FLANDERS' FOOD RADAR

Contactloos vochtpercentage meten bij industriële droogprocessen

Een nieuw type sensor biedt potentieel om contactloos te bepalen wanneer voedingsproducten hun gevraagde droogtegraad of restvochtwaarde hebben bereikt. Dit opent de weg voor het goedkoop en real-time opvolgen van droogprocessen. Via Vlaamse expertise zijn de eerste ontwikkelingen klaar om te worden getest en geoptimaliseerd door voedingsbedrijven.

Droogprocessen opvolgen  

In de voedingsindustrie kennen droogprocessen een breed scala aan toepassingen.  Het kan hierbij gaan om droging van vloeibare (melk, extracten,…), vochtrijke (fruit, groenten, kruiden) tot vrij droge (granen,…) voedingsmiddelen.  Hiervoor worden diverse types droogtechnieken gebruikt waaronder trommel drogen, flash drogen, wervelbed droging, sproeidroging en vriesdroging.  Het is belangrijk om deze processen zo nauwgezet mogelijk op te volgen met het oog op energetische en economische procesoptimalisatie en het garanderen van productkwaliteit. 

Veelal gebruikt men destructieve en tijdrovende meetmethodes (zoals gewichtsverliesmetingen na droging in het labo of de chemische Karl-Fischer methode) om te bepalen wanneer voedingsproducten hun gevraagde droogtegraad of restvochtwaarde hebben bereikt.  Niet-destructieve methodes zijn echter gebruiksvriendelijker.  Men kan hiervoor bijvoorbeeld gebruik maken van spectroscopische NIR (Nabij InfraRood) systemen.  Deze kunnen in-line en at-line ingezet worden maar zijn duur (25 – 50 k€). Ze maken typisch gebruik van golflengten tussen de 800 en 2100 nm. Nadeel is dat de informatie die hier wordt bekomen in vele gevallen beperkt is tot oppervlakte analyses.  De penetratiediepte van NIR golven bedraagt immers maximaal enkele 100 µm, daar de absorptielijnen van water zeer sterk zijn. Bovendien zijn er vele andere ingredienten in voedingsproducten die ook in deze frequentieband absorberen. Daarom is het kalibreren van deze systemen een heikel punt dat product per product opnieuw gedaan moet worden. 

Contactloze real-time meetoplossingen met millimetermetergolfsensoren

Millimeter golven (met golflengten tussen 10 en 1 mm) bieden een alternatief voor NIR golven.  De interactie tussen deze golven en water is zeer gevoelig aan de gebruikte frequentie en de hoeveelheid vocht. Daar deze golven veel zwakker interageren met andere ingrediënten in de voedingsstof is mm golven interactie met vocht veel specifieker dan de IR-interactie met vochthoudende voedingsproducten. Bovendien hebben zij een goed penetratievermogen en een resolutie die toelaat om heel wat droogprocessen beter te kunnen opvolgen. 

De onderzoeksgroep ETRO aan de Vrije Universiteit Brussel ontwikkelden de afgelopen jaren reeds heel wat millimetergolfsensortechnologie.  Ze beschikt daartoe over een unieke quasi-optische mm golven netwerk analyzer. Hierdoor konden mengmodellen worden opgesteld en sensorconfiguraties afgeleid die het mogelijk maken om vochtpercentages boven de 4% op te meten met resoluties van 0.1%. 


Figuur 1: Prototype mm-golfsensorsysteem (links) waarmee het droogproces van koekjes werd opgevolgd (vergelijking tussen experimentele opmeting en simulatie).  (Bron: Johan Stiens, ETRO – Vrije universiteit Brussel)

Recent werden nieuwe sensorconfiguraties bedacht om vochtpercentages kleiner dan 4% met zeer grote nauwkeurigheid op te meten. Zowel invloed van droogtemperatuur als de droogsnelheid kan op deze manier nauwkeurig opgevolgd worden. Uit het onderzoek is gebleken dat de keuze van de meest geschikte werkingsfrequenties en stralingspatronen voor de sensoren en sensorconfiguraties afhangt van:

  • de dikte van het  voedingsproduct
  • de grootte van het voedingsproduct
  • de “categorie” van voedingsproduct (vloeibaar, vochtrijk, droog) 

 

Bronnen

  • Johan Stiens, ETRO – Vrije Universiteit Brussel (jstiens@etro.vub.ac.be
  • Van Campenhout S.  2010.  Nieuwe sensortypes bieden nieuwe mogelijkheden voor voedselveiligheid, -kwaliteit en –processing.  Toelichting case study op Flanders’ FOOD Technology Day 29 september 2010, Brussel. 

Nuttige links 

Nuttige links

Reacties