Automatisierte Mozzarellaproduktion

Die belgische Käserei Fabrelac ist auf die Herstellung hochwertiger Mozzarella-, Rahm- und Molkeprodukte spezialisiert und verarbeitet ca. 120 bis 140 Mio. l Rohmilch pro Jahr. In der Vergangenheit ließ Fabrelac den Eiweiß- und Fettgehalt der Milch im Labor analysieren. Dies setzte nicht nur eine zeitinten- sive manuelle Probeentnahme voraus, es führte auch dazu, dass die Messwerte immer nur zeitversetzt für die Prozesssteuerung zur Verfügung standen. Ein kontinuierliches Justieren und Optimieren der Betriebsparameter war nicht möglich. Um die Produktionsprozesse langfristig zu verbessern, beschloss Fabrelac Maßnahmen zur Vollautomatisierung der Molkereianlage zu treffen. Damit sollten folgende Ziele erreicht werden:

Die Implementierung dieses Grades an Automatisierung erfordert ein neues Konzept für die Milchüberwachung, da die Qualität des Produkts in jeder Produktionsphase verfolgt werden muss. Fabrelac war daher auf der Suche nach einer geeigneten Lösung, die kontinuierlich Informationen über die Milchqualität liefert. Da das Unternehmen bereits Messlösungen von Krohne verwendet, entschied es sich, das spektroskopische Analysesystem Optiquad-M 4050 W sechs Monate lang in der Anlage zu testen. Nach der erfolgreichen Testzeit ermittelte Fabrelac in Zusammenarbeit mit Krohne insgesamt elf Messstellen, die mit Optiquad-Geräten ausgestattet werden sollten.

Da Fett dazu tendiert, an der Oberfläche zu schwimmen, lässt sich der durchschnittliche Fettgehalt im Rohmilchstrom nur schwer bestimmen. Um den Fett- und Eiweißgehalt jeder Tankwagencharge zu überwachen, wurden zwei Optiquad-M (Nr. 1 + 2) in den zwei Rohmilchleitungen zwischen den Annahmestellen und den beiden Puffertanks installiert. Indem jeweils der Messwert eines Optiquad-M mit dem Messwert des dahinter installierten magnetisch-induktiven Messgeräts in Beziehung gesetzt wird, ist Fabrelac nun in der Lage, den durchschnittlichen Fett- und Eiweißgehalt der Rohmilchströme zu berechnen.

Ein weiterer Optiquad-M (Nr. 3) wurde in der Leitung hinter den Puffertanks installiert. An dieser Messstelle erfolgt die erneute Bestimmung des Fett- und Eiweißgehalts, bevor die Milch erhitzt wird und die Vorbereitung der Käsemilch beginnt. Die Messwerte werden anschließend verwendet, um den Fettgehalt während der Käsemilchvorbereitung zu standardisieren.

Je nach Fettgehalt wird die erhitzte Milch in Käsemilch umgewandelt, d. h. durch Hinzufügen von Rahm oder entrahmter Milch auf den gewünschten Fettgehalt standardisiert. Ein Steuerungssystem öffnet oder schließt die Ventile der Leitungen für Molkenrahm oder entrahmte Milch je nach aktuellem Fettwert. Ein weiterer Optiquad-M (Nr. 4) dient schließlich dazu, den Fettgehalt im hinzugefügten Molkenrahm zu messen. Auf diese Weise ist es möglich, den Prozess entsprechend dem gewünschten Schwellwert zu steuern. Bevor aus der standardisierten Käsemilch in Produktionstanks Mozzarella hergestellt wird, wird der Fett- und Eiweißgehalt des Messstoffs mit einem weiteren Optiquad-M (Nr. 5) gemessen. Diese Einheit misst den Fettgehalt in der Käsemilch, um sicherzustellen, dass ein hohes Maß an einheitlicher Käsequalität erreicht wird.

Ein Nebenprodukt der Mozzarellaproduktion ist Molke, die abfällt, wenn der Käse in Blöcke geformt wird. Die überschüssige Molke wird gefiltert und in Molkenrahm und fettfreie Molke getrennt. Während der Molkenrahm wieder dem Produktionsprozess zugeführt wird, wird die fettfreie Molke in fettfreies Molkekonzentrat weiterverarbeitet. Ein Optiquad-M (Nr. 6) ist hinter der Filtrationseinheit installiert, in der die Trockensubstanz aus dem Molkestrom entfernt wird. Diese Einheit dient der Bestimmung des Verhältnisses von Fett und Trockensubstanz, bevor die Molke gefiltert wird. Das Gerät Nr. 6 misst darüber hinaus den Eiweißwert im Molkestrom. Dies ist eine rückwirkende Möglichkeit zur Bestimmung der Käsequalität: Bei zu viel Eiweiß in der Molke (im Vergleich zum Durchschnitt) ist nicht genug Käse vorhanden; dies kann zur Folge haben, dass die gesamte Charge eliminiert werden muss, da der Reifungsprozess fehlgeschlagen ist. Fabrelac verwendet diese Messstelle außerdem zur Bewertung verschiedener Rezepturen für die Käsereifung oder von Zusätzen zur Käsemilch.

Das Unternehmen überwacht darüber hinaus den Fettgehalt (Optiquad-M Nr. 7) im fettarmen Molkestrom hinter dem Separator. Überschreitet der Fettgehalt in diesem Strom einen bestimmten Schwellwert, ist das Umkehrosmosesystem (RO) sofort zu stoppen, um zu verhindern, dass die verbleibenden Fettpartikel in die Membrane eindringen. Bevor die fettfreie Molke an Kunden verkauft werden kann, wird das Verhältnis von Eiweiß und Trockensubstanz von einem weiteren Optiquad-M (Nr. 8) überwacht. Zu diesem Zweck wurde diese Einheit hinter dem RO-System installiert. Um zusätzliche Mengen Rahm als Nebenprodukt von Rohmilch zu erhalten und zu verkaufen, überwacht die belgische Käserei auch das Fettverhältnis im Rahm. Hierzu kommen der Optiquad-M (Nr. 9) und ein weiterer Optiquad-M (Nr. 10) im Rahmverladeprozess zum Einsatz, der zu Abrechnungszwecken verwendet wird.

Da bei der Produktion organische Abwasserfrachten anfallen, muss die Molkerei die Entsorgung überwachen, um sicherzustellen, dass dieser Vorgang umweltfreundlich erfolgt. Bevor das Abwasser an die Kommune abgegeben wird, ist die Konzentration der chemisch oxidierbaren Stoffe im Wasser zu überprüfen. Hierzu wird der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) gemessen. Bei Fabrelac erfolgt die Bestimmung des CSB-Werts durch manuelle Probeentnahmen und Laboranalysen. Um diesen Prozess effizienter zu gestalten und die Abwassermengen zu optimieren, wurde ein Optiquad-WW 4050 W (Nr. 11) installiert, der den CSB-Wert misst, bevor das Abwasser in die Abwasserbehandlungsanlage abgelassen wird.

Die spektroskopischen Analysesysteme bringen Fabrelac auf dem Weg zur Vollautomatisierung der Anlage einen großen Schritt weiter. Die Ausstattung der Molkerei mit den Optiquad-Geräten ermöglicht dem Unternehmen die Einrichtung von einzelnen Regelkreisen für jeden Produktionsschritt oder eines integrierten Steuerungssystems für mehrere einzelne Prozesse. Mit dem Optiquad-M kann die belgische Käserei die Qualität sowohl von Roh- und Käsemilch als auch von Molke oder Rahm bewerten und die Betriebsparameter für jede Produktionsphase dynamisch anpassen. Fabrelac kann den Fett- oder Eiweißwert kontinuierlich auf den gewünschten Schwellwert einstellen. Auf diese Weise lässt sich eine einheitliche Produktqualität und eine optimale Nutzung der Ressourcen gewährleisten. Nebenerzeugnisse wie Molkekonzentrat und Rahm können ebenfalls produziert und in großen Mengen verkauft werden. Der Hauptvorteil liegt jedoch darin, dass Fabrelac nun in der Lage ist, die Menge mangelhafter Mozzarella-endprodukte zu reduzieren.

Die Verwendung des spektroskopischen Analysesystems bedeutet auch weniger Probeentnahmen, was es der Käserei wiederum ermöglicht, die Kosten zu senken. Die Zahlung für Rohmilch beispielsweise basierte in der Vergangenheit auf den Fett- und Eiweißwerten, die Fabrelac von den Lieferanten erhielt. Die beiden heute im Annahmeprozess verwendeten Optiquad-M-Geräte haben sich bereits ausgezahlt, da das Unternehmen aufgrund der Abweichungen der von den Lieferanten angegebenen und den tatsächlich im Annahmeprozess gemessenen Werten die zu zahlenden Rechnungsbeträge reduzieren konnte.

Anhand der Inline-Messung der in der Anlage anfallenden Abwasserfrachten kann die belgische Käserei außerdem den CSB-Wert in kürzerer Zeit und mit weniger Aufwand überprüfen. Dank des Optiquad-WW sind die manuelle Probeentnahme und die Laboranalyse des CSB-Wertes nun überflüssig. Bei der großen Anzahl Messstellen war Fabrelac außerdem in der Lage, Störungen im Prozess zu ermitteln: Eine Dichtung, die nur unter bestimmten Umständen Leckagen aufwies, ließ sich beispielsweise durch einen Vergleich und die Interpretation der Messwerte der Optiquad-Geräte im gesamten Prozess und das Know-how der Betreiber problemlos ausfindig machen.

Halle 9.1, Stand B71

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