5 kostspielige Fehler bei der Trocknung und wie man sie vermeidet

Über die Moderatoren

Dr. Susan Newman ist Direktorin für professionelle Dienstleistungen bei der METER Group. Mit ihren Kenntnissen in den Bereichen Design Thinking, Engineering und Feuchtigkeitskontrolle hat sie zahlreichen Lebensmittel- und Cannabisunternehmen geholfen, ihre Trocknungsprozesse zu verfeinern und zu optimieren.

Dr. Zachary Cartwright ist leitender Lebensmittelwissenschaftler bei der METER Group. Er hat einen Doktortitel in Lebensmittelwissenschaften von der Washington State University und einen Bachelor-Abschluss in Biochemie von der New Mexico State University.

Abschrift, aus Gründen der Klarheit bearbeitet

Dr. Zachary Cartwright:

Hallo zusammen, mein Name ist Zachary. Ich bin heute mit Susan hier und wir sind hier und freuen uns, mit Ihnen über fünf kostspielige Fehler bei der Trocknung zu sprechen und darüber, wie Sie diese vermeiden können. 

Ob Sie nun backen oder dehydrieren, räuchern oder trocknen oder pökeln - wie auch immer Ihr Team es nennt, oder was auch immer der Schritt in Ihrem Prozess ist - es läuft auf eine Sache hinaus. Sie entziehen Wasser. Viele Lebensmittelhersteller tun dies, und jeder Lebensmittelhersteller, der dies tut, wird Ihnen sagen, dass es wirklich schwer ist, präzise und konsistent zu sein. 

Es gibt Hunderte von Themen, über die wir im Zusammenhang mit der Verbesserung der Trocknung sprechen könnten, aber heute wollen wir uns auf die fünf häufigsten Fehler konzentrieren, die wir beobachten. 

Die Fehler, über die wir sprechen werden, sind:

1. Missverständnisse über die richtigen Maße, die Sie verwenden sollten,
2. Sie verwenden die falsche Methode für diese Messung,
3. Die Bediener sollen sich auf ihre Intuition verlassen und vielleicht sogar ihre Hände als Entscheidungshilfe benutzen,
4. Probenahme an den falschen Stellen und
5. Sie lassen Ihren Regelkreis offen. 

Was steht auf dem Spiel?

Bevor wir uns mit den fünf Fehlern befassen, möchte ich darüber sprechen, wie viel auf dem Spiel steht, wie hoch die Kosten der Untätigkeit sind und was es die Unternehmen kostet, wenn sie sich nicht auf die Verringerung der Schwankungen ihres Feuchtigkeitsgehalts konzentrieren. 

Wir haben hier eine Abbildung, die die Kosten der Untätigkeit zeigt. Auf der X-Achse sehen Sie die Zeit in Wochen, auf der Y-Achse die Kosten. 

Dieses Beispiel bezieht sich auf verschiedene Tierfutterprodukte. Sie werden feststellen, dass jede Woche, die vergeht, Zehntausende von Dollar kostet. Das ist nicht nur bei Tierfutter der Fall, sondern auch bei vielen anderen Produkten. 

Viele Unternehmen sind sich gar nicht bewusst, was es sie kostet, wenn sie eine hohe Variabilität bei der Feuchtigkeit haben. 

Welche Erfahrungen haben Sie, Susan, gemacht, wenn Sie mit Kunden sprechen? Sind sie sich dieser Zahlen bewusst und was kostet sie das?

Dr. Susan Newman:

Gute Frage. Sie sind sich dessen bewusst, aber sie sind sich dessen nicht bewusst. Sie unterschätzen die Kosten. 

Dieses Diagramm stammt von echten Kundendaten - bevor wir mit ihnen zusammenarbeiteten, unterschätzten sie die Kosten um etwa 80 %. Das war enorm. 

Sie wussten, dass es eine Möglichkeit zur Ertragssteigerung gab, aber sie dachten, dass sie ziemlich klein sein würde, weil es in der Lebensmittelindustrie schwierig sein kann, Daten zu finden und zu interpretieren. Oftmals sind sie nur auf Papier vorhanden. Wenn man also wirklich nachhakte und Energie investierte, stellte man fest, dass man fast achtmal mehr verlor, als man dachte.

Die Menschen unterschätzen oft, was sie durch die Kontrolle des Prozesses erreichen können. Dies ist ein Beispiel aus der Tiernahrung, wo die Kosten für die Zutaten recht niedrig sind, aber wir sehen die gleiche Situation bei Kunden, die zum Beispiel ganzes Muskelfleisch oder Cannabis verwenden - wo die Kosten für die Zutaten oder das Produkt viel höher sind. 

Die Kosten für die Inhaltsstoffe von Tierfutter können Centbeträge sein. Aber vergleichen Sie das mit Cannabis, wo Sie je nach Markt 2.000 Dollar pro Pfund bezahlen müssen. Oder Fleisch - 8 Dollar pro Pfund ist dort ein ziemlich durchschnittlicher Preis. Für diese Märkte ist das also exponentiell.

Fehler Nr. 1: Unkenntnis über die richtigen Messungen 

Dr. Zachary Cartwright:

Das bringt uns zu unserem ersten Trocknungsfehler. Was mir bei vielen Lebensmittelherstellern auffällt, ist, dass sie die richtige Messung, die sie verwenden sollten, falsch verstehen. 

Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von Wassermessungen unterscheiden: Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität. Ich möchte mir etwas Zeit nehmen, um die Unterschiede zwischen diesen beiden Messungen zu erläutern. 

Bevor ich sie vergleiche, was sehen Sie, Susan, wenn Sie mit einem Kunden sprechen? Verwenden sie eine dieser Maßnahmen oder beide? Wie werden sie umgesetzt?

Dr. Susan Newman:

Ich sehe alles. Sie können sich gar nicht vorstellen, was ich schon alles gesehen habe. Von NIR über Feuchtigkeitsbilanzen bis hin zu Karl Fischer. Es wird auch viel mit Wasser gearbeitet, aber die verschiedenen Branchen haben unterschiedliche Anforderungen an die CCPs. In der Tiernahrungsindustrie zum Beispiel ist der Feuchtigkeitsgehalt ein wichtiger CCP. 

Viele Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten, wissen, wie wichtig die Wasseraktivität für die Sicherheitsparameter ist, und nutzen sie daher immer mehr. Das sehe ich gerne. Wir haben allerdings noch einen weiten Weg vor uns - ich sehe viele Leute, die in ihren Fabriken Feuchtigkeitswaagen einsetzen. Ich sehe eine Menge Wasseraktivität im Labor, aber nicht so viel in der Produktion.

Ich hatte einen Kunden, der - ich erzähle diese Geschichte so gerne, weil sie so lustig ist - ich traf mich mit einem CFO, und er war ganz begeistert vom Feuchtigkeitsgehalt. In seinem Labor gab es also 10 Geräte für den Feuchtigkeitsgehalt und ein Gerät für die Wasseraktivität. 

Als ich die Leiterin des QS-Teams kennenlernte - ihr Name ist Theresa, ich liebe sie - war sie von diesem einen Wasseraktivitätsmessgerät begeistert, weil sie wusste, wo das Wachstum von Krankheitserregern stattfindet. Sie verstand, dass Bakterien nicht unter 0,8 wachsen, keine Schimmel- oder Hefepilze unter 0,6 wachsen, und nichts wächst unter 0,6. 

Sie verstand auch, dass die Wasseraktivität die treibende Kraft für die Knusprigkeit ist. Wenn man ein knuspriges Produkt herstellt, braucht man Wasseraktivität in seinem Leben, und das hat sie verstanden. 

Der CFO hat sich sehr auf den Feuchtigkeitsgehalt konzentriert, weil dieser der Ertragsparameter ist - und er hat Recht. Wenn man ein Unternehmen führt, muss man den Feuchtigkeitsgehalt verstehen, aber man muss auch ein sicheres Produkt herstellen. Das Verständnis für diese beiden Messgrößen und ihre angemessene Verwendung ist ein Punkt, an dem wir bei Lebensmitteln wirklich ansetzen müssen.

Dr. Zachary Cartwright:

Wir haben hier eine Tabelle, die den Unterschied zwischen diesen beiden Messungen sehr gut zusammenfasst.

Die Wasseraktivität ist ein Maß für die Energie. Das ist ein thermodynamischer Grundsatz. Diese Energie ist wichtig, weil sie uns hilft zu wissen, ob bestimmte chemische Reaktionen stattfinden können, ob Mikroorganismen wachsen können oder ob sich die Textur verändern kann. Der Feuchtigkeitsgehalt ist einfach eine Menge. Wenn man also in der Lage wäre, jedes Wassermolekül aus einer Lebensmittelprobe oder einem Produkt zu entfernen, wäre das der Feuchtigkeitsgehalt. Es ist jedoch äußerst schwierig, das gesamte Wasser zu entfernen und einen genauen Messwert zu erhalten. 

Die Wasseraktivität ist qualitativ. Was ich damit meine, ist, dass wir zwar eine quantitative Zahl erhalten, diese aber qualitativ ist, weil wir sie direkt mit der Sicherheit und Qualität des Produkts in Verbindung bringen können. Ich sehe viele Unternehmen, die versuchen, einen Feuchtigkeitsgehalt zu messen und diesen in Beziehung zu setzen. Aber die inhärente Variabilität des Feuchtigkeitsgehalts macht dies extrem schwierig. Der Feuchtigkeitsgehalt ist, wie Sie sagten, eher quantitativ. Ein CFO oder ein Entscheidungsträger, der darüber nachdenkt, wie sehr dies seinen Ertrag oder sein Einkommen steigern wird, wird sich für den Feuchtigkeitsgehalt interessieren. 

Die Wasseraktivität ist eine treibende Kraft für chemische Reaktionen. Der Feuchtigkeitsgehalt hat zwar eine Beziehung zu chemischen Reaktionen, aber es ist wirklich schwierig, diese Beziehung zu verstehen. Die Wasseraktivität ist in dieser Hinsicht viel präziser und genauer, so dass wir die Bestimmung vornehmen und sie mit der Sicherheit und Qualität in Verbindung bringen können. Bei der Wasseraktivität haben wir bekannte Standards. Dabei handelt es sich um verschiedene Salzlösungen, die jedes Mal die gleiche Wasseraktivität aufweisen, so dass es wirklich einfach ist, die Kalibrierung eines Wasseraktivitätsmessgeräts zu überprüfen. Für den Feuchtigkeitsgehalt gibt es diese Art von Standards nicht. Es gibt nichts, was einen inhärenten Feuchtigkeitsgehalt hat, mit dem wir vergleichen können, daher ist es wirklich schwer zu wissen, ob man eine genaue Zahl erhält oder nicht.

Schließlich ist die Wasseraktivität einheitenlos. Sie reicht von Null - etwas, das keine Energie hat - bis hin zu Eins - etwas, das die gleiche Energie wie reines Wasser hat. Wenn wir über den Feuchtigkeitsgehalt sprechen, wird dieser im Allgemeinen in Prozent angegeben, entweder auf feuchter oder auf trockener Basis. 

Hoffentlich hilft Ihnen diese Tabelle, einige der Unterschiede zwischen diesen beiden Wassermessungen zu verstehen.

Fehler Nr. 2: Verwendung der falschen Messmethodik

Dr. Zachary Cartwright:

Kommen wir zum zweiten Fehler: die Verwendung der falschen Messmethodik. 

Egal, ob Sie die Wasseraktivität oder den Feuchtigkeitsgehalt verwenden, es gibt für jedes dieser Verfahren unterschiedliche Methoden, und es ist wirklich schwierig, einen Prozess zu kontrollieren, wenn es eine große Standardabweichung und eine große Variabilität bei der von Ihnen verwendeten Methode gibt.

Wir haben hier eine Grafik, die die Ergebnisse für ein Produkt zeigt, das mit verschiedenen Methoden getestet wurde, und die Ergebnisse von jeder dieser Methoden. Auf der X-Achse sehen Sie die verschiedenen Methoden. Auf der X-Achse sehen Sie den Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität. 

Als erstes möchte ich darauf hinweisen, dass der Feuchtigkeitsgehalt, obwohl es sich um genau dasselbe Produkt handelt, sehr unterschiedlich ist. Aber wenn Sie sich die Wasseraktivität ansehen, ist sie sehr gleichmäßig - fast keine Veränderung der Wasseraktivität, obwohl die Messung des Feuchtigkeitsgehalts ein hohes Maß an Variabilität ergibt. 

Warum ist das wichtig, Susan?

Dr. Susan Newman:

Als wir diese Studie durchführten, war ich sehr aufgeregt. Wir nahmen ein Produkt, brachten es an einen Punkt, an dem es akklimatisiert und perfekt konsistent war, bereit, loszulegen - Sie werden sehen, dass die Wasseraktivität sehr konstant bei 0,42 liegt. 

Wir schickten es ab und untersuchten dann die verschiedenen Feuchtigkeitsgehaltswerte. Ich war so schockiert, als ich diese Ergebnisse erhielt. Der niedrigste Wert lag bei 3,5, der höchste bei fast 10 - und das bei demselben Produkt. 

Ich habe versucht, mich in die Lage eines QA-Teams zu versetzen. Wie würden sie sich fühlen, wenn sie diese Ergebnisse erhielten? Welche Maßnahmen könnten sie daraus ableiten? Wenn ich Ergebnisse sehe, die so unterschiedlich sind, fühle ich mich für sie geschlagen. 

Angenommen, Sie schicken das Produkt nur an ein Labor und erhalten nur den Wert 3,5. Sie denken, dass Sie Ihr Produkt zu stark trocknen, also fügen Sie mehr Feuchtigkeit hinzu, senken die Temperatur, verkürzen vielleicht die Kochzeiten, was Ihre CCP-Kill-Schritte durcheinander bringen kann, wenn Sie nicht vorsichtig sind.

Am anderen Ende des Spektrums, wenn Sie einen Wert von 10 erhalten und Ihr Produkt bis zu 12 % erreichen kann - und das war bei diesem Produkt der Fall -, dann denken Sie: "Wow, ich mache einen wirklich guten Job." 

Aber wenn ich mir all diese Daten ansehe, bin ich einfach schockiert, wie groß die Unterschiede sind und wie schwer es ist, jeden Tag gute Arbeit zu leisten, um ein konsistentes Produkt herzustellen.

Dr. Zachary Cartwright:

Wir haben vor kurzem ein Webinar über Feuchtigkeitsmessungen abgehalten, und nachdem wir einige Daten gesammelt hatten, fiel uns auf, wie groß die Schwankungen sind, insbesondere bei Feuchtigkeitsbilanzen.

Das geht auf das zurück, was Sie vorhin sagten. Viele Einrichtungen, die wir betreuen, haben vielleicht 10 Feuchtigkeitsmessgeräte und ein Wasseraktivitätsmessgerät, aber dieses Feuchtigkeitsmessgerät kann eine Schwankungsbreite von 4 bis 7 % aufweisen. Das ist durchaus üblich und kann daran liegen, dass eine andere Person das Gerät benutzt oder eine andere Methodik angewandt wird, und diese Grafik zeigt diese Schwankungen sehr gut auf. 

Was würden Sie tun, wenn Sie diese QA-Person wären, Susan? Was würden Sie tun, nachdem Sie diese Daten gesehen haben? Wie würden Sie auf dieser Grundlage eine Entscheidung über die Methode treffen, die Sie verwenden sollten?

Dr. Susan Newman:

Diese einzelnen Datenpunkte zu sehen, wäre für mich sehr wichtig. Ich habe immer gewusst, dass die Wasseraktivität aufgrund ihrer Genauigkeit für uns entscheidend ist. Ich sehe, dass der Feuchtigkeitsgehalt bei meinen Kunden variiert, plus oder minus 2 %, aber auch bis zu vier bis sieben, wie Sie sagten. 

Wenn ich diese Daten sehen würde, wäre ich schockiert und würde meine Methoden wirklich in Frage stellen. Ich würde denken: "Wie kann ich das besser machen? Was ist die Wahrheit? Wie kann ich mich auf genauere Messwerte wie die Wasseraktivität stützen, sie aber trotzdem auf den Feuchtigkeitsgehalt anwenden, der ein CCP ist, der für meine Erträge und Gewinne entscheidend ist?"

Ich würde mich wirklich in diese Wasseraktivität hineinversetzen wollen, aber den Unterschied und die Beziehung zwischen den beiden verstehen, und es gibt eine Beziehung. Darauf würde ich meine Zeit verwenden. Aber Mann, wenn ich nur einen dieser Datenpunkte bekäme, würde ich denken, ich mache das großartig, oder ich würde denken, ich müsste gefeuert werden.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu wissen, dass es eine Beziehung zwischen Wasseraktivität und Feuchtigkeitsgehalt gibt, und darauf werden wir im nächsten Fehler eingehen. 

Fehler Nr. 3: Bediener nach Intuition arbeiten lassen 

Dr. Zachary Cartwright:

Lassen Sie uns über den dritten Fehler sprechen: Man lässt die Mitarbeiter nach ihrer Intuition arbeiten, anstatt ihnen genaue Echtzeitdaten zur Verfügung zu stellen, damit sie fundierte Entscheidungen treffen können. 

Sie haben einige gute Geschichten darüber, Susan. Ich übergebe das an Sie.

Dr. Susan Newman:

Die meiste Zeit verbringe ich mit Fehler Nummer drei. Es gibt viele Betreiber, vor allem solche, die schon lange im Geschäft sind, die ihr Stammeswissen behalten. 

Einer meiner Lieblingskunden - ich hoffe, er schaut heute zu. Hallo, Harley! - arbeitete an einer Linie, an der sie Hundekekse herstellten. Sie stellten zunächst einen Teig her, und er war davon überzeugt, dass er in den Teig hineingreifen, ihn fühlen und feststellen konnte, ob er gut gelingen würde oder nicht. Ich widersprach ihm, denn was er wirklich fühlte, war die Temperatur. Wenn man würfelt, kommt ein kälteres Produkt etwas besser durch, aber die Hände sind für diese Art von Arbeit nicht kalibriert. Wenn Sie sich darauf verlassen, rufen Sie mich an. Wir wollen das nicht tun, aber das ist wirklich üblich.

Sogar die QA war damit einverstanden, denn das war kein Punkt im Prozess, an dem sie irgendetwas gemessen hätten. Als CCP war das nicht wirklich wichtig. Für ihn war es also Intuition. Aber wie soll er die Leute schulen? Wie bringt man den Leuten dieses Gespür bei? Mit Intuition arbeiten: nicht immer die beste Idee. Das ist mein erstes Beispiel. 

Ein weiteres Beispiel, das ich oft sehe, ist Cannabis. In der Vergangenheit gab es bei Cannabis nicht viel Wissenschaft. Es gab eine Menge Schnelltests. Wenn ein Kunde einen Schnelltest macht, wird er bei einer Wasseraktivität von etwa 0,4 dieses Gefühl bekommen. Ich habe eine Menge Tests dazu durchgeführt - das Gefühl eines Schnappens am Zweig tritt bei 0,4 auf, und das ist ein Problem, denn zu diesem Zeitpunkt sind die Terpene in Ihrem Produkt bereits abgebaut.

Wir wissen, dass die Terpene in Cannabis bei einer Wasseraktivität von 0,5 beginnen, sich abzubauen. Wenn Dein Durchschnitt mit einer Wasseraktivität von 0,4 aus der Tür kommt, hast Du bereits Terpene abgebaut. Das Gleiche kann man bei Chips und anderen Dingen beobachten. Wenn man zu viel trocknet, verliert man an Qualität.

In diesem Diagramm ist der rote Bereich das Ideal. Dieses Diagramm ist speziell für Cannabis. Es handelt sich um eine Cannabis-Isotherme, die das Verhältnis zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität zeigt. Ich möchte, dass alle unsere Kunden diesen schönen Sweet Spot erreichen. Das ist der Punkt, an dem wir vor dem Wachstum von Krankheitserregern sicher sind. Unter 0,625 wächst nicht viel Cannabis. Derjenige, auf den wir achten müssen, ist Aspergillus enchiladas, der bis zu 0,625 wachsen kann, aber ich möchte trotzdem, dass sie diesen schönen Ertrag haben.

Wir wollen sie zwischen 0,55, für schöne Terpene, und einer Obergrenze von 0,625 halten. Wenn sie das erreichen, werden sie ein schönes Produkt haben, aber auch das profitabelste Produkt, das sie verkaufen können. 

Auf der Grundlage dieses Verhältnisses zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität ergibt ein Schnelltest in der Regel einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 8 %. Wenn man sich auf eine genauere Methode, wie die Wasseraktivität, verlässt, wird man in der Lage sein, diese Präzision zu erreichen, die man braucht, um den Wert auf 12 % Feuchtigkeit zu erhöhen. Bei Cannabis bedeutet eine Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts um 4 % selbst bei einer Jahresproduktion von 50.000 Pfund und einem Verkaufspreis von 2.000 pro Pfund ein Problem von 4 Millionen Dollar, wenn diese 4 % optimiert werden.

Das ist ein extremer Fall, weil das Produkt so wertvoll ist, aber wir sehen das auch bei unseren Produkten mit niedrigem Wert, wo das passiert. Ein weiterer Vorteil des Verständnisses der Isotherme - der Beziehung zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität - ist, dass man den Grund erkennen kann, warum Harley nicht sehr effektiv war. Man kann sehen, dass diese große Veränderung der Wasseraktivität nur eine kleine Veränderung der Feuchtigkeit ist, d. h. die Feuchtigkeit ändert sich nicht wirklich stark, aber die Wasseraktivität ändert sich stark. Deshalb funktionieren die Hände nicht. Deshalb ist es am besten, sich auf die Wasseraktivität als Maß der Wahl zu verlassen.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Feuchtigkeits-Sorptions-Isotherme, die wir betrachten, etwas ist, worauf sich die METER Group spezialisiert hat. Wir verfügen über eine patentierte Technologie, die es uns ermöglicht, entweder eine Desorptionskurve zu erstellen und zu verstehen, wie Wasser aus einem Produkt entfernt wird, oder eine Adsorptionskurve, um zu verstehen, wie sich Wasser an das Produkt bindet. Anhand dieser Kurve und der Festlegung eines Zielwerts für die Wasseraktivität können wir dann einen optimalen Punkt finden, der alle zufrieden stellt. Wir können die QS-Mitarbeiter, die sich mit der Wissenschaft auskennen, zufrieden stellen, da sie ihr Ziel kennen und auch wissen, wie hoch dieser Zielwert für den Feuchtigkeitsgehalt sein sollte.

Diese Grafik fasst alles zusammen, was wir über das Wasser in diesem Produkt wissen müssen, um sowohl die Wissenschaftler als auch die Entscheidungsträger zufrieden zu stellen und zu verstehen, was der Sweet Spot sein sollte. Dies ist etwas, das wir für jede Art von Produkt erstellen können. Sogar jede Formulierung kann eine andere Kurve haben, die wir berücksichtigen müssen.

Fehler Nr. 4: Probenahme an den falschen Stellen

Dr. Zachary Cartwright:

Kommen wir zu Fehler Nummer vier: Probenahme an der falschen Stelle. 

Susan, wenn Sie eine Lebensmittelbetriebsstätte betreten, wo sehen Sie Leute, die Proben nehmen, und wo sollten sie Proben nehmen?

Dr. Susan Newman:

Eine tolle Frage. In der Regel werden Proben nach dem Kühler genommen. In diesem Beispiel also, bevor es in die Verpackung kommt, ist das typischerweise der Ort, an dem sich die CCPs befinden, so dass wir in diesem Bereich viele Probenahmen sehen und dann einige sporadische innerhalb des Prozesses.

Ich habe einige Kunden, die anfangen zu verstehen, wie sich die Unterschiede bei den Zutaten auf den Teig auswirken. In diesem Beispiel für Kekse haben wir einen Teigbereich, wir mischen die Rohzutaten, wir haben einen Ofen und dann haben wir einen Kühler. Im Mischer hat der Teig normalerweise eine Wasseraktivität von 0,99.

In der Kühlung, damit ein Keks den gewünschten knusprigen Geschmack erhält, beträgt die Wasseraktivität etwa 0,3. Wenn man diese beiden Bereiche untersucht, erhält man einen Überblick. Aber der Teil, der fehlt, ist der wichtigste Teil, der Teil, der die meiste Energie verbraucht: der Ofen.

Was ich gerne sehe, sind Kunden, die sich verzweigen und wirklich ein Ziel für jeden Prozess verstehen. Der Teig ist ein Prozess, der Ofen ist ein Prozess, und dann das Abkühlen. Wir könnten das sogar noch ausweiten und uns ansehen, wie man den Teig nach dem Abkühlen, aber vor dem Verpacken lagert. Bei einer Wasseraktivität von 0,3 kann es in einer sehr trockenen Umgebung zu Feuchtigkeitsverlusten kommen, je nachdem, wo man sich befindet. In einer feuchten Umgebung kann die Feuchtigkeit zunehmen und das Niveau so weit steigern, dass die Kekse nicht mehr knusprig sind. Es ist wirklich wichtig, jeden dieser Prozesse zu verstehen.

Dr. Zachary Cartwright:

Was in dieser Grafik fehlt, ist die Tatsache, dass immer mehr Unternehmen die eingehenden Zutaten messen. Viele Unternehmen legen jetzt eine Spezifikation fest, vielleicht plus oder minus 10 % Wasseraktivität der eingehenden Zutaten. Der Grund dafür ist, dass sich jede Abweichung bei den eingehenden Zutaten auf das Endprodukt auswirken kann. 

Das wird immer häufiger der Fall sein. Haben Sie das in Ihrer Erfahrung mit einigen Unternehmen gesehen?

Dr. Susan Newman:

Ja, das ist der Grund, warum ich hier drüben stehe und lächle. Einer meiner Lieblingskunden ist Sunrise Fresh. Sie haben eine Familienfarm. Sie bauen Kirschen, Walnüsse und solche Sachen an. 

Eines ihrer problematischsten Produkte ist die Kirsche. Je nach Wassermenge und Sonneneinstrahlung kann sich der Brixwert der Kirschen von Jahr zu Jahr ändern. Deshalb wird jetzt die Isotherme der Kirsche untersucht, um zu verstehen, wie sich diese Veränderung des Brix-Wertes auf die Kirsche auswirkt. Wenn man sie trocknet und in eine Tüte packt, um sie zu essen, ist das eine Sache. Aber wenn man sie als Zutat in einem anderen Produkt verwendet, zum Beispiel in einem Energieriegel, dann hat das einen größeren Einfluss, weil Zucker ein so starkes Feuchthaltemittel ist. 

Das ist eine lustige Art, die Zutaten zu betrachten. Eine kleine Veränderung von Jahr zu Jahr bei einer Kirsche kann eine große Veränderung bei einem Müsliriegel sein.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu wissen, dass wir eine Isotherme erstellen können, sei es für jede Jahreszeit oder jede Formulierung, und diese Isotherme hilft uns wirklich, den Sweet Spot zu bestimmen. Wir können diese Isotherme für jedes Produkt oder jede Formulierung erstellen und diese Informationen dann nutzen, um das Ziel richtig festzulegen. 

Zu dieser Zahl ist noch anzumerken, dass ich festgestellt habe, dass einige Unternehmen Tischgeräte zur Messung der Wasseraktivität verwenden, um eine Messung während des Prozesses vorzunehmen. Das kann zwar einigermaßen effektiv sein, aber wenn man eine Probe entnimmt und dann warten muss, bis die Temperatur für eine Messung die richtige ist, oder wenn man die Probe aufwändig vorbereiten muss, kann es mehr als 20 Minuten dauern, bis man eine Messung erhält. Zu diesem Zeitpunkt ist es bereits zu spät. Die Veränderungen sind bereits eingetreten, und Sie können sie nicht mehr wirksam korrigieren. 

Warum ist es so wichtig, eine In-Prozess-Messung durchführen zu können, Susan?

Dr. Susan Newman:

Ich weiß genau, wovon du sprichst. Manche Leute denken, wenn wir es nicht wissen, ist Unwissenheit ein Segen, wir können weiterlaufen. Aber sie betreiben ein Produkt, das außerhalb der Spezifikation liegt. Vielleicht entspricht es der Spezifikation von CCP, aber es hat nicht die Qualität, die Sie sich wünschen. 

Wenn man genau weiß, wo man steht, und dieses Feedback schnell erhält und diese Mikroanpassungen vornimmt, kann man es perfekt machen, und das ist das Ziel, das man erreichen will. 20 Minuten sind zu lang, um zu warten. Wir fahren die Bandgeschwindigkeit so hoch wie möglich, weil wir einen hohen Durchsatz erreichen wollen. 20 Minuten können also eine enorme Menge an Ablenkung und Nacharbeit bedeuten. Ich sehe das gerne von Augenblick zu Augenblick. Und wenn man den Kreislauf schließen kann, umso besser. Auch darüber werden wir als Nächstes sprechen.

Fehler Nr. 5: Der Regelkreis bleibt offen

Dr. Zachary Cartwright:

Unser fünfter und letzter Fehler ist, dass Sie den Regelkreis offen lassen. 

Was meinen Sie damit, Susan? Sie haben es bereits in Fehler #4 angesprochen, aber was meinen Sie mit einem offenen und einem geschlossenen Kreislauf?

Dr. Susan Newman:

Pandemonium ist das, was ich meine. Wenn Sie Ihren Regelkreis offen lassen, bedeutet das, dass Sie das Produkt einfach laufen lassen. Sie kennen wahrscheinlich das Zeit- und Temperaturrezept für einen Keks oder was auch immer Ihr Produkt ist. Wenn Sie den Regelkreis offen lassen, bedeutet das, dass Sie diese Parameter einstellen und das Produkt so lange laufen lassen, bis ein Problem auftritt. Sie optimieren nicht wirklich. 

Was ich wirklich möchte, ist, dass die Kunden an diesem Punkt der Variationsreduzierung Erfolg haben. Ich möchte, dass sie ein Produkt erzeugen, das wirklich genau ihren Spezifikationen entspricht.

Wie Sie in der Grafik sehen, handelt es sich um ein Beispiel für unser SKALA Solo-System, bei dem wir die Schleife eines Prozesses schließen können, anstatt ihn laufen zu lassen. 

Die Variabilität ist der Feind. Wenn wir eine große Variabilität haben, haben wir einen geringeren Ertrag und einen geringeren Durchsatz. Auch der Betrieb der Öfen ist teurer. Dazu kommt eine Menge Nacharbeit, teure Mitarbeiter, und wo soll man es dann aufbewahren? Sie müssen das Produkt aufbewahren, und wenn Sie es aufbewahren und es außerhalb der Spezifikation ist, kann das zu Problemen mit der Form führen. Dann ist es etwas, das Sie wegwerfen müssen, und Ihre Kunden werden es auch nicht mögen. Sie wollen keine verschimmelten Kekse. 

Wenn wir den Kreislauf schließen und diese Daten verstehen, haben wir eine historische Aufzeichnung. Ein Produkt wie SKALA (oder andere auf dem Markt) kann Ihnen diese historischen Daten liefern, aber zu verstehen, wie sie aussehen sollten, und schnell Änderungen vorzunehmen, das können Sie nicht, wenn Sie ein Mensch sind. Man muss sich die Daten im Sekundentakt ansehen und dann genau wissen, wann man eine Anpassung vornehmen muss, damit das System nicht aus dem Gleichgewicht gerät.

Dr. Zachary Cartwright:

Um das klarzustellen: Das System mit offenem Regelkreis ist immer noch von einem Menschen abhängig - damit sind natürlich Fehler verbunden. Das System mit geschlossenem Regelkreis wird immer noch von einem Bediener überwacht, aber schnelle Anpassungen werden vom Gerät selbst oder von der Maschine vorgenommen. 

Vielleicht können Sie darüber ein wenig mehr erzählen.

Dr. Susan Newman:

Gewiss. SKALA Solo betrachtet die Temperaturen innerhalb des Systems - also Einlass-, Auslass- und Produkttemperatur - und dann haben wir einen patentierten Algorithmus. Wir verstehen die prozessinterne Feuchtigkeit und die Wasseraktivität und erfassen beides, aber ich trainiere gerne mit der Wasseraktivität. 

In diesem SPS-Beispiel sehen Sie hier einen Punkt, der das Ziel für die Wasseraktivität angibt. Wir wollen, dass der Algorithmus auf dieses Ziel hin läuft, und dann werden die Bediener eine Probe nehmen, um zu überprüfen, ob der Algorithmus effizient läuft. Es werden ständig Anpassungen vorgenommen, Mikroanpassungen, die keine großen Auswirkungen auf den Gesamtprozess haben, den Sie mit Ihrer F&E-Abteilung validiert haben.

Wir wollen uns die Daten im Sekundentakt ansehen und jede Minute die Entscheidung treffen, eine Mikroanpassung vorzunehmen. Und nicht nur das, Sie werden hier auch sehen, dass es mehrere Zonen gibt. Sie werden sehen können, welche Zone den größten Einfluss auf das angestrebte Ergebnis hat, und können in dieser Zone Anpassungen vornehmen.

Wir haben über die Wasseraktivität und den Feuchtigkeitsgehalt gesprochen, aber jetzt bringen wir das alles zusammen, schauen uns historische Aufzeichnungen an und überlegen, wie wir die Daten der Industrie 4.0 nutzen können, um schnelle, umsetzbare Ergebnisse für die Betreiber in Echtzeit zu erzielen.

Dr. Zachary Cartwright:

Wenn wir diese SPS-Animation abspielen lassen, werden Sie feststellen, dass es ein bestimmtes Ziel gibt, das niedriger als optimal ist und eine große Abweichung aufweist. Aber nur 30 Minuten nach der Implementierung von SKALA Solo werden Sie sehen, dass sich diese Abweichung verringert, und dann können Sie das Ziel erhöhen. 

Das geht zurück auf unsere allererste Grafik, in der es darum geht, was hier auf dem Spiel steht, oder wie viel dies Unternehmen kostet, die nicht in der Lage sind, die Anpassung vorzunehmen. Diese Grafik zeigt sehr gut, wie leistungsfähig SKALA Solo ist, um diese Abweichung sehr schnell zu reduzieren.

Für welches Produkt ist das, Susan?

Dr. Susan Newman:

Dies ist ein extrudiertes Hundefutter.

Dr. Zachary Cartwright:

Von hier aus möchte ich weitergehen und nach den Betreibern fragen. Wie kann ein ganz neuer Mitarbeiter genauso gut sein wie jemand, der seit 30 Jahren in der Branche tätig ist? Ist das mit diesem Tool möglich?

Dr. Susan Newman:

Ja, nichts ist magisch, aber dieses Tool nimmt dem Menschen die Entscheidungsfindung definitiv aus den Händen und erledigt sie für ihn. Es nimmt diese Anpassungen in einem geschlossenen Kreislaufsystem vor, das direkt mit einer SPS verbunden ist. 

Es erhält also SPS-Daten, die sogar auf Mikroebene vorliegen können, liest diese ein, versteht diese Einlass-, Auslass- und Produkttemperaturen und passt sie dann automatisch an. 

Das Hoch- und Herunterfahren wird von Gerät zu Gerät immer schwierig sein. Wir helfen auch hier, indem wir den Betreibern dabei helfen, sich wirklich darauf zu konzentrieren, wie sie ein Gerät hoch- und herunterfahren, und dann können wir es von dort aus weiterführen, so dass der Prozess im Wesentlichen in den Tempomat übergeht.

Rückblick und Nachbereitung

Dr. Zachary Cartwright:

Gut, zum Abschluss möchte ich noch einmal die fünf kostspieligen Fehler durchgehen. 

Die erste war ein Missverständnis über die richtige Messung, die Sie verwenden sollten. Die zweite war die Anwendung der falschen Messmethode. Das dritte Problem war, dass sich die Mitarbeiter auf ihre Intuition verlassen haben - und wir sind einige Geschichten von Susan durchgegangen. Der vierte Punkt betraf die Probenahme an der falschen Stelle - wie wir nicht nur das Endprodukt, sondern den gesamten Prozess beproben müssen. Der letzte Punkt war, dass man den Kontrollkreislauf offen lässt. 

Wenn Sie Fragen zu einem dieser Themen oder Fragen zu Wasseraktivität, Feuchtigkeitsgehalt, Isothermen oder SKALA Solo haben, wenden Sie sich bitte an uns, besuchen Sie unsere Website oder wenden Sie sich direkt an Susan oder mich. Wir würden uns freuen, Ihre Fragen zu beantworten. 

Wir haben jetzt ein paar Fragen, und wir werden das Wort für diese Fragen erteilen und so viele wie möglich beantworten.

F&A #1: Können Sie etwas zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten sagen, die Sie bei der Art und Weise, wie verschiedene Produkte trocknen, festgestellt haben? Ist ein produktspezifischer Trocknungsansatz immer notwendig?

Dr. Susan Newman:

Krankheitserreger sind Krankheitserreger, und wo sie wachsen, ist wirklich spezifisch für diesen Erreger, nicht für das Produkt. Wir wissen, dass Bakterien nicht unter 0,8, Hefen und Schimmelpilze nicht unter 0,6 wachsen, das ist also die Gemeinsamkeit. 

Der Unterschied besteht darin, das Produkt wirklich zu verstehen, und wir haben darüber gesprochen, dass der Unterschied zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität bei jedem Produkt anders ist. Die Art und Weise, wie man zu einem sicheren Punkt gelangt, ist für alle diese Produkte unterschiedlich und spezifisch für das jeweilige Produkt. 

Der eigentliche Unterschied besteht darin, dass man weiß, wo man schnell und wo man langsam vorgehen muss. Für einen Keks ist es ein schneller Prozess. Man muss sich nicht so viele Gedanken über mikrobielles Wachstum machen. Bei einem Produkt wie einer Salami kann das ein 30- oder 90-tägiger Prozess sein. Man möchte, dass einige Bakterien darin wachsen, aber das muss auch auf sichere Weise geschehen. 

Diese Unterschiede gibt es also in allen Bereichen. Wenn wir bei Cannabis zu schnell vorgehen, töten wir die Terpene auf der Außenseite des Produkts und lassen das Innere feucht. In Bezug auf die Geschwindigkeit liegen die Unterschiede also wirklich da, wo sie liegen.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist ein guter Punkt, dass die Art und Weise, wie diese Produkte Wasser verlieren oder sogar gewinnen, wirklich produktspezifisch oder sogar formulierungsspezifisch ist, auch wenn die Ziele für einige dieser verschiedenen Produkte die gleichen sein mögen. Aber mit Hilfe einer Isotherme können wir dies verstehen. Dies kann Ihnen helfen, Ihre Ziele festzulegen. Es kann auch von der von Ihnen verwendeten Methode abhängen, ob es sich um eine Sprühtrocknungsmethode oder einen Batch-Ofen oder etwas anderes handelt, wir sind in der Lage, jede dieser Methoden zu betrachten und Ihnen dabei zu helfen, die Schwankungen zu reduzieren und Ihr Ziel zu erreichen.

F&A #2: Was raten Sie jemandem, der Produkte mit hohem Feuchtigkeitsgehalt (60% MC oder mehr) so schnell wie möglich trocknen möchte?

Dr. Zachary Cartwright:

Bei Produkten mit einem so hohen Feuchtigkeitsgehalt handelt es sich in der Regel um Produkte wie Dressings oder Konfitüren, die einen viel höheren Feuchtigkeitsgehalt haben. Wenn Sie mit Teig oder etwas wie Tierfutter arbeiten, müssen Sie darauf achten, dass das Produkt nicht zu schnell trocknet, was zu einer Umhüllung führt. In diesem Fall hat das Innere des Produkts einen höheren Feuchtigkeitsgehalt und eine höhere Wasseraktivität als das Äußere, und sobald das Produkt ein Gleichgewicht erreicht hat, treten Probleme mit Mikroorganismen auf. 

Ich bin mir nicht ganz sicher, um welches Produkt es sich hier handelt, aber ich kann sagen, dass man bei bestimmten Produkten darauf achten muss, dass sie nicht zu schnell erhitzt werden. 

Was ist Ihre Erfahrung, Susan? Gibt es etwas, das ich hier übersehe?

Dr. Susan Newman:

Wir müssen uns hier die Hürden ansehen. Mich interessiert, welche Feuchthaltemittel Sie verwenden könnten, um die Wasseraktivität zu verringern und so ein stabileres, sicheres Produkt zu erhalten, das kein Bakterienwachstum aufweist. Vielleicht sollten Sie auch den pH-Wert als Teil Ihrer Hürdentechnologie betrachten, um das Wachstum von Krankheitserregern ein wenig sicherer zu machen.

F&A #3: Ich arbeite mit Snackprodukten. Welches Attribut sollte ich im Rahmen der SPC messen und kontrollieren, um Prozessschwankungen zu reduzieren?

Dr. Susan Newman:

Wir haben schon oft darüber gesprochen. Wenn man Prozessvariationen betrachtet, braucht man eine wirklich gute Messmethode, eine gute Messlatte, und das erreicht man durch Genauigkeit. Man muss sich die Wasseraktivität ansehen, wo man eine Genauigkeit von 0,003, 0,005 erreichen kann, was bei unseren TEs und unserem AQUALAB 3 der Fall ist. Bei den Feuchtigkeitsbilanzen, die wir heute gezeigt haben, gab es Messwerte von 0,35 bis hin zu fast 10. 

Wenn Sie eine statistische Prozesskontrolle in Ihrem Prozess anstreben, müssen Sie eine wirklich gute Möglichkeit zur Messung finden, und das ist die Wasseraktivität. Das ist das Attribut, das Sie für jeden Schritt des Prozesses, vom Mischen bis zum Kochen und Kühlen und vor dem Verpacken, bestimmen wollen.

Dr. Zachary Cartwright:

Auch hier geht es wieder um Isothermen. Viele Snackprodukte befinden sich in diesem Sweet Spot, über den wir gesprochen haben. Eine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts um 1 % kann einen Unterschied von 30 oder 40 % in der Wasseraktivität bedeuten. Es macht Sinn, die Messung mit dem höchsten Grad an Präzision und Genauigkeit zu verwenden, und das wird immer die Aktivität sein.

Welche Teile des Trocknungsprozesses begünstigen am ehesten mikrobielles Wachstum? Was kann dagegen unternommen werden?

Dr. Susan Newman:

Wir haben uns das Beispiel mit den Keksen angeschaut, und ich habe gesehen, dass es Probleme gibt, wenn die Leute ein Batch-Verfahren anwenden, alle Zutaten mischen, Wasser hinzufügen, dann werden die Kekse gepresst oder geformt, kommen in den Ofen, dann werden weitere Zutaten hinzugefügt, aber sie haben keine gründliche Reinigung vorgenommen. 

Der erste Teil besteht darin, sicherzustellen, dass Sie ein gutes Hygieneprogramm haben, dass Sie sich so oft wie nötig waschen, dass Sie Abstriche machen, um zu sehen, ob Sie Wachstum haben, und dass Sie protokollieren, wo sich diese Stellen mit hohem Wachstum befinden. Das sind in der Regel Stellen, die schwer zu erreichen sind. Das Problem ist, dass sie schwer zu erreichen sind - deshalb werden sie nicht gereinigt.

Das sehe ich ziemlich oft. Was kann man dagegen tun? Wenn ich mir Ihre Programme und den Schichtwechsel ansehe, dann ist das der Punkt, zu dem ich tendiere, sowie das Unterschreiten der Spezifikation für mikrobielles Wachstum. Wenn Sie keine Abtötungsstufe verwenden, töten Sie zwar nichts ab, aber Sie wollen es auf einen Punkt bringen, an dem sie nicht mehr wachsen und sich vermehren. 

Also noch einmal, Bakterien, 0,8 Wasseraktivität, Hefe und Schimmel - wir werden es Ihnen einhämmern - 0,6 für diese. Erreichen Sie diese Grenzwerte so schnell wie möglich und halten Sie sie ein.

Dr. Zachary Cartwright:

Das Einzige, was ich noch hinzufügen möchte, ist, dass, selbst wenn Sie unter diese Grenzwerte kommen, Sie daran denken sollten, dass die Bedingungen in Ihrer Einrichtung das mikrobielle Wachstum fördern können, wenn die Luftfeuchtigkeit oder die Temperaturen hoch sind. Selbst wenn Sie unter den von Susan erwähnten Grenzwerten liegen, können Sie sich in einer Umgebung befinden, in der die Mikroorganismen bereits vorhanden sind, und sobald die Umgebung ein Wachstum zulässt, werden Sie eine Blüte erleben, die Mikroorganismen beginnen zu wachsen. 

Denken Sie also daran: Selbst wenn Sie den gesamten Trocknungsprozess kontrollieren, muss das Produkt, wenn es nahe an einem Grenzwert liegt, trotzdem sehr genau überwacht werden.