近红外光谱技术之NIR的真实“价值”--面粉生产

发表时间:2020-06-26 12:31


卡尔蔡司(Carl Zeiss)近红外光谱技术之NIR的真实“价值”--面粉生产


背景

小麦面粉广泛用于面包,饼干,面食和各种其他食品的生产。根据最终用途的要求,生产不同类型的面粉。原料的特性和加工过程参数的特性决定了所产生的面粉的质量

面粉是按照质量参数进行生产和销售的,使用快速,准确检测技术分析和控制生产过程可以获得更高的溢价。近红外(NIR)分析技术被广泛用于生产面粉和副产品,是分析原料过程中间品、副产品和最终产品一种行之有效的手段。



面粉厂中质量分析检测点

在面粉的生产过程中有多个检测点需要准确和即时分析。分析结果可以帮助过程控制,节约成本和提高产量。蔡司ZEISS近红外光谱仪。


NIR检测点
检测说明
面粉原料
可对进厂的小麦进行蛋白质,灰分和水分的分析。小麦的交易通常基于蛋白质和水分含量。优化原材料一直到最终产品会产生更高质量的产品,具有更高的产率和较少的损耗。
混合
不同的小麦通常会混合得到目标组合物。分析混合小麦可在调和工艺前确认小麦的组合物。
调和
在调和过程中引入水分,小麦仁,以优化研磨过程。当小麦有最佳的水分时,在研磨过程中具有更高的产率,使用较少的能量,并产生更一致的产品和副产品。
研磨
可以分析在线研磨样品的灰分,蛋白质含量来决定产量或者筛选优化产量或者质量。
混合
研磨后的面粉会频繁的混合以产生特定等级或特性的面粉。 混合面粉可以在过程进行分析,以确认产量,减少返工。
副产品
分析副产品可以确定其价值和指令以便作为下游产业的原材料
最终产品
分析最终产品以确定质量和最终面粉的等级。







面粉厂过程控制的技术


通常是将一台近红外仪器放置在生产线的轧机旁或直接将近红外光谱仪安装在生产线上,使得方便,快捷的从不同的测量点取不同样品进行分析,从而快速提供分析数据反馈并指导生产过程(ZEISS近红外光谱仪)



过去,一些面粉加工厂使用的近红外光谱仪是基于滤光片技术。这些仪器使用一个或几个小的滤片设定在特定波长来分析样品由于数据点少,测量和扫描样本变化的背景信息非常有限,而在使用中表现有以下缺点:


•模型是通过少量数据点生成的(一般为2- 4个波长),是非常具体的,非常有限。

•基于只有少数数据点的模型对温度,样品颗粒大小,湿度变化非常敏感。

•滤片的仪器没有能力来识别异常的样品,因此操作员对于结果的准确性信心不足。

•滤片技术的仪器的结果也很容易漂移,并需要频繁地校正。

仪器内由转动部件,环境抗干扰、抗震动能力差,不能用于在线使用


总之,整合大量的模型需要经常校准并且结果可靠性低,这意味着滤波片技术的近红外需要大量的工作量和基础化学要求产不 理想的结果。

不仅廉价的解决方案,最终导致了客户的时间和实验费用,并且不断的调整和变化限制了用于过程控制的数据的工具。


最近,世界各地许多大型面粉厂已换成全固化分光系统的仪器以提高稳定性和抗震性能。技术具有信号强,重复性好,性能稳定的特点,例如 德国卡尔蔡司(Carl Zeiss)近红外光谱仪。这种类型的仪器以最低的建模数量和校准要求样品分析能力可以分析多种样品类型中最困难的参数。


德国卡尔蔡司(Carl Zeiss)是全球光学领域的领导者,其光学背景有170多年的历史,高品质的光学器件、独特的光路设计和170年的光学理念使得研发出高性能近红外光谱仪,其波长准确度、稳定性好,仪器台间差小,信噪比高。目前,全球市场销量已超过80万台。


ZEISS近红外光谱仪分为三个系列,十几款仪器。

便携手持系列:AURA便携手持式近红外光谱仪

Corona系列:Corona Extreme实验室台式近红外光谱仪,Corona Extreme固定焦距在线近红外光谱仪,Corona Process可变焦距在线近红外光谱仪,Corona PLUS 45光谱仪(可见-近红外波段)

    

MCS系列:MCS600多通路在线光纤光谱仪,模块化设计,光谱覆盖190-2200nm。一台仪器可同时检测16个工艺点。


        


面粉厂中NIR的应用

目前已表明NIR仪器可对以下项目进行快速,有效的分析。


整个小麦   ,蛋白质灰分

面粉成品   灰分,蛋白质,水分,纤维,淀粉,水吸收,淀粉

副产品     水分,蛋白质,灰分,食用油,淀粉水分,蛋白质

麸质       水分,蛋白质


面粉厂使用NIR的价值

如上所述,面粉碾磨从进料到最终产品的整个过程的生产是基于各种质量参数和评估。近红外分析可以是一个显著节约时间和成本的工具,请看下面的表格(基于10万吨/年的面粉厂,以2012年价格核算)。





面粉厂使用NIR的价值                                         

如上所述,面粉从进料到研磨,再到最终产品的整个过程的生产是基于各种质量参数控制和评估。近红外分析可以是一个显著节约时间和成本的工具

如果按照面粉价格为4000元/吨计算,对于年产10000吨的面粉厂来说,通过NIR仪器精准分析水分添加量,每年即可收益32万元,投资一台NIR仪器,仅仅一年的时间即可回收成本,这只是仅仅计算了“水分”项。 还有“蛋白”“灰分”等项目的检测收益,节约的实验室试剂和人员成本,都体现出了NIR的使用价值。


山东智惠仪器有限公司

卡尔蔡司(Carl Zeiss)近红外光谱仪

   


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