Bäckerei- und Getreidetechnologie Vergleich verschiedener Bake-Off Technologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 59. Tagung für Bäckerei-Technologie vom 4. - 6. November 2008 in Detmold Klaus Lösche, Thomas Park, Patrick Soltermann, Marta Macias & Benjamin Börsmann
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Bäckerei- und Getreidetechnologie Vergleich verschiedener Bake-Off Technologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung Arbeitsgemeinschaft.
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Bäckerei- und Getreidetechnologie
Vergleich verschiedener Bake-OffTechnologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung
Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V.59. Tagung für Bäckerei-Technologie
vom 4. - 6. November 2008 in Detmold
Klaus Lösche, Thomas Park, Patrick Soltermann, Marta Macias & Benjamin Börsmann
Kerntemperaturmesssung am Teigling: Charakterisierung von Wärmetransport-Prozessen
• Vier Temperaturfühler (Ni-Cr Widerstands-Meßsensor) mittels PTFE (Teflon)-Röhrchen auf Backblech fixiert
• Einsetzbar für Gär-, Schockfrost- und Backprozess
Vorherige Ausmessung der Teiglingshöhe mittels Schieblehre
Höhe der Fühler auf Teiglingsmittelpunkt justierbar
Teiglinge werden mittig auf den Fühler gesetzt
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Belegung im Gärschrank
Gärschrank und Schockfroster werden mit zwei Blechen zu je 30 Teiglingen bestückt
Position der Bleche im Stikken sind definiert
Fünfter und Achter Einschub für Teiglinge Sechster Einschub als Ablage für Messtechnik
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Berechnungsgrundlage: spezifische Energie
Darstellung als spezifische Energie [Wh/kg Gebäck] In Abhängigkeit vom Prozessschritt erfolgt unterschiedliche Verarbeitungsmenge z.B. Kneter mit 4931g z.B. Gärschrank mit 4200g
Berücksichtigung der Backverluste SP-R,FBF,PBF,PBUF,UFD = 20% PFF, PFF-Improved = 12%
z.B. Schockfroster Unfermented Frozen Dough (UFD) mit 20% Backverlust 4200g Teigeinlage liefern 3360g Gebäck
Gemessener Energieverbrauch bezieht sich auf 3360g Gebäck
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Zusammensetzung des Energieaufwands am Beispiel Schockfroster
• Direkte Energie : Energie, die am Teigling geleistet wird– Wärmekapazität– Schmelz- und
Kristallisationsenthalpien
• Indirekte Energie : Energie die an die Umgebung abgeben wird– Wärmeleitfähigkeit– Abhängig von der Laufzeit des
• Verlängerte Gärzeiten durch Reduktion der Temperatur unter Beibehaltung der identischen Volumenzunahme wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch aus =>Zunahme des indirekten Energieaufwands
• Reduzierung der Temperatur unter Beibehaltung der Gärzeit unter Hinnahme eines verringerten Volumens wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus=>Verringerung des indirekten Energieaufwands
• Reduzierte Kerntemperaturen der Teiglinge erhöhen den Energieaufwand=>Zunahme des direkten Energieaufwands
• Reduzierung der Wärmekapazität des Teiges wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus=>Verringerung des direkten Energieaufwands
Spezifischer Energieverbrauch beim Gären
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Energiedaten - Schockfrostprozeß
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Spezifischer Energieverbrauch beim Schockfrosten
0
200
400
600
800
1000
1200
spez.
Energ
ie
[Wh/kg]
FBF PBF UFD PFF PFF-Improved
Schockfrost-parameter
FBFn=3
PBFn=3
UFDn=3
PFFn=6
PFF-Improvedn=6
Schockfrost-temperatur
-30°C -30°C -30°C -35°C -35°C
Stopkriterium Kerntemperatur
-18° -18°C -18°C -18°C -18°C
Schockfrostzeit
80min 80min 55min 48min 45min
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Spezifischer Energieverbrauch beim Schockfrosten
• Verlängerte Schockfrostzeiten durch Reduktion des Wärmedurchgangskoeffizienten in Folge einer ausgeprägten Porung wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch aus =>Zunahme des indirekten Energieaufwands
• Reduzierung der Kristallisationsenthalpien in Folge eines verringerten gefrierbaren Wasseranteils wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus=>Verringerung des direkten Energieaufwands
• Erhöhte Kerntemperaturen der Teiglinge zu Beginn der Schockfrostung erhöhen den Energieaufwand=>Zunahme des direkten Energieaufwands
• Reduzierung der Wärmekapazität in Folge eines verringerten Wasserranteils des Teiges wirkt sich positiv auf den Energieverbrauch aus (Zusatz von Gluten)=>Verringerung des direkten Energieaufwands
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Spezifische Energie verschiedener Bake-off Verfahren im Vergleich
45000
46000
47000
48000
49000
50000
51000
52000
53000
54000
FBF PBF UFD PFF PFF-Improved
spez.
Energ
ie [
Wh/kg
Gebäck
] fü
r 4 W
och
en
1020
1040
1060
1080
1100
1120
1140
1160
1180
1200
spez.
Energ
ie [
Wh/kg
Gebäck
] fü
r 4 h
Lagern, 4 Wochen Lagern, 4 h
Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden bzw. 4 WochenAnnahme: 75% geringere Leistung des Lagerfrosters im Vergleich zum Schockfroster
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Spezifische Energiekosten verschiedener Bake-off Verfahren im Vergleich
340
350
360
370
380
390
400
FBF PBF UFD PFF PFF-Improved
spez
. Ener
gie
kost
en [
Cen
t/kg
G
ebäc
k] für
4 W
och
en
7,47,67,88,08,28,48,68,89,0
spez
. Ener
gie
kost
en [
Cen
t/kg
G
ebäc
k] für
4 h
Lagern, 4 Wochen Lagern, 4 h
Grundpreis 7,43Cent/kWh
Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden bzw. 4 WochenAnnahme: 75% geringere Leistung des Lagerfrosters im Vergleich zum Schockfroster
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Energiedaten - Backprozess
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Temperaturverteilung im Ofen
Mittlerer Temperaturverlauf im MiweCondo beim SP-R-Programm
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200
Zeit [sek]
Tem
pera
tur [
°C]
Sensor A Sensor B Sensor C Sensor DSensor E Sensor F Sensor G Sensor HSensor I Sensor J Sensor K TemperaturprogrammMiwe-Oberhitze Miwe-Unterhitze
Mittlerer Temperaturverlauf im MiweCondo beim PFF-Programm
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Zeit [sek]
Tem
pera
tur [
°C]
Sensor A Sensor B Sensor C Sensor DSensor E Sensor F Sensor G Sensor HSensor I Sensor J Sensor K TemperaturprogrammKlappenöffnung Miwe-Oberhitze Miwe-Unterhitze
Untersuchung der Temperaturverteilung während des Backprogramms
Heizphase Heizphase HeizphaseHeizphase
Energieintensive Heizphasen beim Standard-Backprogramm: ca 500sekEnergieintensive Heizphasen beim PFF-Backprogramm: ca 1400sek
Backprogramme, die Heizphasen beinhalten, wirken sich stark nachteilig auf den Energieverbrauch aus!
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Zur Beurteilung des Energieverbrauchs während des Backprozesses wird die Temperaturverteilung während des Backens ermittelt
Verwendeter Etagenofen : MIWE-Condo, maximale Belegung pro Etage mit einem Backblech
Wie zu erwarten, herrscht keine gleichmäßige Temperaturverteilung im Etagenofen, aufgrund der reduzierten isolierenden Wirkung der doppelverglasten Frontklappe Wärmeverluste über Glasklappe!
Ermittlung der Zeitpunkte für beginnende und abgeschlossene Wasserkristallisation
• Bestimmung von Frostpunkten mittels linearer Regression der drei linearen Frostphasen
• Schnittpunkte der Geradengleichungen liefern 1. und 2. Frostpunkt
PFF, n=25 PFF-Improved,n=25
1. Frostpunkt 23min 20min
2. Frostpunkt 41min 38min
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Faktoren der Energieeinsparung beim Gefrieren
Beschleunigte Schockfrostzeiten durch erhöhte Wärmedurchgangskoeffizientenaufgrund des erhöhten Wasseranteils (PFF-improved)
Reduktion der indirekten Energie
Reduzierte Kristallisationsenthalpien durch Bindung von freiem Wasser und somit Verringerung des gefrierbaren Wasser aufgrund des Glutenzusatzes (PFF-improved)
Reduktion der direkten Energie
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Relative Energieverbrauchsdaten [Wh] im Vergleich
STD/FBUF- Technologie FBF- Technologie
PBF- Technologie PBUF- Technologie
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Relative Energieverbrauchsdaten im Vergleich
UFD- Technologie
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Zusammenfassung
• Spezifischer Energiebedarf ist abhängig von jeweiligem Bake-off Verfahren
• TK-Prozesse (Kälteenergie) generieren besonders hohe Energieverbräuche
• Gären und Backen (Wärmeenergie) sind energetisch relevant
• Mechanische Energie (Kneten, Teigteilung etc.) sind energetisch unbedeutend
• Energiekostenanteil pro Gebäck ist relativ gering, jedoch deutlich beeinflußt durch die TK-Lagerzeit
• Wahl der Prozeß- und Backprogramme sind entscheidend für den Energieverbrauch
• Modifikation einer Rezeptur begünstigt den Wärmedurchgang oder die Kristallisationsenthalpie und damit den Energieverbrauch
Bäckerei- und Getreidetechnologie
Prof. K. Löschettz Bremerhaven Am Lunedeich 1227572 BremerhavenTel. : +49 471 97297-12 Fax.: +49 471 97297-22