| Thermografie in der Lebensmittelverarbeitung
Die Lebensmittelverarbeitung ist eine natürliche Anwendung für die Thermografie. Vorgekochte Fleischprodukte erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei Kunden mit wenig Zeit. Körner, Pasteten und Snacks erfordern alle genaue Backprotokolle. Bei diesen und vielen anderen Lebensmittelanwendungen müssen riesige Lebensmittelmengen mit hohen Genauigkeitsanforderungen gekocht bzw. gebacken werden.
Die Grenzen von Sicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit – ein Konkurrenzverhältnis Sicherheit, Produktqualität und Wirtschaftlichkeit setzen den Prozessingenieuren ständig Grenzen, die untereinander konkurrieren. Sicherheit erfordert, dass alle Teile eines Lebensmittelprodukts über einen bestimmten Zeitraum oberhalb einer bestimmten Lagertemperatur aufbewahrt werden, um mögliche gefährliche Bakterien abzutöten. Ist die Temperatur jedoch zu hoch oder der Zeitraum zu lang, trocknet das Produkt aus oder es wird zerkocht, sodass die Produktqualität nicht mehr akzeptabel ist. Die Wirtschaftlichkeit der Produktion verlangt eine schnelle Bewegung des Fertigungsbands, um die anvisierten Mengen zu erzielen. Außerdem soll der Ofen bei der niedrigst möglichen Temperatur betrieben werden, um die Ausgaben für Brennstoffe zu reduzieren. Die Ersparnisse in der Produktion werden dadurch geschmälert, dass schon ein einziger Sicherheitsverstoß desaströse wirtschaftliche und immaterielle Folgen für das gesamte Unternehmen haben kann. Gleichermaßen kann ein kleiner Mangel bei der Produktqualität auf einem wettbewerbsbetonten Markt die Errungenschaften von Jahren zerstören.
Faktoren, die sich auf die Produkttemperaturen auswirken Mit Thermografie sind die Messfunktionen gegeben, um auf wirtschaftliche und sichere Weise Produkte von hoher Qualität zu schaffen. Thermografie bietet die Fähigkeit einer konstanten Überwachung der Produkttemperaturen. Ausgefeilte Ofen- und Bandsteuerungen sind zwar wertvoll, aber entscheidend sind dennoch die Produkttemperaturen. Produkttemperaturen können aufgrund der folgenden Parameter erheblich variieren:
- Ofentemperatur
- Bandgeschwindigkeit
- Produktvolumen
- Produktzusammensetzung
- Bedingungen bei der Inbetriebnahme
- Produkttrennung oder -platzierung.
Temperaturverteilung Beim Verlassen des Ofens weisen die Produkte in der Regel über deren gesamte Oberfläche und im gesamten Volumen verteilt verschiedene Temperaturen auf. Diese Temperaturverteilung wird von den zahlreichen oben aufgeführten Faktoren beeinflusst. Wer die „Temperatur“ (Singular) eines Produkts mit einem einzigen Thermometer messen will, ist möglicherweise überrascht über die im Wärmebild zu sehenden Temperaturunterschiede. Ein Wärmebild entspricht einer Anordnung von Tausenden über die gesamte Produktoberfläche platzierten Temperaturmessfühlern, wobei die sich ergebenden Daten in Form eines Bildes dargestellt sind. Anders als bei einer einzigen Produkttemperatur lässt sich eine Temperaturverteilung häufig beobachten, z. B. bei Keksen mit verbranntem Rand und noch fast flüssigem Teig in der Mitte. Da Sicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit für alle Produktteile gelten, ist es wichtig, die Temperaturen im gesamten Produkt zu messen.
Sobald die Temperaturverteilungen gemessen sind kann der Prozess verwaltet und optimiert werden. Ist der Bereich der Temperaturverteilung zu groß, kann die Bandgeschwindigkeit eventuell geringfügig verringert werden, damit alle Produktteile die gewünschte Temperatur erreichen. Ist der Verteilungsbereich hingegen klein, kann die Bandgeschwindigkeit bei gleichbleibender Produktsicherheit und -qualität erhöht werden.
Abbildung 1. zeigt eine Wärmebildserie von Schokoladenkeksen nach deren Entnahme aus einem gewöhnlichen Küchenofen. Das obere linke Bild in Abbildung 1 zeigt die Kekse auf einem Blech. Der Farbbalken auf der rechten Seite zeigt die Temperaturen der Bildfarben an (in Fahrenheit). Das obere rechte Bild zeigt das aus dem Hintergrund extrahierte Produktbild. Das untere linke Bild zeigt eine 3-D-Darstellung der Kekstemperaturen. Das untere rechte Bild zeigt die Temperaturverteilung der Kekse ohne den Hintergrund. (Die Untersuchung und Abwicklung wurden durch Cardiowave Inc. erbracht.)
Abbildungen 2 und 3 zeigen Wärmebilder von Schinkenstreifen an zwei verschiedenen Zeitpunkten, nachdem diese aus der Mikrowelle genommen wurden. Die Temperaturabweichungen sind offensichtlich. Genauso deutlich sind in den Abbildungen 2 und 3 die Abkühlungswirkungen zu sehen. 
Stärken der Thermografie für Anwendungen bei der Lebensmittelverarbeitung Die Technologie der Thermografie bietet in ihrer elementaren Form die Fähigkeit, Oberflächentemperaturen genau zu messen. Sie ist hervorragend zur Temperaturmessung bei Produkten wie Chips oder Schinken geeignet, da diese Produkte ein dünnes Profil haben. Die kalibrierten Bilder einer radiometrischen Wärmebildkamera können ohne weitere Verarbeitung gut eingesetzt werden.
Bei Produkten von wesentlicher Dicke können die Oberflächentemperaturen als Input für ein mathematisches Modell dienen, das die thermischen Eigenschaften des Produkts beschreibt. Mit einem derartigen Modell lassen sich thermische Eigenschaften in Bezug auf das Volumen und statistische Analysen auf viele weitere Produkte ausweiten. Mit ausreichender Nachbearbeitung können diese Messungen in Echtzeit vorgenommen werden. | |