Arbeitsgruppe BioPAT und Digitalisierung

PAT-Technologien, Bioprozessanalyse, CFD- und statistische Modellierung, Chemometrie, Prozesssensorik, Regelungstechnik

Gruppenleitung: Dominik Ulrich Geier

Die Arbeitsgruppe BioPAT und Digitalisierung beschäftigt sich mit Fragestellungen aus den Bereichen PAT-Technologien, Bioprozessanalyse, CFD- und statistische Modellierung, Chemometrie, Regelungstechnik, künstlicher Intelligenz, Softsensoren und Prozesssensorik. Im Bereich der Prozesssensorik liegt ein besonderer Fokus auf dem Einsatz und der Weiterentwicklung von Ultraschall, bildgebenden Systemen und Spektroskopie. Einsatzgebiete der Forschung sind insbesondere die Getränkeherstellung,  weiße Biotechnologie und Backwarenproduktion.

Aktuelle Projekte

Wissensbasierte Prozessintelligenz – Neue Wege zu stabilen Bioprozessen

Im Rahmen der strategischen Allianz „Wissensbasierte Prozessintelligenz – Neue Wege zu stabilen Bioprozessen“ entwickeln Partnera aus Industrie und Wissenschaft eine multimodale Sensor- und Softwareplattform für die Überwachung und Regelung biotechnologischer Prozesse. In enger Zusammenarbeit mit Partnern aus der bio- und lebensmitteltechnologischen Industrie werden Softsensoren zur Schätzung von online nicht direkt messbaren Prozessgrößen, Konzepte zur Sensornetzwerküberwachung und intelligente Regelungsansätze (bspw. Fuzzy-Regelung) entwickelt.  Kontakt

 


Thermografische Optimierung von Trocknungsprozessen zur Erhöhung der Produkthomogenität und -qualität

Der Einsatz von Thermografie zur Überwachung von Trocknungsprozessen wird untersucht. Durch die Analyse thermografischer Aufnahmen können bspw. Inhomgenitäten im Trockengut detektiert und darauf basierend der Prozess optimiert werden. Kontakt


Softsensoren zur Überwachung von Fermentationsprozessen

Die Automatisierung eines Prozesses zur vollständigen Überwachung und autonomen Steuerung stellt eine hohe Investition dar. Durch die gezielte Kopplung von neuartigen Softsensoren mit multivariater Prozesskontrolle können Prozesse kosteneffizient überwacht und eine intelligente Regelung entwickelt werden. Kontakt


Softsensoren für Bacillus spp.-Kultivierungen

Ziel ist die Steigerung der Produktivität von Bacillus spp.-Bioprozessen zur Herstellung von hochspezifischen Biokatalysatoren mithilfe von Softsensoren und wissensbasierten Regelungskonzepten. Dazu werden datengetriebene, mechanistische, aber auch hybride Konzepte realisiert und in die übergeordnete Prozessüberwachung implementiert. Kontakt


Generalisierbarkeit und Wartung von Softsensoren

Softsensoren für Leitvariablen biotechnologischer Prozesse werden bislang unter hohem Arbeitsaufwand rein prozessspezifisch entwickelt. Vor diesem Hintergrund werden Ansätze beforscht, die schlussendlich eine automatisierte und standardisierte Softsensor-Entwicklung ermöglichen. Das kontinuierliche Lernen des Softsensor-Modells (Model Maintenance) und die Generalisierbarkeit stehen hierbei im Vordergrund. Kontakt


Oberflächenwellen zur Überwachung von Cleaning in Place (CIP)

Die fortschreitende Automatisierung von Produktionsanlagen erfordert die Bereitstellung von Reinigungskonzepten, welche mit inlinefähigen Sensoren überwacht und geregelt werden können. Ziel des Projektes ist es, auf Grundlage von Oberflächenwellen, den Reinigungserfolg von Rohrleitungen inline zu ermitteln und die Cleaning in Place-Prozesse anhand der erhaltenen Signale zu optimieren. Kontakt


Sauerstoffangereicherte Propagation

Sauerstoff stellt einen limitierenden Faktor bei vielen Produktionsprozessen mit Hefen dar. Zur Verbesserung der Sauerstoffzufuhr während der Fermentation wird eine membranbasierte Methode zur Sauerstoffanreicherung der Zuluft untersucht und deren Optimierungspotential untersucht. Kontakt


Laser Speckle Imaging

Ein zentraler Prozessschritt bei der Herstellung von getreidebasierten Backwaren ist der Knetprozess, da sich Fehler, welche bereits in der Teigherstellung auftreten, bis zum Endprodukt auswirken. Im Zuge des Forschungsprojekts sollen die Oberflächeneigenschaften des Teigs mittels Laserstreuung detektiert und daraus über ein entwickeltes Modell die rheologische Kennzahlen in Echtzeit ermittelt werden. Kontakt


Modellierung der Populationsdynamik

Klassische Modelle des Mikroorganismenwachstums gehen von einer homogenisierten Darstellung der zugrunde liegenden Zellen aus. Durch die Entwicklung von Populationsmodellen kann die Heterogenität einer Zellpopulation berücksichtigt werden, wodurch die Grundlage für verbesserte Hefemanagementsysteme geschaffen wird. Kontakt


Modellierung von Trocknungsmechanismen  

Die Trocknung von Lebensmitteln ist typischerweise mit großen Volumenänderungen verbunden, die proportional zur Verringerung des Wassergehalts sind.  Mit Hilfe mathematischer Modelle für den Feuchtigkeitstransport und rheologisches Verhalten können neue Prozessregelungsstrategien entworfen werden, die das mechanische Verhalten des getrockneten Produkts berücksichtigen. Kontakt


Simulation von Laser Speckles

Ziel dieser Forschungsstudie ist es, die zeitlich und räumlich aufgelöste Lichtintensität und das Verhalten fluktuierender Teilchen zu simulieren. Dies wird mit der Fluktuierenden-Lattice-Boltzmann-Methode (FLBM) durchgeführt, die mit der Simulation der Strahlungstransportgleichung gekoppelt ist. Die Simulationsergebnisse werden verwendet, um die Auslegung von Lasermesssystemen für verschiedene Anwendungen zu optimieren. Kontakt


Simulation der Interaktion von Mikroorganismen    

Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines mikroskopischen Modells, das biologische, chemische und mechanische Prozesse berücksichtigt, um die Interaktion von Mikroorganismen in biologischen Systemen vorherzusagen. Damit steht ein "Bottom-up"-Vorhersagemodell zur Verfügung, das letztlich zur Optimierung des Prozesses eingesetzt werden soll. Kontakt


Mesh-free Lattice Boltzmann Method

Die Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) ist ein leistungsfähiges Simulationswerkzeug für die rechnergestützte Strömungsdynamik und verwandte Phänomene einschließlich Wärme- und Massentransfer. Während die Standard-LBM auf einem quadratischen kartesischen Gitter im Raum beruht, kann es vorteilhaft sein, LBM-Methoden für unregelmäßige Gitter oder Punktwolken zu formulieren. Dies ermöglicht die Verwendung von Gittern höherer Ordnung ohne Defekte in der Galileischen Invarianz, räumliche Diskretisierung höhererOrdnung und fließende Variation der Gitterdichte in der Nähe von Wänden und Strömungshindernissen. Kontakt


AI-based Computational Fluid Dynamics    

Künstliche Intelligenz (KI) ist in der Lage nichtlineare komplexe Abhängigkeiten zwischen hochdimensionalen Variablen zu erlernen und zu analysieren.  Das Hauptziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und das Training eines mehrschichtigen neuronalen Netzwerkes, das in der Lage ist, Strömungsdynamiken auf Basis von CFD-Daten zu analysieren. Die Anwendungen umfassen die Merkmalsextraktion mit Hilfe der zugrunde liegenden physikalischen Gesetze der Fluiddynamik sowie der Produktoptimierung. Diese Methodik kann auf ein breites Spektrum von CFD-Problemen angewandt werden, insbesondere auf solche, die rechnerisch und zeitlich aufwendig sin. Kontakt


Digital Twin Management – Erhöhen der Transparenz in der Lebensmittelproduktion durch Digitale Zwillinge

Eine höhere Transparenz in der Lebensmittelproduktion für den Kosumenten kann durch Digital Food Passports erzielt werden. Die Voraussetzung für einen Digitalen Food Passport sind Digitale Zwillinge, die sämtliche Daten der Produktionsanlagen, der Verpackung sowie des Lebensmittels an sich enthalten. Das Ziel des Projekts ist es, die Integration all dieser Daten in semantisch strukturierter Form entlang der Wertschöpfungskette zu demonstrieren, wobei jegliche Datenanalyse oder Überwachungsfunktion anhand von Cloud-basierten Apps erfolgt.
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Numerische Strömungssimulation in Getränken

Gushing ist ein Phänomen, welches in karbonisierten Getränken spontan auftreten kann. Das Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist es, die physikalischen Mechanismen, welche zu Gushing führen, aufzuklären. Hierfür wird eine mehrphasige Lattice-Boltzmann-Simulation (LBM) entwickelt, um die komplexen Effekte zu betrachten, welche durch die Blasenkeimbildung hervorgerufen werden. Weiterführend werden diese Ansätze durch experimentelle Messungen validiert. Kontakt


Untersuchungen zur Blasenkeimstabilität und Blasenbildung beim spontanen Überschäumen CO2-haltiger Getränke

Gushing ist das Phänomen des Überschäumens beim Öffnen einer Bierflasche, das nicht auf eine Überkarbonisierung oder falsche Handhabung zurückzuführen ist. Mit einer druck- und temperaturgesteuerten Messzelle, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattet ist, wird der Mechanismus der Blasenbildung, die zu einem überschäumenden Bier führt, untersucht. Kontakt


SmartDry – Optimierung eines Trocknungsprozesses mittels überhitzten Wasserdampfes

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Optimierung eines Trocknungsprozesses für Lebensmittel mit übersättigtem Dampf.  Dafür wird ein Messsystem und ein darauf aufbauendes fuzzy-basiertes Regelungssystems entwickelt. Der in Echtzeit gemessene Produktzustand ermöglicht ein neues Regelungskonzept, welches auch bei schwankenden Stoffeigenschaften (z.B. Feuchtegehalt oder Struktur), automatisch einen dynamischen Trocknungsprozess und somit eine hohe Homogenität des Produktes gewährleistet. Kontakt


Entwicklung eines Gärmanagements zur Erzielung eines beschleunigten und reproduzierbaren Gärprozesses

In diesem Projekt wird erstmals ein Verfahren zur Überwachung und gezielten Steuerung des Gärprozesses entwickelt (Gärmanagement). Die Überwachung der Gäraktivität über Ultraschallmessungen erlaubt eine gezielte Steuerung des Gärprozesses, so dass die Hefe unter optimalen Gärbedingungen gefahren werden kann. Kontakt


Pulsatorische Reinigung von Membranfilterpressen – In-Situ Reinigungsverfahren von Membran-filterpressen mit sensorgesteuerter und bedarfsorientierter Automatisierung

In diesem Projekt wird eine Reinigungseinheit mit pulsatorisch betriebener Düsenlanze und einer optischen Kameraeinheit zur Rückstandsanalyse entwickelt. Über eine Schnittstelle wirkt der optische Sensor auf die Reinigungseinheit und weist noch unzureichend gereinigte Stellen aus, was in einer optimierten und bedarfsorientierten Reinigung resultiert. Umgesetzt wird das Vorhaben exemplarisch an einer Membranfilterpresse, die in der Maischeseparation eingesetzt wird. Kontakt


Schwarmintelligenz – Selbstüberwachung von Bioprozessen mittels Schwarmintelligenz

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Realisierung eines sich selbst überwachenden Sensornetzwerks auf der Basis der Schwarmintelligenz. Particle Swarm Optimization (PSO) wird als Schwarm-Algorithmus verwendet. Das intelligente Sensornetzwerk wird in der Lage sein, fehlerhafte Sensoren und Signale über multivariate lineare und nicht-lineare Modellansätze im Abgleich mit anderen Messwerten und vorhandenen Prozessinformationen zu erkennen und fehlerhafte Sensormesswerte zu ersetzen. Kontakt


REIF – Resource-efficient, Economic and Intelligent Foodchain

Im Forschungsprojekt REIF werden die Potenziale der Künstlichen Intelligenz zur Optimierung der Plan- und Steuerbarkeit der Wertschöpfung bei Lebensmitteln untersucht. Ziel ist der Aufbau eines KI-Ökosystems, das Stakeholder aller Wertschöpfungsstufen derart integriert, dass Lebensmittelverschwendung nachhaltig und ganzheitlich mit Hilfe Künstlicher Intelligenz reduziert werden kann. Weitere Informationen finden Sie unter: https://ki-reif.de, Kontakt

Abgeschlossene Projekte:

Trocknung bei automatisierter Teigwarenherstellung Energieeffiziente Trocknung auf der Grundlage lokalstoffadaptiver Prozessintensivierung am Beispiel der automatisierten Herstellung von Teigwaren

Thermisches Trocknen mit strömender Luft stellt eines der wichtigsten Konservierungsverfahren bei der Herstellung von Teigwaren dar. Der Trocknungsprozess senkt den Wassergehalt, die herabgesetzte Wasseraktivität hemmt das Wachstum verderbniserregender Mikroorganismen und die Aktivität von Enzymen. Auf Grund des derzeit üblichen Aufbaus von Trocknersystemen kommt es zu Prozessinhomogenitäten. Randbereiche der Lebensmittel werden zu stark thermisch belastet, während Kernbereiche Feuchtenester aufweisen können. Die Detektion der Inhomogenitäten geschieht durch Rasterung entlang der Trocknungskanalbreite mittels eines neuartigen, nicht-invasiven Multisensors, der sowohl die Produktfeuchte mittels NIR-Messtechnik, als auch die Oberflächentemperatur und die Farbe des Produkts optisch bestimmt. Mit Hilfe von CFD-Simulationen sollen Erkenntnisse über den Trocknungsprozess gewonnen werden, um dazu einen neuartigen Trocknungskanal zu fertigen und zu optimieren. Der neuartige Trockneraufbau ist durch diese Sensorik fähig, gezielt mit lenkbaren Düsen das Produkt zu trocknen. Auf diese Weise können Produktschäden durch Übertrocknung bei gleichzeitiger Senkung des Energieaufwands vermieden werden. Kontakt Projektbericht


Teigrheologie und Oberflächeneigenschaften Zusammenhang zwischen Teigrheologie und Oberflächeneigenschaften

Ein zentraler Prozessschritt bei der Herstellung von getreidebasierten Backwaren ist der Knetprozess. Fehler, welche bereits in der Teigherstellung auftreten, wirken sich auf die Endproduktqualität aus. Die Überwachung der Teigqualität und die Abschätzung der zu erwartenden Endproduktqualität erfolgt dabei über Messungen im Rheometer. Dazu müssen die Proben jedoch dem Prozess entnommen werden und sind nicht immer repräsentativ. Im Zuge des Forschungsprojekts sollen die Oberflächeneigenschaften des Teigs mittels Laserstreuung detektiert und daraus über ein entwickeltes Modell die rheologischen Kennzahlen in Echtzeit ermittelt werden. Kontakt Projektbericht


Lab Glasses – Augmented Reality gesteuerte Funktionsmuster für das Labor der Zukunft

Innerhalb des Projekts LabGlasses wird ein Funktionsmuster einer Datenbrille für das Laborumfeld entwickelt, welches das Arbeiten durch eine Kombination geeigneter Hardwarekomponenten, Datenspeichermethoden, Interaktionsmodulen und Augmented Reality effizienter gestaltet. Folgende Hauptfunktionalitäten sollen realisiert werden: Einblendung kontextrelevanter Sicherheitshinweise,  Interaktion des Labormitarbeiters mit  Laborgeräten, effizientere Dokumentation, Einblenden von Arbeitsanweisungen. Kontakt


Spektrale Evaluierung des Glutennetzwerks in Getreideerzeugnissen

In diesem Forschungsvorhaben wird eine neuartige Herangehensweise zur Beurteilung der Mehl- und Teigeigenschaften durch einen spektralen Ansatz entwickelt. Hierfür werden Informationen von Mehlen und Teigen im ultravioletten und sichtbaren Lichtbereich sowie im nahem Infrarotbereich mittels Kamerasystemen aufgezeichnet und mit den Gluteneigenschaften korreliert. Die Ergebnisse sollen einen neuen Ansatz zur nichtinvasiven Echtzeit-Messung der Mehlqualität aufzeigen. Kontakt Projektbericht


Entwicklung einer Füllstandsmesstechnik zur präzisen und automatisierten Detektion und Überwachung auch kleiner Füllstände

Die Füllstandmessung von Kleinstmengen in Gasflaschen oder Bioreaktoren führt mit herkömmlichen Systemen zu Messfehlern. In diesem Projekt wird ein ultraschallbasiertes Messsystem zur Bestimmung von Füllständen entwickelt, welches auch bei geringsten Füllständen eine ausreichend hohe Messgenauigkeit garantiert. Dieses neuartige Messsysystem wird in einem ersten Schritt beispielhaft für die Füllstandsmessung an Gasflaschen zum Betrieb von Gabelstaplern entwickelt. Dadurch müssen Gasflaschen nicht mehr wie bisher üblich auf Verdacht – und oft mit Restinhalt – gewechselt werden. Kontakt


Überwachung des Gärverlaufs mittels Ultraschall Entwickeln eines Gärmanagements zur Erzielung eines beschleunigten und reproduzierbaren Gärprozesses

Das Ziel dieses Projektes ist es, den Fermentationsprozess so zu steuern, dass die Hefe im Optimum ihrer katabolischen Aktivität arbeitet. Indem eine im Rahmen eines vorangegangenen Projektes entwickelte, ultraschallbasierte Methode angewendet wird, wird die Gäraktivität der Hefe anhand des Extraktabbaus im Medium bestimmt. In Kombination mit Fuzzy-Logic-Control werden die Prozessparameter der Gärung in Hinblick auf eine optimale Stoffwechselaktivität angepasst. Dies soll die Reproduzierbarkeit des Prozesses verbessern sowie den Gärprozess an sich beschleunigen. Kontakt


Sprühtrocknung - Leistungsverbesserung des CIP (Cleaning in Place)-Prozesses in Sprühtrocknungstürmen basierend auf der Detektion von Foulingbildung mittels Ultraschall

Eine der anspruchsvollsten Herausforderungen bei der Sprühtrocknung von Milch ist die sensorbasierte Bestimmung des Reinigungsstatus in Echtzeit. Herkömmliche Techniken, welche für die Fouling-Detektion bisher angewendet werden, erfordern eine konstruktive Anpassung der Sprühtrocknungstürme. Für diese Problemstellung wird ein neuartiges ultraschallbasiertes Messprinzip entwickelt, welches sich gegenüber den bestehenden Methoden besonders durch seine Nichtinvasivität und Echtzeitfähigkeit auszeichnet. Die Echtzeitmessung von Fouling ermöglicht es, die Reinigungszyklen dynamisch zu gestalten und die Rüstzeiten zu verkürzen. Kontakt


Porengrößenverteilung in Biskuitschäumen Optimierung der Porengrößenverteilung von getreidebasierten Schäumen zur Herstellung feiner Backwaren

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird eine Methode entwickelt, welche die Schaumstruktur von getreidebasierten Schäumen mithilfe von Ultraschallmessungen in Echtzeit erfasst. Dabei soll die Ausbildung von Poren während des Herstellungsprozesses mit einer neuen ultraschallbasierenden Messmethode überwacht werden. Weiterhin wird eine neue Schaumstrukturmessgröße etabliert, welche die Anzahl und Größe der prozessrelevanten Poren in Echtzeit abbildet. Durch diese Messungen können Rückschlüsse auf die technologische Steuerbarkeit der Prozesse gezogen werden. Kontakt


Volumetrischer keramischer Brenner Systematische Untersuchungen zur Einsatzqualifizierung einer innovativen Backofentechnik mit volumetrischem keramischem Brenner (VKB) einstellbaren Wellenlängenspektrums sowie hoher Regeldynamik und Energieeffizienz

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde in Zusammenarbeit mit dem LSTM Erlangen eine neue Heiztechnik – volumetrische keramische Brenner (VKB) – für den Einsatz zur Anwendung in der Backindustrie qualifiziert. Hierfür wurden Backversuche mittels 500 g Weizenbroten durchgeführt und eine thermografische Methode eingesetzt, um das Ofeninnere und die Backwarenoberfläche zu untersuchen (Wärmestrahlung, Wärmebrücken, Wärmegradienten). Somit wurde das Strahlungsverhalten des Ofens und der Produkte ermittelt, welches u.a. zur Simulation des Backvorganges eingesetzt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die thermografischen Daten mittels Bildverarbeitung prozessiert und somit Produkte in Echtzeit anhand dieser evaluiert werden konnten. Mit diesem Forschungsprojekt wurde eine neue Heiztechnik für die Industrie qualifiziert. Kontakt


Neuartige Steuerungstechnik Entwicklung einer intelligenten Steuerung zur Prozessoptimierung der thermischen Lebensmittelbehandlung mittels digitaler Bildverarbeitung und erfahrungsbasierter Regelung

In diesem Forschungsvorhaben wurde die Entwicklung eines optischen Messsystems und eines darauf aufbauenden fuzzy-basierten Regelungssystems für den Gärprozess durchgeführt. Die visuellen Daten wurden in Abhängigkeit vom aktuellen Teiglingszustand und seiner Entwicklung eruiert und mittels fuzzy-basiertem Regelungssystem der Prozess korrigiert, was trotz externen Störgrößen zu qualitativ hochwertigen Backware führte. Mit diesem System konnten trotz schwankender Rohstoff- und Verarbeitungsqualitäten sowie forcierter Fehlbedienungen eine hohe Produktqualität der Teiglinge erzielt werden. Kontakt


Intelligente Steuerung Entwicklung einer intelligenten Steuerung zur Prozessoptimierung der thermischen Lebensmittelbehandlung mittels digitaler Bildverarbeitung und erfahrungsbasierter Regelung

Durch den Einsatz von sogenannten Heißluftdämpfern können unterschiedliche Gartechniken mit nur einem Gerät durchgeführt und eine Vielzahl unterschiedlicher Lebensmittel zubereitet werden. Die derzeit am Markt existierenden Heißluftdämpfer besitzen Kerntemperaturfühler sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren im Garraum, um Betriebsparameter zu erfassen und bedingt zu steuern. Weitere irreversiblen Veränderungen, die den aktuellen Produktzustand im Garraum beschreiben, können nur visuell erfasst werden. Im Rahmen dieses Projektes wird ein Messsystem für die kontinuierliche visuelle Erfassung des Produktzustandes (Volumen, Bräunung etc.) während des Gar- und Backprozesses entwickelt. Die mittels Kamerasystem ermittelten Daten werden mittels Bildverarbeitungstechniken prozessiert und dienen einer Fuzzy-Regelung als Input. Diese Regelung integriert neben den Bilddaten und den Prozessdaten das Expertenwissen, um so den Gar- oder Backprozess intelligent zu führen. Kontakt


Hefepropagation und Filtrationsprozess Wissensbasierte Prozessintelligenz – Neue Wege zu stabilen Bioprozessen; Teilvorhaben: Produktion aktiver Hefe sowie Untersuchung der Einflüsse auf die weitere Prozesskette bei der Bierherstellung

In diesem Projekt werden die Hefepropagation und der Filtrationsprozess von Bier mittels mit neuentwickelten Online-Sensoren ausgestattet, um einerseits Wissen über die Prozesse zu generieren und andererseits den Prozess regeln zu können. Dafür werden zunächst die kritischen Prozessparameter identifiziert und deren Einfluss auf die finale Produktqualität des Bieres untersucht. Weiterhin stehen die Etablierung von Prozesskorridoren zur Überwachung der Produktqualität im Fokus. Kontakt


Lebensmittelverpackungen – Prozessinduzierte Veränderungen physikalischer Verpackungs-eigenschaften als Marker für eine Hochdruck- und Temperaturbehandlung verpackter Lebensmittel

In diesem Vorhaben wurde ein laserbasiertes Messsystem für die Nachverfolgbarkeit von hochdruckbehandelten Verpackungsmaterialein entwickelt. Die thermisch unter Druck veränderten Mikrostrukturen wiesen veränderte Laser-Reflexionsmuster auf, welche erfolgreich mittels optischen Sensoren erfasst und ausgewertet wurden. Kontakt


BrewPAT – Fermentative Optimierung mittels Prozessanalytischer Technologie (PAT)

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde unter Berücksichtigung prozessanalytischer Technologien eine Optimierung des Gär- und Reifungsprozesses von Bier durchgeführt. Im Mittelpunkt standen hierbei die Optimierung von Reinigungszyklen, die Einführung einer praxistauglichen Prozessbeobachtung sowie eine automatisierte Prozesszustandsregelung der Gärung und Reifung mit Produktfreigabe und die Optimierung der Anlagenbelegungszeiten unter Berücksichtigung globaler Produktionspläne. Kontakt


Lebensmittelschäume – Simulation gekoppelter Wärme- und Stoffübergangsprozesse in hochviskosen und festen Lebensmittelschäumen mit Hilfe eines Lattice-Boltzmann-Verfahrens

Dieses Projekt befasste sich mit der Charakterisierung der Wärme- und Stofftransportphänomene in Schäumen. Dabei wurde der Fokus insbesondere auf den Einfluss der Mikrostruktur sowie der Materialeigenschaften gelegt. Darüber hinaus wurde die Aromastofffreisetzung zur Umgebung mittels Lattice-Boltzmann-Verfahren modelliert. Kontakt


NIR-Fingerprinting – NIR-Fingerprinting als Messverfahren zur Beurteilung von Malzchargen nach ihrer Läuterbarkeit

Läutern ist ein zeitkritisches Verfahren bei der Verarbeitung von Bier. Ferner ist dieses Verfahren stark abhängig von der Qualität der verwendeten Ressource Malz. Daher müssen die verwendeten Malze enge Spezifikationen erfüllen, um Läuterprobleme zu verhindern. Qualitätsanalyse von Malz ist seit Jahren Gegenstand verschiedener wissenschaftlicher Untersuchungen, was zu Etablierung einer Vielzahl von beschreibenden Parametern geführt hat. Allerdings fehlen diesen Parameter die Fähigkeit zur signifikanten Vorhersage. Daher wurde in dieser Arbeit mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIR) Fingerprinting eine Methode entwickelt, welche zur Charakterisierung und Klassifizierung von Malz-Chargen eingesetzt wird. Kontakt


Minimal Processing – Minimal Processing in automatischer Prozessketten der Fleischverarbeitung - Physikalisches Imaging zur Struktur- und Texturerkennung bei der Fleischverarbeitung

Mangels geeigneter Automatisierungsmöglichkeiten erfolgt die Feinzerlegung von Fleisch hauptsächlich manuell. Um die Regelung von Positionierung und Schnittführung zu steuern, werden zwei moderne bildgebende Verfahren kombiniert. Bei dem ersten Verfahren handelt es sich um ein Stereokamerasystem mit angeschlossener digitaler Bildverarbeitung, welches die räumliche Lage und Geometrie der Fleischpartien erfasst, bei dem zweiten um ein Ultraschallsystem, welches den inneren Aufbau der Fleisch- und Knochenstrukturen analysiert. Kontakt


Hefefermentation – Prozesstaugliches Ultraschallmesssystem für die Überwachung und Regelung der Konzentrationen von relevanten Komponenten in industriellen Hefefermentationsprozessen

Für die Optimierung der Produktion, die Sicherstellung der Produktqualität und die Verringerung von Energie- und Ressourcenkosten ist die Ermittlung von Extrakt- und Alkoholkonzentrationen wesentlich. Diese Messwerte Bilden Kennzahlen welche den Produktionsfortschritt in der Fermentationsindustrie beschreiben. Zu diesem Zweck wurde ein ultraschallbasiertes Messsystem entwickelt und dessen Signale mittels multivariater Modellierungsmethoden ausgewertet. Darüber stand ein prozesstaugliches Messsystem zur Verfügung, um industrielle Hefefermentationsprozesse holistisch zu überwachen. Kontakt


Fouling/Reinigung in Wärmetauschern – Ultraschallbasiertes Messsystem zur Verfolgung von Fouling in Wärmetauschern und zur Validierung des Reinigungserfolgs

Ablagerungen in Wärmetauschern sind der limitierende Faktor bei der Milchverarbeitung. Sie führen zu Verunreinigungen und mindern dadurch die Wärmeleistung des Wärmetauschers. Der dadurch anfallende täglich notwendwendige Reinigungsprozess ist kostspielig (Anlagenstillstände, Wasser, Energie, Reinigungsmittel) und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit der Anlage erheblich. Durch die entwickelte akustische Früherkennung werden Reinigungsintervalle optimiert und Reinigungsmittel eingespart. Kontakt


Hefemanagement – Entwicklung eines Hefemanagementsystems aus Hefepropagation und Hefevitalisierung mit automatisierter Steuerung

Zur automatisierten Überwachung und Steuerung der aeroben Biomasseproduktion wurde im Rahmen dieses Fördervorhabens ein Hefemanagementsystem entwickelt, welches die Prozessabläufe Hefepropagation und Heferevitalisierung vereint. Über die Einbindung geeigneter Messtechnik zur Ermittlung und Überwachung relevanter Prozessparameter sowie eines angepassten Steuerungssystems auf Grundlage eines virtuellen Expertensystems wurde eine dynamische Prozessführung erstellt, welche eine gezielte Hefeherführung für die anschließende Gärung sowie eine Revitalisierung von Ernte- bzw. Betriebshefe für die Rückführung in den Prozess ermöglicht. Kontakt


Rüsselkäfer – Bioakustische Detektion von Getreidevorratsschädlingen

Getreidevorratsschädlinge wie der Kornkäfer (Sitophilus granarius) oder der Getreidekäfer (Oryzaephilus surinamensis) verursachen jährlich erhebliche wirtschaftliche Schäden in Landwirtschaft und weiterverarbeitenden Industriezweigen. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde ein praxistaugliches Gerät zur automatischen akustischen Früherkennung von Getreideschädlingen entwickelt und etabliert. Kontakt


Hartweizen – Qualitätsbewertung von Hartweizen, Hartweizengrieß und Hartweizenprodukten durch die Auswertung digitaler Bilder

Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein automatisiertes Qualitätsbewertungssystem für Durumweizenkörner, Grieße und Pastaprodukte mittels digitalen Bildverarbeitungstechniken zu etablieren. Die Entwicklung des automatisierten Qualitätskontrollprozesses wird dazu beitragen, die menschliche Interferenz in der Qualitätsentscheidung zu verringern, die für diesen Prozess benötigte Zeit zu reduzieren und die Genauigkeit des Evaluierungsprozesses zu erhöhen. Kontakt