Wie man das Trocknen, Backen oder Dörren von Lebensmitteln optimiert

Ob Sie nun backen oder dehydrieren, räuchern, trocknen oder pökeln - wie auch immer Sie es nennen, es geht immer um eines: Wasserentzug. Viele Lebensmittelhersteller tun dies, und jeder, der dies tut, wird Ihnen sagen, dass es wirklich schwierig ist, präzise und konsistent zu sein. 

Was steht auf dem Spiel? Ist das wirklich wichtig?

Den meisten Lebensmittelunternehmen ist bewusst, dass sie ihre Trocknungsprozesse bis zu einem gewissen Grad optimieren könnten. Aber fast alle unterschätzen, was sie dadurch gewinnen - und was sie verlieren, wenn sie das Problem ignorieren.

Das obige Diagramm wurde mit echten Kundendaten erstellt. Wie viele Unternehmen unterschätzten auch sie die Kosten einer schlechten Trocknung um etwa 80 %. 

Nachdem sie ihre früheren Daten ausgegraben und interpretiert hatten (sie waren alle in Papierunterlagen vergraben), stellten sie fest, dass das Problem achtmal teurer war, als sie geschätzt hatten.

Dieses Beispiel stammt aus der Tiernahrungsindustrie, in der die betreffenden Zutaten oft Centbeträge pro Pfund kosten. Das Prinzip ist jedoch für Unternehmen in anderen Branchen dasselbe. Denken Sie an die Kosten, wenn Sie mit ganzem Muskelfleisch arbeiten, wo die Zutaten bis zu 8 $ pro Pfund kosten können - oder an Cannabis, wo die Zutaten bis zu 2.000 $ pro Pfund kosten können. 

Fehler Nr. 1: Missverständnis darüber, was Sie messen müssen

Wassermessungen fallen in zwei Kategorien: Feuchtigkeitsgehalt oder Wasseraktivität. Beide haben mit Wasser zu tun, liefern aber jeweils sehr unterschiedliche Informationen. Sie sollten nicht auf dieselbe Weise verwendet werden.

Ein häufiges Missverständnis in Lebensmittelunternehmen besteht darin, dass man sich sehr stark auf die Messung des Feuchtigkeitsgehalts konzentriert, da die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Ausbeute klar und einfach zu verstehen ist. 

Unternehmensleiter (z. B. CFOs) verfügen oft nicht über den wissenschaftlichen oder QC-Hintergrund, um zu verstehen, wie wichtig es ist, neben dem Feuchtigkeitsgehalt auch die Wasseraktivität zu messen. Sie wissen vielleicht nicht, dass der Feuchtigkeitsgehalt zwar ein hervorragender Parameter zur Messung der Ausbeute ist, aber niemals zur Vorhersage oder Kontrolle des mikrobiellen Wachstums, der Produktbeschaffenheit oder der Gesamtqualität verwendet werden sollte.

Die Wasseraktivität ist ein Maß für die Energie. Es ist ein thermodynamischer Grundsatz. Das mag kompliziert klingen, aber es ist nicht notwendig, die wissenschaftlichen Gleichungen zu verstehen. 

Das Grundprinzip ist einfach: Die Wasseraktivität zeigt an, ob chemische Reaktionen stattfinden können, ob Mikroorganismen wachsen können oder ob sich die Beschaffenheit ändern kann. Darüber hinaus sind hochpräzise Messungen der Wasseraktivität einfach und leicht durchzuführen - mit den richtigen Geräten kann dies in 60 Sekunden oder weniger geschehen. 

Der Feuchtigkeitsgehalt ist einfach die Menge an Wasser in einer Probe. Wenn man in der Lage wäre, jedes Wassermolekül aus einem Lebensmittel zu entfernen und dann zu messen, wie viel davon noch vorhanden ist, wäre das der Feuchtigkeitsgehalt. Leider ist es extrem schwierig, das mit annähernd gleicher Genauigkeit zu tun. 

Fehler Nr. 2: Messung mit dem falschen Gerät

Unabhängig davon, ob Sie sich auf die Wasseraktivität oder den Feuchtigkeitsgehalt konzentrieren, wird es sehr schwierig sein, einen Prozess zu kontrollieren, wenn Ihre Messmethode eine große Standardabweichung und Variabilität aufweist.

In einer kürzlich durchgeführten Studie schickte METER Group mehrere Proben desselben Produkts ein, um sie mit verschiedenen gängigen Methoden zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts zu testen. Das obige Diagramm zeigt die Ergebnisse.

Obwohl es sich in allen Fällen um das gleiche Produkt handelte, variierten die Ergebnisse des Feuchtigkeitsgehalts erheblich. Bei den Ergebnissen zur Wasseraktivität gab es fast keine Unterschiede.

Diese Ergebnisse machen deutlich, wie schwierig es sein kann, allein auf der Grundlage von Feuchtigkeitsmessungen konsistente, sichere Entscheidungen zu treffen. Ein Arbeiter, der ein Ergebnis von 3,51 % MC sieht, könnte glauben, dass er sein Produkt zu sehr getrocknet hat, während ein anderer Arbeiter glauben könnte, dass das Produkt zu feucht war. Jeder könnte auf der Grundlage dieser Feuchtigkeitsgehaltswerte unterschiedliche (und widersprüchliche) Maßnahmen ergreifen, obwohl die beiden Proben in Wirklichkeit identisch waren. 

Die Hinzunahme von Messungen der Wasseraktivität, die in der Regel sehr viel genauer sind, kann zur Lösung dieser Probleme beitragen.

Fehler Nr. 3: Bediener nach Intuition arbeiten lassen 

Viele Betreiber, vor allem erfahrene, halten an ihrem Stammeswissen fest. Sie sind oft davon überzeugt, dass sie anhand von Anblick, Berührung, Klang oder anderen sensorischen Hinweisen erkennen können, ob ein Produkt reibungslos läuft oder gut wird.

Diese Methoden sind bestenfalls ungenau und führen nur selten zu positiven Ergebnissen - wie kann man zum Beispiel neuen Mitarbeitern ein Gefühl für Qualität vermitteln?

Das Anbringen zuverlässiger Messungen von gut kalibrierten Sensoren funktioniert viel besser. Die Beziehung zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität kann in einem Diagramm, der so genannten Isotherme, dargestellt werden.

Die Erstellung einer Referenzisotherme für das betreffende Produkt macht es einfach, einen "Sweet Spot" für ideale Qualität und Ausbeute zu ermitteln. Dieser "Sweet Spot" kann dann zur Festlegung von Prozessen und Zielen in der Produktionslinie verwendet werden. 

Fehler Nr. 4: Probenahme an den falschen Stellen

Lebensmittelhersteller nehmen in der Regel Feuchtigkeitsproben nach der Kühlung. Einige nehmen auch in früheren Stadien Proben.

Dr. Newman empfiehlt, die Zielwerte für jeden Prozess zu kennen und festzulegen - nach dem Mischen des Teigs, während oder nach dem Backen, während des Abkühlens und sogar während der Lagerung nach dem Abkühlen, aber vor dem Verpacken, da Umweltfaktoren erhebliche Feuchtigkeitsschwankungen verursachen können. Eine trockene Umgebung kann zu Feuchtigkeitsverlusten führen. In feuchten Umgebungen können die Produkte Feuchtigkeit aufnehmen und die Textur oder Qualität beeinträchtigen.

Einige Unternehmen überprüfen sogar den Feuchtigkeitsgehalt der eingehenden Zutaten, da dieser häufig von Charge zu Charge variiert und die Feuchtigkeitsverlagerung die Gesamtqualität, Textur oder Haltbarkeit des Endprodukts verändern kann.

Fehler Nr. 5: Der Regelkreis bleibt offen

Viele Unternehmen lassen ihre Produktlinien einfach so lange laufen, bis sie eine Probe entdecken, die nicht den Spezifikationen entspricht. Zu diesem Zeitpunkt läuft die Anlage oft schon seit 20 Minuten oder länger und produziert Produkte, die verschrottet oder nachbearbeitet werden müssen.

Prozessvariabilität ist der Feind. Wenn es zu viele Schwankungen gibt, sinkt die Ausbeute und der Durchsatz. Es kostet auch mehr, die Öfen zu betreiben und alle Nacharbeiten zu erledigen - ganz zu schweigen von der Personalbesetzung während dieser zusätzlichen Zeit, der Lagerung von zwei verschiedenen Produktgruppen und der Eindämmung des Risikos von Schimmel und Mikroben während der Lagerung. 

Durch häufigere Messungen und einen Algorithmus, der die Rückmeldungen verarbeitet und sofortige Mikroanpassungen vornimmt, müssen die Hersteller nicht 20 Minuten warten, bis sie ein Problem erkennen. Dies bezeichnen Dr. Newman und Cartwright als "geschlossenen Regelkreis".

Ein geschlossener Regelkreis wird immer noch von einem Bediener überwacht, aber schnelle Anpassungen werden vom Gerät selbst oder von der Maschine vorgenommen.