Sensor i røret gir bedre svar om råstoffkvalitet

Avskjær fra lakseslakterier forvandles til nyttige oljer og ingredienser hos det norske bioraffineriet Biomega. Råstoffet de får kjøpt, og sammensetningen i det, varierer fra leveranse til leveranse. Noen partier har mer skinn, og dermed mer fett, mens andre har mer bein eller muskel. Dette krever både erfaring og betydelig arbeidsinnsats fra prosessoperatørene for å kompensere for variasjonene og holde prosessen stabil, slik at kvaliteten på sluttproduktene blir forutsigbar.

Denne utfordringen var utgangspunktet for samarbeidet mellom Biomega og Nofimas forskere. Nå testes avansert lysteknologi som kan gi raskere og mer presis innsikt i råstoffets sammensetning, og dermed hjelpe bedriften med å justere prosessen enda mer målrettet.

Lys gjennom rør

Spektroskopiske målinger, hvor lys sendes gjennom råstoffet og gir raskt svar om innholdet, åpner muligheten for at råstoffet kan sorteres og behandles med mye bedre kontroll . Målingene er utviklet av Nofima-forskere, som har konsentrert seg om to spektroskopiske analysemetoder; NIR, hvor man bruker nærinfrarødt lys, og Raman, som med laser kan gi detaljert informasjon på molekylnivå.

De nye målemetodene gjør det mulig å måle kvaliteten på restråstoffet inne i prosessrørene. Det gir Biomega bedre kontroll på fett og vann, og gjør det lettere å levere jevnere produkter fra et svært variabelt restråstoff.

– Målet er å utvikle en løsning som bedre overvåker kvaliteten på råstoffet som kommer inn. Når vi kjenner kvaliteten på restråstoffet, kan vi styre prosessen slik at sluttproduktet blir mest mulig likt fra gang til gang, sier postdoktor Tiril Lintvedt i Nofima og forskningsprosjektet DigiFoods. 

Spesialdesignet rørdel gjør målingene mulig

I Biomegas anlegg på Sotra er et rett rørstykke erstattet med en spesialdesignet del. 

 I den nye rørdelen sitter to sensorprober. Det er en type målehoder, og de er plassert med nøyaktig 50 centimeters avstand. Avstanden er kritisk for at lyset fra de to probene ikke skal forstyrre hverandres målinger. Den ene proben er koblet til et NIR-instrument, den andre til et Raman-instrument. Gjennom dem sendes lys inn i strømmen av grovkvernet fiskeavskjær. 

– Det nye er at vi kan måle råstoffkvaliteten direkte inne i røret mens råstoffet strømmer forbi, sier senioringeniør Katinka Dankel i Nofima. 

Fra kvern til lukket system

I tidligere forsøk ble NIR-målinger gjort ved kvernen. Det var upraktisk og vanskelig å holde området rent. Nå strømmer avskjærblanding forbi probene i et lukket system. Det gir mindre søl og færre forstyrrelser, men før Nofimas og Biomegas fagfolk kunne begynne å måle, måtte de gjøre en del tilpasninger.

– Det var tett samarbeid mellom Biomega og Nofima for å finne beste løsning. Vi hadde en god dialog om hva som var viktig da instrumentene skulle inn i røret. Biomega tegnet det endelige designet og bestilte rørstykket, forteller Tiril Lintvedt. 

Da spesialrørdelen var på plass, måtte fagfolkene finne riktig plassering for den delen av instrumentet som ikke er i direkte kontakt med produktet. I fiberoptiske løsninger sitter proben ute i røret, mens optiske kabler leder lyset videre til resten av instrumentet der avlesningen skjer. Hos Biomega plasserte de avlesningsdelen ti meter fra probene. Avstanden kan være opptil flere hundre meter uten at det går ut over kvaliteten på målingene. I prosesshaller gir dette en stor fordel, siden avlesningsdelen er følsom for fukt og store temperatursvingninger. Hos Biomega står den i et veggmontert instrumentskap med ventilasjon som holder temperaturen jevn og hindrer fukt i å trenge inn.

– Et mål er at målingene i rørene skal hjelpe oss å justere prosessen underveis og få jevnere drift. Om dette alene vil gi et jevnere sluttprodukt, vet vi ikke ennå, men det kan bli mulig på sikt, sier forsker Silje Steinsholm i Biomega. Hun fortsetter:

– En stor fordel er at vi får sikrere tall på utbytte, selv om sammensetningen i råstoffet varierer, spesielt når det gjelder vanninnhold. Det gir bedre innsikt i hvordan prosessen varierer under ulike forhold, for eksempel gjennom året.

Fra laboratoriet til prosesslinjen

Det krevde et omfattende forarbeid før målingene kunne starte hos Biomega. En viktig del var å utvikle kalibreringer, altså modeller som oversetter lyssignalene til tall for innholdsstoffer som fett og vann.

– Vi startet med forsøk på laboratoriet. Vi satte proben inn i en halvrørsrenne, et rør delt på langs, for å etterligne målinger inne i prosessrørene. Fra Biomega fikk vi tilsendt frosne, kvernede fraksjoner og rene bein som vi blandet inn i ulike restråstoffblandinger, forklarer Lintvedt.

Blandingene ble kjørt gjennom halvrørsrennen mens temperaturen økte fra fire til tretten grader. Alle spektrene ble tatt inn i kalibreringene, slik at målemodellene kjenner igjen variasjonene som oppstår på prosesslinjen. Prøvene ble først målet med Raman og deretter NIR. Spektre ved ulike temperaturer inngår i modellene for å fange opp temperaturvariasjonene som er vanlige hos Biomega.

NIR og Raman har ulike styrker

NIR (nærinfrarød spektroskopi) og Raman-spektroskopi er to metoder som bruker lys til å undersøke råvarer uten å ødelegge dem. 

NIR sender infrarødt lys mot eller gjennom råvaren og måler hvordan forskjellige bølgelengder absorberes. Metoden reagerer tydelig på blant annet vann og fett. Når lyset treffer blandingen i røret, kommer noe av det tilbake, og mønsteret i signalet gjenspeiler sammensetningen i råstoffet. Metoden er rask, og egner seg godt når en prosess skal overvåkes hele tiden, slik tilfellet er hos Biomega.

Raman bruker laserlys til å fange opp hvordan molekyler vibrerer, og kan gi detaljert informasjon om for eksempel bein, protein- og fettsyresammensetning. Metoden gir mer detaljer enn NIR, men stiller også høyere krav til databehandling og instrumentering. 

–  I dette tilfellet var det varierende materialet utfordrende, men vi har vi fått viktig kunnskap til videre utvikling av Raman-metoder. Raman er lite brukt i matindustrien, så det å teste teknologien på et så krevende råstoff er et viktig steg videre, påpeker Lintvedt.

Hva betyr dette for Biomega

Oppe på kontrollrommet følger operatører prosessen døgnet rundt. De overvåker trykk, temperaturer og en rekke andre prosessparametere. Med den nye NIR-sensoren inne i rørene vil de i tillegg kunne få nye verdifulle tall, og kan følge råvareblandingen i sanntid mens den flyter gjennom rørene.

NIR-målingene gjør det mulig å forutse praktiske utfordringer og å diagnostisere problemer i ettertid. Er det for mye fett, blir konsistensen raskt som leire. Målingene gir også mulighet for å optimere prosessene. Er det mye vann i råstoffet, kan de tilsette mindre vann senere i prosessen. Operatørene kan justere prosessparametere etter sammensetningen i råstoffet for å få best mulig sammensetning på produktet.

I fire dager målte fagfolk fra Nofima og Biomega innholdsstoffene i blandingen som gikk gjennom rørene. De endte med mer enn 1,7 millioner NIR-spektre.

– Analysene viser at NIR-instrumentet gir oversikt over endringer i sammensetningen fra minutt til minutt. Vi ser hva som skjer inne i rørene når det skjer. Det gjør det mulig for Biomega å justere i tide og sikre mer stabil kvalitet på produktene, avslutter Tiril Lintvedt.

Kontaktpersoner