artikel

Productkwaliteit online regelbaar

Algemeen

Een bedrijf kan direct winst behalen wanneer het inspeelt op variaties in de grondstof en veranderingen in het proces. TNO ontwikkelde een rekenprogramma waarmee op basis van grondstofgegevens en procesmetingen wordt voorspeld welke procesinstellingen nodig zijn om de gewenste productkwaliteit te krijgen. Het op fysische processen gebaseerde model is in de voedingsmiddelenindustrie voor het eerst toegepast bij Farm Frites.

Het productieproces is meestal niet dynamisch genoeg om variaties in grondstoffen op te vangen die optreden door verschillen tijdens groei, oogst en opslag. Er zijn weliswaar legio mogelijkheden om procesinstellingen te veranderen, maar in de praktijk blijkt dat operators slechts aan enkele knoppen draaien waarvan men zeker weet wat het effect op het eindproduct is. Helemaal lastig wordt het als er een nieuw apparaat aan het proces wordt toegevoegd. Dan zijn er nog meer variabelen die van invloed zijn op de kwaliteit van het eindproduct.

De kwaliteit van de grondstoffen en de thermische processen, zoals pasteuriseren, garen, steriliseren, drogen en bakken, die deze grondstoffen ondergaan, bepalen voor een groot deel de productkwaliteit. In de praktijk is de ervaring van procesoperators van groot belang om een goede en constante eindkwaliteit te bereiken. Treedt er tijdens de productie een fout in het regelgedrag op, dan krijgt de gehele partij het predikaat B-kwaliteit of moet zelfs worden weggegooid. De huidige oplossing voor dit probleem is het instellen van hoge veiligheidsmarges maar deze zijn kostbaar. Het betekent bijvoorbeeld dat meer vochtverlies wordt geaccepteerd dan strikt noodzakelijk. In het geval van sterilisatie kan de consequentie zijn dat meer vitamineverlies of verkleuring moet worden geaccepteerd.

Rekenprogramma
Als op basis van de grondstofeigenschappen bekend zou zijn welke instellingen moeten worden veranderd om de gewenste productkwaliteit te verkrijgen, dan zou dit de operator ondersteunen bij het regelen van het proces. Het zou leiden tot nauwere veiligheidsmarges, een meer constante productkwaliteit en meer mogelijkheden om aan conflicterende kwaliteitseisen (zoals vitaminebehoud en steriliteit) te voldoen.

TNO heeft een rekenprogramma ontwikkeld waarmee dit mogelijk is. Aan de hand van grondstofgegevens en procesmetingen kan worden voorspeld welke procesinstellingen nodig zijn om een gewenste eindkwaliteit te krijgen. Het unieke aan dit programma is dat het gebaseerd is op de fysische processen die plaatsvinden. Het model gebruikt energie- en massabalansen en vergelijkingen voor opwarmen, afkoelen, verdamping en condensatie. Als gevolg van deze opzet is het model relatief eenvoudig toe te passen op een grote verscheidenheid aan processen. Het model blijft geldig in een groot werkgebied en is ook bestand tegen aanpassingen van het productieproces.

Farm Frites
In de voedingsmiddelenindustrie is deze aanpak voor de eerste keer toegepast bij Farm Frites. Bij deze producent van diepvriesfrites ziet het productieproces er in grote lijnen als volgt uit. Na ontvangst worden de aardappelen gewassen, geschild en gesneden. Vervolgens wordt de frites door de blancheur, de (band)droger en de oven geleid waar het product achtereenvolgens wordt geblancheerd, voorgedroogd en voorgebakken. Na koelen en invriezen kan de frites tot slot worden verpakt.
De kwaliteit van voorgebakken frites wordt in het productieproces voornamelijk bepaald in de drie opeenvolgende thermische processen blancheren, voordrogen en voorbakken. De belangrijkste kwaliteitsparameters zijn vochtgehalte, garing, structuur, krokantheid en vetopname van het product. Door de grote invloed van zowel het blancheren, voordrogen en voorbakken op de productkwaliteit kunnen deze processen niet los van elkaar worden beoordeeld.

TNO heeft het blancheer-, droog- en bakproces van Farm Frites gemodelleerd. Daarvoor werden allereerst bestaande meetgegevens gebruikt. De input voor het model was:
– eigenschappen fritesbed zoals lengte en hoogte, afmetingen frites, drogestofgehalte aardappelen
– doorzet van de productielijn
– bandsnelheid droger
– temperatuur drooglucht
– luchtdebiet door het fritesbed in de droger
– verhouding tussen circulatie en verversing van de drooglucht bij de droger

Meetsessie
Aan deze gegevens zijn de uitkomsten van eenvoudige metingen aan de droogtunnel en de bakoven toegevoegd.
Gemeten zijn:
– temperatuur en vochtgehalte frites
– luchtsnelheden en -temperaturen in banddroger
– stoomverbruik droger en oven
– debiet en temperatuurverschil van het terugwinsysteem van de bakdampen

Deze meetgegevens zijn gebruikt om het model te valideren Voor een succesvolle toepassing is deze validatie een must. Aspecten die niet zijn meegenomen in het model, maar toch belangrijk blijken te zijn voor de productkwaliteit, kunnen tijdens deze fase worden ontdekt. Het gevalideerde model kon de productkwaliteit bij Farm Frites goed voorspellen. Een bijkomend voordeel van deze meetsessie was dat het bedrijf een compleet beeld kreeg van de meest belangrijke procesparameters. Het meten leverde nieuwe inzichten in de werking op en leidde direct tot verbetersuggesties.

Voorspellen
De volgende stap was dat bij een opgegeven productkwaliteit het model aangaf welke instellingen optimaal zijn. Bij Farm Frites bleek dat het gevalideerde model het vochtgehalte van de frites binnen de gewenste bandbreedte kon voorspellen. Nu wordt gekeken hoe de productkwaliteit kan worden verbeterd.

Met het rekenprogramma zijn ook situaties door te rekenen die in de praktijk nog niet mogelijk zijn, bijvoorbeeld omdat de apparatuur er niet is. Zo kan worden voorspeld wat de invloed is van een extra ventilator of heater op de werking van de droogtunnel of het effect van de relatieve vochtigheid of extra vermogen in de bakoven op de kwaliteit van de frites. Dit verkleint het risico van aanpassingen aan de hardware.

Reageer op dit artikel