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SMARTPas

IngenieurNachwuchs-Projekt: Cyber-Physisches System (CPS) zur thermischen Entkeimung von Getränken unter Nutzung der NIR-Sensorik als Schlüsseltechnologie

Ziel: Entwicklung eines cyber-physischen Systems zur Regelung von Kurzzeiterhitzungsanlagen (KZE) zur Haltbarmachung von kohlensäurehaltigen Getränken.

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Jan Schneider, Knut Schwarzer

Kooperationspartner:
Prof. Dr. Oliver Niggemann (inIT, HS OWL, Fraunhofer IOSB-INA),
Die Unternehmen Polytec und Tetra Pak sowie die Brauerei Liebharts

Projektträger/Fördereinrichtung: BMBF

Laufzeit: 01.08.2017 – 31.07.2021

Die in 2015 initiierte interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Hochschulinstituten ILT.NRW und inIT (Institut für industrielle Informationstechnik) trägt nun Ihre Früchte. Neben dem Startschuss für die Partnerschaft smartFoodTechnologyOWL Anfang des Jahres hat im August 2017 das mit ca. 1 Mio EUR durch das Ingenieurnachwuchsprogramm des BMBF geförderte Projekt SmartPas seine Arbeit aufgenommen. Ziel des von Professor Jan Schneider geleiteten Vorhabens ist die Entwicklung eines cyber-physischen Systems zur Regelung von Kurzzeiterhitzungsanlagen (KZE) zur Haltbarmachung von Getränken. Zu den Projektpartnern zählen außer der Gruppe von Professor Niggemann (inIT und Fraunhofer IOSB-INA) die Unternehmen Polytec, Tetra Pak und die Privatbrauerei Liebharts aus Detmold. Innerhalb von vier Jahren Projektlaufzeit erhalten drei Absolventen die Gelegenheit in einer Kooperation mit Universitäten Ihre Doktorarbeiten anzufertigen.

Getränke müssen ohne Kühlung längere Zeit haltbar sein. Ein Verfahren den mikrobiologischen Verderb zu verhindern ist die Erwärmung in sogenannten Kurzzeit-Erhitzungsanlagen zur Pasteurisation. Dabei werden die Getränke erhitzt, für eine kurze Zeit bei einer maximalen Temperatur gehalten und wieder abgekühlt. Bisherige Techniken arbeiten jedoch relativ ungenau, sodass hohe Sicherheitsspannen einkalkuliert werden müssen. Dadurch werden die Produkte unnötig stark thermisch belastet. Darunter leiden sowohl die Qualität als auch die chemische Haltbarkeit. Ziel des Projektes ist es mithilfe digitaler Techniken Kosten zu reduzieren und die Qualität der Produkte zu verbessern.

Das Vorhaben soll zeigen, dass es durch Digitalisierung und die Modellierung von Produkt und Prozess gelingt, ein Lebensmittelverarbeitungsverfahren sicherer und ressourcen- bzw. kostenschonender zu gestalten. Ein prognosefähiges Modell, auch „virtuelles Abbild“ genannt, wird zunächst mithilfe von Inline-NIR-Spektroskopie und cloudbasiertem Expertenwissen das Getränk hinsichtlich der mikrobiellen Risiken charakterisieren und einen geeigneten Parametersatz für die Anlage ableiten. Ein zweites Modell überwacht den tatsächlichen Hitzeeintrag anhand von chemischen Veränderungen im Getränk. Als Demonstrationsvorhaben soll eine Pilotanlage mit einer cloudbasierten Serviceplattform realisiert werden. Die erwarteten Ergebnisse des Forschungsvorhabens lassen sich mit geringem Aufwand bei Getränkeherstellern durch Integration von Sensoren und Cloudanbindung implementieren.