Exploratives Projekt 1

Cyber-Physisches System (CPS) zur thermischen Entkeimung von Lebensmitteln in Glasgebinden

Eines der wichtigsten Verfahren zur Haltbarmachung von Lebensmitteln ist die Wärmebehandlung. Feste Lebensmittel, wie Gurken, Kohl oder Früchte, können in verschlossenen Verpackungen, wie Weithalsgläsern, sehr lange vor dem Verderb durch Bakterien oder mikrobielle Pilze bewahrt werden. Durch die Erwärmung verändern sich jedoch Qualitätseigenschaften, wie Geruch und Geschmack, Textur oder Vitamingehalt. Die Wärmebehandlung bringt ein grundsätzliches Problem mit sich: aus Sicherheitsgründen erfordert sie eine „Übererhitzung“, weil es bisher nicht möglich ist, direkt zu bestimmen, welcher Abtötungseffekt bei der Erwärmung genau stattfindet. Auch ist es bisher technisch nicht möglich, die Hitzebehandlung auf jedes Produkt individuell einzustellen. Genau das aber wäre notwendig, denn wie lang und bei welcher Temperatur ein Produkt behandelt werden muss, um hinsichtlich des mikrobiellen Verderbs sicher zu sein, hängt vor allem von seiner chemischen Zusammensetzung ab, da diese bestimmt, welche Bakterien oder Pilze überhaupt wachsen können.


Projektidee, geplanter Lösungsansatz und mögliche Ergebnisse
Ein interdisziplinäres Forscherteam der Hochschule Ostwestfalen Lippe arbeitet mithilfe digitaler Techniken an einer maßgeschneiderten Lösung für die Pasteurisation von Lebensmittelglaskonserven. Dabei soll zu jedem Zeitpunkt der genaue Abtötungseffekt bestimmt werden können, damit die Erhitzungsanlage auf eine zu intensive Behandlung sofort reagieren kann. Durch die schonendere Behandlung sollen die Produktqualität verbessert, Ressourcenverbräuche und Kosten reduziert sowie die Produktsicherheit verbessert werden.

Hinter den digitalen Techniken, die für das Vorhaben die Schlüsseltechnologien sind, stecken die Modellierung von Produkt und Prozess zur Erstellung eines sogenannten virtuellen Abbildes sowie der Bereitstellung von Spezialwissen über eine cloudbasierte Datenbank. Für die virtuelle Produkt- und Prozessabbildung werden mit einer innovativen Messtechnik vor und nach der Behandlung (online) kleinste chemische Veränderungen infolge der Wärmebehandlung so genau bestimmt, dass daraus zu jeder Zeit die Abtötungseffekte für Mikroorganismen abgeleitet werden können. Das Zusammenwirken der digitalen „Cyber“-Techniken und der realen physischen Erhitzungsanlage wird als Cyber-Physisches Produktionssystem (CPPS) bezeichnet. Eine Versuchsanlage im Technikum soll für Unternehmen und Menschen zeigen, dass die Umsetzung in die großtechnische Praxis möglich wird.

Nutzen für die Technische Hochschule OWL
Im Erfolgsfall kann die Übertragung des neuen Verfahrens auch auf andere Bereiche der Getränke-und Lebensmitteltechnologie im Rahmen von Forschungsprojekten oder Dienstleistungen erfolgen.

Nutzen für die Praxispartner und weitere Dritte
Verbraucher und Umwelt, wie auch Unternehmen der Lebensmittelproduktion und des Anlagenbaus, von denen weltweit bedeutende Vertreter in NRW vertreten sind, können von den angestrebten Fortschritten profitieren, und ihre Stellung als Technologieführer weiter ausbauen.

Projektleiter
Prof. Dr. Jan Schneider