Według prognoz ONZ, do 2050 roku na Ziemi będzie żyło dziesięć miliardów ludzi. Przemysł spożywczy musi znaleźć nowe sposoby, aby zapewnić zrównoważone wyżywienie rosnącej światowej populacji. Jednym z nich jest nowa żywność. Obejmuje ona biotechnologiczne składniki żywności wytwarzane z mikroorganizmów, takie jak białka. Fermentacja biomasy jest powszechnym procesem produkcji nowej żywności. Proces ten stawia wysokie wymagania przed aparaturą pomiarową.
Fermentacja biomasy: Wydajna produkcja nowej żywności
Fermentacja biomasy na potrzeby nowej żywności umożliwia produkcję mikroorganizmów w dużych ilościach i w stosunkowo krótkim czasie. Mikrogrzyby, algi lub drożdże szybko rosną i rozmnażają się podczas fermentacji, tworząc bogatą w białko biomasę. Uzyskany w ten sposób składnik jest tak samo pożywny jak konwencjonalne źródła białka, takie jak mięso, ryby, jaja i produkty mleczne. Ponadto nie zawiera cholesterolu ani tłuszczów nasyconych.
Każdy mikroorganizm wymaga optymalnych warunków wzrostu, aby rozwijać się zgodnie z oczekiwaniami. Jednak inne mikroorganizmy mogą również rozwijać się w takim środowisku i odpowiednio się rozmnażać. Aby niezawodnie zapobiegać takim zanieczyszczeniom, w całym procesie fermentacji biomasy dla New Food muszą panować aseptyczne warunki. Obejmuje to oprzyrządowanie pomiarowe zintegrowane z procesem fermentacji. Przyrządy o higienicznej konstrukcji, które gwarantują również czyszczenie bez pozostałości, są zatem zalecane do monitorowania zadań w procesie.
Jakie są wyzwania związane z fermentacją biomasy?
Utrzymanie aseptycznych warunków nie jest jednak jedynym kluczowym kryterium udanej fermentacji biomasy. Optymalne warunki wzrostu muszą pozostać niezmienne przez cały czas, aby zmaksymalizować wydajność. Monitorowanie krytycznych parametrów wymaga zatem odpowiednio wysokiej jakości technologii pomiarowej. Do tego zadania WIKA posiada w swoim portfolio szeroką gamę przyrządów.
Rozwiązania pomiarowe WIKA do fermentacji biomasy do produkcji nowej żywności:
Przyrządy pomiarowe do fermentacji biomasy do produkcji nowej żywności (od lewej): termometr oporowy model TR22-A, przetwornik ciśnienia model DMSU21SA ze zintegrowanym monitorowaniem membrany, magnetostrykcyjny przetwornik poziomu model FLM-H i belka ścinająca model F3201 do grawimetrycznego monitorowania poziomu (w tym zestaw montażowy).
- Pomiar temperatury:
Temperatura jest krytycznym parametrem pomiarowym podczas fermentacji. Wynika to z faktu, że optymalny wzrost i rozmnażanie mikroorganizmów zależy od ciągłości określonych temperatur. Wszelkie odchylenia od tego mogą negatywnie wpłynąć na proces, a tym samym na wydajność. Dokładność jest zatem pierwszym kryterium wyboru termometrów używanych do pomiaru temperatury, dzięki czemu użytkownik może precyzyjnie kontrolować doprowadzane ciepło. Wymóg ten spełnia na przykład termometr oporowy TR22-A w połączeniu z przyspawaną osłoną termometryczną o higienicznej konstrukcji.
W przypadku procesów o wysokiej wrażliwości produktu, TR22-A można również połączyć z przetwornikiem temperatury T38. Funkcja True Drift Detection natychmiast sygnalizuje wszelkie krytyczne odchylenia temperatury od czujnika. Oznacza to, że użytkownik może polegać na zmierzonych wartościach i nie musi czekać do następnego okresu kalibracji, aby wykryć dryft.
- Monitorowanie ciśnienia:
Kolejnym kluczowym parametrem pomiarowym dla procesów zachodzących w fermentorze jest ciśnienie. Ma ono podstawowe znaczenie dla integralności strukturalnej i funkcjonowania. Jest to szczególnie istotne w przypadku dużych systemów. Do monitorowania ciśnienia można na przykład wykorzystać podtynkowy przetwornik ciśnienia DMSU21SA ze zintegrowanym monitorowaniem membrany.
Ten system pomiarowy działa ze spawaną podwójną membraną, której przestrzeń jest opróżniana. Jeśli membrana po stronie procesowej zostanie uszkodzona, próżnia zostanie uwolniona, a przyrząd monitorujący (przełącznik ciśnienia) wyemituje sygnał alarmowy. Użytkownik natychmiast wie, czy integralność aseptyczna jest zagrożona. Druga membrana zapewnia bezpieczne uszczelnienie procesu do czasu naprawy uszkodzenia. Gwarantuje to, że przyrząd pomiarowy nie stanowi zagrożenia dla procesu.
- Wykrywanie poziomu:
Poziom napełnienia fermentora jest tak samo ważny dla procesu fermentacji jak ciśnienie i temperatura. Wpływa on na mieszanie, napowietrzanie i objętość pożywki. Metoda ciągłego wykrywania poziomu zależy z kolei od stanu biomasy. Pomiar oparty na pływaku jest odpowiedni dla mediów o niskiej lepkości, na przykład z magnetostrykcyjnym przetwornikiem poziomu FLM-H. Pływak jest zaprojektowany w taki sposób, że nie ma na niego wpływu piana i pęcherzyki powietrza. Magnetostrykcyjna zasada pomiaru zapewnia również wysoką dokładność.
Z drugiej strony, twardsze biomasy w fermentorze sprzyjają grawimetrycznemu monitorowaniu poziomu, tj. monitorowaniu poziomu poprzez ważenie zbiornika i jego zawartości. Czujniki wagowe, takie jak model F3201, są zalecane do tej metody pomiaru bez bezpośredniego kontaktu z produktem. Czujnik mierzy niezwykle precyzyjnie i ma wysoką stabilność długoterminową. WIKA dostarcza przyrząd pomiarowy wraz z zestawem montażowym (model AZK02), skrzynką przyłączeniową (model B6578) i wyświetlaczem (model E1932) jako zmontowaną i gotową do instalacji jednostkę.
Regularna kalibracja jest niezbędna dla uzyskania precyzyjnych wyników pomiarów
Ze względu na wysokie wymagania stawiane oprzyrządowaniu pomiarowemu, regularna kalibracja jest niezbędna. Użytkownicy mogą testować przyrządy do pomiaru temperatury i ciśnienia bezpośrednio w systemie, na przykład za pomocą kalibratora temperatury CTD9350 i przenośnego kalibratora procesowego CPH7000. Ponadto WIKA oferuje usługę kalibracji z certyfikatami DAkkS, zarówno we własnym laboratorium firmy, jak i mobilnie u klienta.
Uwaga
Na stronie internetowej WIKA można znaleźć dalsze informacje na temat wymienionych przyrządów pomiarowych i akcesoriów (TR22A, T38, DMSU21SA, FLM-H, F3201, AZK02, B6578, E1932, CTD9350, CPH7000), a także usługi kalibracji. Znajdą Państwo tam również przegląd innych rozwiązań pomiarowych dla przemysłu spożywczego. W razie jakichkolwiek pytań, osoba kontaktowa chętnie udzieli pomocy.
Polecamy rónież nasze artykuły
Monitorowanie ciśnienia w wysokiej temperaturze
Zastrzyk bez ryzyka zanieczyszczenia
Przetwornik ciśnienia: Połączony cyfrowo z EtherCAT®