Constante productkwaliteit dankzij in-line kwaliteitsmeting

Streven naar kwaliteit maakt ook deel uit van de eeuwenoude traditie van de monniken van brouwerij Westmalle. Hun trappistenbieren genieten bij bierliefhebbers een goede reputatie die tot ver buiten de landsgrenzen reikt.  Achter het succesverhaal van een constante en hoge productkwaliteit zit tegenwoordig echter ook een geavanceerd systeem van in-line kwaliteitsmetingen dat de brouwerij opzette in samenwerking met Endress+Hauser.
Met in-line kwaliteitsmeting wordt het meten van parameters bedoeld die direct gelinkt kunnen worden aan de samenstelling en dus ook de kwaliteit van een product. In de brouwerij van Westmalle wordt in-line kwaliteitsmeting toegepast op de vergistingstanks waarin de suikers in de wort door toedoen van de gist geleidelijk omgezet worden in alcohol. Door de dikte van de schuimlaag en de densiteit van de vloeistof in de tank te meten kan men in de brouwerij precies opvolgen hoe het vergistingsproces verloopt. 

Aangewezen op meetapparatuur

De horizontale gistkuipen in de oude gistkamer zijn een blijvende herinnering aan de rijke geschiedenis van de brouwerij van Westmalle. Met wat verbeelding kan men nog zien hoe de monniken het brouwproces via de grote luiken in de gistketels opvolgden en de gist die kwam bovendrijven opschepten om later te hergebruiken. 
 “De traditie van de Trappisten gaat via de Benedictijnen en de Cisterciënzers terug tot de 6-de en 11-de eeuw na Christus”, zegt Philippe Van Assche, directeur van de brouwerij. “De abdij hier in Westmalle zelf is ontstaan in 1794. In 1836 werd ook een kleine brouwerij gebouwd. Doorheen de jaren zijn de monniken blijven investeren in de brouwerij, deels om uit te breiden, maar ook om de kwaliteit van het bier alsmaar te verbeteren.”
De moderne installatie die vandaag gebruikt wordt, vertoont enkele opmerkelijke verschillen met de oude brouwzaal met koperen ketels.  Het bier wordt nu gebrouwen in roestvrij stalen brouwketels en na het afkoelen vergist in grote cilinder-conische roestvrijstalen gistingstanks, in een volledig gesloten systeem.
“De overstap naar gesloten tanks was ingrijpend omdat we de gist niet langer konden zien”, zegt Rudi Wuyts, die als hoofd infrastructuur verantwoordelijk was voor de realisatie van de nieuwe brouwzaal. “We zijn nu volledig aangewezen op meetapparatuur om op te volgen wat er in de tanks gebeurt.”

Meten van dikte van schuimlaag

De bieren van Westmalle zijn bieren van hoge gisting, wat betekent dat men jonge, viriele gisten gebruikt die boven op de wort een schuimend kussen vormen. De dikte van de schuimlaag is voor de operatoren een belangrijke parameter. Aan de ene kant is het een kwaliteitsparameter die aangeeft hoe het gistingsproces verloopt. Tegelijk bepaalt de dikte van de schuimlaag wanneer een deel van de gist geoogst kan worden zonder de rest van het proces te verstoren. 
Bij de overstap naar gesloten vergistingstanks werd eerst een pilootinstallatie gebouwd om na te gaan of men er in zou slagen om via meetinstrumenten een goed beeld te krijgen van de fermentatieprocessen in de tank. De eerste uitdaging daarbij was het meten van de dikte van de schuimlaag. 
“Vandaag zouden we dat waarschijnlijk met radartechnologie doen”, zegt Patrick Demarré van Endress+Hauser. “In 2013, toen deze installatie gebouwd werd, was ultrasoon de meest gebruikte technologie voor contactloze niveaumetingen in de voedingsindustrie. We hebben toen samen met de mensen van Westmalle gezocht naar de ideale opstelling om de dikte van de schuimlaag nauwkeurig te meten.”
Rudi Wuyts: “Een van de uitdagingen was dat er CO2 vrijkomt bij de gisting, wat een invloed heeft op de ultrasoon meting. We hebben dit opgelost door de sensoren onder CO2 te kalibreren. Daardoor krijgen we een correcte meting zodra de gisting goed en wel op gang gekomen is.” 

Grafieken met trends

De meetwaarden van de Prosonic FDU91F ultrasoon sensoren worden verder gecompenseerd voor de temperatuur en geven dan precies aan waar de bovenkant van de schuimlaag zich bevindt. Om de dikte van de laag te kennen, heeft men ook het vloeistofniveau nodig aan de onderkant van de schuimlaag. Daarom wordt er een hydrostatische meting uitgevoerd via FMB70 drukopnemers boven de vloeistof en onderin de tank. 
Om de hydrostatische druk om te rekenen naar volume is er tenslotte nog een densiteitsmeting nodig, die ook in-line gebeurt met een Liquiphant Density FTL51. Deze sensor maakt gebruik van een trilvork waarvan de eigenfrequentie beïnvloedt wordt door de dichtheid van het fluïdum. Het meetprincipe wordt vaak toegepast voor niveaudetectie maar kan door zijn nauwkeurigheid ook gebruikt worden om in-line de densiteit van een vloeistof te meten. In de brouwerij is die dichtheid een indirecte maat voor het alcoholpercentage waardoor het gebruik van de Liquiphant Density ook een in-line kwaliteitsmeting wordt. “Ook de positie van de sensoren is belangrijk. We meten de densiteit aan de rand van de tanks net boven de conus van de tank omdat er daar minder beïnvloeding is van opborrelend CO2.”: Rudi Wuyts. 
Op het SCADA systeem worden de veertien cilindrisch-conische tanks grafisch weergegeven met hun meetwaarden, maar voor de operatoren zijn het vooral de grafieken met trends die het verhaal vertellen over wat zich in de tank afspeelt. De evolutie van de densiteit en de dikte van de schuimlaag geeft immers aan hoe ver het vergistingsproces gevorderd is. “Het is een natuurlijk proces. Als dit proces trager op gang komt is er mogelijk een kwaliteitsprobleem ”, zegt Rudi Wuyts. “We doen nog steeds labo-analyses om de vordering van het proces te volgen, maar dankzij de meetinstrumenten hebben de operatoren ook in real-time voeling met wat er zich in de gesloten tanks afspeelt.”

Smaak altijd precies dezelfde²

Dankzij de niveaumetingen op de tanks weten de operatoren ook precies wanneer de gist geoogst kan worden. “Bij bieren van hoge gisting wordt de gist boven in de tank geoogst”, legt Philippe Van Assche uit. “Die gist is vitaler dan de gist die naar beneden zakt. De keuze om boven te oogsten is dus zeer bepalend voor de smaak van onze bieren, maar in een gesloten systeem is dat oogsten een stuk moeilijker.” Via een probe in de tank wordt de gist afgeleid naar aparte tanks om in volgende batches opnieuw gebruikt te worden. Het oogsten is intussen volledig geautomatiseerd zodat het ook in het weekend kan gebeuren zonder dat er iemand aanwezig hoeft te zijn. De dikte van de schuimlaag is in die automatisering een belangrijke parameter.
Door de processen via de meetinstrumenten van Endress+Hauser op te volgen is de brouwerij gekomen tot een in-line kwaliteitscontrole die het mogelijk maakt om de processen beter te beheersen. Het gevolg is een constante productkwaliteit waarbij de smaak van het bier in elke batch precies dezelfde blijft. Het is een smaak die bierliefhebbers tot ver buiten de landsgrenzen weten te appreciëren. 
“Kwaliteitsmetingen helpen de brouwer om het fermentatieproces beter te begrijpen en te controleren”, zegt Wouter Vandevyver, industry manager Food & Beverages bij Endress+Hauser. “Een aantal van dergelijke metingen wordt vandaag uitgevoerd door monstername en labo-analyse, maar onze internationale R&D-afdeling ontwikkelt nieuwe meetmethoden om deze kwaliteitsparameters in-line én in real-time te monitoren. Momenteel worden in-line meetsystemen getest die de brouwer de mogelijkheid geeft om een aantal belangrijke parameters, zoals het alcoholpercentage en de densiteit, simultaan op te volgen zonder dat er daarvoor stalen moeten worden geanalyseerd in het labo.”
“Omdat België een leidende en innovatieve bierbrouwmarkt is, zijn de Belgische collega’s - met hun ervaring en expertise terzake - zeer nauw betrokken bij de ontwikkeling en de veldtesten van dergelijke sensoren. Omdat op die manier, kosten én ook risico’s met betrekking tot het niet tijdig detecteren van kwaliteitsproblemen vermeden worden, zet Endress+Hauser sterk in op de ontwikkeling van dergelijke Inline Quality Monitoring systemen.”