NIR-Analyse in der Fertigungslinie zur Minimierung der Kosten für Überrezepturen bei der Lebensmittelherstellung

Nahinfrarot (NIR) -Analyse ist eine Technik, die in vielen Branchen zur Messung der Zusammensetzung verwendet wird, darunter in der Landwirtschaft, bei der Verarbeitung von Inhaltsstoffen, bei verarbeiteten Lebensmitteln und bei industriellen Anwendungen. Typische Messungen betreffen Feuchtigkeit, Protein, Fett, Rohfaser und andere Bestandteile sowie Messungen physikalischer Eigenschaften wie Verdaulichkeit oder Härte.

Es gibt viele Merkmale von NIR, die es zu einer sehr attraktiven Technik für die Überwachung von Herstellungsprozessen machen:

• NIR ist schnell und dauert in der Regel einige Sekunden bis 1 Minute für die Probenanalyse.
• Es ist zerstörungsfrei und erfordert keine gefährlichen Chemikalien für die Verwendung oder kostenpflichtige Entsorgung.
• Es ist wenig oder keine Probenvorbereitung erforderlich.
• Viele Probentypen können analysiert werden, darunter Pulver, Schlämme und Feststoffe.
• Die NIR-Analyse erfordert nur einen minimalen Schulungsaufwand und liefert bedienerunabhängige Ergebnisse.
• NIR-Analysen sind sehr genau und hochgradig wiederholbar.

NIR-Analysatoren werden täglich in Tausenden von Lebensmittelherstellungsanlagen eingesetzt, wo sie schnelle Daten zur Zusammensetzung der eingehenden Inhaltsstoffe und zur Kontrolle des Endprodukts während der Herstellung liefern. In der Vergangenheit wurden die meisten NIR-Analysatoren in einem von drei Bereichen eingesetzt:

1. Eingehende Rohstoffe. Bei diesen Anwendungen analysiert NIR die eingehenden Rohstoffe auf ihre Zusammensetzung und ihre physikalischen oder rheologischen Parameter. Diese Daten werden verwendet, um eingehende Chargen von Rohstoffen zu qualifizieren, um das richtige Zusammensetzungsprofil sicherzustellen, das für die Qualität des Endprodukts erforderlich ist. NIR-Daten können auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Inhaltsstoffe den Vertragsspezifikationen entsprechen, und um Angaben zu Materialien zu untermauern, die nicht den Spezifikationen entsprechen.
2. Prozessbegleitende Analyse von Feuchtigkeit und Öl. Bei diesen Anwendungen werden Prozess-NIR-Analysatoren zur Produktanalyse in oder über einer Produktionslinie positioniert. Feuchtigkeit und Öl sind zwei Qualitätsparameter, die mit Online-Analysatoren leicht gemessen werden können. Echtzeitdaten werden verwendet, um Prozessparameter wie die Ofentemperatur oder die Fördergeschwindigkeit über eine rückgekoppelte Prozesssteuerung anzupassen.
3. Endgültige Produktinspektion. Die Analyse der Endprodukte kann entweder online oder durch Probenahme an der Produktionslinie durchgeführt werden, um die Produktqualität gründlicher zu untersuchen. Je nach Instrumentierung und Probenahme können Feuchtigkeit, Öl und andere Parameter gemessen werden. Die Endkontrolle des Produkts gewährleistet zwar die Qualität, ist aber ein Indikator für Verzögerungen und wenig effektiv für die Prozesskontrolle.

At-Line-Überwachung mit leistungsstarken NIR-Analysatoren

Da der globale Lebensmittelmarkt zunehmend spezialisiert und wettbewerbsfähig geworden ist, setzen Lebensmittelhersteller zunehmend leistungsstarke NIR-Analysatoren in der Produktionslinie ein, um die Produktion zu überwachen und die Rohstoffkosten zu senken.

Die At-Line-Analyse mit häufiger Probenentnahme liefert die Echtzeitdaten, die Produktionsmanager für eine reaktionsschnelle Prozesssteuerung benötigen. Die Verlagerung der Analyse neben die Produktionslinie ermöglicht den Einsatz von NIR-Analysator-Technologie und Kalibrierungen, mit denen schwierigere Inhaltsstoffe wie Gewürze oder Zucker genau gemessen werden können. Bei vielen Verfahren werden diese Inhaltsstoffe mit Sprühgeräten oder Bechern aufgetragen, was zu uneinheitlicher Anwendung und Endkonzentration führen kann. Eine regelmäßige Überwachung dieser kritischen Inhaltsstoffe an der Produktionslinie verbessert die Produktqualität und reduziert den Abfall übermäßiger Rezepturen. Da die globalen Rohstoffpreise schwanken und 2021 ein erheblicher Anstieg zu verzeichnen ist, kann eine Überformulierung enorme Auswirkungen auf das Geschäftsergebnis haben.

Anwendungsbeispiele

Hier sind zwei Beispiele, die veranschaulichen, wie Inspektionen an der Fertigungslinie zu einer sofortigen Investitionsrendite (ROI) führen und gleichzeitig die Produktqualität und -konsistenz verbessern können.

Beispiel 1: Eine mittelgroße Frühstückscerealienpflanze trug Zucker mit Hilfe von Trommelapplikatoren auf.

Die Zuckermenge, die auf dem Endprodukt landet, hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Feuchtigkeit in der Zuckermischung, der Luftfeuchtigkeit, der Getreidetemperatur usw. Da Zucker für die Akzeptanz der Verbraucher von entscheidender Bedeutung ist, wurde die verwendete Zuckermenge um 2% (von 10 auf 12%) überbewertet, um eine ausreichende Zuckerbeschichtung auf dem Endprodukt zu gewährleisten. Durch die Einführung einer regelmäßigen Inspektion der im Prozess befindlichen Proben an der Produktionslinie hat dieser Hersteller reduzierte ihren Zuckerkonsum um über 15% und sparte 3.000 USD pro Tag.

Beispiel 2: Ein Snack-Food-Bediener trug das Gewürz mithilfe von Sprühdüsen über ein Förderband auf.

Werksleiter passen die Gewürzmenge an, indem sie die Sprühpumpe regulieren. Änderungen in der Konsistenz des Gewürzes, verstopfte Düsen und andere Faktoren können die Gewürzmenge jedoch beeinflussen und dazu führen, dass die Produktionslinie überschüssiges Gewürz ausbrachte, um eine angemessene Abdeckung zu gewährleisten.

Ein in der Produktionshalle installierter SpectraStar™ Analyzer wurde mit einer maßgeschneiderten Kalibrierung für das Würzen konfiguriert. Durch die regelmäßige Überwachung der Produktionsproben waren die Werksleiter in der Lage, ihrem Ziel näher zu kommen und reduzierte die Gewürzmenge um fast 5% und sparte so über 1.000 USD pro Tag ein.

Die beiden obigen Beispiele wiesen die folgenden Kenndaten auf:

1. Der kritische Inhaltsstoff wurde durch Trommeln oder Sprühen und nicht im Chargenmodus aufgetragen; daher war der Gehalt im Endprodukt variabel und inkonsistent.
2. Die gemessene Komponente war entscheidend für die Qualität und die Akzeptanz des Endprodukts durch die Verbraucher und machte einen erheblichen Teil der Rohstoffkosten aus.
3. Auf der Grundlage der vor Ort gesammelten Daten wurden Anpassungen für die Prozesssteuerung vorgenommen.

SpectraStar™ XT NIR-Analysator

Das Unity Scientific SpectraStar™ XT NIR-Analysator von KPM Analytics ist eine ideale Lösung für At-Line-Anwendungen wie verarbeitete Lebensmittel und Snacks mit Funktionen wie:

• Scanning-Monochromator-Technologie, die das beste verfügbare NIR-Signal bietet und die Analyse schwierigerer Parameter wie Zucker oder Gewürze ermöglicht.
• Bediener erhalten in weniger als einer Minute zuverlässige und genaue Ergebnisse mit geringer oder keiner Probenvorbereitung.
• Der XT hat ein eigenständiges Design mit versiegeltem Gehäuse und Touchscreen-Bedienung, das sich perfekt für Installationen an der Produktionslinie eignet.
• Intuitive Software und einfache Bedienung erfordern nur einen minimalen Schulungsaufwand für das Anlagenpersonal, um bedienerunabhängige Ergebnisse zu erzielen.
• Ein SpectraStar XT-Analysator kann mehrere Produktionslinien unterstützen, wodurch die Analysemöglichkeiten genutzt und der ROI vervielfacht werden.
• Kundenspezifische Kalibrierungen können erstellt werden, um kritische Bestandteile in einzigartigen oder firmeneigenen Endprodukten zu messen.

Reduzieren Sie Überformulierungen für einen schnellen ROI

Die obigen Beispiele zeigen, wie eine leistungsstarke NIR-Analyse in der Produktionslinie Lebensmittelherstellern die Daten liefern kann, die sie benötigen, um die Überrezeptur teurer Inhaltsstoffe zuverlässig zu reduzieren. Eine regelmäßige Überwachung der Lebensmittelproduktionslinien kann zu niedrigeren Rohstoffkosten führen und eine gleichbleibende Produktqualität für viele Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung sicherstellen.