Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde unter Berücksichtigung prozessanalytischer Technologien eine Optimierung des Fermentationsprozesses von Bier durchgeführt. Ein wesentlicher Aspekt war hierbei die Umsetzung einer praxistauglichen Prozessbeobachtung mittels multivariater statistischer Prozesskontrolle (MSPC).
Im Fokus dieses Forschungsprojekts stand die qualitative Optimierung des Gär- und Reifungsprozesses von Bier unter Berücksichtigung prozessanalytischer Technologien. Der zugrundeliegende Kernaspekt des Projekts („Wenn die Prozesse in vorgegebenen, zuvor validierten Korridoren verlaufen, müssen auch die Produkte die nötigen Standards einhalten“) eröffnet eine neue Perspektive in der Prozessbetrachtung und ermöglicht eine weitestgehende Ablösung der gängigen Routineanalytik. Der Fokus lag hierbei auf der Einführung einer praxistauglichen Prozessbeobachtung mittels multivariater statistischer Prozesskontrolle (MSPC). Angestrebt wurde in erster Linie eine prozessorientierte Validierung und Freigabe von Prozessabschnitten in Echtzeit auf Grundlage der PAT-Initiative der FDA (Food & Drug Administration).
Umgesetzt wurde das Vorhaben über die Entwicklung eines ausgewählten PAT-Instrumentariums aus angepassten Methoden der Principal Component Analysis und Partial Least Squares Calibration zur Bereitstellung der benötigten Prozessintelligenz. In Kombination mit einem neuartigen Sensorarray aus Ultraschall, existenter Messtechnik und den Prozessinformationen aus dem Prozessleitsystem der Brauerei wurde das System in ein Steuerungs- und Prognosetool auf Basis eines virtuellen Anlagenfahrers eingebunden. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Projektkonzepts.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass durch die Implementierung des Systems eine Früherkennung von Prozessanomalien bereits in der Anfangsphase möglich ist. Es ergibt sich ein Zeitvorteil von teilweise mehreren Tagen, sodass rechtzeitig korrigierende Maßnahmen ergriffen werden können und eine vorausschauende Kapazitätsplanung hinsichtlich der Tankbelegungszeiten möglich ist. Darüber hinaus lässt sich die gängige Routineanalytik sehr viel zielgerichteter durchführen und auf ein Minimum reduzieren.
