Die Anforderungen an die Qualitätskontrolle werden in der milchverarbeitenden Industrie immer höher. Die moderne FT-NIR-Spektroskopie bietet hier viele Möglichkeiten zur schnellen und einfachen Überwachung von der Rohmilch über die Zwischenprodukte bis hin zu den Endprodukten. Das neue MPA analysiert in Kombination mit dem Liquid Sampling Module (LSM) alle möglichen Probenarten (fest, flüssig und pastös) mit nur einem System. So kann sowohl im Labor, aber auch prozessnah durch Schichtpersonal eine lückenlose Kontrolle aller Prozessschritte erreicht werden.

Milch und flüssige Milchprodukte
Die optimale Analyselösung für Rohmilch und flüssige Milchprodukte ist eine Kombination des MPA mit dem LSM, das eine halbautomatisierte Probenzuführung und eine automatische Reinigung des Systems erlaubt. Das LSM ist ein duales System, d.h. per Software kann je nach Produkt und dessen Viskosität für die Probenzuführung zwischen einem Homogenisator und einer Peristaltikpumpe gewechselt werden. Das duale Konzept ermöglicht eine optimale Analyse aller flüssigen Milch- und Molkereiprodukte, ganz gleich, ob diese vor der Analyse homogenisiert werden müssen oder nicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen FT-IR Analysatoren können dank der großen Schichtdicke der Messzelle von 1 mm (1000 μm) selbst viskose Milchprodukte analysiert werden.

Rohmilch und andere Milcharten
Rohmilch wird meist vor der Messung vorgewärmt und homogenisiert, um eine größtmögliche Präzision und Wiederholbarkeit zu erreichen – eine zuverlässige Homogenisierung der Rohmilch ist daher unumgänglich. Daher wird während jeder einzelnen Messung der Homogenisator des LSM auf Effektivität überprüft. So kann der Operator selbstständig und sehr einfach prüfen, ob eine Wartung des Systems notwendig wird. Die FT-NIR-Analyse ist gleichwertig mit traditionellen FT IR-Systemen hinsichtlich der Präzision und Wiederholbarkeit, bietet aber deutlich mehr Optionen. Die typische Genauigkeit liegt für Fett und Protein im Bereich von <0,03 % und die Wiederholbarkeit um 0,001 %. Dies wurde durch eine Validierung mit unabhängigen Rohmilch-Standards überprüft. Eine regelmäßige Anpassung von Steigung und Offset der Kalibrationsmodelle ist nicht nötig.

Flüssige Milchprodukte
Nicht nur Milch, sondern auch flüssige Milchderivate und Milchprodukte können unabhängig von der Produktzusammensetzung mit dem gleichen Aufbau gemessen werden. Selbst sehr viskose Proben wie Kondensmilch und Konzentrate können in der 1 mm- Messzelle leicht analysiert werden. Die Kombination aus MPA und LSM bewältigt auch zuckerhaltige Produkte wie Joghurtdrinks, aromatisierte Milch und sogar ballaststoffhaltige Produkte wie Katzenmilch. Da solche Proben nicht homogenisiert werden, wird für diese Produkte die Peristaltikpumpe im LSM genutzt. Die Standzeit des Homogenisators wird so deutlich verlängert, ohne Hardwareanpassungen vornehmen zu müssen.

Feste und halbfeste Milchprodukte
Trotz der großen Vielfalt fester und pastösen Milchprodukte wie z.B. Milchpulver, Käse, Joghurts, Desserts und deren Zwischenprodukte kann jedes dieser Produkte durch eine Reflexionsmessung analysiert werden. Die Probe wird in einen Becher mit Quarzboden, in eine Quarz-Petrischale oder in eine Einweg- Petrischale aus Polystyrol gefüllt und auf das Gerät gestellt. Die Reflexionsmessung geschieht von unten durch den Boden. Dabei wird die Probe azentrisch gedreht, um ein größeres Probenvolumen zu erfassen und Inhomogenität auszumitteln.

Milch und Molkepulver
NIR ist eine bewährte Methode zur schnellen und simultanen Analyse von Feuchtigkeits-, Fett- und Proteingehalt von Milchpulver im Labor oder an der Produktionslinie. Es können auch Parameter wie der Asche- oder Laktosegehalt analysiert werden Eine engere Überwachung dieser Parameter ermöglicht es,
• den Feuchtigkeitsgehalt zu optimieren
• die Gleichförmigkeit des Produkts zu erhöhen
• durch Optimierung des Trocknungsprozesses die Energie effizienter zu nutzen
• die Zahl der Analysen am Endprodukt im Labor zu reduzieren

Betriebsfertige Kalibrationen decken das gesamte Sortiment vom Molkepulver über entrahmte Milch- und Vollmilch- bis hin zu Rahmpulver ab.

Joghurt, Desserts und Eiscreme
Viele Unternehmen produzieren unterschiedlichste Produkte mit verschiedenen Aromen und Texturen, von einfachen Joghurts und Desserts bis hin zu Produkten mit Frucht- oder Schokoladenzusätzen. Mit NIR können die typischen Qualitätsparameter wie Fett, Protein und Trockenmasse schnell an der Produktionslinie oder im Labor bestimmt werden. Dabei ist nur eine Kalibrierung pro Parameter erforderlich, ganz gleich welche Aromen oder Inhaltsstoffe hinzugegeben werden. So kann z.B. Joghurt mit Schokoladenflocken mit dem gleichen Kalibrationen analysiert werden wie ein Erdbeer- oder Naturjoghurt. Halbfeste Proben werden meist in Quarz-Petrischalen gemessen. Wenn die Reinigung ein Problem darstellt, können Einweg-Petrischalen aus Polystyrol den Reinigungsprozess überflüssig machen. Flüssige Desserts und sogar geschmolzene Eiscreme mit mittlerer Viskosität können mit dem LSM genau wie andere flüssige Milchprodukte analysiert werden.

Käse
Mit FT-NIR können innerhalb von Sekunden wichtige Qualitätsparameter wie Fett, Protein und Trockensubstanz in Reflexion gemessen werden. So kann mit nur einem Gerät einfach und genau die ganze Bandbreite an Hartkäse, Käsescheiben, Frischkäse und Weichkäse analysiert werden. Darüber hinaus ist bei verschiedenen Käsearten gleichzeitig auch die Bestimmung des Salzgehaltes und des pH-Wertes möglich. Geriebener Käse wird meist in eine Petrischale gestreut und Weichkäse wird in die Petrischale gestrichen.

Butter
Bei der Butterproduktion ist es aus ökonomischer Sicht besonders wichtig, so nah wie möglich an der Zielkonzentration der Fettkomponente zu bleiben, d.h. den Feuchtigkeitsgehalt zu maximieren, ohne die Spezifikationen zu über- oder unterschreiten. Der Feuchtigkeits- und Fettgehalt von Butter kann mit der FT-NIR Spektroskopie einfach bestimmt werden, bei gesalzener Butter darüber hinaus auch noch der Salzgehalt. Die Butterproben werden in eine Quarz- Petrischale oder eine Einwegpetrischale aus Polystyrol eingestrichen.

Überwachung von Sprühtürmen bei der Milchpulverproduktion
Die FT-NIR-Spektroskopie ermöglicht es, in kurzen Abständen wichtige Parameter der verschiedenen Schlüsselpositionen im Prozess an das Prozesskontrollsystem zu senden, sodass jederzeit relevante Informationen für die Produktionssteuerung zur Verfügung stehen. Bei der Milchpulverproduktion bietet die Kontrolle am Sprühturmzulauf nach der Trocknung durch einen FT-NIR-Prozessanalysator erhebliche Möglichkeiten zur Optimierung der Produktqualität, des Energieeinsatzes und zur Qualitätssicherung großer Chargen. Die Amortisationszeit einer on-line-Lösung beträgt typischerweise weniger als 12 Monate.

Warum FT-NIR?
Die FT-NIR-Spektroskopie ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das einen festen Platz in der milchverarbeitenden Industrie einnehmen sollte. Allgemeine Parameter wie Trockenmasse, Protein, Fett und werden schnell, einfach und zuverlässig mittels NIR in jeder Phase der Operation überwacht. Die schnelle und zuverlässige Analyseergebnisse helfen, Rohstoffe, Produktionsverfahren und Fertigprodukte optimal zu steuern. Es ist das Werkzeug der Zukunft und ersetzt bereits heute viele der langsameren, insbesondere nasschemischen Analyseverfahren.

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Ausgabe Januar/Februar 2018 „Der Lebensmittelbrief/ernährung aktuell”