技術的進步和享受了過程儀器帶來舒適的制造商,正在摒棄實驗室的檢測需求,取而代之以線內和在線監控系統。
自動化作業主要是利用機器的力量代替人體肌肉,但這是不夠的。復制人類的感官意識也是必要的,其過程分析是眼、耳、鼻和(光)觸覺的自動化。
對于食品和飲料加工企業,當生產工作過程或成品不符合規格時,通常依賴于實驗室檢測來提醒。然而,隨著機器速度加快和自動化程度提高,因獲得有關質量問題使時間延遲而擴大了浪費。更高的生產量意味著每分鐘的延遲將造成更多的浪費。越來越多的制造商要求實時過程反饋。幸運的是,新一代強化的工業儀器實現了可靠的過程反饋,滿足了這一需要。
雖然核磁共振光譜學和其他分析技術已應用于工業幾十年,在線質量檢測在食品和飲料業仍然是一個相對較新的現象。
“12年前,曾有一種近紅外設備將計量表在線放置,配有濾光輪和石英窗,然后放置一個實驗儀器在其旁邊,”Minneapolis(明尼阿波里斯市),Thermo Fisher Scientific Inc.(賽默飛世爾科技有限公司)營銷技術部經理Rick Cash回憶道。這些原有的拙劣體系已經為更好地整合到生產線中的解決方案讓路,這些解決方案是專門為在生產環境中發揮作用而設計的。
“現今,儀器儀表和傳感技術已更加穩定,并且在更為廣泛的工業層面上應用,”Waukesha, Wis(沃基肖,威斯康星州),Techniblend 公司副總裁Derek Deubel表示,“其維護和使用也是很簡單的,不需要熟練的技術人員。在線測試演變的下一步是多功能傳感器,在沒有專門監控人員的情況下發揮最好的功能,將反饋直接發送到車間控制器以進行推斷。”
利用Thermo Scientific的電子掃描分析儀對干酪用乳實行在線精確的標準化管理,該儀器是基于導入式微波光譜的。該分析儀測出的讀數(誤差)在牛奶實際脂肪含量的0.05%內。
光的反射和折射,波的振幅和頻率,能量的吸收,是在線傳感器的核心技術,然而相對于檢測而言,它們提供的令加工商感興趣的產品特性是其實用化的關鍵。有時,終端用戶和系統集成商會發現技術的新應用。
一個基于可見近紅外(NIR)光譜的儀器——以前主要應用于采礦作業——目前正被用于測試豬肉分級。該設備的主要供應商建議NIR還可應用于牛肉的分級。(這是一個延伸:NIR穿透只有幾毫米,所以除非測量均勻的物品,否則數據不具有代表性。) 。SM - 35000光譜儀(由Spectral Evolution升級而來)最近的買家Lawrence, Mass.公司希望能開發一個用于嫩火腿特性數據測量的模型。
“他們試圖利用生成標記物,來指導選擇哪種火腿將產生最好的產品,”公司的市場營銷與銷售總監Maurice Kashdam解釋道。“每次我認為技術成熟的時候,我總會接到某個人的電話說發現了一種新的應用。”
探測器中的王者
大型啤酒廠一直引領該行業使用在線傳感器,而啤酒之王是公認的這方面的標兵。“Anheuser-Busch是在線檢測領域的領袖,”公認的評判家,Mettler Toledo(梅特勒-托利多)公司的Brian Vaillancourt聲稱。
軟飲料生產商的產量也高到足以投入該儀器,“我們看到在乳品行業中越來越多地使用在線檢測技術,特別是以制藥和營養品公司為銷售對象的企業,”Bedford, Mass公司過程分析部門的售后市場服務和關鍵客戶經理Vaillancourt補充道。
在過去的幾年中,手工釀酒廠從未考慮過在線檢測,直到他們年產量到達了75000桶這一閾值;現今,即使小規模生產者也安裝了在線傳感器以確保始終如一的產出。
濁度、pH值、顏色和溶解的二氧化碳是啤酒制造商需要監控的一些變量。微量的氧氣可以大大縮短貨架期并產生異味,近年來部分領導者已經加大力度控制氧氣水平。“二十年前,300ppb的氧氣是可以的,”Vaillancourt說,“現在, 釀酒商希望少于10 ppb。”
為了滿足這些要求,Mettler(梅特勒)用光學傳感器更換了極譜氧傳感器,這既可以測量溶氧量也可以測量二氧化碳水平。在數字信號的準確性、易用性和固態電子學方面也有所強化。
多功能傳感器對工業界有明顯的吸引力,且中紅外儀器是最可能實現它的。VitalSensors技術有相當大的利益,Hudson, Mass.,一個以麻省理工學院的科學家們為核心的企業,致力于不需要專用控制器的IP-準備單元的研究,這可能降低一半系統的成本。
Mettler Toledo(梅特勒-托利多)公司的Dennis Steeves在演示FreeWeigh.Net, 這是一個用于灌裝水平檢測和其他質量參數測定的在線監測儀器系統。該系統還可以提高文檔的處理性能。
理論上,紅外設備可以記錄數以百計的讀數,雖然“大多數這些儀器中實際限制的是3個,且通常是2個”,Thermo Fisher公司的Cash指出。盡管如此,使用單一設備來定量牛奶中的脂肪和蛋白質含量或花生醬中的固形物和油含量仍是吸引人的。
“紅外的簡單性和其測量數種成分的能力帶給終端用戶更多的利益,”Techniblend公司的Deubel說。與依靠產品滑流進行評估的儀器相比,新設備更加穩定。消除了泵衰弱和振動失真的問題,新設備具有固體結構并且其探測器幾乎沒有浸在產品流里。
Deubel公司正在與一家紅外供應商合作開發一種紅外傳感器,可以應用于節食軟飲料。在無糖的情況下,測量白利糖度的儀器是毫無用處的,所以開發人員專注于節食飲料的滴定酸度。目前,已經完成且產品已下線。“我們仍然參與健怡(不含糖)可樂指紋圖譜的繪制,并確保結果是可重復的,并且不需要具有博士學位的人來操作該儀器,”他說。
量化復雜流
雖然大多數傳感技術最適合應用于流體流,導入式微波光譜(GMS)在碎牛肉上發現一個契機。這一技術擅長于水分分析,并于20年前首次應用在谷物磨粉操作上。但它也可以基于電波在兩點之間傳播的振幅和頻率,精確測量肥肉和瘦肉成分。
9年前Thermo Fisher公司介紹了其GMS解決方案,大部分細節主要體現在電子掃描分析儀上。該儀器通常安裝在研磨機的后部,以確保精磨之后的成分符合規格。“在研磨設備上如果你可以節省1%的原料泄漏浪費,那么每小時的生產就可以節約幾百美元的原料,很快就能回收該儀器的采購成本,”Cash指出。這一部件也已被用于測量牛奶中的脂肪,結果接近Mojonnier實驗室測定方法。Mojonnier按重量計算,誤差在0.03%以內;已證明GMS分析儀能達到0.05%。
再校準是所有這些設備的限制因素,并有助于解釋為什么在線傳感器在其他行業更常見。在食品生產中原材料的多變性是一個不爭的事實。“不像洗發水中的成分,食品不是化學品,并不是每一天都是相同的,”Cash說。如果一個成分的信號特征超出了設備指紋校準的范圍,如果沒有再校準的話,反饋的數據將是不可靠的。
大多數實驗室技術人員不熟悉GMS,但對于紅外線卻不是這樣的。認識到這一情況,PerkinElmer公司最近推出了一種用于反式脂肪酸測定的商業化的中紅外在線分析儀器。直到現在,在氣相色譜方法中樣品制備的酯交換是必需的。
位于康涅狄格州謝爾頓的PerkinElmer公司是食品解決方案開發領域的領袖,Robert Packer承認,這些實驗室分析能夠得到關于產品中脂肪類型的更為全面的結果,但公共健康問題的焦點是部分氫化脂肪。這一新儀器——有筆記本電腦般大小和“現場處置”能力——能在不到一分鐘時間內生成結果,他說。
“這使我們能夠把儀器交到非科學人員的手中操作,并能得到可靠的結果,”Packer補充道。“反式脂肪酸的問題無處不在,因為盡管你的工廠在北美,這也并不意味著你的脂肪和油不是來自于印度或其他反式脂肪酸水平非常高的市場。”
評論