Ein kostengünstiges optisches System für die automatisierte Online-Kontrolle von Fermentationen
Bei der Herstellung von Wein und anderen fermentierten Produkten werden traditionell die sogenannten Batch-Fermentationsverfahren eingesetzt. Diese Methoden leiden unter der Erzeugung großer Fermentationsgradienten, die Stress für die Mikroorganismen verursachen und so den Erfolg der Fermentation beeinträchtigen können. Die sogenannten "Fed-Batch"-Techniken zur kontinuierlichen Fermentation gehen diese Probleme an. Wir haben kürzlich gezeigt, dass eine bestimmte innovative Art der kontinuierlichen Gärung den Stress auf die Hefen und die Essigsäureproduktion bei der Traubengärung reduziert. Diese Art der Weinbereitung ist sehr innovativ und bietet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Gärung und der Produktqualität. Allerdings ist eine automatische Analyse der Zuckerkonzentration erforderlich, um die Zufuhrrate des Systems zu regulieren. Vor kurzem haben wir gezeigt, dass die Nah-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie (FTNIR) eine kontinuierliche Online-Analyse der Zuckerkonzentration während des Fermentationsprozesses liefern kann. Diese Methode liefert den notwendigen Proof of Concept, dennoch muss eine alternative Technologie zu FTNIR erforscht werden, da die derzeitigen Kosten von ~50'000-70'000.- für die Ausrüstung eine große Barriere für einen kommerziellen Erfolg darstellen.
Zu diesem Zweck haben wir eine interdisziplinäre Forschungspartnerschaft aus den Fachhochschulen CHANGINS und HE-ARC gebildet, um die notwendigen Expertisen in industrieller Mikrobiologie, Automatisierung, optischem Engineering und Elektronik abzudecken. Die Partner haben mehrere synergetische Ansätze identifiziert, um die Kosten des Systems zu senken. Dazu gehören eine Optimierung der Handhabung der Flüssigkeiten im Messsystem sowie kostengünstigere analytische Alternativen, die andere spektrophotometrische Methoden einschließen.
Daher schlagen wir vor, ein kostengünstiges optisches Multiplexsystem zur Quantifizierung der Schlüsselparameter zu entwickeln und zu implementieren, die eine Online-Kontrolle der Traubengärung unter praktischen Bedingungen ermöglichen. Das Projekt wird dank der Expertise der HES-ARC für die optische Hardware und die Erstellung von Kalibrierungsmodellen sowie dank der Kenntnisse der HES-CHANGINS in Bezug auf Fermentationsprozesse und Automatisierungstechnologien durchgeführt. Angesichts der Chancen für Hersteller von optischer Ausrüstung und Prozessautomatisierung in der Schweiz sowie der Verbesserung der Weinqualität durch moderne Weinbereitungsmethoden sind wir überzeugt, dass dieses Projekt ein hohes Potenzial für Erfolg und Partnerschaft hat.
2015 - 2018
Partner: HE-ARC
Finanzierung: HES-SO
