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Bäckerei- und Getreidetechnologie Vergleich verschiedener Bake-Off Technologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung Arbeitsgemeinschaft.

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Präsentation zum Thema: "Bäckerei- und Getreidetechnologie Vergleich verschiedener Bake-Off Technologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung Arbeitsgemeinschaft."—  Präsentation transkript:

1 Bäckerei- und Getreidetechnologie Vergleich verschiedener Bake-Off Technologien unter energetischen Aspekten in der Backwarenherstellung Arbeitsgemeinschaft Getreideforschung e. V. 59. Tagung für Bäckerei-Technologie vom November 2008 in Detmold Klaus Lösche, Thomas Park, Patrick Soltermann, Marta Macias & Benjamin Börsmann

2 Bäckerei- und Getreidetechnologie Projektpartner im EU-Freshbake Projekt

3 Bäckerei- und Getreidetechnologie Energieverbrauch in der Lebensmitteltechnologie Quelle: Chen. C.S., Lebensm.-Wiss.U. Technol., 18, , 1985

4 Bäckerei- und Getreidetechnologie Strompreisentwicklung

5 Bäckerei- und Getreidetechnologie Kältetechnik qSchmelzwärme rVerdampfungswärme 1Eis 2Eis und Wasser 3 Wasser 4 Wasser und Wasserdampf (Nassdampf) 5überhitzter Wasserdampf

6 Bäckerei- und Getreidetechnologie Bake-Off-Technologien Par-baked Frozen Par-baked Unfrozen Fully-baked Frozen Unfermented Frozen Dough Prefermented Frozen Standard Process - ReferencePBFPBUFFBFUFDPFFSP-R

7 Bäckerei- und Getreidetechnologie Übersicht der verwendeten Rezepturen im Projekt StandardFBFPBFPBUFUFDPFFPFF -improved Angaben in % Weizenmehl100 Wasser Hefe Salz1,8 Backmittel, standard Backmittel, PFF 22 Gluten2 Volumenfaktor4,0 3,6 4,03,0

8 Bäckerei- und Getreidetechnologie Fließschema Standard Process – Reference SP-R Dosierung Rohstoffe mischen/ kneten StückgareAbbackenAbpressen Teigruhe abwiegen/ rundwirken Ballengare Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh]

9 Bäckerei- und Getreidetechnologie Fließschema Unfermented Frozen (UFD) Dosierung Rohstoffe mischen/ kneten Schockfrosten -30°C Verpacken AbpressenTeigruhe abwiegen/ rundwirken Ballengare Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Lagern (-18°C;4h) AuftauenAbbackenStückgare Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh]

10 Bäckerei- und Getreidetechnologie Fließschema Prefermented Frozen (PFF) Dosierung Rohstoffe mischen/ kneten Stückgare Schockfrosten (-35°C) AbpressenTeigruhe abwiegen/ rundwirken Stückgare Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Lagern (-18°C; 4h) AuftauenAbbacken Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Verpacken Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh] Elektrische Arbeit [Wh]

11 Bäckerei- und Getreidetechnologie Messanordnung für die Energiebestimmung Messung der Wirkleistung Messinstrument für Stromverbrauch UMG 503 (Universal Measuring Device) Stromanschluß erfolgt am UMG (Schwarzes Kabel) Anschluß des Verbrauchers (z.B. Kneter) am UMG (Weisses Kabel) Datenspeicherung der Leistung erfolgt im UMG und wird zum Abschluß der Messung ausgelesen

12 Bäckerei- und Getreidetechnologie Definition der Energiemessung Messgröße : Wirkleistung P [Watt = Joule/sek] – elektrische Leistung, die für die Umwandlung in andere Leistungen (z. B. thermische ) verfügbar ist – Produkt aus Stromspannung U [Volt] und Stromstärke I [Ampere] – Bei veränderlichen Werten ist die Wirkleistung der arithmetische Mittelwert der Augenblicksleistung p – gemessene Größe: mittlere Wirkleistung pro 5 Sekunden [Joule/5sek] Antwortgröße : Stromverbrauch Wattstunde [Wh] – mittlere Wirkleistung (Joule/5sek)*5sek = Arbeit [J] = Wattsekunde [Ws] – 3600 Wattsekunden [Ws] = 1 Wattstunde [Wh] – Ws/3600=Wh

13 Bäckerei- und Getreidetechnologie 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

14 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

15 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

16 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 Schockfrostprozesses – Wärmedurchgangskoeffizient – Oberfläche – Durchmesser Q elektrisch Q Indirekt Q Direkt Schockfroster Teiglinge T1 < T2 T1 < T2 T1 < T3T1 < T3 T 1 =Schockfrostertemperatur T 2 =Umgebungstemperatur T 3 =Teiglingstemperatur

17 Bäckerei- und Getreidetechnologie Energiedaten - Gärprozeß

18 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifischer Energieverbrauch beim GärenGärparameter SP-R & FBF & UFDPBF & PBUFPFF & PFF-Improved Gärtemperatur, Sollwert 35°C30°C28°C Luftfeuchtigkeit, Sollwert 95%95%85% Gärzeit,Istwert 60 min 105 min 60 min Volumenfaktor,Istwert443

19 Bäckerei- und Getreidetechnologie 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

20 Bäckerei- und Getreidetechnologie Energiedaten - Schockfrostprozeß

21 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifischer Energieverbrauch beim Schockfrosten Schockfrost- parameter FBF n=3 PBF n=3 UFD n=3 PFF n=6 PFF- Improved n=6 Schockfrost- temperatur -30°C -35°C Stopkriterium Kerntemperatur -18°-18°C Schockfrostzeit 80min 55min48min45min

22 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

23 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifische Energie verschiedener Bake-off Verfahren im Vergleich Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden bzw. 4 Wochen Annahme: 75% geringere Leistung des Lagerfrosters im Vergleich zum Schockfroster

24 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifische Energiekosten verschiedener Bake- off Verfahren im Vergleich Grundpreis 7,43Cent/kWh Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden bzw. 4 Wochen Annahme: 75% geringere Leistung des Lagerfrosters im Vergleich zum Schockfroster

25 Bäckerei- und Getreidetechnologie Energiedaten - Backprozess

26 Bäckerei- und Getreidetechnologie Temperaturverteilung im Ofen Untersuchung der Temperaturverteilung während des Backprogramms Heizphase Energieintensive Heizphasen beim Standard-Backprogramm: ca 500sek Energieintensive Heizphasen beim PFF-Backprogramm: ca 1400sek Backprogramme, die Heizphasen beinhalten, wirken sich stark nachteilig auf den Energieverbrauch aus!

27 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! Temperaturverteilung im Backofen

28 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifischer Energieverbrauch beim Backen Backparameter SP-R;FBF;UFDPBF; PBUFPFF 20min : 230°C; 0,5l Dampf 3min : 190°C; 0,5l Dampf 14min : 165°C 4 min : 160°C; 0,4l Dampf 11min : 180°C 16min : 220°C letzten 8 Minuten mit offener Frontklappe 12min: 230°C

29 Bäckerei- und Getreidetechnologie Energieverbrauch beim Backen Einflußgrößen des Energieverbrauchs beim Backen: Heizphasen während des Backprogramms erhöhen den Energieverbrauch überdurchschnittlich Auftauphasen wirken sich ebenfalls stark nachteilig auf den Energieverbrauch aus

30 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifische Energie verschiedener Bake-off Verfahren im Vergleich Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden im Schockfroster

31 Bäckerei- und Getreidetechnologie Spezifische Energiekosten verschiedener Bake-off Verfahren im Vergleich Grundpreis 7,43 Cent/kWh Lagerung bei -18 °C für 4 Stunden im Schockfroster

32 Bäckerei- und Getreidetechnologie Bewertung des Energieverbrauchs einzelner Prozessschritte bei der Backwarenherstellung Gären Kneten Schock- frosten Backen Energieintensive Produktionsschritte TK- Lagerung Zunahme Energieverbrauch Abnahme Energieverbrauch

33 Bäckerei- und Getreidetechnologie Aussichten: Einflussnahme durch Rezepturbestandteile Energetische Vorteile der PFF-Improved Rezeptur: Gärenergie= ca. 30 % Schockfrostenergie= ca. 28 % Wasser [%]Gluten [%] PFF550 PFF-Improved572

34 Bäckerei- und Getreidetechnologie Darstellung der Kerntemperaturmessung mit 4 Temperaturfühlern 1.Frostbereich: Einsetzende Wasserkristallisation 2.Frostbereich: Abgeschlossene Wasserkristallisation Frostphase: exotherme Wasserkristallisation

35 Bäckerei- und Getreidetechnologie 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=25PFF-Improved, n=25 1. Frostpunkt23min20min 2. Frostpunkt41min38min

36 Bäckerei- und Getreidetechnologie Faktoren der Energieeinsparung beim Gefrieren Beschleunigte Schockfrostzeiten durch erhöhte Wärmedurchgangskoeffizienten aufgrund 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

37 Bäckerei- und Getreidetechnologie Relative Energieverbrauchsdaten [Wh] im Vergleich STD/FBUF- TechnologieFBF- Technologie PBF- TechnologiePBUF- Technologie

38 Bäckerei- und Getreidetechnologie Relative Energieverbrauchsdaten im Vergleich UFD- Technologie

39 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

40 Bäckerei- und Getreidetechnologie Prof. K. Lösche ttz Bremerhaven Am Lunedeich Bremerhaven Tel. : Fax.: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bäckerei- und Getreidetechnologie


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