Neues Sensorgerät für die Lebensmittelindustrie

Die Forscher des EU-finanzierten Projekts MUSE-TECH kombinierten drei verschiedene Sensoren in einem einfach zu verwendenden Gerät und erstellten so ein innovatives neues System, mit dem die industrielle Lebensmittelverarbeitung in Echtzeit überwacht werden kann. Die positiven Testergebnisse legen nahe, dass dieses Gerät Lebensmittelfabrikanten in zahlreichen Sektoren dabei unterstützen könnte, Lebensmittel effizienter zu verarbeiten und hohe Sicherheitsstandards einzuhalten.

Das Drei-Jahres-Projekt wurde im Oktober 2013 mit dem Ziel ins Leben gerufen, der Lebensmittelindustrie von konventionellen Prozesssteuerungsstrategien – bei denen die Lebensmittel nur am Ende des Verfahrens überprüft werden, Chargen oft nicht einwandfrei sind und diese nachgebessert werden müssen – zu einer vorausschauenderen Prozesssteuerung zu verhelfen. Bei diesem Ansatz ist es möglich, die verarbeiteten Rohstoffe während des Prozesses in Echtzeit zu überprüfen, sodass Schwankungen der Zusammensetzung oder Probleme noch während der Verarbeitung ausgeglichen bzw. behoben werden können.

Die Projektforscher wiesen nach, dass durch Integration drei neuartiger Sensoren in einem Multisensorgerät eine Überwachung in Echtzeit tatsächlich möglich ist. Dieses Multisensorgerät beruht auf einer flexiblen Plug-in-Architektur, dank der auch Daten von weiteren Sensoren empfangen werden können, die bereits in den Produktionslinien installiert sind.

Mehrere Exemplare dieses Multisensorgeräts wurden hergestellt und anschließend im Rahmen von drei Fallstudien sowohl in einer Pilotanlage als auch auf industrieller Ebene getestet, nämlich bei der Produktion von Brot, Kartoffelchips und Bier. Die erste Technologie, die faseroptische Temperaturmessung (Distributed Temperature Sensing; DTS), erwies sich in allen drei Fallstudien als robust und ermöglichte die exakte Beobachtung komplexer Temperaturprofile unter anspruchsvollen Bedingungen, etwa bei der Fermentation von Teig.

Der zweite Sensor, der für Quasi-Imaging im sichtbaren Spektrum und nahen Infrarot (Quasi Imaging Visible-Near Infrared; QIVN) entwickelt wurde, sammelte erfolgreich an mehreren Punkten des Prozesses gleichzeitig Daten. Mit dem dritten Sensor – für photoakustische Spektroskopie (PAS) – konnten während des Backvorgangs nachweislich gleichzeitig CO2, Ethanol und die Feuchtigkeit überwacht werden.

Die mit dem Multisensorgerät gesammelten Rohdaten wurden anschließend mithilfe neuer Statistik-Tools in Echtzeit verarbeitet und für die Endanwender auf einer einfach zu bedienenden Benutzeroberfläche angezeigt. Außerdem suchten und implementierten die Projektforscher geeignete Kommunikationssysteme und entsprechende Software, um die Integration des Multisensorgeräts zu unterstützen.

Die Wissenschaftler hinter dem kürzlich abgeschlossenen MUSE-TECH-Projekt sind sich sicher, dass ihr Gerät dazu beitragen wird, den steigenden Erwartungen von Unternehmen, politischen Entscheidungsträgern und Verbrauchern gerecht zu werden, die Transparenz entlang der gesamten Lebensmittelkette fordern. Die Verbraucher möchten wissen, woher ihre Lebensmittel stammen und wie sie verarbeitet wurden. Für Lebensmittelhersteller kann ein Problem in einem früheren Glied der Lieferkette – etwa eine Charge minderwertiger Zutaten oder die Kontamination mit unzulässigen Stoffen – daher zum Ausfall der gesamten Produktion und so zu erheblichen Verlusten führen, sollte dieses Problem nicht effektiv und effizient behoben werden.

Der Erfolg des Projekts hebt somit auch das Marktpotenzial hervor, das in der Lebensmittelbranche für die Sensortechnologie besteht. So bietet sich für Hersteller von Lebensmittelverarbeitungsmaschinen darüber hinaus die Gelegenheit, innovative Ausrüstung zu entwickeln und zu vermarkten, die über speziell angepasste Multisensorgeräte verfügt, um bestimmte Lebensmittelverarbeitungsprozesse zu überwachen und zu steuern.

Nun ist weitere Forschung und Entwicklung erforderlich, um ein wirtschaftlich tragfähiges Multisensorgerät zu entwickeln. Hierbei sollte erstens ein Schwerpunkt auf die Entwicklung robuster und effizienter Messfühler gelegt werden, mit denen Teig während des Knetens überwacht wird, und zweitens sollte der PAS-Sensor für Bratvorgänge und die Bierproduktion verbessert werden.

Weitere Informationen:
MUSE-TECH-Projektwebsite