技術(shù)的進(jìn)步和享受了過程儀器帶來舒適的制造商，正在摒棄實(shí)驗(yàn)室的檢測需求，取而代之以線內(nèi)和在線監(jiān)控系統(tǒng)。
自動化作業(yè)主要是利用機(jī)器的力量代替人體肌肉，但這是不夠的。復(fù)制人類的感官意識也是必要的，其過程分析是眼、耳、鼻和(光)觸覺的自動化。
對于食品和飲料加工企業(yè)，當(dāng)生產(chǎn)工作過程或成品不符合規(guī)格時(shí)，通常依賴于實(shí)驗(yàn)室檢測來提醒。然而，隨著機(jī)器速度加快和自動化程度提高，因獲得有關(guān)質(zhì)量問題使時(shí)間延遲而擴(kuò)大了浪費(fèi)。更高的生產(chǎn)量意味著每分鐘的延遲將造成更多的浪費(fèi)。越來越多的制造商要求實(shí)時(shí)過程反饋。幸運(yùn)的是，新一代強(qiáng)化的工業(yè)儀器實(shí)現(xiàn)了可靠的過程反饋，滿足了這一需要。
雖然核磁共振光譜學(xué)和其他分析技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)幾十年，在線質(zhì)量檢測在食品和飲料業(yè)仍然是一個(gè)相對較新的現(xiàn)象。
“12年前，曾有一種近紅外設(shè)備將計(jì)量表在線放置，配有濾光輪和石英窗，然后放置一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器在其旁邊，”Minneapolis（明尼阿波里斯市），Thermo Fisher Scientific Inc.（賽默飛世爾科技有限公司）營銷技術(shù)部經(jīng)理Rick Cash回憶道。這些原有的拙劣體系已經(jīng)為更好地整合到生產(chǎn)線中的解決方案讓路，這些解決方案是專門為在生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮作用而設(shè)計(jì)的。
“現(xiàn)今，儀器儀表和傳感技術(shù)已更加穩(wěn)定，并且在更為廣泛的工業(yè)層面上應(yīng)用，”Waukesha, Wis（沃基肖,威斯康星州），Techniblend 公司副總裁Derek Deubel表示，“其維護(hù)和使用也是很簡單的，不需要熟練的技術(shù)人員。在線測試演變的下一步是多功能傳感器，在沒有專門監(jiān)控人員的情況下發(fā)揮最好的功能，將反饋直接發(fā)送到車間控制器以進(jìn)行推斷。”
利用Thermo Scientific的電子掃描分析儀對干酪用乳實(shí)行在線精確的標(biāo)準(zhǔn)化管理，該儀器是基于導(dǎo)入式微波光譜的。該分析儀測出的讀數(shù)（誤差）在牛奶實(shí)際脂肪含量的0.05%內(nèi)。
光的反射和折射，波的振幅和頻率，能量的吸收，是在線傳感器的核心技術(shù)，然而相對于檢測而言，它們提供的令加工商感興趣的產(chǎn)品特性是其實(shí)用化的關(guān)鍵。有時(shí)，終端用戶和系統(tǒng)集成商會發(fā)現(xiàn)技術(shù)的新應(yīng)用。
一個(gè)基于可見近紅外(NIR)光譜的儀器——以前主要應(yīng)用于采礦作業(yè)——目前正被用于測試豬肉分級。該設(shè)備的主要供應(yīng)商建議NIR還可應(yīng)用于牛肉的分級。(這是一個(gè)延伸：NIR穿透只有幾毫米，所以除非測量均勻的物品，否則數(shù)據(jù)不具有代表性。) 。SM - 35000光譜儀（由Spectral Evolution升級而來）最近的買家Lawrence, Mass.公司希望能開發(fā)一個(gè)用于嫩火腿特性數(shù)據(jù)測量的模型。
“他們試圖利用生成標(biāo)記物，來指導(dǎo)選擇哪種火腿將產(chǎn)生最好的產(chǎn)品，”公司的市場營銷與銷售總監(jiān)Maurice Kashdam解釋道。“每次我認(rèn)為技術(shù)成熟的時(shí)候，我總會接到某個(gè)人的電話說發(fā)現(xiàn)了一種新的應(yīng)用。”
探測器中的王者
大型啤酒廠一直引領(lǐng)該行業(yè)使用在線傳感器，而啤酒之王是公認(rèn)的這方面的標(biāo)兵。“Anheuser-Busch是在線檢測領(lǐng)域的領(lǐng)袖，”公認(rèn)的評判家，Mettler Toledo（梅特勒-托利多）公司的Brian Vaillancourt聲稱。
軟飲料生產(chǎn)商的產(chǎn)量也高到足以投入該儀器，“我們看到在乳品行業(yè)中越來越多地使用在線檢測技術(shù)，特別是以制藥和營養(yǎng)品公司為銷售對象的企業(yè)，”Bedford, Mass公司過程分析部門的售后市場服務(wù)和關(guān)鍵客戶經(jīng)理Vaillancourt補(bǔ)充道。
在過去的幾年中,手工釀酒廠從未考慮過在線檢測，直到他們年產(chǎn)量到達(dá)了75000桶這一閾值；現(xiàn)今，即使小規(guī)模生產(chǎn)者也安裝了在線傳感器以確保始終如一的產(chǎn)出。
濁度、pH值、顏色和溶解的二氧化碳是啤酒制造商需要監(jiān)控的一些變量。微量的氧氣可以大大縮短貨架期并產(chǎn)生異味，近年來部分領(lǐng)導(dǎo)者已經(jīng)加大力度控制氧氣水平。“二十年前，300ppb的氧氣是可以的，”Vaillancourt說，“現(xiàn)在, 釀酒商希望少于10 ppb。”
為了滿足這些要求，Mettler（梅特勒）用光學(xué)傳感器更換了極譜氧傳感器，這既可以測量溶氧量也可以測量二氧化碳水平。在數(shù)字信號的準(zhǔn)確性、易用性和固態(tài)電子學(xué)方面也有所強(qiáng)化。
多功能傳感器對工業(yè)界有明顯的吸引力，且中紅外儀器是最可能實(shí)現(xiàn)它的。VitalSensors技術(shù)有相當(dāng)大的利益，Hudson, Mass.，一個(gè)以麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們?yōu)楹诵牡钠髽I(yè)，致力于不需要專用控制器的IP-準(zhǔn)備單元的研究，這可能降低一半系統(tǒng)的成本。
Mettler Toledo（梅特勒-托利多）公司的Dennis Steeves在演示FreeWeigh.Net， 這是一個(gè)用于灌裝水平檢測和其他質(zhì)量參數(shù)測定的在線監(jiān)測儀器系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以提高文檔的處理性能。
理論上，紅外設(shè)備可以記錄數(shù)以百計(jì)的讀數(shù)，雖然“大多數(shù)這些儀器中實(shí)際限制的是3個(gè)，且通常是2個(gè)”，Thermo Fisher公司的Cash指出。盡管如此，使用單一設(shè)備來定量牛奶中的脂肪和蛋白質(zhì)含量或花生醬中的固形物和油含量仍是吸引人的。
“紅外的簡單性和其測量數(shù)種成分的能力帶給終端用戶更多的利益，”Techniblend公司的Deubel說。與依靠產(chǎn)品滑流進(jìn)行評估的儀器相比，新設(shè)備更加穩(wěn)定。消除了泵衰弱和振動失真的問題，新設(shè)備具有固體結(jié)構(gòu)并且其探測器幾乎沒有浸在產(chǎn)品流里。
Deubel公司正在與一家紅外供應(yīng)商合作開發(fā)一種紅外傳感器，可以應(yīng)用于節(jié)食軟飲料。在無糖的情況下，測量白利糖度的儀器是毫無用處的，所以開發(fā)人員專注于節(jié)食飲料的滴定酸度。目前，已經(jīng)完成且產(chǎn)品已下線。“我們?nèi)匀粎⑴c健怡（不含糖）可樂指紋圖譜的繪制，并確保結(jié)果是可重復(fù)的，并且不需要具有博士學(xué)位的人來操作該儀器，”他說。
量化復(fù)雜流
雖然大多數(shù)傳感技術(shù)最適合應(yīng)用于流體流，導(dǎo)入式微波光譜(GMS)在碎牛肉上發(fā)現(xiàn)一個(gè)契機(jī)。這一技術(shù)擅長于水分分析，并于20年前首次應(yīng)用在谷物磨粉操作上。但它也可以基于電波在兩點(diǎn)之間傳播的振幅和頻率，精確測量肥肉和瘦肉成分。
9年前Thermo Fisher公司介紹了其GMS解決方案，大部分細(xì)節(jié)主要體現(xiàn)在電子掃描分析儀上。該儀器通常安裝在研磨機(jī)的后部，以確保精磨之后的成分符合規(guī)格。“在研磨設(shè)備上如果你可以節(jié)省1%的原料泄漏浪費(fèi)，那么每小時(shí)的生產(chǎn)就可以節(jié)約幾百美元的原料，很快就能回收該儀器的采購成本，”Cash指出。這一部件也已被用于測量牛奶中的脂肪，結(jié)果接近Mojonnier實(shí)驗(yàn)室測定方法。Mojonnier按重量計(jì)算，誤差在0.03%以內(nèi)；已證明GMS分析儀能達(dá)到0.05%。
再校準(zhǔn)是所有這些設(shè)備的限制因素，并有助于解釋為什么在線傳感器在其他行業(yè)更常見。在食品生產(chǎn)中原材料的多變性是一個(gè)不爭的事實(shí)。“不像洗發(fā)水中的成分，食品不是化學(xué)品，并不是每一天都是相同的,”Cash說。如果一個(gè)成分的信號特征超出了設(shè)備指紋校準(zhǔn)的范圍，如果沒有再校準(zhǔn)的話，反饋的數(shù)據(jù)將是不可靠的。
大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員不熟悉GMS，但對于紅外線卻不是這樣的。認(rèn)識到這一情況，PerkinElmer公司最近推出了一種用于反式脂肪酸測定的商業(yè)化的中紅外在線分析儀器。直到現(xiàn)在，在氣相色譜方法中樣品制備的酯交換是必需的。
位于康涅狄格州謝爾頓的PerkinElmer公司是食品解決方案開發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)袖，Robert Packer承認(rèn)，這些實(shí)驗(yàn)室分析能夠得到關(guān)于產(chǎn)品中脂肪類型的更為全面的結(jié)果，但公共健康問題的焦點(diǎn)是部分氫化脂肪。這一新儀器——有筆記本電腦般大小和“現(xiàn)場處置”能力——能在不到一分鐘時(shí)間內(nèi)生成結(jié)果，他說。
“這使我們能夠把儀器交到非科學(xué)人員的手中操作，并能得到可靠的結(jié)果，”Packer補(bǔ)充道。“反式脂肪酸的問題無處不在，因?yàn)楸M管你的工廠在北美，這也并不意味著你的脂肪和油不是來自于印度或其他反式脂肪酸水平非常高的市場。”
