5 kostspielige Fehler beim Trocknungsprozess und wie man sie vermeidet

Über die Moderatoren

Dr. Susan Newman ist Direktorin für Professional Services bei AQUALAB by Addium. Dank ihrer Fachkenntnisse in den Bereichen Design Thinking, Technik und Feuchtigkeitskontrolle hat sie unzähligen Lebensmittel- und Cannabisunternehmen dabei geholfen, ihre Trocknungsprozesse zu verfeinern und zu optimieren.

Dr. Zachary Cartwright ist leitender Lebensmittelwissenschaftler bei AQUALAB by Addium. Er hat einen Doktortitel in Lebensmittelwissenschaft von der Washington State University und einen Bachelor-Abschluss in Biochemie von der New Mexico State University.

Transkript, zur besseren Verständlichkeit bearbeitet

Dr. Zachary Cartwright:

Hallo zusammen, mein Name ist Zachary. Ich bin heute zusammen mit Susan hier und wir freuen uns, Ihnen fünf kostspielige Fehler beim Trocknungsprozess und Möglichkeiten zu ihrer Vermeidung vorstellen zu dürfen.

Ob Backen oder Dehydrieren, Räuchern oder Trocknen oder Pökeln – wie auch immer Ihr Team es nennt oder welcher Schritt in Ihrem Prozess auch immer das ist – es läuft auf eine Sache hinaus. Sie entfernen Wasser. Viele Lebensmittelunternehmen tun dies, und jedes Lebensmittelunternehmen, das dies tut, wird Ihnen sagen, dass es wirklich schwierig ist, präzise und konsistent zu sein.

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

Die Fehler, über die wir sprechen werden, sind:

1. Fehlinterpretation der korrekten Maße, die Sie verwenden sollten,
2. Die Verwendung der falschen Methode für diese Messung,
3. Die Bediener intuitiv arbeiten lassen und vielleicht sogar ihre Hände zur Entscheidungsfindung einsetzen lassen.
4. Probenahme an den falschen Stellen und
5. Lassen Sie Ihren Regelkreis offen.

Was steht auf dem Spiel?

Bevor wir uns die fünf Fehler ansehen, möchte ich darauf eingehen, wie viel auf dem Spiel steht, welche Kosten Untätigkeit verursacht und was es Unternehmen kostet, wenn sie sich nicht darauf konzentrieren, die Schwankungen ihres Feuchtigkeitsgehalts zu reduzieren.

Wir haben hier eine Grafik, die die Kosten der Untätigkeit zeigt. Auf der X-Achse ist die Zeit in Wochen angegeben, auf der Y-Achse die Kosten.

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

Viele Unternehmen sind sich gar nicht bewusst, welche Kosten ihnen durch hohe Schwankungen ihrer Feuchtigkeit entstehen.

Was haben Sie in Ihrer Erfahrung gesehen, Susan, wenn Sie mit Kunden sprechen? Sind sie sich dieser Zahlen bewusst und wissen sie, was sie das kostet?

Dr. Susan Newman:

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

Diese Grafik basiert auf echten Kundendaten – bevor wir mit ihnen zusammengearbeitet haben, haben sie die Kosten um etwa 80 % unterschätzt. Das war enorm.

Sie wussten, dass es Möglichkeiten zur Ertragssteigerung gab, gingen jedoch davon aus, dass diese eher gering sein würden, da es in der Lebensmittelindustrie schwierig sein kann, Daten zu finden und zu interpretieren. Oftmals sind diese nur in Papierform verfügbar. Durch gründliche Recherche und großen Einsatz konnten sie jedoch feststellen, dass ihre Verluste fast achtmal höher waren als angenommen.

Oft unterschätzen die Leute, was sie erreichen können, wenn sie den Prozess kontrollieren. Ein Beispiel dafür ist Tierfutter, wo die Kosten für die Zutaten ziemlich niedrig sind. Aber wir sehen das Gleiche auch bei Kunden, die zum Beispiel ganzes Muskelfleisch oder Cannabis verwenden – da sind die Kosten für die Zutaten oder das Produkt viel höher.

Die Kosten für die Zutaten in Tierfutter können nur wenige Cent betragen. Vergleichen Sie das jedoch mit Cannabis, wo Sie je nach Markt mit 2.000 Dollar pro Pfund rechnen müssen. Oder Fleisch – 8 Dollar pro Pfund ist dort ein ziemlich durchschnittlicher Preis. Für diese Märkte ist das also exponentiell.

Fehler Nr. 1: Falsche Interpretation der richtigen Messungen

Dr. Zachary Cartwright:

Das bringt uns zu unserem ersten Fehler beim Trocknen. Was mir bei vielen Lebensmittelunternehmen auffällt, ist, dass sie die richtigen Maße, die sie verwenden sollten, falsch verstehen.

Grundsätzlich lassen sich Wassermessungen in zwei Arten unterteilen: Feuchtigkeitsgehalt oder Wasseraktivität. Ich möchte mir etwas Zeit nehmen, um die Unterschiede zwischen diesen beiden Messgrößen zu erläutern.

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

Dr. Susan Newman:

Ich sehe alles. Ihr könnt euch gar nicht vorstellen, was ich schon alles gesehen habe. Von NIR über Feuchtigkeitsbilanzen bis hin zu Karl-Fischer-Analysen. Wasseraktivität spielt eine große Rolle, aber verschiedene Branchen haben unterschiedliche kritische Kontrollpunkte (CCPs). Bei Tiernahrung beispielsweise steht der Feuchtigkeitsgehalt als kritischer Kontrollpunkt im Vordergrund.

Viele Unternehmen, mit denen wir zusammenarbeiten, haben erkannt, wie wichtig Wasseraktivität die Sicherheitsparameter ist, und setzen sie daher zunehmend ein. Das freut mich sehr. Wir haben jedoch noch einen langen Weg vor uns – ich sehe viele Leute, die in ihren Produktionshallen Feuchtigkeitswaagen verwenden. Wasseraktivität wird Wasseraktivität im Labor gemessen, in der Produktion hingegen eher selten.

Ich hatte einmal einen Kunden – ich erzähle diese Geschichte besonders gerne, weil sie so lustig ist –, bei dem ich mich mit dem Finanzvorstand getroffen habe, und der war total begeistert vom Feuchtigkeitsgehalt. In ihrem Labor standen also zehn Geräte zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts und ein Wasseraktivität .

Als ich die Leiterin des QA-Teams kennenlernte – sie heißt Theresa, ich mag sie sehr –, war sie von diesem Wasseraktivität geradezu begeistert, weil sie genau wusste, bei welchen pathogen . Sie wusste, dass Bakterien bei Werten unter 0,8 nicht wachsen, Schimmelpilze und Hefen bei Werten unter 0,6 nicht wachsen und bei Werten unter 0,6 überhaupt nichts wächst.

Sie wusste auch, dass Wasseraktivität die treibende Kraft für die Knusprigkeit Wasseraktivität . Wenn man ein knuspriges Produkt herstellen will, braucht man Wasseraktivität – und das hatte sie verstanden.

Der Finanzvorstand legte großen Wert auf den Feuchtigkeitsgehalt, da dieser den Ertragsparameter darstellt – und er hat Recht. Wenn man ein Unternehmen führt, muss man sich mit Feuchtigkeit auskennen, aber man muss auch ein sicheres Produkt herstellen. Das Verständnis dieser beiden Messgrößen und ihre angemessene Anwendung sind Bereiche, in denen wir uns im Lebensmittelbereich wirklich weiterbilden müssen.

Dr. Zachary Cartwright:

Wir haben hier eine Tabelle, die wirklich dabei hilft, den Unterschied zwischen diesen beiden Messungen zusammenzufassen.

Wasseraktivität ein Maß für Energie. Es handelt sich um ein thermodynamisches Prinzip. Diese Energie ist wichtig, da sie uns Aufschluss darüber gibt, ob bestimmte chemische Reaktionen stattfinden können, ob Mikroorganismen wachsen können oder ob sich die Textur verändern kann. Der Feuchtigkeitsgehalt ist lediglich eine Mengenangabe. Wenn man also jedes einzelne Wassermolekül aus einer Lebensmittelprobe oder einem Produkt entfernen könnte, wäre dies der Feuchtigkeitsgehalt. Es ist jedoch äußerst schwierig, das gesamte Wasser zu entfernen und einen genauen Messwert zu erhalten.

Wasseraktivität qualitativ. Damit meine ich: Auch wenn wir einen quantitativen Wert erhalten, ist dieser doch qualitativ, da wir ihn direkt mit der Sicherheit und Qualität des Produkts in Verbindung bringen können. Ich beobachte, dass viele Unternehmen versuchen, den Feuchtigkeitsgehalt zu messen und daraus Rückschlüsse zu ziehen. Doch die dem Feuchtigkeitsgehalt innewohnende Variabilität macht dies äußerst schwierig. Der Feuchtigkeitsgehalt ist, wie Sie bereits sagten, eher quantitativ. Ein Finanzvorstand oder Entscheidungsträger, der darüber nachdenkt, um wie viel sich dadurch der Ertrag oder Umsatz steigern lässt, wird sich für den Feuchtigkeitsgehalt interessieren.

Wasseraktivität eine treibende Kraft für chemische Reaktionen. Der Feuchtigkeitsgehalt steht zwar in Zusammenhang mit chemischen Reaktionen, doch ist es sehr schwierig, diesen Zusammenhang zu verstehen. Wasseraktivität in dieser Hinsicht wesentlich präziser und genauer, sodass wir entsprechende Bestimmungen vornehmen und diese mit der Sicherheit und Qualität in Verbindung bringen können. Für Wasseraktivität gibt es etablierte Standards. Dabei handelt es sich um verschiedene Salzlösungen, die Wasseraktivität Mal die gleiche Wasseraktivität aufweisen, was die Überprüfung der Kalibrierung eines Wasseraktivität erheblich vereinfacht. Für den Feuchtigkeitsgehalt gibt es keine derartigen Standards. Es gibt nichts, dessen Feuchtigkeitsgehalt als Referenz dienen könnte, sodass es sehr schwer ist zu beurteilen, ob man einen genauen Messwert erhält oder nicht.

Schließlich Wasseraktivität einheitlos. Sie reicht von null – was keine Energie besitzt – bis hin zu eins, was die gleiche Energie wie reines Wasser besitzt. Wenn wir vom Feuchtigkeitsgehalt sprechen, wird dieser in der Regel in Prozent angegeben, entweder auf Nassbasis auf Trockenbasis.

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

Fehler Nr. 2: Verwendung der falschen Messmethode

Dr. Zachary Cartwright:

Kommen wir nun zum zweiten Fehler: die Verwendung einer falschen Messmethode.

Unabhängig davon, ob Sie Wasseraktivität den Feuchtigkeitsgehalt messen – für beide Größen gibt es unterschiedliche Messverfahren, und es ist wirklich schwierig, einen Prozess zu steuern, wenn die von Ihnen verwendete Methode mit einer hohen Standardabweichung und einer großen Variabilität behaftet ist.

Wir haben hier eine Grafik, die die Ergebnisse für ein Produkt zeigt, das mit verschiedenen Methoden getestet wurde, sowie die jeweiligen Ergebnisse dieser Methoden. Auf der X-Achse sind die verschiedenen Methoden dargestellt. Auf der X-Achse sind der Feuchtigkeitsgehalt und Wasseraktivität dargestellt.

Als Erstes möchte ich Sie darauf hinweisen, dass der Feuchtigkeitsgehalt, obwohl es sich um genau dasselbe Produkt handelt, stark schwankt. Betrachtet man jedoch die Wasseraktivität, so ist diese sehr gleichmäßig – es gibt fast keine Schwankungen bei Wasseraktivität, obwohl die Messung des Feuchtigkeitsgehalts große Schwankungen aufweist.

Warum ist das wichtig, Susan?

Dr. Susan Newman:

Als wir diese Untersuchung durchführten, war ich total begeistert. Wir haben ein Produkt genommen und es so weit gebracht, dass es sich akklimatisiert hatte und vollkommen gleichbleibend war – also einsatzbereit. Sie werden sehen, dass Wasseraktivität einen sehr konstanten Wert von 0,42 Wasseraktivität .

Wir haben es eingeschickt und uns dann verschiedene Feuchtigkeitsgehaltsmessungen angesehen. Ich war schockiert, als ich diese Ergebnisse sah. 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 so unterschiedliche Ergebnisse sehe, fühle ich mich für sie enttäuscht.

Angenommen, Sie senden dies nur an ein Labor und erhalten nur den Wert 3,5. Was tun Sie dann? Sie glauben, dass Sie Ihr Produkt übertrocknen, also fügen Sie mehr Feuchtigkeit hinzu, senken die Temperaturen und verkürzen möglicherweise die Garzeiten, was Ihre CCP-Abtötungsschritte beeinträchtigen kann, wenn Sie nicht vorsichtig sind.

Am anderen Ende des Spektrums, wenn Sie einen Messwert von 10 erhalten und Ihr Produkt bis zu 12 % erreichen kann – und dieses Produkt konnte das –, dann denken Sie: „Wow, ich mache wirklich einen guten Job.“

Aber als ich mir all diese Daten ansah, war ich einfach schockiert über die Abweichungen, die wir dabei feststellten, und darüber, wie schwer es ist, jeden Tag wirklich gute Arbeit zu leisten, um ein konsistentes Produkt herzustellen.

Dr. Zachary Cartwright:

Wir haben kürzlich ein Webinar zum Thema Feuchtemessungen veranstaltet, und nachdem wir einige Daten gesammelt hatten, fiel uns dabei besonders auf, wie groß die Schwankungen sind, insbesondere bei Feuchtigkeitsbilanzen.

Das knüpft an das an, was Sie vorhin gesagt haben. Viele der von uns betreuten Einrichtungen verfügen vielleicht über zehn Feuchtewaagen und ein Wasseraktivität , doch diese Feuchtewaagen Abweichungen von 4 bis 7 % aufweisen. Das kommt sehr häufig vor und kann daran liegen, dass sie von verschiedenen Personen bedient werden, dass unterschiedliche Methoden angewendet werden oder Ähnliches, und diese Grafik veranschaulicht diese Schwankungen sehr gut.

Was würden Sie tun, wenn Sie diese QA-Mitarbeiterin wären, Susan? Was würden Sie tun, nachdem Sie diese Daten gesehen haben? Wie würde Ihnen dies helfen, eine Entscheidung über die Methode zu treffen, die Sie verwenden sollten?

Dr. Susan Newman:

Diese einzelnen Datenpunkte zu sehen, wäre für mich von enormer Bedeutung. Mir war schon immer bewusst, dass Wasseraktivität aufgrund ihrer Genauigkeit für uns von entscheidender Bedeutung Wasseraktivität . Ich stelle bei meinen Kunden tatsächlich Schwankungen beim Feuchtigkeitsgehalt fest – plus/minus 2 % sind die Regel, aber wie Sie sagten, können sie sogar bis zu vier bis sieben betragen.

Wenn ich diese Daten sehen würde, wäre ich schockiert und würde meine Methoden ernsthaft hinterfragen. Ich würde mir überlegen: „Wie kann ich das besser machen? Was ist die Wahrheit? Wie kann ich auf genauere Messgrößen wie Wasseraktivität zurückgreifen und diese dennoch auf den Feuchtigkeitsgehalt anwenden, der ein kritischer Kontrollpunkt (CCP) ist und entscheidend für meine Erträge und Gewinne ist?“

Ich würde mich wirklich gerne intensiv mit dieser Wasseraktivität beschäftigen, aber ich verstehe den Unterschied und den Zusammenhang zwischen den beiden – und es gibt einen Zusammenhang. Damit würde ich meine Zeit verbringen. Aber Mann, wenn ich nur einen dieser Datenpunkte bekäme, würde ich entweder denken, dass ich großartig arbeite, oder dass ich gefeuert werden müsste.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu beachten, dass ein Zusammenhang zwischen Wasseraktivität dem Feuchtigkeitsgehalt besteht, und darauf werden wir im nächsten Fehler näher eingehen.

Fehler Nr. 3: Die Bediener nach ihrem Bauchgefühl arbeiten lassen

Dr. Zachary Cartwright:

Sprechen wir über den dritten Fehler: Die Mitarbeiter arbeiten nach ihrer Intuition, anstatt ihnen genaue Echtzeitdaten zur Verfügung zu stellen, die ihnen helfen würden, fundierte Entscheidungen zu treffen.

Du hast einige gute Geschichten dazu, Susan. Ich übergebe das Wort an dich.

Dr. Susan Newman:

Ich verbringe die meiste Zeit mit Fehler Nummer drei. Es gibt viele Betreiber, insbesondere solche, die schon lange im Geschäft sind, die ihr Wissen für sich behalten.

Einer meiner Lieblingskunden – ich hoffe, er schaut heute zu. Hallo, Harley! – arbeitete an einer Produktionslinie, an der Hundekekse hergestellt wurden. Zunächst wurde ein Teig hergestellt, und er war überzeugt, dass er mit den Händen in den Teig greifen, ihn fühlen und feststellen konnte, ob er gut laufen würde oder nicht. Ich habe ihn darauf angesprochen, denn eigentlich fühlte er nur die Temperatur. Beim Ausrollen lässt sich kälteres Produkt etwas besser verarbeiten, 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 es ist wirklich üblich.

Selbst die Qualitätssicherung war damit einverstanden, da dies kein Punkt im Prozess war, an dem sie irgendetwas gemessen haben. Als CCP spielte das keine Rolle. Für ihn war also die Intuition entscheidend. Aber wie soll er die Leute schulen? Wie schult man Menschen, damit sie dieses Gespür entwickeln? An der Intuition zu arbeiten, ist nicht immer die beste Idee. Das ist mein erstes Beispiel.

Ein weiteres Beispiel, das mir oft begegnet, ist Cannabis. In der Vergangenheit gab es im Bereich Cannabis kaum wissenschaftliche Erkenntnisse. Es wurden viele „Snap-Tests“ durchgeführt. Wenn ein Kunde einen solchen Test durchführt, Wasseraktivität er Wasseraktivität etwa 0,4 dieses Gefühl fest. Ich habe diesbezüglich zahlreiche Tests durchgeführt – dieses „Knacken“ 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 Terpene in Cannabis ab Wasseraktivität 0,5 zu zerfallen beginnen. Wenn Ihr Produkt beim Verlassen der Anlage Wasseraktivität durchschnittliche Wasseraktivität von 0,4 aufweist, sind die Terpene bereits zerfallen. Das Gleiche lässt sich auch bei Chips und anderen Produkten beobachten. Wenn Sie das Produkt zu stark trocknen, geht Qualität verloren.

In dieser Grafik stellt der rote Bereich den Idealfall dar. Diese Grafik bezieht sich speziell auf Cannabis; es handelt sich um eine Cannabis-Isotherme, die den Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität veranschaulicht. Ich möchte, dass alle unsere Kunden genau diesen optimalen Bereich treffen. Das ist der Punkt, an dem wir vor pathogen sicher sind. Unter 0,625 wächst bei Cannabis nicht viel. Worauf wir achten müssen, ist Aspergillus enchiladas, der bis auf 0,625 wachsen kann, aber ich möchte trotzdem, dass sie diesen wunderbaren Ertrag erzielen.

Wir möchten sie zwischen 0,55 für schöne Terpene und einer Obergrenze von 0,625 halten. Wenn wir das erreichen, erhalten wir ein schönes Produkt, das gleichzeitig auch das profitabelste Produkt für den Verkauf ist.

Basierend auf diesem Zusammenhang zwischen Feuchte und Wasseraktivität liegt der Wert bei einem Snap-Test in der Regel bei etwa 8 % Feuchte. Wenn Sie sich auf eine genauere Methode wie Wasseraktivität stützen, können Sie die erforderliche Präzision erzielen, um den Wert hier und bis zu 12 % Feuchte genau einzustellen. Bei Cannabis bedeutet ein Anstieg des Feuchtigkeitsgehalts um 4 % – selbst wenn Sie 50.000 Pfund pro Jahr zu einem Verkaufspreis von 2.000 pro Pfund verkaufen – ein Problem in Höhe von 4 Millionen Dollar, wenn Sie diese 4 % optimieren.

Das ist zwar aufgrund des hohen Produktwerts ein Extremfall, aber wir beobachten dieses Phänomen bis hin zu unseren Produkten mit geringem Wert. Ein weiterer wirklich interessanter Aspekt beim Verständnis der Isotherme – also des Zusammenhangs zwischen Feuchtigkeit und Wasseraktivität ist, dass man erkennen kann, warum Harley nicht sehr effektiv war. Man sieht, dass diese große Veränderung der Wasseraktivität nur Wasseraktivität einer geringen Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts Wasseraktivität ; der Feuchtigkeitsgehalt ändert sich also nicht wirklich stark, während Wasseraktivität deutlich Wasseraktivität . Deshalb funktionieren die Hände nicht. Deshalb ist es hier am besten, sich auf Wasseraktivität Messgröße der Wahl zu verlassen.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu verstehen, dass diese Feuchtigkeitssorptionsisotherme uns hier ansehen, ein Spezialgebiet der METER Group ist. Wir verfügen über eine patentierte Technologie, mit der wir entweder eine Desorptionskurve erstellen und so nachvollziehen können, wie Wasser aus einem Produkt entfernt wird, oder eine Adsorptionskurve, um zu verstehen, wie Wasser an dieses Produkt gebunden wird. Anhand dieser Kurve und durch Festlegung eines Zielwerts für Ihre Wasseraktivität können wir dann einen optimalen Punkt finden, der alle zufriedenstellt. Wir können den Qualitätssicherungsmitarbeiter, der sich mit der Wissenschaft auskennt, zufriedenstellen, sodass er seinen Zielwert kennt und auch versteht, wie hoch dieser Zielwert für den Feuchtigkeitsgehalt sein sollte.

Diese Grafik fasst sehr gut alles zusammen, was wir über den Wassergehalt in diesem Produkt wissen müssen – das freut sowohl die Wissenschaftler als auch die Entscheidungsträger und verdeutlicht, wo genau der optimale Wert liegen sollte. So etwas können wir für jede einzelne Produktart erstellen. Sogar jede Rezeptur eine andere Kurve aufweisen, die wir berücksichtigen müssen.

Fehler Nr. 4: Probenahme an den falschen Stellen

Dr. Zachary Cartwright:

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

Susan, wenn Sie eine Lebensmitteleinrichtung betreten, wo sehen Sie Menschen probieren und wo sollten sie probieren?

Dr. Susan Newman:

Tolle Frage. Normalerweise sehe ich, dass Leute Proben nach der Kühlung nehmen. In diesem Beispiel sind also vor dem Verpacken, wo normalerweise die CCPs sind, viele Proben zu entnehmen, und dann noch einige vereinzelte während des Prozesses.

Ich habe einige Kunden, die allmählich verstehen, welche Unterschiede es bei den Zutaten gibt und wie sich diese auf den Teig auswirken. In diesem Beispiel mit den Keksen haben wir einen Teigbereich, in dem wir die Rohzutaten vermischen, einen Ofen und schließlich einen Kühlraum. Im Mixer hat der Teig in der Regel Wasseraktivität 0,99.

Was nun den Kühler betrifft: Damit ein Keks genau den gewünschten Knuspergrad erreicht, liegt Wasseraktivität bei etwa 0,3. Durch die Messung dieser beiden Bereiche erhält man zwar einen Überblick, doch der wichtigste Teil fehlt noch – nämlich der Teil, dessen Betrieb am meisten Energie verbraucht: der Ofen.

Was ich besonders gerne sehe, sind Kunden, die ihren Horizont erweitern und die Ziele jedes einzelnen Prozesses wirklich verstehen. Der Teig ist ein Prozess, der Ofen ist ein Prozess und dann folgt das Abkühlen. Wir könnten das sogar noch erweitern und uns ansehen, wie Sie das Produkt nach dem Abkühlen, aber noch vor dem Verpacken lagern. Je nachdem, wo Sie sich befinden – bei Wasseraktivität 0,3 –, könnten Sie in einer sehr trockenen Umgebung Feuchtigkeit verlieren. In einer feuchten Umgebung könnten Sie hingegen Feuchtigkeit aufnehmen und den Feuchtigkeitsgehalt so weit erhöhen, dass Sie unappetitliche Kekse erhalten, die nicht mehr knusprig sind. Es ist wirklich wichtig, jeden dieser Prozesse zu verstehen.

Dr. Zachary Cartwright:

Was in dieser Grafik nicht zum Ausdruck kommt, ist, dass immer mehr Unternehmen die angelieferten Zutaten messen. Viele Unternehmen legen mittlerweile eine Spezifikation fest, beispielsweise eine Toleranz von plus/minus 10 % Wasseraktivität angelieferten Zutaten. Der Grund dafür ist, dass sich jede Abweichung bei den angelieferten Zutaten auf das Endprodukt auswirken kann.

Das kommt immer häufiger vor. Haben Sie das in Ihrer Erfahrung mit einigen Unternehmen beobachtet?

Dr. Susan Newman:

Ja, deshalb lächle ich hier. Einer meiner Lieblingskunden ist Sunrise Fresh. Sie haben einen Familienbetrieb. Es ist großartig, sie bauen Kirschen, Walnüsse und solche Sachen an.

Eines ihrer problematischsten Produkte ist die Kirsche. Von Jahr zu Jahr kann sich der Brixwert der Kirschen je nach Wasser- und Sonneneinstrahlung ändern. Deshalb untersuchen sie nun die Isotherme der Kirsche, um zu verstehen, wie sich diese Veränderung des Brixwerts auf die Kirsche auswirkt. Wenn man sie trocknet und in eine Tüte füllt, um sie zu naschen, ist das eine Sache. Wenn man sie jedoch als Zutat in einem anderen Produkt verwendet, beispielsweise in einem Energieriegel, hat dies größere Auswirkungen, da Zucker ein starkes Feuchthaltemittel ist.

Das ist eine interessante Sichtweise auf Zutaten. Eine kleine Veränderung der jährlichen Schwankungen bei Kirschen kann eine große Veränderung bei einem Müsliriegel bedeuten.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist wichtig zu beachten, dass wir eine Isotherme erstellen können – sei es für jede Jahreszeit oder jede Rezeptur –, und dass diese Isotherme uns wirklich dabei hilft, den optimalen Punkt zu ermitteln. Wir können diese Isotherme für jedes Produkt oder Rezeptur erstellen Rezeptur diese Informationen dann nutzen, um das Ziel korrekt festzulegen.

Ein weiterer Punkt, den wir in diesem Zusammenhang anmerken könnten, ist, dass mir aufgefallen ist, dass einige Unternehmen Tischgeräte Wasseraktivität einsetzen, um eine Messung während des Produktionsprozesses durchzuführen. Das kann zwar bis zu einem gewissen Grad effektiv sein, aber wenn Sie eine Probe entnehmen und dann warten müssen, bis die Temperatur für eine Messung das richtige Niveau erreicht hat, oder wenn Sie umfangreiche Probenvorbereitungen durchführen müssen, kann es mehr als 20 Minuten dauern, bis Sie ein Messergebnis erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist es bereits zu spät. Die Veränderungen haben bereits stattgefunden, und man kann 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 Sie sprechen. Manche Leute denken, dass Unwissenheit ein Segen ist, wenn wir nichts wissen, und dass wir einfach weitermachen können. Aber sie verwenden Produkte, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Vielleicht erfüllen sie die CCP-Spezifikationen, aber sie haben nicht die Qualität, die Sie sich wünschen.

Wenn Sie genau wissen, wo Sie stehen, schnell Feedback erhalten und diese kleinen Anpassungen vornehmen, können Sie ein perfektes Ergebnis erzielen, und genau das ist Ihr Ziel. 20 Minuten sind eine zu lange Wartezeit. Wir fahren mit maximaler Bandgeschwindigkeit, weil wir diesen Durchsatz wollen, daher können 20 Minuten eine enorme Umleitung und Nacharbeit bedeuten. Ich möchte das gerne von Moment zu Moment sehen. Und wenn Sie den Kreislauf schließen können, umso besser. Das ist etwas, worüber wir als Nächstes sprechen werden.

Fehler Nr. 5: Die Regelschleife offen lassen

Dr. Zachary Cartwright:

Okay, unser fünfter und letzter Fehler ist also, dass Sie Ihre Regelschleife offen lassen.

Was meinst du damit, Susan? Du hast es vorhin in Fehler Nr. 4 angesprochen, aber was meinst du mit einem offenen Regelkreis im Gegensatz zu einem geschlossenen Regelkreis?

Dr. Susan Newman:

Ich meine damit Chaos. Wenn Sie Ihren Regelkreis offen lassen, bedeutet das, dass Sie einfach nur Ihr Produkt herstellen. Sie kennen wahrscheinlich die Zeit- und Temperaturvorgaben für die Herstellung von Keksen oder was auch immer Ihr Produkt ist. Den Regelkreis offen zu lassen bedeutet, dass Sie diese Parameter festlegen und den Prozess laufen lassen, bis ein Problem auftritt. Sie optimieren also nicht wirklich.

Ich möchte, dass meine Kunden gerade an diesem Punkt der Variationsreduktion erfolgreich sind. Ich möchte, dass sie ein Produkt herstellen, das genau ihren Spezifikationen entspricht.

In der Grafik hier sehen Sie ein Beispiel für unser SKALA Solo-System im Betrieb. Damit können wir einen Prozess schließen, anstatt ihn laufen zu lassen.

Variabilität ist der Feind. Wenn wir viel Variabilität haben, haben wir einen geringeren Ertrag und einen geringeren Durchsatz. Außerdem kostet der Betrieb dieser Öfen mehr. Hinzu kommen viel Nacharbeit, teure Mitarbeiter und die Frage, wo man das Produkt lagern soll. Sie müssen dieses Produkt lagern, und wenn es dann nicht den Spezifikationen entspricht, kann es zu Schimmelproblemen kommen. Dann müssen Sie es wegwerfen, und Ihren Kunden wird das auch nicht gefallen. Sie wollen keine schimmligen Kekse.

Indem wir den Kreislauf schließen und diese Daten verstehen, erhalten 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, ist für einen Menschen unmöglich. Sie müssen die Daten sekündlich betrachten und dann genau wissen, wann Sie eine Anpassung vornehmen müssen, damit Sie Ihr System nicht aus dem Gleichgewicht bringen.

Dr. Zachary Cartwright:

Zur Verdeutlichung: Das offene Regelkreissystem ist nach wie vor vom Menschen abhängig – natürlich sind damit Fehler verbunden. Das geschlossene Regelkreissystem wird weiterhin von einem Bediener überwacht oder beobachtet, aber schnelle Anpassungen werden vom Gerät selbst oder von der Maschine vorgenommen.

Vielleicht kannst du ein bisschen mehr darüber erzählen.

Dr. Susan Newman:

Gewiss. SKALA Solo erfasst die Temperaturen innerhalb des Systems – also Einlass-, Auslass- und Produkttemperatur – und wir verfügen über einen patentierten Algorithmus. Wir erfassen sowohl die Feuchte als auch Wasseraktivität während des Prozesses, aber ich konzentriere mich beim Training gerne auf Wasseraktivität.

Wie Sie an diesem SPS-Beispiel sehen können, gibt es hier eine Stelle, an der Wasseraktivität angegeben ist. Was wir hier vorhaben, ist Folgendes: Ich möchte, dass der Prozess auf diesem Zielwert läuft, und anschließend entnehmen die Bediener eine Probe, um zu überprüfen, ob der Algorithmus effizient arbeitet. Er nimmt ständig Anpassungen vor – Mikroanpassungen, die keinen großen Einfluss auf den Gesamtprozess haben, den Sie mit Ihrer Forschungs- und Entwicklungsabteilung validiert haben.

Wir möchten uns die Daten Sekunde für Sekunde 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 können sehen, welche Zone den größten Einfluss auf das von Ihnen angestrebte Ergebnis hat, und diese Zone entsprechend anpassen.

Wir haben bereits über Wasseraktivität Feuchtigkeitsgehalt gesprochen, aber nun führen wir all diese Aspekte zusammen, betrachten historische Daten und untersuchen, wie wir Daten aus Industrie 4.0 wirklich nutzen können, um für die Betreiber schnelle, umsetzbare Ergebnisse in Echtzeit zu erzielen.

Dr. Zachary Cartwright:

Um dies zu verstehen, lassen Sie uns diese PLC-Animation abspielen. Sie werden feststellen, dass es ein bestimmtes Ziel gibt, das unter dem Optimum liegt und große Schwankungen aufweist. Aber schon 30 Minuten nach der Implementierung von SKALA Solo werden Sie sehen, dass diese Schwankungen reduziert sind, und dann können Sie das Ziel erhöhen.

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

Für welches Produkt ist das, Susan?

Dr. Susan Newman:

Dies ist ein extrudiertes Trockenfutter für Haustiere, Hundefutter.

Dr. Zachary Cartwright:

Von hier aus möchte ich weitermachen und nach den Betreibern fragen. Wie kann man einen brandneuen Mitarbeiter dazu bringen, genauso gut zu sein wie jemand, der schon seit 30 Jahren in der Branche tätig ist? Ermöglicht dieses Tool das?

Dr. Susan Newman:

Ja, nichts ist magisch, aber dieses Tool nimmt den Menschen definitiv die Entscheidungsfindung ab und übernimmt sie für sie. Es nimmt diese Anpassungen in einem geschlossenen Regelkreis vor, der direkt mit einer SPS verbunden ist.

Es erhält also SPS-Daten, die sogar auf Mikroebene vorliegen können. Diese SPS-Daten werden eingelesen, ausgewertet, die Einlass-, Auslass- und Produkttemperaturen werden erfasst und dann automatisch angepasst.

Nun, von Gerät zu Gerät ist das Starten und Herunterfahren immer schwierig. Wir helfen auch dabei, indem wir den Bedienern helfen, sich wirklich darauf zu konzentrieren, wie sie ein Gerät starten und herunterfahren, und dann können wir es von dort aus übernehmen, also im Wesentlichen den Prozess auf Autopilot schalten.

Rückblick und Zusammenfassung

Dr. Zachary Cartwright:

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

Der erste Fehler bestand darin, die richtige Messmethode falsch zu verstehen. Der zweite Fehler war die Verwendung einer falschen Messmethode. Der dritte Fehler war, dass die Bediener nach ihrem Bauchgefühl arbeiteten – wir haben einige Geschichten von Susan durchgesprochen. Der vierte Fehler war die Probenahme am falschen Ort – wir müssen nicht nur das Endprodukt, sondern während des gesamten Prozesses Proben nehmen. Der letzte Fehler war, dass die Regelschleife offen gelassen wurde.

Sollten Sie Fragen zu einem dieser Themen haben oder Fragen zur Wasseraktivität, zum Feuchtigkeitsgehalt, zu Isothermen oder zu SKALA Solo, wenden Sie sich bitte an uns, besuchen Sie unsere Website oder kontaktieren Sie Susan oder mich direkt. Wir beantworten Ihre Fragen gerne.

Wir haben jetzt einige Fragen und werden nun die Runde für diese Fragen öffnen und so viele davon wie möglich beantworten.

Frage und Antwort Nr. 1: Können Sie etwas zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten sagen, die Sie bei der Trocknung verschiedener Produkte festgestellt haben? Ist ein produktspezifischer Trocknungsansatz immer erforderlich?

Dr. Susan Newman:

Krankheitserreger sind Krankheitserreger, und wo sie wachsen, hängt ganz konkret von dem jeweiligen pathogen ab, nicht vom Produkt. Wir wissen, dass Bakterien bei Temperaturen unter 0,8 nicht wachsen, Hefen und Schimmelpilze bei Temperaturen unter 0,6 – das ist also die Gemeinsamkeit.

Der Unterschied liegt darin, das Produkt wirklich zu verstehen, und wir haben darüber gesprochen, die Isotherme zu betrachten – dieser Unterschied zwischen Feuchte und Wasseraktivität bei jedem Produkt anders. Der Weg zu einem sicheren Punkt ist bei all diesen Produkten unterschiedlich und produktspezifisch.

Der Unterschied liegt wirklich darin, zu wissen, wo man schnell vorgehen und wo man das Tempo drosseln muss. Bei einem Keks ist das ein schneller Vorgang. Da muss man sich nicht allzu viele Gedanken über Mikrobielles Wachstum machen. Bei einem Produkt wie Salami kann der Prozess hingegen 30 oder 90 Tage dauern. Man möchte zwar, dass sich dort bestimmte Bakterien vermehren, muss dies aber auch auf sichere Weise gewährleisten.

Diese Unterschiede bestehen also durchweg. Bei Cannabis zerstören wir, wenn wir zu schnell vorgehen, die Terpene an der Außenseite des Produkts und lassen das Innere feucht. Was die Geschwindigkeit angeht, liegen die Unterschiede also wirklich genau hier.

Dr. Zachary Cartwright:

Es ist ein guter Punkt, dass – auch wenn die Zielwerte für einige dieser unterschiedlichen Produkte vielleicht dieselben sind – die Art und Weise, wie diese Produkte Wasser verlieren oder sogar Wasser aufnehmen, tatsächlich produktspezifisch oder sogar Rezeptur ist. Mithilfe einer Isotherme lässt sich dies jedoch nachvollziehen. Das kann Ihnen dabei helfen, Ihre Zielwerte festzulegen. Es hängt auch von der von Ihnen verwendeten Methode ab – sei es ein Sprühtrocknungsverfahren, ein Chargenofen oder etwas anderes. Wir können jede dieser Methoden untersuchen und Ihnen dabei helfen, Schwankungen zu reduzieren und Ihr Ziel zu erreichen.

Frage und Antwort Nr. 2: Welchen Rat würden Sie jemandem geben, der Produkte mit hohem Feuchtigkeitsgehalt (60 % MC oder mehr) so schnell wie möglich trocknen möchte?

Dr. Zachary Cartwright:

Nun, im Allgemeinen handelt es sich bei Produkten mit einem so hohen Feuchtigkeitsgehalt um Dinge wie Dressings oder vielleicht Marmeladen oder Ähnliches, die einen deutlich höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Wenn man mit Teig oder beispielsweise Tierfutter arbeitet, muss man darauf achten, dass das Produkt nicht zu schnell trocknet, da es sonst zu einer „Einschließung“ kommt. Dabei weist das Innere des Produkts einen höheren Feuchtigkeitsgehalt bzw. Wasseraktivität höhere Wasseraktivität auf Wasseraktivität die Außenseite, und sobald das Produkt das Gleichgewicht erreicht hat, treten Probleme mit Mikroorganismen auf.

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

Was sind deine Erfahrungen, Susan? Gibt es etwas, das ich hier übersehe?

Dr. Susan Newman:

Wir müssen uns hier mit den Schutzmaßnahmen befassen. Mich interessiert, welche Feuchthaltemittel Sie möglicherweise einsetzen, um die Wasseraktivität zu senken Wasseraktivität ein stabileres, sichereres Produkt Wasseraktivität , bei dem es nicht zu Bakterienwachstum kommt. Vielleicht auch der pH-Wert – Sie könnten den pH-Wert ebenfalls als Teil Ihrer Schutzmaßnahmen betrachten, um das Produkt etwas sicherer vor pathogen zu machen.

Frage und Antwort Nr. 3: Ich arbeite mit Snacks. Welches Attribut sollte ich im Hinblick auf SPC zur Messung und Kontrolle verwenden, um Prozessschwankungen zu reduzieren?

Dr. Susan Newman:

Wir haben schon ziemlich viel darüber gesprochen. Wenn man Prozessschwankungen betrachtet, braucht man eine wirklich gute Messmethode, einen hervorragenden Maßstab, und das erreicht man durch Genauigkeit. Man muss Wasseraktivität betrachten, bei der man eine Genauigkeit von 0,003 oder 0,005 erreichen kann – wie bei unseren TEs und unserem AQUALAB 3. Bei den Feuchtigkeitswaagen, die wir heute gezeigt haben, lagen die Messwerte völlig verstreut, von 0,35 bis hinauf zu fast 10.

Wenn Sie sich mit Prozesskontrolle statistischen Prozesskontrolle Ihrem Prozess befassen, sollten Sie sich mit einer wirklich hervorragenden Messgröße auseinandersetzen, nämlich Wasseraktivität. Das ist die Größe, die Sie für jeden Schritt dieses Prozesses ermitteln sollten – vom Mischen über das Kochen und Abkühlen bis hin zur Verpackung.

Dr. Zachary Cartwright:

Das führt uns wieder zu den Isothermen zurück: Viele Snackprodukte liegen genau in jenem „Sweet Spot“, von dem wir gesprochen haben. Eine Veränderung des Feuchtigkeitsgehalts um 1 % kann bereits zu einer Differenz von 30 oder 40 % bei Wasseraktivität führen. Es liegt auf der Hand, dass man die Messung mit der höchsten Präzision und Genauigkeit verwenden möchte, und das ist jedes Mal die Wasseraktivität.

Welche Phasen des Trocknungsprozesses begünstigen am ehesten Mikrobielles Wachstum? Was kann man dagegen tun?

Dr. Susan Newman:

Wir haben uns das Beispiel mit den Keksen angesehen, und ich habe Probleme beobachtet, bei denen Leute, die einen Batch-Prozess verwenden, alle Zutaten mischen, Wasser hinzufügen, dann wird der Teig gepresst oder geformt, kommt in den Ofen, dann fügen sie weitere Zutaten hinzu, ohne vorher gründlich zu reinigen.

Der erste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass Sie über ein hervorragendes Hygieneprogramm verfügen, dass Sie so oft wie nötig reinigen, Abstriche nehmen, um festzustellen, ob sich Keime angesammelt haben, und protokollieren, wo sich diese Stellen mit hohem Keimbefall befinden. Diese finden sich in der Regel an schwer zugänglichen Stellen. Das Problem ist, dass sie schwer zugänglich sind – und daher nicht gereinigt werden.

Das beobachte ich tatsächlich recht häufig. Was lässt sich dagegen tun? Ich würde vorschlagen, Ihre Produktionsabläufe und den Schichtwechsel genauer unter die Lupe zu nehmen – darauf würde ich den Schwerpunkt legen –, und außerdem dafür zu sorgen, dass Ihr Produkt die Grenzwerte für Mikrobielles Wachstum unterschreitet. Sofern Sie dort keinen Abtötungsschritt einbauen, töten Sie nichts ab, aber Sie sollten den Gehalt so weit senken, dass die Mikroorganismen nicht mehr wachsen und sich vermehren können.

Also noch einmal: Bakterien, Wasseraktivität 0,8, Hefen und Schimmelpilze – das werden wir euch so lange einhämmern, bis es euch im Kopf bleibt – für diese 0,6. Ihr müsst diese Grenzwerte so schnell wie möglich erreichen und dort halten.

Dr. Zachary Cartwright:

Das Einzige, was ich dem noch hinzufügen möchte, ist: Selbst wenn Sie diese Grenzwerte unterschreiten, sollten Sie bedenken, dass die Bedingungen in Ihrer Einrichtung Mikrobielles Wachstum begünstigen können, Mikrobielles Wachstum die Luftfeuchtigkeit oder die Temperaturen hoch sind. Selbst wenn Sie unter den von Susan genannten Grenzwerten liegen, können Sie sich in einer Umgebung befinden, in der die Mikroorganismen bereits vorhanden sind, und sobald die Umgebungsbedingungen ein Wachstum zulassen, kommt es zu einer Vermehrung – die Mikroorganismen beginnen zu wachsen.

Behalten Sie das also im Hinterkopf: Selbst wenn Sie den Trocknungsprozess vollständig kontrollieren, muss das Produkt, wenn es sich einem Grenzwert nähert, dennoch sehr genau überwacht werden.

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