Wie man das Trocknen, Backen oder Dehydrieren von Lebensmitteln optimiert

Ob Backen oder Dehydrieren, Räuchern, Trocknen oder Pökeln – wie auch immer man es nennt, es läuft immer auf eines hinaus: Wasser entfernen. Viele Lebensmittelunternehmen tun dies, und jedes Lebensmittelunternehmen, das dies tut, wird Ihnen sagen, dass es wirklich schwierig ist, dabei präzise und konsistent vorzugehen.

Was steht auf dem Spiel? Ist das wirklich wichtig?

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

Die obige Grafik wurde anhand realer Kundendaten erstellt. Wie viele andere Unternehmen unterschätzten auch sie die Kosten einer unzureichenden Trocknung um etwa 80 %.

Nachdem sie ihre alten Daten ausgegraben und ausgewertet 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 Tierfutterindustrie, wo die verwendeten Zutaten oft nur wenige Cent pro Pfund kosten. Das Prinzip gilt jedoch auch für Unternehmen in anderen Branchen. Berücksichtigen Sie die Kosten bei der Verarbeitung von Muskelfleisch, wo die Zutaten 8 Dollar pro Pfund kosten können, oder von Cannabis, wo die Zutaten bis zu 2.000 Dollar pro Pfund kosten können.

Fehler Nr. 1: Missverständnis darüber, was gemessen werden muss

Wassermessungen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Feuchtigkeitsgehalt oder Wasseraktivität. Beide beziehen sich auf Wasser, liefern jedoch sehr unterschiedliche Informationen. Sie sollten nicht auf dieselbe Weise verwendet werden.

Ein häufiges Missverständnis bei Lebensmittelunternehmen besteht darin, dass sie sich sehr stark auf die Messung des Feuchtigkeitsgehalts konzentrieren, da der Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Ertrag klar und leicht verständlich ist.

Führungskräfte in Unternehmen (wie beispielsweise Finanzvorstände) verfügen oft nicht über den wissenschaftlichen Hintergrund oder die Kenntnisse im Bereich der Qualitätskontrolle, um zu verstehen, wie entscheidend es ist, Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt zu messen. Ihnen ist möglicherweise nicht bewusst, dass der Feuchtigkeitsgehalt zwar ein hervorragender Parameter zur Messung der Ausbeute ist, jedoch keinesfalls zur Vorhersage oder Steuerung Mikrobielles Wachstum, der Produkttextur oder der Gesamtqualität herangezogen werden sollte.

Wasseraktivität ein Maß für Energie. Es handelt sich um ein thermodynamisches Prinzip. Das mag komplex klingen, aber es ist nicht notwendig, die wissenschaftlichen Gleichungen zu verstehen.

Das Grundprinzip ist einfach: Wasseraktivität , ob chemische Reaktionen stattfinden können, ob Mikroorganismen wachsen können oder ob sich die Textur verändern kann. Zudem lassen sich hochpräzise Wasseraktivität einfach und unkompliziert durchführen – mit den richtigen Geräten ist dies in 60 Sekunden oder weniger möglich.

Der Feuchtigkeitsgehalt ist einfach die Wassermenge in einer Probe. Wenn Sie jedes Wassermolekül aus einem Lebensmittel entfernen und dann messen könnten, wie viel Wasser vorhanden war, wäre das der Feuchtigkeitsgehalt. Leider ist das mit annähernder Genauigkeit äußerst schwierig.

Fehler Nr. 2: Messen mit dem falschen Gerät

Ganz gleich, ob Sie sich auf Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt konzentrieren – es wird sehr schwierig sein, einen Prozess zu steuern, wenn Ihre Messmethode mit einer hohen Standardabweichung und Variabilität behaftet ist.

In einer aktuellen Studie hat die METER Group mehrere Proben desselben Produkts zur Prüfung mit verschiedenen gängigen Methoden zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts eingeschickt. Die obige Grafik zeigt die Ergebnisse.

Obwohl es sich in allen Fällen um dasselbe Produkt handelte, wiesen die Ergebnisse zum Feuchtigkeitsgehalt erhebliche Schwankungen auf. Bei Wasseraktivität gab es hingegen fast keine Schwankungen.

Diese Ergebnisse machen deutlich, wie schwierig es sein kann, allein auf der Grundlage von Feuchtigkeitsmessungen konsistente und sichere Entscheidungen zu treffen. Ein Mitarbeiter, der ein Ergebnis von 3,51 % Feuchtigkeit sieht, könnte zu der Annahme gelangen, dass das Produkt übertrocknet ist, während ein anderer Mitarbeiter glauben könnte, dass das Produkt zu feucht ist. Beide könnten auf der Grundlage dieser Feuchtigkeitsergebnisse unterschiedliche (und widersprüchliche) Maßnahmen ergreifen, obwohl die beiden Proben in Wirklichkeit identisch waren.

Die Einbeziehung von Wasseraktivität , die in der Regel weitaus präziser sind, kann zur Lösung dieser Probleme beitragen.

Fehler Nr. 3: Die Bediener nach ihrem Bauchgefühl arbeiten lassen

Viele Bediener, insbesondere erfahrene, bewahren sich ihr Stammeswissen. Sie sind oft davon überzeugt, dass sie anhand des Aussehens, der Haptik, des Geräusches oder anderer sensorischer Hinweise erkennen können, ob ein Produkt reibungslos laufen oder gut funktionieren wird.

Diese Methoden sind bestenfalls ungenau und führen selten zu positiven Ergebnissen – wie soll man beispielsweise neuen Mitarbeitern beibringen, Qualität intuitiv zu erkennen?

Die Einbindung zuverlässiger Messwerte von gut kalibrierten Sensoren funktioniert wesentlich besser. Der Zusammenhang zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität sich anhand einer Kurve, der sogenannten Isotherme, veranschaulichen.

Durch die Erstellung einer Referenzisotherme für das betreffende Produkt lässt sich der „Sweet Spot“ für ideale Qualität und Ausbeute leicht ermitteln. Dieser „Sweet Spot“ kann dann zur Definition von Prozessen und Zielen in der Produktionslinie herangezogen werden.

Fehler Nr. 4: Probenahme an den falschen Stellen

Lebensmittelhersteller entnehmen Feuchtigkeitsproben in der Regel nach dem Kühler. Einige führen auch Probenahmen in früheren Phasen durch.

Dr. Newman empfiehlt, die Zielwerte für jeden Prozess zu verstehen und festzulegen – nach dem Kneten des Teigs, während oder nach dem Backen, während des Abkühlens und sogar während der Lagerung nach dem Abkühlen, aber vor dem Verpacken, da Umweltfaktoren zu erheblichen Feuchtigkeitsschwankungen führen können. Eine trockene Umgebung kann zu Feuchtigkeitsverlust führen. In feuchten Umgebungen können Produkte Feuchtigkeit aufnehmen und dadurch ihre Textur oder Qualität beeinträchtigen.

Manche Unternehmen überprüfen sogar den Feuchtigkeitsgehalt ihrer eingehenden Zutaten, da dieser häufig von Charge zu Charge variiert und Feuchtemigration die Gesamtqualität, die Konsistenz oder Haltbarkeit Endprodukts beeinflussen Feuchtemigration .

Fehler Nr. 5: Die Regelschleife offen lassen

Viele Unternehmen lassen ihre Produktionslinien einfach weiterlaufen, bis sie eine Probe entdecken, die nicht den Spezifikationen entspricht. Zu diesem Zeitpunkt läuft die Linie oft schon seit 20 Minuten oder länger außerhalb der Spezifikationen und produziert Produkte, die verschrottet oder nachbearbeitet werden müssen.

Prozessschwankungen sind der Feind. Zu große Schwankungen führen zu geringeren Erträgen und einem geringeren Durchsatz. Außerdem verursacht der Betrieb der Öfen und die Nachbearbeitung höhere Kosten – ganz zu schweigen vom Personalaufwand während dieser zusätzlichen Zeit, der Lagerung von zwei verschiedenen Produktgruppen und der Minderung des Risikos von Schimmel und Mikroben während der Lagerung.

Durch häufigere Messungen und einen Algorithmus, der das Feedback verarbeitet und sofortige Mikroanpassungen vornimmt, müssen Hersteller nicht mehr 20 Minuten warten, um ein Problem zu erkennen. Dies bezeichnen Dr. Newman und Dr. Cartwright als „geschlossenen Regelkreis”.

Ein geschlossenes Regelkreissystem würde weiterhin von einem Bediener überwacht werden, aber schnelle Anpassungen werden vom Gerät selbst oder von der Maschine vorgenommen.

Die neue SKALA Dry-Software der METER Group kann Lebensmittelherstellern dabei helfen, ihren Prozesskreislauf mit minimalem Zeit- und Ressourcenaufwand zu schließen.

SKALA Dry erfasst die Temperaturen innerhalb des Systems – also die Einlass-, Auslass- und Produkttemperatur – und wertet diese mithilfe eines patentierten Algorithmus aus, um während des Prozesses Wasseraktivität für den Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität zu ermitteln.

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