Produktentwicklung einfach gemacht

Es dauert oft sehr lange, bis ein neues Produkt auf den Markt gebracht werden kann, da umfangreiche Untersuchungen und Versuche notwendig sind, um Schritt für Schritt die gewünschten Produktparameter wie Geschmack, Textur oder Aussehen zu erreichen. Dennoch ist die Kreation von neuen Produkten nicht immer von Erfolg gekrönt: Etwa 90% der 10 000 Lebensmittelprodukte, die jedes Jahr in den USA eingeführt werden, verschwinden wieder in der Versenkung und kosten die Industrie einige Milliarden Dollar. Um dieser entmutigenden Statistik zu entgehen, müssen die Lebensmittelhersteller die traditionellen Pfade des „Probieren geht über Studieren“ verlassen und sich für zielgerichtete Entwicklungsprogramme entscheiden. Mit ihnen lassen sich die Entwicklungszeiten deutlich verkürzen und die Anzahl von „Fehlentwicklungen“ verringern.

Die Software Guideline+ für Mischungen ist speziell für Lebensmitteltechnologen und Projektmanager entwickelt worden, nicht für Statistiker. Dieses anwenderfreundlich konzipierte Softwarepaket ermöglicht die schnelle Verarbeitung großer Mengen komplexer Daten. Auf der Grundlage von multivariaten Datenmodellen leitet die Software den Anwender Schritt für Schritt durch die Entwicklung maßgeschneiderter experimenteller Programme und führt zur richtigen Auswahl der Zutaten und zu optimierten Verarbeitungsbedingungen für das gewünschte Endprodukt.

Des weiteren ist Guideline+ für Mischungen auch ein Instrument zur Qualitätskontrolle. Mit der Software können die Auswirkungen von sich ändernden Zutatenkombinationen oder Verarbeitungsbedingungen auf die Qualität des Endprodukts genau verfolgt werden. Auf diese Weise können Hersteller Rezepturen innerhalb bestimmter, streng kontrollierter Parameter variieren.

Verbraucher beklagten das Ausflocken von Kaffeesahne bei der Zugabe von zu heißen Getränken. Untersuchungen ergaben, daß folgende 12 Variablen allein oder in Kombination miteinander für diesen unerwünschten Effekt verantwortlich sind:

• Häufigkeit der Milchanlieferung in der Molkerei (A),

• Transporttemperatur (B),

• Lagerdauer zwischen Pasteurisation und UHT-Verfahren (C),

• Ablauf des UHT-Verfahrens (D),

• Temperatur beim UHT-Verfahren (E),

• Homogenisierungszeit (F),

• Homogenisierungsdruck (G),

• Temperatur bei der Homogenisierung (H),

• Zirkulation während der Trennung (I),

• Zusatz von Molkeproteinen (J),

• Zusatz von Wasserstoffsuperoxid (K),

• Lagertemperatur des Endproduktes (L).

Bei herkömmlichen Verfahren zur Fehlererkennung hätte eine Variable nach der anderen geändert werden müssen, um festzustellen, welche Größe den entscheidenden Einfluß auf die Qualität der Kaffeesahne hat. Dazu wären bei 12 Variablen immerhin 4096 Versuche notwendig gewesen. Der Kaffesahne-Hersteller setzte aber zur umfassenden Datenanalyse das Softwarepaket Guideline+ für Mischungen ein, das zu einer deutlichen Verringerung der Anzahl der notwendigen Versuche führte.

In einem ersten Schritt wurden die Auswirkungen der wichtigsten Zutaten sowie die Wechselwirkungen von zwei Variablen in 32 Versuchen untersucht. Anschließend legte man die Hauptvariablen fest, untersuchte die Wechselwirkungen zwischen ihnen und überprüfte, ob nicht-lineare Bedingungen auftreten. Alle Variablen wurden miteinander verglichen und gemäß ihrer Bedeutung für das Problem des Ausflockens geordnet. Die Interpretation der Versuchsergebnisse und ihre grafische Darstellung als Säulendiagramm erfolgt anwenderfreundlich auf dem Bildschirm.

Es zeigte sich, daß die Variablen E, K, I und L keinen Einfluß auf das Ausflocken der Kaffeesahne haben. Im Unterschied dazu beeinflussen die Variablen A und B die Qualität der Kaffeesahne sehr stark negativ. Beispielsweise führt der Anstieg der Transporttemperatur (B) von 2 auf 8 °C zu einer Erhöhung der Ausflockung um 0,8 Punkte. Auch die direkte Erwärmung während des UHT-Verfahrens (D) und der Homogenisierungsdruck (G) zeigen in geringerem Umfang negative Auswirkungen auf die Produktqualität. Einen deutlich positiven Einfluß auf die Qualität der Kaffeesahne haben die Variablen H und F; C und J wirken ebenfalls positiv, aber in geringerem Umfang.

Basierend auf diesen Informationen wurde das Verfahren für die Herstellung von Kaffeesahne optimiert: Ursprünglich hatte man die Milch von Bauernhöfen aus der unmittelbaren Umgebung mit der von weiter entfernten Betrieben gemischt. Die Milch von Bauernhöfen in der näheren Umgebung wurde häufiger angeliefert und war in der Regel auch kälter. Als Ergebnis der Optimierung lagert nun der Hersteller die „frische“ und die „alte“ Milch getrennt. So lassen sich die negativen Auswirkungen der Faktoren A (Häufigkeit der Milchanlieferung) und B (Transporttemperatur) eliminieren. Eine weitere Optimierungsmaßnahme war die Verlängerung der Homogenisierungszeit (F), die zu einer sofortigen Verbesserung der Kaffeesahne-Qualität führte. Da die Variable I (Zirkulation während der Trennung) auf die Qualität so gut wie keinen Einfluß hatte, kommt nun auch zirkulierte Milch in die Produktion.

Ein weiterer Ansatzpunkt für eine Optimierung war die Art des Erwärmung beim UHT-Verfahren. Bisher arbeitete das Unternehmen hier mit einer direkten Erwärmung. Jedoch zeigten die Untersuchungen, daß eine indirekte Erwärmung während des UHT-Verfahrens ein späteres Ausflocken der Sahne deutlich reduzieren würde. Da die Umrüstung auf indirekte Erwärmung mit umfangreichen Investitionskosten verbunden ist, die zum damaligen Zeitpunkt nicht möglich waren, wurde diese Maßnahme verschoben. Zudem konnte der negative Einfluß der direkten Erwärmung beim UHT-Prozeß auf die Produktqualität durch die Optimierung der übrigen Prozeßvariablen kompensiert werden.

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