Messtechnik nicht nur für Chips und Schokolade

Natürliche Schwankungen sind bei biologischen Rohstoffen und Produkten unvermeidlich. Für die Weiterverarbeitung sowie die Qualitätskontrolle in der Lebensmittel-, Genussmittel- und Futtermittelindustrie ist daher eine exakte Bestimmung der jeweiligen Inhaltsstoffe erforderlich. Eine herkömmliche Labor-Analyse dauert dabei oft Stunden und eignet sich daher nicht für schnelle Anpassungen in laufender Produktion. Nahinfrarot-Spektrometer (NIR) arbeiten dagegen sekundenschnell und können praktisch alle wichtigen Parameter wie Öl-, Protein-, Zucker- oder Wassergehalt sicher messen. Das erlaubt zum einen eine exakte Dosierung von Rohstoffen und zum anderen eine Inlinekontrolle der produzierten Ware, um mögliche Abweichungen sofort zu erkennen.

Endkontrolle Schokokeksüberzug vor der Verpackung mit dem Distanzmesskopf. Quelle: POLYTEC HOLDING AG

Nahinfrarotspektrometer

Die Nahinfrarot-Spektroskopie arbeitet mit Licht von 950 bis 1700nm Wellenlänge. Dieses Licht dringt oberflächlich in die zu messende Probe ein, wird dort durch die zu messenden Moleküle spezifisch absorbiert beziehungsweise reflektiert. Das Spektrum der Rückstrahlung in Kombination mit einer produktspezifischen, chemometrischen Kalibration gibt dann Aufschluss über die Art und Menge der vorhandenen Stoffe in der Probe. Auf diese Weise lassen sich Stärke-, Zucker- und Wassergehalt ebenso messen wie der Öl- bzw. Proteinanteil oder Aschegehalt der Probe. Die Probe kann aufgrund der schnellen Messzeit mit einem Kontakt- beziehungsweise Distanz-Messkopf dabei sowohl direkt an Medien in Rohrleitungen als auch aus der Entfernung zum Beispiel über Förderbändern gemessen werden.

Diese Messung in der Produktion spart Zeit und vermeidet Entnahmefehler. Dazu arbeitet das Polytec Compact Spektrometer (PCS) als dispersives NIR-System für ultraschnelle Messungen mit mehr als 40 Messungen/Sek. beziehungsweise 2400 Scans/Min und bestimmt die Inhaltsstoffe prozentgenau rund um die Uhr. Eine integrierte grafische Benutzeroberfläche zeigt die Messergebnisse auf einem Industriebildschirm an. Die Daten können auch über Schnittstellen wie Ethernet oder Modbus ausgegeben und in den Prozess eingebunden werden. Über eine optionale Remote-Control kann eine vollautomatische Probenmessung mit Probeentnahme für das Referenzieren und die Rekalibrierung gestartet werden. Im laufenden Betrieb sind vor Ort sonst keine Einstellungen nötig. Es gibt keine Unterbrechungen und Anpassungen der Messparameter werden einfach und risikofrei per Software durchgeführt. Die mit 28 x 18 x 10 Zentimeter sehr kompakte und nur 5 Kilogramm schwere IP66 Spektrometereinheit lässt sich flexibel in der Anlage installieren. Die kompakten Messköpfe werden über Lichtleiter in variabler Länge angeschlossen.

Qualitätskontrolle bei Kartoffelchips

Bei der Produktion von Kartoffelchips kommt es besonders auf eine gute Kontrolle der Rohstoffe an. Die Stärkezusammensetzung der Kartoffel bestimmt das Frittierverhalten und die Textur, die Qualität der Gewürze den Geschmack. Neben diesen Eingangskontrollen sind in der Produktion noch Kontrollen auf einen möglichen, produktionsbedingten Schadstoffgehalt auf Acrylamid nötig, dieser hängt u.a. vom Stärke-, Zucker- und Wassergehalt der Kartoffel und der Frittiertemperatur ab. Da Acrylamid durch die Reaktion von Protein und Kohlehydraten bei hohen Temperaturen entsteht, sollte die Frittiertemperatur möglichst gering sein. Dagegen erfordert die Textur- und Geschmacksbildung durch Röstaromen und Farbgebung eine Mindesttemperatur.

Durch genaue Bestimmung der relevanten Inhaltsstoffe lässt sich ein optimaler Kompromiss für gesunde, wohlschmeckende Chips finden. Außerdem sind auch der Öl- und Feuchtigkeitsgehalt der fertig frittierten Chips laufend zu bestimmen. Ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt beeinträchtigt die Textur und das Mundgefühl des Produkts und kann sich auch negativ auf die mikrobiologische Stabilität und die Produktstabilität auswirken. Mit NIR-Spektroskopie kann die Feuchteregulierung auf ± 0,2 Prozent genau eingehalten werden. Gleichzeitig können in Echtzeit verschiedene andere Qualitätsparameter analysiert werden. Das spart in Herstellungsprozessen für Snacks und Kartoffelprodukte Geld, Zeit und Ressourcen. Neben der Qualitätskontrolle des Endprodukts auf Fettgehalt kann auch das Öl in der Frittierstraße auf beginnenden Fettverderb geprüft werden. Das erhöht die Produktqualität und vermeidet Verluste durch zu frühen Ölaustausch. Für diese Prüfungen sind die Distanz-Messköpfe nach der Fritteuse über dem Vibrationsförderer und vor der Verpackung am Ausgang der Würztrommel installiert.

NIR-Analyse in der Schokoladenproduktion

Bei der Schokoladenherstellung spielen die Partikelgröße, Neutralisierung der Fettsäuren und Kakaufett-Gehalt sowie die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe eine grundlegende Rolle für Mundgefühl, Geschmack und Weiterverarbeitung. Ist die Viskosität zu niedrig, wird das Gewicht der Schokolade auf beschichteten Süßigkeiten zu niedrig sein, ist sie zu hoch, können sich Blasen im Inneren von Schokoriegeln bilden. Auch das Mundgefühl wird beeinflusst, so kann die Zunge des Verbrauchers falsche Fließeigenschaften bzw. Schmelztemperatur erkennen. NIR als besonders empfindliches Verfahren zur Fett- und Feuchtebestimmung wird hier zur Onlinekontrolle der Geschmacksträger verwendet, da eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts von Schokolade zu einer Erhöhung der Viskosität führt. Zudem führt ein Überschuss an Feuchtigkeit unter Umständen zur Bildung von Zuckeragglomeraten, was die Textur der Schokolade beeinträchtigt.