Die Produktoptimierungssoftware Guideline unterstützt die Ermittlung wichtiger Verfahrensparameter bei der Brotherstellung und ermöglicht die Prozeßoptimierung zum Beispiel hinsichtlich einer konstanten 11%igen Volumenzunahme bei Brot. Ein mit dieser Software entwickeltes Prüfprogramm erleichtert das Verständnis der Verfahrensparameter und der Wechselwirkungen, die bei der Brotherstellung wichtig sind und den Backvorgang beeinflussen können.
Die Windows-Software Guideline basiert auf The Unscrambler, einer variantenreichen Verarbeitungssoftware für die gesamte Lebensmittelindustrie. Sie verkürzt die Entwicklung eines neuen Produktes. Hierzu werden gleichzeitig verschiedene, miteinander in Wechselwirkung stehende Variablen analysiert. Guideline stellt sicher, daß die richtige Kombination aus Zutaten und Verarbeitungsbedingungen gewählt wird, damit die Vorgaben der Produktentwicklung und letztendlich auch die Erwartungen der Konsumenten erfüllt werden können. Anstelle von aufeinanderfolgenden Produktuntersuchungen erstellt diese Software einen Untersuchungsablauf, der alle wichtigen Parameter und deren Wechselwirkungen berücksichtigt. Anschließend leitet sie den Anwender durch den Produktentwicklungsprozeß, bis die beste Kombination aus Zutaten und Verfahren gefunden ist. Einsparungen bei Zeit und Kosten sind möglich. Die Muster und Beziehungen, die vorher nur von Statistikern erkannt werden konnten, sind mit Hilfe von Guideline auch Lebensmitteltechnologen plausibel vermittelbar.
Um in einem konkreten Anwendungsfall die Volumina von Brotlaiben während des Backvorgangs zu optimieren, war es notwendig, alle Parameter zu bestimmen, die Auswirkungen auf das Endprodukt haben könnten. Guideline wurde zur Aufstellung eines Untersuchungsplans eingesetzt, der die Anzahl der Tests so gering wie möglich halten sollte.
Erhöhung des Brotvolumens
Neun mögliche Variablen wurden identifiziert und deren Einflüsse untersucht. Jede Probe wurde dazu pro Variable mit jeweils einem hohen und einem niedrigen Wert (Tab.) und zwei mittleren Werten getestet, d. h. insgesamt fanden vier Tests pro Variable statt. Mit Hilfe dieser Voruntersuchung sollte festgestellt werden, ob die ausgewählten Parameter ausreichen, um mögliche Schwankungen im Brotvolumen zu erfassen und mögliche experimentelle Fehlerquellen aufzuzeigen. Alle anderen Faktoren blieben bei den Untersuchungen konstant.
Aus diesen Voruntersuchungen ergaben sich folgende Brotvolumina:
l hohe Werte: 275 ml;
l niedrige Werte: 261 ml;
l mittlere Werte: 271 und 275 ml.
Der Unterschied zwischen den hohen und den niedrigen Werten betrug 14 ml, der Unterschied zwischen den beiden mittleren Werten 4 ml. Daraus ließ sich ableiten, daß der experimentelle Fehler ausreichend gering war. Außerdem konnte angenommen werden, daß mindestens eine Variable Auswirkungen auf das Brotvolumen hatte.
Knetgeschwindigkeit und Ruhezeit wirken sich aus
Die Hauptuntersuchung wurde nach dem Zufälligkeitsprinzip durchgeführt. Alle Faktoren, die nicht Bestandteil der Untersuchung waren, blieben konstant. Besondere Bedeutung wurde dabei der Variable Temperatur beigemessen.
Um die Anzahl der Testdurchläufe zu minimieren, wurden pro Variable zwei Max./Min.-Werte und ein Mittelpunktwert festgelegt (20 Proben insgesamt, davon 4 Mittelpunktproben). Die Ergebnisse bestätigten, daß die Werte für die Brotvolumina symmetrisch verteilt waren und keine Ausreißer auftraten. Knetgeschwindigkeit und Ruhezeit beeinflußten dabei das Brotvolumen am stärksten. Durch Verlängerung der Ruhezeit von 30 auf 60 Minuten verringerte sich das Brotvolumen um 8,5 ml. Durch Erhöhen der Knetgeschwindigkeit von 50 auf 70 min-1 erhöhte sich das Brotvolumen um 23,5 ml. Um die Möglichkeit auszu-schließen, daß Wechselwirkungen dieser beiden Verfahrensparameter mit anderen varaiblen Größen die Auswirkungen auf die Volumenzunahme veränderten, wurde eine weitere Testreihe durchgeführt.
Optimierung von Verfahrens-parametern
Die Software Guideline beinhaltet statistische Analysemethoden, wie ANOVA (Varianzanalyse), PCA und Wirkungsflächenanalyse. Mit ihrer Hilfe wurde ein genaues Modell zu den Auswirkungen der beiden wichtigsten Parameter entwickelt und als Wirkungsflächenkurve dargestellt (Abb.). Anhand der Wirkungskurve konnten die optimalen Verfahrensparameter zur Steigerung des Brotvolumens ermittelt werden (Knetgeschwindigkeit 75,2 min-1 und Ruhezeit für den Teig 41,6 min). Das Ziel des Untersuchungsprogrammes – eine Zunahme des Brotvolumen von durchschnittlich 11% und eine allgemeine Verbesserung von Einheitlichkeit und Qualität des Produktes – war damit erreicht.
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