Monitorowanie procesów produkcji żywności i farmaceutyków w czasie rzeczywistym
Poczynione niedawno postępy w analizie opierającej się na spektroskopii bliskiej podczerwieni oraz dostępność na rynku tanich, miniaturowych, dedykowanych czujników utorowały drogę do monitorowania w trakcie trwania procesu. Pomimo postępów w technologiach czujników, potencjał technologii w bliskiej podczerwieni nie został dotąd w pełni wykorzystany. Luki w specjalistycznej wiedzy fachowej utrudniają zmianę i dostosowanie standardowych systemów do różnych warunków produkcyjnych. Laboratorium na linii produkcyjnej Znakomita większość producentów żywności i farmaceutyków pozyskuje próbki produktów wprost z linii produkcyjnej i przesyła je do analizy chemicznej. Jest to proces kosztowny i czasochłonny, gdyż informacja zwrotna może nadejść zbyt późno, by zapobiec stratom. „Zbyt późne podjęcie działań (po laboratoryjnej kontroli jakości) może doprowadzić do odrzucenia produktu lub, co gorsza, wprowadzenia na rynek produktu niezgodnego ze specyfikacją”, zauważa koordynator projektu, dr Timothy Kehoe. „Dostarczenie skutecznej analizy laboratoryjnej wprost na linię produkcyjną to dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego prawdziwy przełom. Analiza jakości produktu jest bardziej skuteczna, gdy można ją przeprowadzać w czasie rzeczywistym. Krytyczne informacje uzyskane w czasie rzeczywistym umożliwiają producentom lepszą kontrolę nad inspekcjami procesu i uzyskanie produktu o pożądanej jakości”, wskazuje dr Kehoe. W ramach finansowanego przez UE projektu VISUM opracowano nowy, oparty na spektroskopii analizator, który można włączyć do układu linii produkcyjnej. Pozwala to na automatyzację procesów kontroli jakości tam, gdzie wszystkie produkty jednostkowe przechodzą nieinwazyjną analizę. Dla producentów przekłada się to na oszczędność czasu i kosztów z jednoczesną standaryzacją poziomu jakości. Zasada działania Przystępny cenowo analizator VISUM wykorzystuje światło halogenowe do oświetlenia próbki. Światło jest przez próbkę pochłaniane w różnych ilościach przy określonych zakresach częstotliwości, odpowiadających częstotliwości wibracyjnej wiązań cząsteczek w próbce. Ponieważ wiązania w każdym związku chemicznym są inne, absorpcja w spektrum podczerwieni jest specyficzna dla danej cząsteczki. Odczyt absorbancji światła w postaci funkcji długości fali umożliwia stworzenie unikalnego, absorpcyjnego odcisku palca dla każdego surowca i zbadanie jego składu chemicznego. Technika ta jest szeroko wykorzystywana w przemyśle jako metoda wykrywania i analizy w trybie offline (poza linią produkcyjną). Ponadto platforma VISUM wykorzystuje złożone procesy chemometryczne, aby przetworzyć surowe widma zmierzone przez urządzenie w czytelne wyniki. Modele te są tworzone specjalnie dla klienta z wykorzystaniem znanych próbek. Możliwa jest także praca urządzenia w oparciu o modele wykonane przez klienta. Urządzenie eliminuje też potrzebę dodatkowej kalibracji. Stabilny, wbudowany standard kalibracyjny zapobiega zakłóceniom procesu pomiarowego, umożliwiając niezaburzone prowadzenie pomiarów. „Analizatory oparte na spektroskopii podczerwieni są z zasady bardzo stabilne i pozwalają na uzyskanie dokładnych wyników w warunkach laboratoryjnych. Wyzwanie polega jednak na tym, by zintegrować je z linią produkcyjną i zapewnić ich zdolność do wykonywania wiarygodnych pomiarów podczas pracy w trudnym i dynamicznym środowisku produkcyjnym”, zauważa dr Kehoe. „To nas odróżnia od konkurencyjnych rozwiązań w tej dziedzinie”. Podstawa czwartej rewolucji przemysłowej Kluczem do odblokowania możliwości powszechnego przyjęcia tego rozwiązania przez przemysł jest skuteczna integracja spektroskopii podczerwieni do linii produkcyjnych i bezproblemowe dostarczenie przemysłowi nowo pozyskanych danych procesowych w postaci wiedzy i informacji. „Naszą wizją jest produkcja oparta na wiedzy, co wpisuje się w paradygmat Przemysł 4.0 mający na celu dostarczanie nowych informacji na rzecz przemysłu”, dodaje na koniec dr Kehoe.
Słowa kluczowe
VISUM, żywność, farmaceutyk, podczerwień, spektroskopia, w czasie rzeczywistym, analizator, kontrola jakości, monitoring, w trakcie procesu, Przemysł 4.0
