Die Transportvorrichtung zum Bewegen der Rohware kann beispielsweise ein Förderband o- der eine Förderschnecke sein. Die Transportvorrichtung kann aber auch eine Pumpe sein, welche das wässrige Medium durch die Anlage befördert und zusammen mit dem wässrigen Medium die Rohware transportiert. Die Entwässerungsvorrichtung kann beispielsweise mechanische, thermische oder kombi nierte Verfahren zum Entfernen überschüssigen Prozesswassers von der Rohware aufweisen. Es können beispielsweise ein Vibrationsband, Zentrifugen, ein Gebläse, ein Heissluftgebläse, ein Wärmestrahler oder Kombinationen davon in der Entwässerungsvorrichtung eingesetzt werden. Die Konservierungsvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform eine Trocknungs- und/o der Garvorrichtung umfassen. Die Konservierungsvorrichtung kann beispielsweise eine Frit teuse sein. Die Fritteuse kann steuerbar ausgestaltet sein, um die Rohware gemäß einem vorbestimmten Zeit-Temperatur-Profils zu garen.
Gemäß einer Ausführungsform kann in Abhängigkeit vom aus gegebenem Steuersignal ein Prozessparameter eingestellt werden beim i) Behandeln mit einem elektrischen Feld, ii) Kon servieren, iii) In-Kontakt-Bringen mit einem wässrigen Medium und/oder iv) Zerkleinern und/o der Formgeben. Die erfindungsgemäße Anlage kann dazu ferner eine Steuereinheit zum Ein stellen eines Prozessparameters i) des Kondensators, ii) der Konservierungsvorrichtung, iii) beim Behälter, der Waschvorrichtung und/oder der Transportvorrichtung, und/oder iv) derZer- kleinerungsvorrichtung umfassen.
Beim Kondensator bzw. dem Schritt des Behandelns mit einem elektrischen Feld kann die Behandlungsintensität, beispielweise die Anzahl der Pulse, dieeingebrachte Energie, die Puls dauer, und/oder die Behandlungsdauer in Abhängigkeit vom ausgegebenem Steuersignal durch die Steuereinheit eingestellt werden. Bei der Konservierungsvorrichtung bzw. dem Schritt des Konservierens kann die Dauer und/o der die Temperatur, z.B. ein vorbestimmten Zeit-Temperatur-Profil, in Abhängigkeit vom er mittelten Messwert durch die Steuereinrichtung geändert bzw. geführt werden.
Beim Behälter, der Waschvorrichtung und/oder der Transportvorrichtung bzw. beim Schritt des In-Kontakt-Bringens mit einem wässrigen Medium kann die Menge des Frischwassers, die Frischwasserzufuhr bzw. die Frischwasserabfuhr, die Dauer des In-Kontakt-Bringens bzw. die Anzahl der Waschstufen in Abhängigkeit vom ermittelten Messwert durch die Steuereinheit angepasst werden.
Wird beispielsweise ein zu hoher Stärke- bzw. Zuckergehalt im wässrigen Medium bei ausrei chender Frischwasserzufuhr festgestellt, kann eine Reduktion/Abschwächung der Behandlung mit einem elektrischen Feld erfolgen. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Rohware zu stark elektroporiert wird und unerwünscht viele Inhaltsstoffe aus der Rohware in das wässrige Medium austreten. Wird beispielsweise ein hoher Stärkegehalt im wässrigen Medium bei ver gleichsweise geringem Zuckergehalt festgestellt, kann die Behandlungsintensität mit einem elektrischen Feld erhöht werden, um beispielsweise ein besseres Schnittbild zu erreichen. Es kann auch ein Abgleich mit der Laufzeit der eingesetzten Zerkleinerungsvorrichtung erfolgen und beispielsweise ein Schärfen bzw. Austausch der Schneidmesser vorgenommen werden.
Beim Schritt des Zerkleinerns und/oder Formgebens bzw. der Zerkleinerungsvorrichtung kann somit in einer Ausführungsform ein Abgleich mit der Laufzeit der Messer bzw. ein Schärfen oder Austausch der Messer in Abhängigkeit vom ermittelten Messwert/ausgegebenen Steuer signal vorgenommen bzw. durch die Steuereinheit veranlasst werden.
Wird beispielsweise eine starke Bräunung bei ansonsten im Normbereich befindlichen Eigen schaften des konservierten Nahrungsmittels festgestellt, kann beispielsweise ein intensiveres Waschen durch eine erhöhte Frischwasserzufuhr umgesetzt werden. Treten gleichzeitig wei tere Abweichungen, wie beispielsweise eine zu hohe Produktfeuchte oder ein zu hoher Ölge halt in konservierten Nahrungsmittel auf, können durch die Steuereinheit entsprechende Maß nahmen an den entsprechenden Verfahrensstufen/Anlageeinheiten umgesetzt werden. Mög lich sind hier beispielsweise eine Anpassung der Frittierkurve, im Speziellen der Frittierzeit und Temperatur, sowie dem Temperaturverlauf, also des Temperatur-Zeit-Profils innerhalb des Frittierprozesses. So kann eine schnelle Anpassung an sich ändernde Rohwaren und Verar beitungseigenschaften sowie mögliche Auswirkungen vorangegangener Prozessschritte wie etwa Schnittdicke oder Oberflächen-Volumen-Verhältnis der Zerkleinerungsschritte, vorzugs weise ln-line, also umittelbar erfolgen. Eine Bewertung der Produkteigenschaften hat überraschenderweise gezeigt, dass nach einer PEF-Behandlung - insbesondere je nach Rohwareneigenschaften und Saison - eine Erhö hung der Scheibendicke der Produkte auftritt. Überraschenderweise trat beispielsweise bei Einstellung einer Schnittdicke von 1,3 mm bei Kartoffeln nach Hinzufügen einer PEF-Behand- lung eine Erhöhung der Scheibendicke auf bis zu 1,4 mm auf. Diese Veränderung bedingt offenbar eine verlangsamte Wasserabgabe und die beobachtete Erhöhung der Restfeuchte des Produktes und macht dadurch Anpassungen an der Prozesslinie erforderlich. Die vorlie gende Erfindung erlaubt auf Basis Ermittlung der Produkteigenschaften wie der Produkt feuchte, insbesondere, wenn diese ln-line ermittelt wird, eine sofortige Anpassung der Pro- zessbedingungen an unterschiedlichen Stufen des Herstellverfahrens eines Snack-Produktes, z.B. von Kartoffelchips.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wenn eine Erhöhung der Produktfeuchte ermit telt wird, ein Steuersignal ausgegeben werden, abhängig von dem einer oder mehrere der folgenden Prozessparameter eingestellt wird: (i) Anpassung eines Zerkleinerungsparameters beispielsweise der Schnittdicke, z.B. durch Einstellen des Messerabstands oder durch Verän derung der Schneidkraft bzw. der Rotationsgeschwindigkeit des Schneid köpf es; (ii) Anpas sung der Intensität der PEF-Behandlung (wodurch sich z.B. der oben beschriebene, überra schende Einfluss der PEF-Behandlung auf die Schnittdicke des Produktes verringert); (iii) An passungen der Konservierungsbedingungen, beispielsweise der Frittierbedingungen, z.B. durch Erhöhung der Frittiertemperatur, vorzugsweise in der ersten Frittierstufe bzw. zu Beginn des Frittieren, ggfls. unter Verringerung der Temperatur in der letzten Frittierstufe oder der Frittierzeit. Wird eine verringerte Produktfeuchte ermittelt, kann ein Steuersignal ausgegeben werden, das den entsprechenden Prozessparameter in entgegengesetzte Richtung einstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wenn ein erhöhter Fettgehalt des Produktes ermittelt wird, ein Steuersignal ausgegeben werden, abhängig von dem einer oder mehrere der folgenden Prozessparameter eingestellt wird: (i) Erhöhung der Intensität der PEF-Behand lung zur Verbesserung des Schnittbildes, (ii) Verkürzung der Frittierzeit. Wird ein verringerter Fettgehalt des Produktes ermittelt, kann ein Steuersignal ausgegeben werden, das den ent sprechenden Prozessparameter in entgegengesetzte Richtung einstellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wenn eine erhöhte Bräunung des Produktes ermittelt wird, ein Steuersignal ausgegeben werden, abhängig von dem einer oder mehrere der folgenden Prozessparameter eingestellt wird: (i) Anpassung der PEF-Intensität, z.B. durch Erhöhung des Energieeintrags bis zu einem Wert bei dem eine maximale Reduktion der Schneidkraft erreicht wird; (ii) Anpassung des Waschschrittes, z.B. Erhöhung der Einwirkzeit und oder der Temperatur bzw. Zuführung eines höheren Frischwasseranteils oder Hinzufügen eines Waschschrittes; (iii) Anpassung der Konservierungsbedingungen, beispielsweise der Frittierbedingungen, z.B. Reduktion der Frittiertemperatur in einer letzten Frittierstufe bzw. zum Ende des Frittiervorgangs, ggfls. Bei Erhöhung der Frittiertemperatur in der der ersten Frittier stufe und Anpassung der Frittierzeit. Wird eine verringerte Bräunung des Produktes ermittelt, kann ein Steuersignal ausgegeben werden, das den entsprechenden Prozessparameter in entgegengesetzte Richtung einstellt.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform kann der ermittelte Messwert mit einem vorbestimm- ten Sollwert bzw. Sollwertebereich verglichen werden und ein Steuersignal zum Ändern eines Prozessparameters ausgegeben werden, wenn die Differenz aus dem ermittelten Messwert und im vorbestimmten Sollwert einen Grenzwert übersteigt bzw. der ermittelte Messwert au ßerhalb des Soll-Wertebereiches liegt. Der vorbestimmte Sollwert kann in der Auswerteeinheit, die mit der wenigstens einen Messvorrichtung signalübertragend verbunden sein kann, hinter- legt sein. Der Sollwert kann ferner ein Erfahrungswert oder aufgrund von künstlicher Intelli genz, eines Algorithmus, eines vorprogrammierten oder erlernten Algorithmuses vorbestimmt werden.
Dies erlaubt eine Wissens- und erfahrungsbasierte Optimierung der Herstellung von konser vierten Lebensmitteln, beispielsweise Snack-Produkten auf Basis der Erfassung von Messgrö- ßen. Daraus resultiert ein optimiertes Verfahren sowohl im Hinblick auf die erzielten Produktei genschaften als auch bezüglich der Prozessqualität. So lässt ein konserviertes Nahrungsmittel gleichbleibend hoher Qualität erzeugen und ein unnötig hoher Ressourcenverbrauch, bei spielsweise an Frischwasser oder Energie vermeiden. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine schnelle Anpassung der Prozessbedingungen und durch die Erfassung der Auswirkungen der eingeleiteten Maßnahmen und ihre Rückkopplung auf das Verfahren bzw. die Anlage eine schnelle, kontrollierte Anpassung und Führung des Herstellungsverfahrens auf unterschiedli che Rohwareneigenschaften.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform können die ermittelten Messwerte und die ausgege benen Steuersignale gespeichert und optional ausgewertet werden. Es kann beispielsweise der zeitliche Verlauf der ermittelten Messwerte und der in Abhängigkeit davon ausgegebenen Steuersignale, also der Änderungen der Prozessführung dokumentiert werden, um die Pro zesssteuerung zu optimieren. Hierbei kann es sich anbieten, selbst-lernende Algorithmen auf Basis künstlicher Intelligenz einzusetzen. Die Auswerteeinheit kann, in einer Ausführungsform, eine Speichereinheit zum Aufzeichnen der Messwerte und/oder der Steuersignale umfassen. Die Auswerteeinheit kann ferner oder alternativ eine Recheneinheit zum Analysieren der Messwerte und/oder einen Algorithmus, beispielweise einen vorprogrammierten oder selbst-lernenden Algorithmus zum Umwandeln eines Messwertes in ein Steuersignal umfassen. So können durch die Auswerteeinheit auf Basis programmierter oder erlernter Algorithmen Maßnahmen vorgeschlagen und an den ent sprechenden Einheiten bzw. in den entsprechenden Verfahrensstufen umgesetzt werden, um eine schnelle Anpassung an sich ändernder Rohwaren- und Verarbeitungseigenschaften zu ermöglichen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwick lungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig mitei nander kombiniert werden, je nachdem, wie es im Anwendungsfall notwendig ist.
Es zeigen: Fig. 1 Ein Fließschema eines Ablaufs für ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2. eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen An lage zum Herstellen eines konservierten Nahrungsmittels aus einer Rohware.
Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen von einem konservierten Nah- rungsmittel aus einer Rohware, beispielsweise zum Herstellen eines Snack-Produktes unter Bezugnahme auf das Fließdiagramm der Fig. 1 vorgestellt, bevor unter Verweis auf die Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Anlage zur Herstellung von einem konservierten Nahrungsmittel, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren ablaufen kann, präsentiert wird.
Das Verfahren zum Herstellen von einem konservierten Nahrungsmittel 1 aus einer Rohware 2, insbesondere zum Herstellen eines Snack-Produktes umfasst die folgenden Schritte:
Behandeln der Rohware 2 durch Anlegen eines elektrischen Feldes;
In-Kontakt-Bringen der behandelten Rohware 2 mit einem wässrigen Medium 3;
Konservieren der Rohware 2 zu einem Nahrungsmittel 1, nach dem Schritt des In-Kon- takt-Bringens; Ermitteln eines Messwertes 4, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nah rungsmittels 1 und/odereinen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums 3 kennzeichnet; und
Ausgeben eines Steuersignals 5 in Abhängigkeit von dem ermittelten Messwert 4.
Im beispielhaften Fließschema der Fig. 1 findet der Schritt des Behandelns der Rohware 2 durch Anlegen eines elektrischen Feldes statt, nachdem die Rohware, beispielsweise eine pflanzliche Rohware wie eine Knolle, eine Wurzel oder eine Frucht, wie eine Süßkartoffel, zu nächst gewaschen wurde, um Schmutzbestandteile zu entfernen, und anschließend geschält wurde. Beim Schritt des Behandelns mit einem elektrischen Feld kann die Rohware 2 einem gepulsten elektrischen Feld (PEF) ausgesetzt werden, welches einen Zellaufschluss bewirkt, bei dem Semipermeabilität der Zellmembran aufgehoben wird. Durch den Einsatz eines ge pulsten elektrischen Feldes kann eine Gewebeerweichung erzielt werden und der Tugordruck innerhalb der Zellen reduziert sich, sodass teilweise intrazelluläre Bestandteile freigesetzt wer den.
Im Anschluss an die Elektroporation wird das Lebensmittel bei dem beispielhaften Verfahren gemäß dem Fließschema der Fig. 1 zerkleinert, nämlich geschnitten, und in Form gebracht.
Es folgt der Schritt des In-Kontakt-Bringens mit einem wässrigen Medium 3. Dies kann ein Waschschritt sein, bei dem wässriges Medium 3 zu der geschnittenen Rohware 2 hinzugefügt wird. Möglich ist auch ein Transportschritt in einem wässrigen Medium 3, d.h. die Rohware 2 wird durch das wässrige Medium 3 innerhalb und zwischen den einzelnen Verfahrensschritten bewegt.
Abschließend erfolgt der Schritt des Konservierens der Rohware 2 zu einem konservierten Nahrungsmittel 1 , beispielsweise zu Süßkartoffelchips oder einem anderen Snack-Produkt, wie einem Salzgebäck, Kartoffelchips, Erdnussflips. Dazu kann das Nahrungsmittel gegart, beispielsweise frittiert werden. Beim Fließschema der Fig. 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen Messwert 4 zu ermitteln, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nahrungsmittels 1 kennzeichnet. Dies kann beispielsweise die Produktfarbe (z.B. die Bräunung des Produktes), die Produktform (z.B. die Schnittdicke), die Produktkonsistenz oder die Produktfeuchte bzw. der Ölgehalt des Produktes sein. Bei dem beispielhaften Verfahren gemäß Fließschema der Fig. 1 wird ferner ein Mess- wert 4 ermittelt, der einen Inhaltsstoff, einen aus der Rohware 2 freigesetzten Inhaltsstoff des wässrigen Mediums 4 kennzeichnet. Der Inhaltsstoff kann beispielsweise der Gehalt eines Zuckers, eines Polymeres oder Salzes, beispielsweise der Gehalt an freier Stärke sein.
In Abhängigkeit von den ermittelten Messwerten wird erfahrungsgemäß schließlich ein Steu ersignal ausgegeben. In Abhängigkeit von dem ausgegebenen Steuersignal kann ein Verfah rensparameter geändert werden, beispielweise bei dem Schritt des Behandelns mit einem elektrischen Feld (z.B. die Behandlungsintensität), beim Schritt des Konservierens (z.B. die Dauer oder Temperatur des Konservierungsschrittes), beim Schritt des In-Kontakt-Bringens mit einem wässrigen Medium 4 (z.B. die Aufenthaltszeit im wässrigen Medium, die Anzahl der Behandlungsstufen bzw. die Zusammensetzung des wässrigen Mediums 4), und/oder beim Schritt des Zerkleinerns (z.B. die Anweisung zum Schärfen bzw. Austauschen der Schneid vorrichtung, oder der Abstand der Messer). Beim Fließschema der Fig. 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, ein Steuersignal an den Schritt des In-Kontakt-Bringens mit einem wässrigen Me dium und/oder den Schritt des Konservierens auszugeben. Das Steuersignal kann als Feed back die Verfahrensparameter dieser Schritte in Abhängigkeit vom ermittelten Messwert ein stellen, um die erwünschten Produkteigenschaften zu erhalten bzw. das Verfahren effizient (z.B. hinsichtlich der Ressourcen wie Energie- und/oder Frischwasserbedarf) ablaufen zu las sen. Es sind somit geschlossene Regelkreise beim Durchführen des Verfahrens möglich.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Anlage 6 zur Herstellung konservierten Nahrungsmittels 1 aus einer Rohware 2 unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung der Fig. 2 vorge stellt. Im Rahmen dieser Vorstellung wird das beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren ge mäß Fließschema der Fig. 1, dass unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage, bei spielweise der beispielhaften Anlage 6 der Fig. 2 ausgeführt kann, näher erläutert.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage 6 umfasst eine Vorbehandlungsstufe 7 zum Waschen der Roh ware 2. Der Vorbehandlungsstufe 7 ist eine Zuführung 8 zum Aufgeben der Rohware 2 sowie eine Einleitung 9 zum Aufgeben von einem wässrigen Medium 4 als Waschmedium der Vor behandlungsstufe 7 zugeordnet.
Von der Vorbehandlungsstufe 7 wird die gewaschene Rohware 2 in eine Schälvorrichtung 10 überführt, wo die Schale 19 entfernet wird.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage 6 umfasst ferner einen Kondensator 11 zur Behandlung der Rohware 2, in der gezeigten Ausführungsform der geschälten Rohware mit einem elektrischen Feld, hier beispielsweise einem gepulsten elektrischen Feld. Der Kondensator 11 (im Folgen- den auch Elektroporator genannt) umfasst wenigstens zwei Elektroden 12, die den Konden sator 11 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes ausbilden. Die Elektroden 12 des Konden sators 11 sind über Energieleitungen 13 mit einer Spannungsquelle 14 verbunden. In der ge zeigten Ausführungsform sind die beiden Elektroden 12 kollinear angeordnet. Dazu sind zwei ring- bzw. rohrförmige Elektroden 12 entlang einer Transportrichtung T, in der die geschälte Rohware 2 durch den Elektroporator 11 bewegt wird, voneinander beabstandet angeordnet. Die Elektroden 12 des Kondensators 11 können auch an sich gegenüberliegenden Seiten und parallel zueinander angeordnet sein. Bei einer solch parallelen Elektrodenanordnung kann ein homogenes elektrisches Feld zur gleichmäßigen Behandlung der geschälten Rohware 2 er- zeugt werden. Auch andere Varianten, wie beispielsweise eine koaxiale oder konische Elekt rodenanordnung sind denkbar.
Als Spannungsquelle 14 kann ein Impulsgenerator 15 wie ein Marx-Generator eingesetzt wer den, mit dem elektrische Hochspannungsimpulse einer hohen Spannung im kV-Bereich und einer kurzen Dauer im Mikro- bis Millisekundenbereich generiert werden können. Die Elektro- den 12 können beispielsweise aus Edelstahl oder einer Titanlegierung gefertigt sein.
Die elektroporierte, also die in einem elektrischen Feld behandelte Rohware 2 wird anschlie ßend in einer Zerkleinerungsvorrichtung 16 der Anlage 6 zerkleinert und/oder in die ge wünschte Form gebracht. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst die Zerkleinerungs vorrichtung 16 eine Schneidvorrichtung 17. Hier handelt es sich um eine stehende Schneid- Vorrichtung 17, die in einem Strömungskanal 18 angeordnet ist, wobei die elektroporierte Roh ware 2 in einem wässrigen Medium 4 durch die stehende Schneidvorrichtung 17 hindurch transportiert und dabei zerkleinert wird. Alternativ könnten auch bewegliche Messer oder an dere Zerkleinerungsrichtungen je nach Art der zu behandelnden Rohware 2 und des er wünschten konservierten Nahrungsmittels eingesetzt werden. Die geschnittene Rohware 2 wird danach in wenigstens einem Behälter 20 mit einem wässri gen Medium 4 in Kontakt gebracht. Der Behälter 20 kann eine Waschvorrichtung 21 oder eine Transportvorrichtung 46 sein, in welcher die mit einem elektrischen Feld behandelte und an schließend geschnittene Rohware 2 zu den weiteren Einheiten der Anlage transportiert wird.
Die Transportvorrichtung 46 zum Bewegen der Rohware 2 kann beispielsweise ein Förder- band oder eine Förderschnecke (nicht gezeigt) sein. Die Transportvorrichtung 46 kann auch, wie in der beispielhaften Ausführungsform der Fig. 2 eine Pumpe 47 sein, welche das wässrige Medium 4 durch die Anlage 6 befördert und zusammen mit dem wässrigen Medium 4 die Roh ware 2 transportiert. In der gezeigten Ausführungsform der Fig. 2 ist der Behälter 20 Teil einer Waschvorrichtung 21. Die Waschvorrichtung 21 umfasst mehrere Waschkammem 22, in denen ein mehrstufiger Waschprozess bzw. Verfahrensschritt des In-Kontakt-Bringens der behandelten Rohware 2 mit einem wässrigen Medium durchgeführt werden kann. Es wäre ebenso möglich, die Wasch vorrichtung 21 mit mehreren Waschbehältern oder sonstigen Anlagesegmenten (nicht gezeigt) vorzusehen.
Am einen Ende der Waschvorrichtung 21 wird die mit einem elektrischen Feld behandelte und geschnittene Rohware 2 zugeführt. Der Behälter 2 enthält an diesem Ende ebenfalls eine Pro zesswasserzufuhr 25 zum Einleiten von rückgeführten Prozesswasser 26. An dem anderen Ende der Waschvorrichtung 22 ist eine Frischwasserzufuhr 23 zum Einleiten von Frischwasser 24. Bei der gezeigten Anlage 6 vorgesehen. Das wässrige Medium 4, mit welchem die Roh ware 2 im Behälter 20 in Kontakt gebracht wird, setzt sich somit aus einem Teil Frischwasser 23 und einem Teil rückgeführten Prozesswasser 26 zusammen. In der beispielhaft gezeigten Ausführungsform werden Frischwasser 24 und zurückgeführtes Prozesswasser 26 im Gegen strom geführt. Es ist ebenfalls eine Führung im Kreuzstrom möglich, was beispielweise bei einer mehrstufigen Gestaltung vorteilhaft sein kann.
Die weiteren Waschkammern 22 der Waschvorrichtung 21 aus Fig. 2 sind lediglich schema tisch angedeutet. Jede dieser Waschkammern 22 könnte mit einer separaten Frischwasser zufuhr 23 bzw. Prozesswasserzufuhr 25 versehen sein, was der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 allerdings nicht dargestellt ist.
Das rückgeführte Prozesswasser 26 kann aus einer Entwässerungsvorrichtung 27 stammen, in der überschüssiges wässriges Medium 4 beispielsweise durch mechanische, thermische oder kombinierte Verfahren, wie etwa einem Vibrationsband, Zentrifugen, einer Heißluftbe handlung oder sonstigen Vorrichtungen sowie Kombinationen davon von der Rohware 2 ent fernt werden kann.
In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist eine Rückführleitung 28 vorgesehen, in welcher das in der Entwässerungsvorrichtung 27 entfernte Prozesswasser 26 von der Entwäs serungsvorrichtung zum Behälter 20 rückgeführt wird. Das zurückgeführte Prozesswasser 26 könnte alternativ auch aus einer beliebigen anderen Einheit der Anlage 6 stammen, beispiels weise der Vorbehandlungsstufe 7 oder der Schneidvorrichtung 17, in welcher Prozesswasser 26 aus der Anlage 6 entfernt wird. An die Entwässerungsvorrichtung TI schließt sich eine Konservierungsvorrichtung 29 an, in welcher die Rohware 2 zu einem Nahrungsmittel 1 konserviert wird. Die Konservierungsvor richtung 29 kann eine Garvorrichtung 30, beispielsweise eine Fritteuse sein. In der Konservie rungsvorrichtung 28 wird die Rohware 2 mit einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertra- gungsmediums 31, wie Wasser, Öl oder Luft, in Kontakt gebracht. In der gezeigten Ausfüh rungsform erfolgt der Schritt des Konservierens gemäß einem vorbestimmten Temperatur- Zeit-Profils 32, sodass die Aufenthaltsdauer der Rohware 2 in der Konservierungsvorrichtung 29 und definierte Temperaturstufen, beispielweise 140°C bis 180°C festgelegt sind, um die erwünschten Produkteigenschaften der konservierten Rohware 1 zu erreichen. Um die erwünschten Produkteigenschaften der konservierten Rohware 2 zu erzielen und das Verfahren möglichst bei optimalen Prozessbedingungen ablaufen zu lassen, ist bei der erfin dungsgemäßen Anlage 6 wenigstens eine Messeinrichtung 33 zur Ermittlung eines Messwer tes 4 und eine Auswerteeinheit 34 zum Ausgeben eines Steuersignals 5 in Abhängigkeit von dem ermittelten Messwert 4 vorgesehen. Die in Fig. 2 gezeigte Anlage 6 umfasst eine Messeinrichtung 35 zur Ermittlung eines Mess wertes 36 der einen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums 3 kennzeichnet. Der Messwert 36 in der gezeigten Ausführungsform ist ein aus der Rohware 2 freigesetzter Inhaltsstoff des wäss rigen Mediums 3. Der Inhaltsstoff kann beispielsweise ein Zucker, ein Salz oder ein Polymer, beispielsweise Stärke sein, dass während des In-Kontakt-Bringens der behandelten Rohware 2 mit dem wässrigen Medium 3 aus der Rohware 2 austritt und in das wässrige Medium 3 überführt wird.
Die Messeinrichtung 35 ist mit der Auswerteeinrichtung 34 datenübertragend verbunden. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von „datenübertragend verbunden“ gesprochen wird, beinhaltet dies sowohl eine kabelgebundene als auch eine kabellose Übertragung der Mess- werte 4 von der Messeinrichtung 33 zur Auswerteeinrichtung 34, beispielsweise über Leitun gen oder mittels Funktechnologie.
In der gezeigten Ausführungsform der Anlage ist die Messeinrichtung 35 über eine Messlei tung 37 mit der Auswerteeinrichtung 34 verbunden, über welche der Messwert 36 von der Messeinrichtung 35 an die Auswerteeinrichtung 34 übertragen wird. Selbstverständlich kann die Messleitung 37 weggelassen werden, wenn die Messwertübertragung zwischen Messein richtung 35 und Auswerteeinrichtung 34 kabellos, beispielsweise über eine Funkverbindung erfolgt. Es gilt für sämtliche Leitungen, die im Rahmen dieser Erfindung vorgestellt werden, dass diese sowohl kabelgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein können und dass über diese Lei tungen Signale bzw. Daten nicht nur in der durch Pfeile angedeuteten Richtung, sondern auch in der entgegengesetzten Richtung übertragen werden können.
Bei der beispielhaften Anlage 6 der Fig. 2 kann die Auswerteeinrichtung 34 ein Steuersignal 5 in Abhängigkeit von dem ermittelten Messwert 3 ausgeben. Beispielsweise kann mittels der Messeinrichtung 35 ln-line die Zusammensetzung des wässrigen Mediums 4 durch beispiels weise optische oder elektrische Messverfahren wie Refraktometrie, Trübungsmessung, Parti kelgrößenanalyse oder Infrarotmessung erfolgen um beispielsweise den Gehalt an Zucker, Stärke, Salz und anderen aus der Rohware 2 freigesetzten Inhaltsstoffen zu ermitteln. Dazu ist die Messeinrichtung 35 der Rückführleitung 28 zugeordnet. Die Messeinrichtung 35 könnte allerdings ebenso dem Behälter 20, beispielsweise einer seiner Waschkammern 22 zugeord net sein.
Das von der Auswerteeinheit 34 ausgegebene Steuersignal 5 wir an eine Steuereinheit 48 übertragen. Die Steuereinheit 48 (durch einen Pfeil symbolisiert) kann beispielsweise einem Zulaufventil 38 der Frischwasserzufuhr 23 zugeordnet sein. So kann beim Schritt des In-Kon- takt-Bringens Frischwasser 24 zugeführt werden, wobei die zugeführte Frischwassermenge von dem ermittelten Messwert 36 abhängen kann.
Das Steuersignal 5 kann zusätzlich oder alternativ an eine Steuereinheit 48 eines Rückführ ventil 39 ausgegeben werden, welches die Menge des durch die Rückführleitung 28 zurück geführten Prozesswassers 35 einstellt. So kann sich das wässrige Medium 3 aus einem Teil rückgeführten Prozesswasser 26 und einem Teil Frischwasser 24 zusammensetzen. Auf diese Weise kann man eine übermäßige Verschmutzung des wässrigen Mediums 4 und eine uner wünschte Übertragung der Verschmutzungen auf die konservierten Nahrungsmittel 1 sowie dadurch entstehende Qualitätsnachweise vermeiden. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass kein unnötig hoher Verbrauch an Frischwasser 24 entsteht.
Das Steuersignal 5 kann von der Auswerteeinrichtung 34 auch an eine Steuereinheit 48 des Kondensators 11 ausgegeben werden. Wird beispielsweise gleichzeitig eine hoher Stärke- und Zuckergehalt im wässrigen Medium 3 bei bereits ausreichender Frischwasserzufuhr festge stellt, kann eine Reduktion der Elektroporation vorgenommen werden.
Die Auswerteeinrichtung 34 kann auch ein Steuersignal 5 an eine Steuereinheit 48 der Schneidvorrichtung 17 ausgeben. Wird beispielsweise ein hoher Stärkegehalt im wässrigen Medium bei vergleichsweise geringem Zuckergehalt festgestellt, kann zunächst eine Erhö hung der Behandlungsintensität des Elektroporators 11 durch Ausgabe des Steuersignals 5 an eine Steuereinheit 48 des Elektroporators 11 veranlasst werden. Gleichzeitig könnte ein Abgleich mit der Laufzeit der eingesetzten Schneidvorrichtungen 17 in der Verkleinerungsein richtung 16 erfolgen und beispielsweise eine Schärfen oder der Austausch der Schneidvor richtungen 17 vorgenommen werden.
In der gezeigten Ausführungsform ist eine weitere Messeinrichtung 33, eine Messeinrichtung 40 zur Ermittlung eines Messwertes 41, der eine Produkteigenschaft des konservierten Nah rungsmittels 1 kennzeichnet, vorgesehen. Die Messeinrichtung 40 kann beispielsweise mittels Infrarotspektroskopie wesentliche Eigenschaften des konservierten Nahrungsmittels 1 bei spielsweise Produktfarbe, Ölgehalt oder auch Produktfeuchte feststellen und einen entspre chenden Messwert über eine weitere Messleitung 42 an die Auswerteeinrichtung 34 ausge ben.
In Abhängigkeit vom Messwert 41 gibt die Auswerteeinrichtung 34 ein Steuersignal 5 aus, beispielsweise an die Steuereinheit 48 des Elektroporators 11 zur Anpassung der Behand lungsintensität, oder an die Steuereinheit 48 des Zulaufventils 40 bzw. des Rückführventils 39 oder die Steuereinheit 48 des Behälters 20, um eine Verringerung oder Erhöhung der Frisch wasserzu- bzw. Prozesswasserrückführung zu erreichen. Das Steuersignal 5 kann auch an die Steuereinheit 48 der Konservierungsvorrichtung 29 ausgegeben werden, beispielsweise um eine Verringerung oder Erhöhung der Konservierungsintensität, beispielsweise Anpassung des Temperatur-Zeit-Profils 32 zu bewirken.
Wird beispielsweise eine starke Bräunung des konservierten Nahrungsmittels 1 festgestellt, kann ein intensiveres Waschen durch eine erhöhte Frischwasserzufuhr, eine längere Wasch dauer oder höhere Temperatur des Waschmediums umgesetzt werden. Alternativ oder zu sätzlich könnte die Intensität der Behandlung mit dem elektrischen Feld angepasst werden, z.B. indem der Energieeintrag erhöht wird, bis zu einem Wert bei dem eine maximale Reduk tion der Schneidkraft erreicht wird. Aus die Konservierungsbedingungen könnten angepasst werden, z.B. durch eine Reduktion der Frittiertemperatur in einer letzten Frittierstufe bzw. zum Ende des Frittiervorgangs, ggfls. Bei Erhöhung der Frittiertemperatur in der der ersten Frittier stufe und Anpassung der Frittierzeit. T reten alternativ oder gleichzeitig weitere Abweichungen, wie etwa eine zu hohe Produktfeuchte oder ein zu hoher Fett-/Ölgehalt auf, kann durch die Auswerteeinrichtung 34 auf Basis vorbestimmter Sollwerte 43 ein Steuersignal 5 ausgegeben werden und an den entsprechenden Verfahrensstufen umgesetzt werden. Beispielsweise kann in der Auswerteeinrichtung 34 der ermittelte Messwert 4, 36, 41 mit einem vorbestimmten Sollwert 43 verglichen werden und ein Steuersignal 5 zum Ändern eines Pro zessparameters ausgegeben werden, wenn die Differenz aus dem ermittelten Messwert 4, 36, 41 und dem vorbestimmten Sollwert 43 ein Grenzwert übersteigt. Der Grenzwert spiegelt dabei einen Toleranzbereich um einen vorgegebenen Zielparameter wieder, wobei die Differenz so wohl die Abweichung ober- als auch unterhalb des Zielparameters berücksichtigt und somit sowohl eine Unterbehandlung, als auch eine Überbehandlung abdecken kann.
Der vorbestimmte Sollwert 43 kann sowohl ein Erfahrungswert, als auch ein erlernter Erfah rungswert, ein Algorithmus, beispielsweise ein vorprogrammierter oder erlernter Algorithmus sein. Es kann beispielsweise in der Auswerteeinheit 34 eine künstliche Intelligenz implemen tiert sein, welche die vorgenommenen Maßnahmen und ausgegeben Steuersignale 5 zur Re gulierung einer Produkteigenschaft des konservierten Nahrungsmittels bzw. eines Inhaltsstof fes des wässrigen Medium 4 fortlaufend überwacht und selbst-lernend optimiert.
Die Auswerteeinrichtung 34 kann beispielsweise eine Speichereinheit 44 zum Aufzeichnen der übertragenen Messwerte 4, 36, 41 und/oder der ausgegebenen Steuersignale 5 umfassen. Die Auswerteeinrichtung 34 kann auch eine Recheneinheit 45 zum Analysieren der Messwerte 4, 36, 41 aufweisen. Dabei kann die Recheneinheit 45 beispielsweise auf einen Sollwertalgo rithmus 43 zum Umwandeln eines Messwertes 4 in ein Steuersignal 5 zugreifen.
Die Speichereinheit 44, die man auch Protokolleinheit nennen könnte, kann sämtliche Mess werte 4 und ausgegebene Steuersignale 5 als auch sonstige Betriebsparameter der Anlage 6 aufzeichnen. Aufgezeichnet werden können beispielsweise das zugeführte Frischwasser 24, das rückgeführte Prozesswasser 26, die Behandlungsintensität des Elektroporators 11 , die Laufzeit der Schneidvorrichtung 17, das angewendete Temperatur-Zeit-Profil 32, die Anzahl der Waschkammern 22, etc. Die Protokolleinheit ermöglicht eine Dokumentation der Prozess führung der erfindungsgemäßen Anlage 6 und lässt Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der vorgenommenen Steuerungen durch die ausgegebenen Steuersignale 5 zu, sodass die An lage 6 selbst-lernend optimiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage erlaubt somit eine Wis sens- und erfahrungsbasierte Optimierung der Herstellung eines konservierten Nahrungsmit tels 1 , beispielsweise eines Snack-Produktes auf Beispiel einer In-Iine-Erfassung von Mess größen und resultiert in einem, im Hinblick auf die Eigenschaften des konservierten Nahrungs mittels 1 und auf die Prozessqualität, optimalen Verfahren. Auf diese Weise lässt sich ein qua- litativ hochwertiges Nahrungsmittel 1 erzeugen und ein unnötig hoher Verbrauch an Frisch wasser 24 und Energie vermeiden. Die In-Iine-Messwerterfassung und Auswertung erlaubt eine schnelle Anpassung der Prozessbedingungen und durch die Erfassung und Auswirkung der eingeleiteten Maßnahmen und ihre Rückkopplung eine schnelle, kontrollierte Anpassung des Verfahrens auf unterschiedliche Rohwareneigenschaften.
Im Rahmen einer Versuchsreihe wurden ganzer Kartoffeln einer PEF-Behandlung mit einem Energieeintrag von 0,2 bis 0,8 kJ/kg unterzogen. Die Kartoffeln wurden anschließend mittels Slicer in Scheiben geschnitten. Die Kartoffelscheiben wurden nach einem Waschschritt in ei ner kontinuierlichen Frittierlinie in mehrere Frittierstufen frittiert und zu Chips weiterverarbeitet. Nach der PEF-Behandlung wurde festgestellt, dass sich die Produktfeuchte des Endproduktes im Vergleich zu unbehandelten Kartoffeln (die bei ansonsten gleichbleibenden Einstellungen der übrigen Prozessschritte nicht mit PEF behandelt wurden) erhöht hat. Es wurde überra schenderweise eine Erhöhung der Feuchte des Endproduktes, also der Kartoffelchips von 2,0 auf 2,2 % festgestellt. Um diesen unerwarteten Einfluss auszugleichen kann beispielweise auf Basis der am Endprodukt ermittelten Produkteigenschaften eine Anpassung der Frittierbedin gungen erfolgen. Um eine Verringerung des Feuchtegehalts und Rückstellung auf den ge wünschten Zielwert zu erreichen kann etwa die Frittiertemperatur erhöht werden. Im Rahmen der Versuche hat sich zudem gezeigt, dass insbesondere eine Erhöhung der Temperatur in einer ersten Frittierstufe zielführend ist. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass dies nach eine PEF-Behandlung nicht wie sonst üblich zu einer Erhöhung des Anteils stark ge bräunter Produkte führt.
Eine weitergehende Bewertung der Produkteigenschaften dieser Versuche hat gezeigt, dass nach einer PEF-Behandlung - je nach Rohwareneigenschaften und Saison - eine Erhöhung der Scheibendicke der Produkte beobachtet wird. Überraschenderweise trat beispielsweise bei Einstellung einer Schnittdicke von 1 ,3 mm bei Kartoffeln nach Hinzufügen einer PEF- Be handlung eine Erhöhung der Scheibendicke auf bis zu 1 ,4 mm auf. Diese Veränderung bedingt offenbar eine verlangsamte Wasserabgabe und es wurde eine Erhöhung der Restfeuchte des Produktes ermittelt. Die höhere Restfeuchte macht dadurch Anpassungen an der Prozesslinie erforderlich, die wie oben beschriebe erfolgen können. Das erfindungsgemäße Vorgehen er laubt somit auf Basis der In- Line Bestimmung der Produkteigenschaften, wie der Produkt feuchte, eine Anpassung der Prozessbedingungen an unterschiedlichen Stufen des Herstell verfahrens von Kartoffelchips. Bezugszeichen
1 Konserviertes Nahrungsmittel
2 Rohware
3 Wässriges Medium
4 Messwert
5 Steuersignal
6 Anlage
7 Vorbehandlungsstufe
K Zuführung der Rohware
9 Einleitung eines wässrigen Mediums
10 Schälvorrichtung
11 Kondensator / Elektroporator
12 Elektroden
13 Energieleitung
14 Spannungsquelle
15 Impulsgenerator
16 Zerkleinerungsvorrichtung
17 Schneidvorrichtung
18 Strömungskanal
19 Schale
20 Behälter
21 Waschvorrichtung
22 Waschkammer
23 Frischwasserzufuhr
24 Frischwasser
25 Prozesswasserzufuhr
26 Prozesswasser
27 Entwässerungsvorrichtung
28 Rückführleitung
29 Konservierungsvorrichtung
30 Garvorrichtung
31 Wärmeübertragungsmedium
32 Temperatur-Zeit-Profil Messeinrichtung Auswerteeinrichtung Messeinrichtung des wässrigen Mediums Messwert des wässrigen Mediums Messleitung Zulaufventil Rückführventil Messeinrichtung des konservierten Nahrungsmittels Messwert des konservierten Nahrungsmittels Messleitung Sollwert Speichereinheit Recheneinheit Transportvorrichtung Pumpe Steuereinheit Transportrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines konservierten Nahrungsmittels (1) aus einer Rohware (2), insbesondere zum Herstellen eines Snack-Produktes, umfassend die folgenden Schritte: - Behandeln der Rohware (2) durch Anlegen eines elektrischen Feldes;
In-Kontakt-Bringen der behandelten Rohware (2) mit einem wässrigen Medium
(3);
Konservieren der Rohware (2) zu einem Nahrungsmittel (1), nach dem Schritt des In-Kontakt-Bringens; - Ermitteln eines Messwertes (4), der eine Produkteigenschaft des konservierten
Nahrungsmittels (1) und/oder einen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums (3) kennzeichnet; und
Ausgeben eines Steuersignals (5) in Abhängigkeit von dem ermittelten Mess wert (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Behandeln der Rohware (2) ein gepulstes elektrisches Feld angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwert (4) ermittelt wird, der den Gehalt an einem Zucker, einem Salz und/oder einem Polymer im wässrigen Medium (3) kennzeichnet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim
Schritt des In-Kontakt-Bringens Frischwasser (24) zugeführt wird, wobei die zugeführte Frischwassermenge von dem ermittelten Messwert (4) abhängt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wässrige Me dium (3) aus einem Teil rückgeführten Prozesswasser (26) und einem Teil Frischwas- ser (24) zusammensetzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte: Vorbereiten der Rohware (2) durch Waschen und/oder Schälen, vorzugweise vor dem Schritt des Behandelns der Rohware (2) durch Anlegen eines elektri schen Feldes;
Zerkleinern und/oder Formgeben der Rohware (2), vorzugsweise nach dem Schritt des Behandelns der Rohware (2) durch Anlegen eines elektrischen Fel des und vor dem Schritt des In-Kontakt-Bringens mit dem wässrigen Medium
(3);
Entfernen wenigstens eines Teils des wässrigen Mediums (3) nach dem Schritt des In-Kontakt-Bringens mit dem wässrigen Medium (3).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Ab hängigkeit von dem ausgegebenen Steuersignal (5) ein Prozessparameter eingestellt wird beim i) Behandeln mit einem elektrischen Feld, ii) Konservieren, iii) In-Kontakt- Bringen mit einem wässrigen Medium (3) und/oder iv) Zerkleinern und/oder Formge ben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der er mittelte Messwert (4) mit einem vorbestimmten Sollwert (43) verglichen wird und ein Steuersignal (5) zum Ändern eines Prozessparameters ausgegeben wird, wenn die Differenz aus dem ermittelten Messwert (4) und dem vorbestimmten Sollwert (43) ein Grenzwert übersteigt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die er mittelten Messwerte (4) und die ausgegebenen Steuersignale (5) gespeichert und op tional ausgewertet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nahrungsmittel (1) aus einer pflanzlichen Rohware (2) hergestellt wird.
11. Konserviertes Nahrungsmittel (1), insbesondere Snack-Produkt, das gemäß dem Ver fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde.
12. Anlage (6) zur Herstellung von einem konservierten Nahrungsmittel (1) aus einer Roh ware (2), insbesondere zur Herstellung eines Snack-Produktes, umfassend die folgen den Einheiten: einen Kondensator (11) zur Behandlung der Rohware (2) mit einem elektrischen Feld; wenigstens einen Behälter (20) zum In-Kontakt-Bringen der behandelten Roh ware (2) mit einem wässrigen Medium (3); - eine Konservierungsvorrichtung (29); wenigstens eine Messeinrichtung (33) zur Ermittlung eines Messwertes (4), der eine Produkteigenschaft des konservierten Nahrungsmittels (1) und/oder einen Inhaltsstoff des wässrigen Mediums (4) kennzeichnet; und eine Auswerteeinrichtung (34) zum Ausgeben eines Steuersignals (5) in Abhän- gigkeit von dem ermittelten Messwert (4).
13. Anlage (6) gemäß Anspruch 12, ferner umfassend wenigstens eine der folgenden Ein heiten: eine Vorbehandlungsstufe (7) zum Waschen der Rohware (2); eine Schälvorrichtung (10); - eine Zerkleinerungsvorrichtung (16); eine Entwässerungsvorrichtung (27); eine Transportvorrichtung (46) zum Bewegen der Rohware (2) innerhalb und zwischen den einzelnen Einheiten.
14. Anlage (6) gemäß Anspruch 12 oder 13, die ferner eine Steuereinheit (48) zum Einstel- len eines Prozessparameters i) des Kondensators (11), ii) der Konservierungsvorrich tung (29), iii) beim Behälter (20) und/oder iv) der Zerkleinerungsvorrichtung (16) um fasst.
15. Anlage (6) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Behälter (20) eine Frischwasserzufuhr (23) zum Einleiten von Frischwasser (24) und optional eine Prozesswasserzufuhr (25) zum Einleiten vom rück geführten Prozesswasser (26) aufweist.
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