07. marts 2007

PAT bedre mad med matematisk magi

Fødevarevidenskab

En fødevares kvalitet er i høj grad bestemt af indholdet af vand, fedt og protein. Derfor bliver der brugt mange ressourcer på at måle disse i industrien. En typisk proteinmåling foretages ved en såkaldt Kjeldahlanalyse, der tager to timer, bruger meget barske kemikalier og som i øvrigt destruerer prøven, der måles på. Hvert eneste læs korn, hver eneste parti ost, hvert parti leverpostej skal karakteriseres, og man kan forestille sig, at det kræver uhyrlige summer og tid. Heldigvis findes der et alternativ, som er langt mere overkommeligt.

 Af professor Rasmus Bro og ph.d. Birthe Pontoppidan Møller Jespersen, Institut for Fødevarevidenskab

Proteinindholdet kan bestemmes med infrarødt lys.

Procesanalytisk teknologi eller bare PAT er en ny måde at styre produktionen på. Frem for gammeldags opskrifter, bruger man nu meget avancerede måleinstrumenter, der fortæller præcis, hvordan råvarens beskaffenhed er. Og så lader man processen rette sig ind efter omstændighederne, så produktet bliver præcis af den kvalitet, man ønsker. Metoderne anvendes både til at kontrollere råvaren, til at styre produktionen og til at sikre, at færdigvaren har den rette kvalitet.

Fra lys til fedt

Gennem de seneste tredive år er der udviklet et område, som kaldes kemometri, det vil sige matematisk modellering af kemiske målinger. Måling af protein i korn er et glimrende eksempel. Før i tiden brugte man den førnævnte Kjeldahl- analyse til at bestemme proteininholdet. Metoden er både langsommelig, og man skal bruge farlige kemikalier.

Manuel måling af protein ved Kjeldahl-metoden er langsommelig og kræver, at man bruger farlige kemikalier.

I dag anvender man derfor gennemlysning og kemometri. En håndfuld korn belyses med såkaldt nærinfrarødt lys, og det måles hvor meget af dette lys, der reflekteres tilbage. Faktisk måler man lyset ved mange forskellige farver infrarødt lys, og man ender med at få flere hundrede tal for en enkelt prøve. Tallene viser vand, fedt, protein og en række andre forhold i prøven, og ved hjælp af matematiske modeller kan man simpelt bestemme sammenhængen.

Så i stedet for at vente timer og dage og bruge mange kemikalier, får man en lige så nøjagtig bestemmelse på få sekunder. Måleinstrumenter bliver opdateret via et netværk og udover at spare tid, sikrer analyserne, at analyseresultatet er det samme på en kornprøve, hvad enten landmanden får den målt i Slagelse eller Sønder Omme, og dermed får han den samme betaling for råvaren alle steder. De mange hundrede tal fra målingerne giver kornindustrien mulighed for at se på mange forskellige enkelte egenskaber og på kornprøvens samlede ”fingeraftryk”.

Et moderne måleinstrument til at bestemme protein i korn.

En sonde direkte i produktionen

Moderne instrumenter kan lave hundredvis af målinger på få sekunder, og de kan placeresdirekte på et samlebånd, i en tørresilo eller i en gæringstank. Ved hjælp af matematik kan de mange tal omregnes til kvalitet, forventet udbytte, eller andet relevant. Dvs., at man kan måle og følge kvaliteten og udbyttet direkte i processen. Derfor kan man her og nu styre processen mod optimal kvalitet frem for at måtte observere, at produktionen kørte skævt for tre timer siden.

Fødevarer foran medicinalindustrien

I medicinalindustrien har man af naturlige årsager meget store krav til sikkerhed i produktionen. Specielt de amerikanske fødevare- og sundhedsmyndigheder (Food and

Her måles der proteinhold direkte i processen.

Drug Administration – FDA) har været styrende for, hvorledes medicinsk produktion kan foregå. FDA har krævet, at produktion af medicin i USA skal ske på en måde, som er meget stringent men desværre langt fra optimal. En slags ’uintelligent’ processtyring hvor alt på forhånd er fastlagt uanset om f.eks. råvaren ændrer sig. Kontrollen har været baseret på at tage en meget lille stikprøve ud til sidst og se om produktet overholder specifikationerne. Fødevareindustrien er i dag foran f.eks. medicinalindustrien med hensyn til avanceret processtyring, og der er stor udveksling af erfaringer på kryds og tværs af tidligere faggrænser. Medicinalindustrien drager stor nytte af erfaringerne fra fødevareområdet og myndighederne tilskynder det. Ved hjælp af procesanalytisk teknologi – PAT – får man ikke blot bedre fødevarer, men også bedre medicin, bedre kontrol af varer og billigere produktion.