Optimierung der Verarbeitung alternativer Proteine durch kontinuierliche Inline-Massedurchflussmessung

Anwendungsbereich: Prozessmesstechnik und Inline-Mischung
Industriesektor: Herstellung alternativer Proteinprodukte

Hersteller pflanzlicher Fleischalternativen stehen vor der großen Herausforderung, Kostenparität mit industriell hergestelltem konventionellem Fleisch zu erreichen. Um sich in diesem hart umkämpften Markt zu behaupten, sind fortschrittliche, kontinuierliche und unterbrechungsfreie Produktionsprozesse erforderlich, die die Auslastung der Anlagen optimieren. Herkömmliche Fertigungsmethoden basieren häufig auf voneinander getrennten Chargenprozessen.

Beispielsweise werden Proteinrohstoffe wie Getreide, Ölsaaten, Hülsenfrüchte oder Sojabohnen zu feinen, klebrigen und stark haftenden Vormischpulvern verarbeitet, die sich nur schwer präzise dosieren lassen. Viele Produktionslinien müssen angehalten werden, um diese Zwischenprodukte auf einer statischen Waage zu sammeln und zu wiegen, bevor sie einem Extruder zugeführt werden. Diese Unterbrechungen zwingen nachgelagerte Prozesse zum Warten und verursachen erhebliche Störungen im Materialfluss, was Zeit, Prozesseffizienz und Gesamtdurchsatz beeinträchtigt.

Ziele hinsichtlich Effizienz, Produktkonsistenz und Nachhaltigkeit
Der Übergang zu einer weitergehenden Automatisierung zielt auf mehrere betriebliche Verbesserungen entlang der gesamten Produktionskette ab. Im Vordergrund steht die Maximierung der Rohstoffeffizienz durch den Wechsel von unterbrochenen Chargenprozessen zu einer kontinuierlichen Inline-Mischung, wodurch sich die Produktionsmenge pro Zeiteinheit erhöht.

Stabile und gleichmäßige Prozessbedingungen sind entscheidend, um eine konstante Produktqualität und das für die Verbraucherakzeptanz wichtige Mundgefühl beziehungsweise die gewünschte „Bissfestigkeit“ sicherzustellen. Gleichzeitig ermöglicht die präzise Echtzeiterfassung von Prozessdaten eine Vermeidung von Überproduktion, Ausschuss und Produktverlusten, wodurch Ausbeuten optimiert und der Energieverbrauch minimiert werden.

Dynamische Regelalgorithmen und Sensorgeometrien für Inline-Prozesse
Zur Überwindung der Einschränkungen herkömmlicher Waagen und Chargenverfahren wird die kontinuierliche Messung direkt in die Prozessleitungen integriert. Die technische Lösung basiert auf Coriolis-Massedurchflussmessern mit spezieller Entrained Gas Management (EGM)-Technologie.

Konventionelle Massedurchflussmesser können bei viskosen Proteinmischungen aufgrund von Signalverlusten, Messunterbrechungen oder erheblichen Messabweichungen an ihre Grenzen stoßen. Ursache hierfür ist der Druckabfall am Extruderausgang, der zu einer Ausdehnung des Materials und zur Bildung eingeschlossener Luftblasen führt. Das EGM-System nutzt fortschrittliche Regelalgorithmen, um auch bei starker Gasmitführung einen kontinuierlichen Betrieb und eine stabile Signalerfassung sicherzustellen.

Darüber hinaus verfügen die Messgeräte über eine Einrohr-Sensorgeometrie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zweirohrdesigns, die bei pastösen Fleischersatzprodukten hohe Druckverluste verursachen, gewährleistet die gerade Einrohrkonstruktion einen gleichmäßigen Strömungsverlauf. Dadurch wird eine präzise Dosierung ermöglicht und gleichzeitig die erforderliche Pumpenleistung dauerhaft reduziert.

Konstruktionskriterien und hygienische Standards
Die technischen Eigenschaften der Coriolis-Messgeräte gewährleisten eine präzise Prozesssteuerung – von Pilotanlagen mit kleinen Rohrdurchmessern bis hin zu großtechnischen Produktionsanlagen. Die Inline-Dosierung erreicht selbst bei komplexen Texturen oder gasdurchsetzten Medien Messabweichungen von lediglich 0,5 bis 1,0 %.

Da die Herstellung alternativer Proteine strengen Anforderungen an die Lebensmittelsicherheit unterliegt, bestehen die eingesetzten Messgeräte aus lebensmittelkonformen Materialien und sind vollständig totraumfrei ausgeführt. Das Design erfüllt die Vorgaben hygienischer Konstruktion und entspricht den Zertifizierungen nach EHEDG und 3-A sowie den Materialanforderungen der europäischen Gesetzgebung und den Vorschriften der FDA.

Objektive betriebliche Vorteile und Lebensdauer
Der Übergang zur automatisierten Inline-Mischung ermöglicht es, pflanzliche Zutaten direkt innerhalb der Rohrleitungen ohne Prozessunterbrechungen zu verwiegen. Weitere Komponenten wie Gewürze, Aromen und Zusatzstoffe können nahezu kontinuierlich inline dosiert werden. Durch parallele Messungen stehen zusätzlich Dichte- und Konzentrationsdaten in Echtzeit zur Verfügung, wodurch wertvolle Inhaltsstoffe vor unbeabsichtigter Überdosierung geschützt werden.

Die eingesetzten Messgeräte zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus; für die mechanischen Komponenten ist eine Betriebsdauer von bis zu 30 Jahren üblich. Um die langfristigen Wartungskosten zu minimieren, sind die Durchflussmesser mit nachrüstbarer Elektronik sowie integrierten Diagnose- und Verifikationsfunktionen ausgestattet. Diese Architektur unterstützt Industrie-4.0-fähige Instandhaltungskonzepte und beansprucht im Vergleich zu Rührwerken, Motoren und Mischventilen nur einen vernachlässigbar kleinen Anteil des gesamten Prozessenergiebedarfs.

Bearbeitet von Sucithra Mani, Induportals-Redaktion – KI-gestützt adaptiert.

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