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Dokumentenidentifikation DE19501138A1 11.07.1996
Titel Vorrichtung zur thermischen Dosimetrie an Lebensmitteln
Anmelder Minet, Olaf, Dipl.-Phys., 10553 Berlin, DE;
Beuthan, Jürgen, Prof. Dr., 12165 Berlin, DE
Erfinder Minet, Olaf, Dipl.-Phys., 10553 Berlin, DE;
Beuthan, Jürgen, Prof. Dr., 12165 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 05.01.1995
DE-Aktenzeichen 19501138
Offenlegungstag 11.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.07.1996
IPC-Hauptklasse A23L 1/01
IPC-Nebenklasse G01K 11/00   G01K 7/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Anwendung zur thermischen Dosimetrie an Lebensmitteln, derart, daß über die Verbindung von Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitungs- und Wärmekapazitätskoeffizienten ein Temperaturübertragungsverhalten realisiert wird, das einerseits der Dosimetriebeziehung zur Abtötung von Mikroorganismen entspricht und andererseits einen Bereich skaliert, der den Erhalt von ernährungsbiologischen Bestandteilen sicherstellt. Am Ausgang dieses Übertragungsgliedes ist eine nach diesbezüglichem Wirkdosisprinzip skalierte Anzeige gesetzt. Das Übertragungsglied ist auch nach elektronischen Äquivalenzprinzipien realisierbar.

Beschreibung[de]
1. Aufgabenstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosimetrischen Kontrolle von Garprozessen an Lebensmitteln. Garprozesse umfassen quasilineare und nichtlineare Prozesse der Deaktivierung von organischen Schadstoffen und Mikroorganismen sowie von ernährungsbiologisch wichtigen Nutzanteilen, z. B. Eiweiß, Vitaminen und Vitaminkomplexen.

Dem Zerfall von Vitaminen wirkt allenfalls die Temperaturbegrenzung bei der Phasenumwandlung von Wasser vom flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand (Kochen) entgegen. Auch die Verschiebung der Temperatur dieses Phasenüberganges durch Druckgefäße ändert an diesem Prinzip nichts.

2. Stand der Technik

Die Messung der aktuellen Temperatur im Gargut durch Meßfühler erlaubt noch keine Beurteilung der thermischen Wirkung im Sinne einer biologischen Wirkdosis. In diese Klasse von Vorrichtungen und Verfahren fällt die Wahl vorgegebener Temperaturregime beim Garvorgang, wie sie z. B. im Patent SU 1227150 beschrieben werden.

Weiterhin betreffen die von Herstellern von Gargeräten auf empirischer Grundlage empfohlenen Richtwerte zur Gardauer verschiedener Lebensmittel nicht die Kontrolle der Deaktivierung von Schadanteilen oder Vitaminen, sondern lediglich die des Garzustandes im Sinne der Nahrungszubereitung.

Unabhängig davon ist volksgesundheitlich ein maximaler Gehalt an natürlichen Vitaminen in den zubereiteten Speisen anzustreben. Außerdem ist trotz hoher Sorgfalt von Seiten der Nahrungsmittelproduzenten beim Transport, beim Verkauf und vor allem bei der Aufbewahrung vor dem Endverbrauch der Nahrungsmittel, z. B. von Fleisch, eine Kontamination durch Mikroorganismen, hauptsächlich durch Salmonellen, nachgewiesen. Das zeigt die Häufung von bakteriellen Lebensmittelerkrankungen.

Alle den Zustand des Fleisches betreffenden Zertifizierungen beziehen sich auf den Zeitpunkt bis zum Abschluß der qualitätssichernden Maßnahmen beim Fleischproduzenten (in der Regel bis ca. 1 Stunde nach Schlachtung).

Eine dosimetrische Kontrolle der Deaktivierung beim Endverbraucher ist bisher technisch nicht gelöst.

3. Erfindungsgemäße Lösung

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, quasilineare und nichtlineare Prozesse der Deaktivierung von organischen Schadstoffen und Mikroorganismen bei ernährungsbiologisch sinnvollem Erhalt von Nutzanteilen, z. B. Eiweißen, Vitaminen und Vitaminkomplexen, in Lebensmitteln dosimetrisch bei Garprozessen zu kontrollieren. Diese beiden Prozesse sind gegenläufig nach Fig. 1 und können damit im Sinne eines Optimierungsproblems beurteilt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß in einer funktionellen Hyperstruktur der Prozeß der Deaktivierung von Schadstoffen mit dem der thermischen Schädigung von Nutzanteilen mittels einer Dosismeßeinrichtung direkt am Gargefäß verknüpft wird. Das Meßgerät zeigt das Durchlaufen der nach Fig. 1 optimalen Dosis direkt an. Überraschenderweise zeigte sich, daß bei den meisten Garprozessen durch eine konstruktiv einfache Kombination von Materialien geeigneter Wärmeleiteigenschaften diese Meßaufgabe auf einfache Art und Weise gelöst werden kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf dem Gargefäß, vorzugsweise auf dem Deckel, ein Dosismeßgerät angebracht. Dieses Gerät wird automatisch bei Erreichen einer bestimmten Temperaturschwelle aktiviert und registriert den zeitlichen Verlauf der Temperatur am Gargefäß. Durch eine einfache Skalierung ist es nach den Gesetzen der Wärmeleitung möglich, diese Außentemperatur dem Temperaturverlauf im Zentrum des Gargutes zuzuordnen. Das ist hauptsächlich deshalb möglich, weil infolge des hohen Wassergehaltes fast aller pflanzlichen und tierischen Nahrungsprodukte die thermischen Parameter des Gargutes nur unwesentlich von denen des Wassers abweichen.

Weiterhin hängt diese Skalierungsfunktion im wesentlichen nur vom Volumen des Gargefäßes ab, solange das Verhältnis von Durchmesser und Höhe zwischen 1 : 2 und 2 : 1 liegt. Aus dem zeitlichen Verlauf dieser skalierten Temperatur wird im Meßgerät die akkumulative Dosis nach Fig. 1 sowohl für organische Schadstoffe und Mikroorganismen als auch für die Nutzanteile ermittelt und angezeigt. Die Anzeige selbst läßt eindeutig erkennen, ob die Garphase bereits die optimale Dosis durchlaufen hat oder nicht (optisch z. B. durch die psychologisch einprägsame Farbfolge rot/grün/schwarz). Der optimale Bereich der oben beschriebenen Hyperstruktur kann zusätzlich noch akustisch angezeigt werden. Das Meßgerät in diesem Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise elektronisch realisiert und besteht aus den Bauteilen Temperaturmeßfühler, digitale Verarbeitungseinheit zur Dosisberechnung und einem Display. Damit können in die Anzeige alle Gedächtniseffekte einbezogen werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zwischen dem Garvolumen und einem Temperaturmeßgerät durch eine Kombination von geeigneten Werkstoffen eine Wärmeübertragungsstrecke so realisiert, daß die Anzeige dosimetrisch den in Fig. 1 angezeigten Bereich durchläuft. Dabei findet ebenfalls eine Umeichung der am Meßfühler anliegenden Temperatur statt. Gleichzeitig wird aber durch die Wahl einer Materialkombination mit teilweise geringer Wärmeleitung diese skalierte Temperatur nicht direkt, sondern durch die auftretende Verzögerung gewissermaßen der integrale Effekt aus Temperatur und Zeit als Ausdruck von Deaktivierungsdosen im Bereich A&min;-B&min; angezeigt (Fig. 2). Vorteilhafter Weise wird dazu ein thermisch gut leitendes Material die Wärme aus dem Inneren des Gargefäßes heraus, z. B. in das Handstück eines Gefäßdeckels, leiten. Dort erfolgt der Übergang zum Gedächtniswerkstoff über eine dem linearen Anteil der Aufgabe angepaßt langen Kontaktstrecke, typischerweise von 1-25 mm. Der Gedächtniswerkstoff folgt in Kombination mit dem Wärmeübergang und seiner geometrischen Ausformung dem dosimetrisch relevanten Bereich, der durch die Grenzen A und B der Hyperstruktur aufgespannt wird. Der Anwendungsbereich ist hier auf ein mehr oder weniger stetiges Garen beschränkt.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.

Fig. 1: Eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen physikalischer Dosis und ernährungsbiologischer Relevanz,

Fig. 2: Eine prinzipielle Darstellung der Vorrichtung in einer Ausführungsform,

Fig. 3: Darstellung des Zusammenhanges zwischen Garzeit und Wirkdosis für diese Ausführungsform.

Es zeigt Fig. 1 den prinzipiellen Zusammenhang zwischen einer thermisch induzierten Dosis und deren ernährungsbiologischen Relevanz. Prinzipiell nimmt die Schutz vor Mikroorganismen mit der Dosis zu (Kurve 1), während die Nutzanteile thermisch geschädigt werden (Kurve 2). Beide Prozesse folgen einer Statistik, so daß diese beiden Größen innerhalb einer bestimmten Schwankungsbreite liegen. In Fig. 1 ist dieser Bereich durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Der optimale Bereich liegt mit einer daraus resultierenden Schwankung im Schnittpunkt beider Kurven 1 und 2.

Fig. 2 zeigt eine prinzipielle technische Realisierung der Vorrichtung in einer Ausführungsform. Es ist 1 das Gargefäß (auch dessen Deckel), 2 das Gehäuse des Dosismeßgerätes, das gleichzeitig als Griff für das Gargefäß oder dessen Deckel dienen kann, 3 der Temperaturfühler mit gutem thermischen Kontakt zum Garvolumen, 4 das spezifische Temperaturübertragungsglied und 5 die Anzeigevorrichtung.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen der Dosisanzeige und der Garzeit für die Ausführungsform der Vorrichtung aus Fig. 2 dargestellt. Durch die Skalierung und thermische Verzögerung ergibt sich ein quasilinearer Bereich A&min;-B&min; für die Anzeige. Der im Sinne von Fig. 1 optimale Bereich ist wieder mit A-B gekennzeichnet. Dieser Bereich kann in der Anzeige zur Verbesserung der Funktionssicherheit zusätzlich verändert werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur thermischen Dosimetrie an Lebensmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch induzierte biologische Wirkdosis des Gargutes bestimmt und angezeigt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur durch einen Fühler erfaßt und an ein zweites Temperaturübertragungsglied geleitet wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturübertragungsglied durch ein Tt-T&sub1;-Glied im Sinne der Regelungstheorie realisiert wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturübertragungsglied durch ein Trägheitsglied 2. Ordnung (T&sub2;-Glied) im Sinne der Regelungstheorie realisiert wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperatur-Zeitverhalten durch eine Kombination von Materialien mit unterschiedlichen Parametern der Wärmeleitung und -kapazität als Dosis angezeigt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmeübertragung dienende Materialstrecke monolithisch oder als Schichtaufbau realisiert ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied elektronisch aufgebaut ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosisskalierung bei beschleunigten Garvorgängen in Druckbehältnissen entsprechend modifiziert erfolgt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Garvorgang kontinuierlich oder mit Unterbrechungen erfolgen kann.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der biologischen Wirkdosis optisch, akustisch oder mechanisch erfolgt und im Sinne der Funktionssicherheit verändert werden kann.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosisanzeige als Nachrüstsatz oder mit dem Gargefäß insgesamt aufgebaut ist.






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