NIR-Spektroskopie NIR-Spektroskopie überwacht Produktqualität

Autor / Redakteur: Sibylle Hofmeyer* / Marc Platthaus

Die permanente Überwachung durch Online-Analytik ermöglicht einen optimierten Produktionsablauf. Lesen Sie, wie NIR-Spektroskopie hilft, die Futtermittelherstellung zu überwachen.

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Jeder Futtermittelhersteller weiß: Je näher der Feuchtigkeitsgehalt einer Mischung an den zulässigen Grenzwert herangeführt werden kann, desto besser ist seine Produktion – und desto höher ist der Umsatz. Maximal ausschöpfen lässt sich dieses Potenzial durch die Steuerung mit Industriespektrometern. Beim Raiffeisen-Kraftfutterwerk Kehl (RKW Kehl) setzt man hierzu auf Spektrometer der Firma NIR-Online. Das Unternehmen, das jedes Jahr 75 000 Tonnen Mischfutter produziert, hat eine NIR-Online-Station am Ende der Mischanlage installiert. Ergeben die Messungen, dass eine Charge unter dem zulässigen Feuchtigkeitswert liegt, kann die entsprechende Wassermenge zeitnah beigegeben werden.

10 000 Tonnen Trockenfutter pro Jahr

Permanente Prozesskontrollen in Echtzeit sorgen dafür, dass jede Charge den vorgeschriebenen Feuchte- und Proteinwert punktgenau erreicht. Um 12 Uhr mittags beginnt im RKW Kehl in der Produktion die Herstellung der tagesaktuellen Bestellungen. Zunächst ruft der Mischer die gültigen Rezeptcodes für die Mischungen ab und prüft, ob die benötigten Rohstoffe auf Lager sind. Jede Futtersorte setzt sich aus Hauptkomponenten wie Getreide, Soja und Mais zusammen; hinzu kommen Mineralstoffe, Vitaminzusätze und Aminosäuren. Die Hauptkomponenten müssen in einem bestimmten Mengenverhältnis zueinander stehen, damit jede Rezeptur den erforderlichen Gehalt an Feuchtigkeit, Rohfetten, Proteinen, Rohfasern und Stärke aufweist. Da die Eigenschaften der Rohstoffe schwanken, werden die optimalen Mischungsverhältnisse ständig neu berechnet.

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Derzeit hält das RKW Kehl etwa 400 Futtermittel-Rezepte abrufbereit – Tendenz steigend. „Immer mehr Kunden füttern ihre Rinder, Schweine und Pferde, ihr Geflügel und ihre Nager mit maßgeschneiderten Sondermischungen“, erläutert Hans-Peter Luhr, Betriebsleiter des RKW Kehl. Zu den Abnehmern zählen vor allem Landwirte aus Baden-Württemberg.

Zusätzlich werden jährlich 10 000 Tonnen Trockenfutter für Hunde und Katzen produziert. Dies erfolgt durch die Heimtiernahrung GmbH, die wie das RKW Kehl eine Tochtergesellschaft der Zentralgenossenschaft ZG Raiffeisen Karlsruhe ist. Beide Töchter nutzen einen Großteil der personellen und technischen Ressourcen gemeinsam. Wie andere Kraftfutterwerke unterziehen auch das RKW Kehl und die Heimtiernahrung GmbH sämtliche Rohwaren gründlichen Eingangskontrollen. Dazu werden Vormuster gezogen und im Labor untersucht.

Mischungen auf dem Prüfstand

Sobald der Mischer über das Prozessleitsystem die Produktion der georderten Chargen startet, werden die erforderlichen Rohstoffe aus den Dosierzellen über Waagen zusammengewogen und gemischt. Innerhalb einer Stunde stellt das RKW Kehl auf seiner Mischanlage bis zu zehn Chargen á drei Tonnen her. Dabei spielt der Zeitfaktor eine große Rolle, wie RKW-Mitarbeiter Luhr betont: „Der größte Teil unseres Sortiments sind kundenbezogene Mischungen, die auf Zuruf produziert werden. Damit ist die Zeitspanne zwischen Produktion und Auslieferung äußerst gering.“ Doch gerade der Prozessabschnitt zwischen Produktion und Auslieferung ist für die Qualitätssicherung entscheidend. Fragen nach dem vorgeschriebenen Protein- und Fettgehalt einer Futtermischung und zur Feuchtigkeit müssen zeitnah beantwortet werden. Herkömmliche Labor-analytik liefert hier nur mit erheblicher Zeitverzögerung Ergebnisse.

Mit dem Industriespektrometer von NIR-Online hingegen ist es möglich, Schwankungen in der Produktion und im Feuchtigkeitsgehalt in Echtzeit festzustellen und auszugleichen. Das kompakte Gerät mit einer Abmessung von rund 13 mal 20 Zentimetern befindet sich am Ausgang der Mischanlage.

Durch das eingebaute Messfenster werden die Futtermischungen fortlaufend mit Licht im Bereich des Nahen Infrarot (NIR) bestrahlt. Das reflektierte Licht wird von einem Dioden-Array-Spektrometer parallel ausgelesen. Die Reflexionen variieren je nachdem, welche Konzentration die Parameter in den Rohstoffen und Futtermischungen haben. Da in einem rund 20-minütigen Produktionsablauf alle 30 Millisekunden eine Messung erfolgt, erhält das RKW Kehl für jede Charge hunderttausende zeitnahe Messwerte. Diese werden von der zugehörigen Prozesssoftware SX-Center, die sich in der Schaltwarte befindet, online ausgewertet und auf einem Monitor als Kurve dargestellt. Wird ein Grenzwert über- oder unterschritten, kann der Mischer sofort korrigierend eingreifen.

Korrekturen in Echtzeit

So kann der Mischer bei einem zu niedrigen Proteinwert die Weiterverarbeitung oder Auslieferung der betroffenen Futtermischung stoppen; ebenso wie die weitere Produktion vorgelagerter Chargen. „Damit können teure Fehlproduktionen und Reklamationen minimiert werden“, unterstreicht Betriebsleiter Luhr die finanziellen Vorteile des NIR-Online-Ansatzes. Potenziert wird dieser Nutzen durch die Möglichkeit zur zeitnahen Feuchtigkeitsanpassung.

Die Prozesssoftware berechnet auf Basis der Daten aus dem NIR-Online-Gerät die Differenz zwischen Ist- und Sollwert, ohne dass die Produktion unterbrochen werden muss. Damit wird die Voraussetzung geschaffen, eine Charge durch Flüssigkeitszugabe exakt zu dosieren. „Wenn wir nur 0,5 Prozent näher an den Feuchtigkeitssollwert einer Charge heranfahren, können wir 375 Tonnen Mischfutter pro Jahr mehr verkaufen, das heißt erheblich mehr Umsatz realisieren“, rechnet Luhr vor. „Bereits damit hat sich das NIR-Online-Gerät in wenigen Monaten amortisiert.“

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Repräsentative Proben

Eine weitere NIR-Online-Station ist im Labor zur Feuchtigkeitskontrolle der Hunde- und Katzennahrung im Einsatz. Das mobile Gerät besteht aus einem Drehteller mit einer großen Schale, die rund einen Liter fasst. Darüber befindet sich der NIR-Online-Sensor. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schnell-Feuchtigkeitsbestimmern, in denen nur sehr kleine Mengen untersucht werden können, liefert NIR-Online repräsentative Messwerte. Dazu wird jede Probe 40 Sekunden lang auf dem Teller gedreht. „Mit der NIR-Online-Analytik wird auch beim Hunde- und Katzenfutter der Feuchtigkeitssollwert punktgenau erreicht“, betont Hans-Peter Luhr. „Damit können wir die Gratwanderung zwischen Produkthaltbarkeit und Akzeptanz beim Tier jederzeit optimal bestehen.“

Vollständige Dokumentation

„Der NIR-Online-Ansatz macht es uns möglich, sehr feine und kurzfristige Schwankungen in der Produktion und den Mischungen, in der Rohwarenqualität und im Feuchtigkeitsgehalt in Echtzeit festzustellen und auszugleichen“, zieht der Betriebsleiter Bilanz. Bei einer vollständigen Integration ins vorhandene Prozessleitsystem ermöglicht das Industriespektrometer umfassende Dokumentationen. Damit kann das RKW Kehl nicht nur den höchsten Qualitätsansprüchen an die Produktion, sondern auch den gesetzlichen Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit der Produktionsabläufe vollauf genügen.

*S. Hofmeyer, Hofmeyer PR, 69190 Walldorf

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