Near infrared spectroscopy and data analysis – improved real time quality control in the field of beer production

Florian Conradi promoviert im Fachbereich Life Science Technologies und im Institut ILT.NRW zum Thema "Near infrared spectroscopy and data analysis – improved real time quality control in the field of beer production" bei Professor Jan Schneider von der Technischen Hochschule OWL und Professor Frank-Jürgen Methner von der Technischen Universität Berlin.

Natürliche Rohstoffe zeigen Schwankungen in ihrer Qualität (zum Beispiel Gehalt an Zucker und Säuren, Aroma, Enzymaktivität), bedingt durch Varietät, Provenienz sowie geographische und klimatische Anbaubedingungen. Um eine gleichbleibende Produktqualität gewährleisten zu können, müssen diese natürlichen Schwankungen während der Verarbeitung berücksichtig werden. Die fortschreitende Digitalisierung der Lebensmittelproduktion kann in diesem Zusammenhang neue Strategien der Echtzeitqualitätssicherung und eine damit verbundene Selbstregelung der Verarbeitungsprozesse ermöglichen. Somit kann auf moderne und effiziente Weise ein hoher Standard an Qualität gewährleistet und die Risiken für Fehlchargen, Produktrückrufaktionen und Unzufriedenheit von Kunden minimiert werden.

Klassische Strategien der Qualitätssicherung sehen Probennahmen und Analysen im Labor vor, welche meist aufwändig und zeitintensiv sind. Für die Integration einer Echtzeitqualitätssicherung in der Lebensmittelproduktion ist der Einsatz von modernen Sensoren notwendig, welche direkt in den Produktstrom integriert werden können. Durch den Abgleich mit hinterlegten Sollwerten kann bei Abweichung dieser direkt in den Herstellungsprozess eingegriffen werden. Auf diese Weise kann die Produktion von Fehlchargen vermieden und eine hohe Qualität der Produkte sichergestellt werden. Hierbei vollzieht sich der Wandel von einer retrospektiven Qualitätssicherungsstrategie, welche auf zeitintensiven Laborkontrollen beruht, hin zu einer prospektiven echtzeitfähigen Inline-Qualitätssicherungsstrategie.

Das Messprinzip der Nahinfrarotspektroskopie basiert auf der Absorption von Nahinfrarotstrahlung durch organische Atombindungen. Das Nahinfrarotspektrum wird dabei von chemischen und physikalischen Parametern beeinflusst und kann als „Fingerabdruck“ (Fingerprint) einer Probe bezeichnet werden. Im Bereich des Maischens als Teil der Bierherstellung ist der Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie bereits in der Literatur beschrieben. Für den Inline-Einsatz gibt es nur wenig Literatur und die dort vorgestellten Strategien sind nur eingeschränkt anwendbar. Durch die Entwicklung neuer Spektrometer und Sonden sehen wir hier ein großes Potenzial zum erfolgreichen Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie. Gegenstand dieses Promotionsvorhabens ist es, den Inline-Einsatz der Nahinfrarotspektroskopie in der Bierherstellung näher zu untersuchen und Strategien der Applikation, Datenverarbeitung und Modellbildung zu entwickeln, um Qualitätsparameter mit einem möglichst niedrigen Fehler bestimmen zu können.