FLANDERS' FOOD RADAR

‘Intelligent on-line control’ bij thermische behandeling van verpakte levensmiddelen

Verschillende methodes voor on-line correctie van procesafwijkingen tijdens de thermische behandeling van verpakte levensmiddelen zijn voorhanden. Wanneer we dit kunnen realiseren zonder onnodige overprocessing en zonder de interventie van een operator, noemen we dit ‘intelligent on-line control’

Bij de thermische behandeling van licht-zure verpakte levensmiddelen worden heel wat inspanningen geleverd om een degelijke controle van het sterilisatieproces te hebben. Niettegenstaande dit, heeft de voedingsindustrie af en toe nog af te rekenen met onverwachte procesafwijkingen (bijvoorbeeld een onverwachte daling in de autoklaaftemperatuur). Daarom wordt continu verder gezocht naar methodes om het proces te ‘corrigeren’ voor het verlies aan lethaliteit onmiddellijk nadat de procesafwijking werd vastgesteld en het proces nog aan de gang is (= on-line correctie van procesafwijkingen). Wanneer we dit kunnen realiseren zonder onnodige overprocessing en automatisch zonder de interventie van een operator, noemen we dit ‘intelligent on-line control’.

Bij de on-line correctiemethoden van procesafwijkingen wordt een onderscheid gemaakt tussen (i) real-time warmtepenetratiedata, (ii) on-line correctiefactoren en (iii) mathematische warmtetransfer modellen.

REAL-TIME WARMTEPENETRATIEDATA

Het gebruik van real-time warmtepenetratiedata is ongetwijfeld de meest effectieve en veiligste benadering om on-line correcties van procesafwijkingen toe te passen. Voor elke batch moeten temperatuursensoren aangebracht worden in het koudste punt van een aantal verpakkingen. Deze sensoren worden via een data-logger verbonden met een computer, voorzien van software om de data uit te lezen en berekeningen uit te voeren. De lethaliteit (F0-waarde) wordt berekend en continu vergeleken met de gewenste waarde, zodat de koeling niet gestart wordt alvorens de gewenste lethaliteit bereikt is. Op deze manier gebeurt de on-line correctie automatisch zonder interventie van een operator en zonder onnodige overprocessing. Deze procedure kan verder verfijnd worden door de warmtepenetratieparameters (fh en jh) te bepalen om zo de lethaliteit van de koelfase te voorspellen en in rekening te brengen bij de beslissing om de koelfase te starten.

Het grote voordeel van deze methode is dat ze onfeilbaar is, daar het opwarmgedrag van het product in de autoclaaf in real-time geobserveerd wordt, m.a.w. alles wat tijdens productvoorbereiding anders zou verlopen zijn en de opwarmkarakteristieken zou gewijzigd hebben, wordt gedetecteerd en in rekening gebracht.

Het grote nadeel daarentegen is dat voor de meeste industriële applicaties deze controlestrategie een enorm hoge kost veroorzaakt.

ON-LINE CORRECTIEFACTOREN

On-line correctiefactoren kunnen op twee manieren berekend worden:

  1. de procestijd wordt verlengd, rekening houdende met de duur en de grootte van de temperatuursdaling;
  2. de autoclaaftemperatuur wordt na de procesafwijking verhoogd, zodat de gewenste lethaliteit bereikt wordt op het einde van de vooropgestelde procestijd.

Om beide correctiefactoren te berekenen wordt gebruik gemaakt van ‘equivalente temperatuur-tijd combinaties’ die voor een bepaald product leiden tot dezelfde lethaliteit.

Het grote nadeel van deze methode is dat het berekenen van de correctiefactoren een on-line interventie vereist van de operator.

MATHEMATISCHE WARMTETRANSFER MODELLEN

Recent werden modellen ontwikkeld die het mogelijk maken om voor elk type product met empirische opwarmkarakteristieken (fh en jh), het temperatuurprofiel in het koudste punt van het product te simuleren op basis van de dynamische randvoorwaarden (temperatuur-tijd profiel in autoclaaf) en dit onafhankelijk van de vorm, type van warmtetransfer of procescondities. Op basis van het gesimuleerde temperatuurprofiel in het koudste punt van het product, kan dan de lethaliteit berekend worden. M.a.w. met enkel de gemeten autoklaaftemperatuur als input, kan de temperatuur in het koudste punt van het product geschat worden en de lethaliteit berekend worden. Op elk tijdsinterval wordt eveneens de lethaliteit van de koelfase gesimuleerd om te beslissen wanneer overgegaan kan worden van holding fase naar koelfase.

BRON

Simpson R., Teixeira A. & Almonacid S. (2007). Advances with intelligent on-line retort control and automation in thermal processing of canned foods. Food Control, 18: 821-833.

Nuttige links