

Pharmazeutische Rohstoffanalyse mit Visum Palm GxP™

Die Rohstoffanalyse-Identifikation (RMID) ist ein entscheidender Prozess in der Pharmaindustrie, da sie die Identität und Qualität aller Materialien und Substanzen sicherstellt, die im Produktionsprozess verwendet werden sollen.
Eine praktische und effiziente Möglichkeit zur Rohstoffanalyse und Bestätigung der Identität aller Substanzen ist die Nutzung des tragbaren NIR-Analysators Visum Palm GxP™.
Mit diesem Gerät kann die Rohstoffanalyse direkt im Lager durchgeführt werden, mit Ergebnissen in weniger als drei Sekunden. Dadurch wird die Laborbelastung reduziert und die Zykluszeit verkürzt.
Keine einzelne Technologie bietet eine universelle Lösung für die gesamte Materialliste eines Herstellers.
NIR ist besonders effektiv für die Identifikation hauptsächlich organischer Verbindungen. Unter bestimmten Bedingungen kann NIR auch für einige anorganische Stoffe angewendet werden, insbesondere wenn diese hygroskopisch sind, Wasser enthalten (Hydrate) oder in wässriger Lösung vorliegen.
Raman-Spektroskopie hingegen zeigt Einschränkungen bei:
Organischen Verbindungen mit Fluoreszenz (z. B. Farbstoffe oder bestimmte APIs).
Substanzen mit schwachen Raman-Signalen.
Reinen ionischen anorganischen Verbindungen wie NaCl, KCl oder HCl.
Es handelt sich um ein eigenständiges Analysegerät, das keine Verbindung zu externen Geräten (Smartphone, Tablet oder PC) benötigt.
Es hat eine doppelte Funktion: tragbares Handgerät und Tischgerät.
Es ist sowohl für die Identifikation als auch für quantitative Methoden in der Rohstoffanalyse geeignet.
Der Messbereich der Probe beträgt 10 mm, der Beleuchtungsbereich 50 mm, wodurch mehr chemische Informationen gewonnen und Probenunterschiede verringert werden können.
Es verfügt über eine spektrale Auflösung von 5 nm und 256 Pixeln, was die höchste Auflösung unter tragbaren Analysatoren bietet.
Abbildung 1: Tischmodus mit Visum Palm GxP™, ermöglicht die Befestigung von Probenhaltern für Pulver, Feststoffe und Flüssigkeiten.
Definierte Benutzerrollen: Analyst, Supervisor und User Manager, mit unbegrenzter Benutzeranzahl.
Passwortablauf-Einstellungen entsprechend den Sicherheitsrichtlinien.
Audit-Trail-Daten werden verschlüsselt gespeichert, inklusive Audit Trail der Ergebnisse.
Zwei-Stufen elektronische Signatur (Analyst und Supervisor).
Datum- und Zeiteinstellungen gemäß CFR-Anforderungen.
Sicheres Backup- und Wiederherstellungssystem.
IQ- und OQ-Protokolle gemäß USP <1119>, PE 2.2.40, GMP und GAMP 5.
Der Visum Palm GxP™ ermöglicht eine schnelle Rohstoffanalyse und Verifikation von festen, granulierten, pulverförmigen und flüssigen Substanzen innerhalb weniger Sekunden.
Er vergleicht das gemessene Spektrum mit gespeicherten Referenzspektren aus der Bibliothek. Die Übereinstimmung wird durch einen mathematischen Index (HQI) bewertet.
Nach der Rohstoffanalyse wird die ähnlichste Substanz angegeben (siehe Abbildung 3), gefolgt von weiteren möglichen Treffern in absteigender Reihenfolge.
Im Gegensatz zur allgemeinen Identifikation erlaubt der Verifikationsmodus (siehe Abbildung 4) dem Anwender, eine spezifische Substanz auszuwählen, um die Identität zu bestätigen.
Das Ergebnis wird als PASS oder FAIL angezeigt. Im Falle eines FAIL wird auch die ähnlichste erkannte Substanz angegeben.
Abbildung 2: Hauptmenü Abbildung 3: Analyse der Identifikation Abbildung 4: Analyse der Verifikation, PASS und FAIL.
Die Klassifikationsanalyse der Rohstoffanalyse (Abbildung 5) ermöglicht die Unterscheidung feiner spektraler Unterschiede, wie z.B. Partikelgröße oder Konzentration eines Analyten, auch innerhalb desselben API oder Hilfsstoffes.
Diese Funktion ist sehr nützlich zur Identifikation von Anomalien in Rohstoffen oder zur Bestätigung bei unsicheren Ergebnissen.
Bei jeder Rohstoffanalyse wird zusätzlich zum Ergebnis das Spektrum der analysierten Substanz angezeigt (Abbildung 6).
Abbildung 5: Klassifizierung der Rohstoffanalyse Abbildung 6: Spektrum jeder Messung
Abbildung 7: Visum Master™ – Hauptmenü Abbildung 8: Visum Master™ – Erstellen Sie eine Bibliothek oder Methode für die Rohstoffanalyse von Grund auf neu.
Abbildung 9: Fügen Sie die Spektren und die Referenz ein, um das Modell zu erstellen.
Der Visum Palm GxP™ ist der einzige tragbare NIR-Analysator auf dem Markt, der es Endanwendern ermöglicht, einfach und automatisch eigene Bibliotheken für Rohstoffanalyse, Klassifikation oder quantitative Methoden zu erstellen – ohne komplexe Software oder spezielles chemometrisches Wissen.
Die Nutzer müssen lediglich die Spektren der Trainingsproben und die zugehörigen Referenzwerte importieren.
Die Software erstellt automatisch die Bibliothek oder Methode sowie einen technischen Bericht mit Details zur Modellerstellung und Leistungskennzahlen.
Dieser Bericht entspricht den Empfehlungen der ICH Q2(R2) “Validation of Analytical Procedures – Scientific Guideline” und ist sowohl für interne als auch externe Validierungsprozesse geeignet.
IRIS Technology Solutions, a pioneer in photonics and artificial intelligence, is playing a key role in the European RECLAIM project as leader of Work Package 3 (WP3). The company is spearheading the development of an advanced material classification system prototype based on optical and spectroscopic techniques, with the aim of revolutionizing how waste materials are identified and categorized for recycling purposes.
At the heart of IRIS’s contribution is a prototype system built around hyperspectral imaging (HSI). This technology captures detailed spectral data for each pixel in an image, producing a three-dimensional dataset—two spatial dimensions plus a spectral dimension. Each pixel carries a unique spectral signature that reflects the chemical composition of the material it represents.
To harness this powerful technology for waste classification, IRIS has designed and assembled a linear HSI system that has been posteriorly integrated in the portable robotic Material Recovery Facilities (prMRF) developed under the RECLAIM project allowing real-time monitoring and analysis of waste materials as they move along the belt of the pilot plant.
To ensure the maximization and quality of the spectral features of the analyzed material, various optical configurations were tested to identify the best setup for reliable spectra acquisition and consequent classification.
To interpret the massive amount of spectral data generated by the HSI system, IRIS has developed AI algorithms that analyze the chemical characteristics of materials. These models have been developed both by data collected at IRIS facilities and by real waste spectral data, to access the most representative data and ensure effective material prediction. The development process involved creating AI models that combined the spectral and spatial information provided by the HSI system to obtain trustworthy classification outputs. To support the classification AI models development, various data treatments and advanced AI algorithms have been tested and evaluated. IRIS has tested multiple system configurations, adjusting key variables such as camera frame rates, conveyor speeds, and the distance between the camera and the conveyor, to optimize detection performance under different operational scenarios.
A Breakthrough in Material Classification
One of the most significant achievements so far is the creation of an extensive classification model that goes beyond traditional broad categories. The model distinguishes between multiple waste types with high accuracy, identifying the following classes:
This is a major milestone in plastic waste sorting, marking the first time that such detailed sub-classification of plastic polymers has been integrated into an operational industrial spectroscopic sorting system. By enabling the separation of similar-looking but chemically distinct plastics, this advancement significantly improves the quality and value of recycled materials.
Die reaktive Extrusion (REX) ist eine Methode zur chemischen Modifikation von Polymeren während des Extrusionsprozesses, um deren Eigenschaften zu verbessern. Durch die Kombination von Reaktion und Extrusion können die synergistischen Effekte von Scherkräften und Temperatur genutzt werden, um die Reaktion in kürzerer Zeit abzuschließen, während das Produkt direkt in seiner Endform erhalten wird.
Ein Vorteil der reaktiven Extrusion besteht darin, dass die Reaktionen ohne Lösungsmittel oder mit minimalem Lösungsmittelanteil im Vergleich zu herkömmlichen Batch-Polymerisationsverfahren durchgeführt werden können. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer Reduzierung von Emissionen, wodurch der Prozess nachhaltiger wird.
Da jedoch jeder reaktive Extrusionsprozess mehrere Faktoren wie Geometrie des Extruders, Schraubendrehzahl, Temperaturprofil sowie Verhältnis und Förderrate der reaktiven Spezies umfasst, die wiederum eng mit Durchsatz und Verweilzeit verbunden sind, ist der Prozess besonders komplex und lässt sich nicht einfach mit Rezepten oder einfachen Fertigungsregeln modellieren.
PLA-Struktureinheit – Überwachung von freiem Lactizid
Polymilchsäure ist ein Monomer, das zur Synthese von PLA verwendet wird. Es handelt sich um einen biobasierten und biologisch abbaubaren Biokunststoff, der durch anaerobe Fermentation aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen wird. PLA hat zahlreiche Anwendungen in der kompostierbaren Verpackungsindustrie, in der 3D-Drucktechnik sowie in der Medizin- und Chirurgiebranche. Es ist ein steifer Thermoplast, der je nach Reinheit des Stereoisomers halb kristallin oder vollständig amorph sein kann.
Der Einsatz von Analysewerkzeugen, die auf NIR-Spektroskopie basieren, bietet Echtzeitinformationen darüber, was während des Ringöffnungs-Polymerisationsprozesses (ROP) von L-Lactid im reaktiven Extruder geschieht.
Die wichtigste Informationsquelle ist in diesem Fall die Menge an nicht umgesetztem oder polymerisiertem L-Lactid. Sowohl die Reinheit als auch der Ertrag in Bezug auf Molekulargewichte sowie die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Produkts hängen stark von der Effizienz des Prozesses ab.
Visum NIR In-Line Probe™ Überwachung der PLA-Synthese im ROP-Prozess – Überwachung von freiem Lactizid
Das Analysegerät Visum NIR In-Line Probe™ – entwickelt, hergestellt und vermarktet von IRIS Technology Solutions, S.L. (Spanien) – wurde erfolgreich zur Überwachung der Polykondensationsreaktion von Milchsäure eingesetzt, die in der Regel bei Temperaturen über 180 °C abläuft.
Im Gegensatz zum Visum NIR In-Line™-Analysator wurde die Probe-Version speziell für den Einsatz in noch aggressiveren Umgebungen entwickelt. Sie verwendet Transmissions-, Reflexions- oder Transflexionssonden, je nach Eigenschaften der zu überwachenden Matrix und den spezifischen Prozessbedingungen (Temperatur, Viskosität, Druck, Explosionsrisiko).
Zur Überwachung der Reaktion wurde eine Reflexionssonde verwendet, die an einem speziell dafür bearbeiteten Reaktoranschluss angebracht wurde.
Die vorhergesagten Lactidgehaltswerte haben eine Unsicherheit (RMSEP) von 1,6 % (w/w), was angesichts eines typischen Restlactidgehalts von 5 bis 10 % akzeptabel ist. Im Vergleich dazu kann die Offline-Analyse mittels Chromatographie (HPLC) etwa einen Tag dauern, was für eine effiziente Prozesskontrolle ungeeignet ist.
Das Ziel ist es, die Verweilzeit im Reaktor zu optimieren: je kürzer, desto besser, solange der Restlactidgehalt niedrig genug bleibt, um die Qualität und Reinheit des Endprodukts zu gewährleisten. Falsche Einstellungen bei der Extrusion können zu Zeit-, Energie- und Rohstoffverlusten führen, da der Prozess nicht reversibel ist.
Überwachung von freiem Lactizid
Mit der firmeneigenen Software Visum Master™ und ihrem Model Builder kann ein nicht-experter Benutzer leicht maßgeschneiderte Kalibrierungen erstellen, sofern Referenzspektren und die entsprechenden Analytenkonzentrationen verfügbar sind. Dank der Verwendung von KI-Algorithmen identifiziert die Software automatisch die besten Kombinationen aus mathematischen Vorbehandlungen und Lernalgorithmen.
Das bedeutet, dass der Benutzer die Anwendbarkeit des Online-Analysators auf zukünftige Anwendungen über den spezifischen Fall der PLA-Herstellung hinaus erweitern kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Visum NIR In-Line Probe™-Analysator dank seiner Fähigkeit, ein repräsentatives Spektrum innerhalb eines Sekundenbruchteils zu erfassen und mathematisch zu verarbeiten, den gesamten Prozess der reaktiven Extrusion automatisch überprüfen kann. Der Benutzer kann die optimalen Parameter in Echtzeit anpassen, um einen effizienten Prozess und ein qualitativ hochwertiges Endprodukt sicherzustellen.
Die Raman-Technologie hat die Art und Weise, wie Industriesektoren chemische Analysen durchführen, revolutioniert, indem sie präzise Echtzeitmessungen ohne direkten Kontakt mit dem Material ermöglicht. Wir bei IRIS Technology Solutions sind stolz darauf, den Visum Raman In-Line™ vorstellen zu können, einen robusten, leistungsstarken Raman-Prozessanalysator, der den Anforderungen der modernen Industrie gerecht wird und die industrielle Prozesssteuerung in kritischen Anwendungen erleichtert.
Die Raman-Spektroskopie ist eine analytische Technik, die auf der Wechselwirkung von Laserlicht mit den Molekülen einer Probe basiert. Wenn der Laser auf die Probe trifft, wird ein Teil des Lichts mit Frequenzen gestreut, die sich von denen des ursprünglichen Lasers unterscheiden. Diese Frequenzunterschiede, die als Raman-Verschiebungen bezeichnet werden, sind einzigartige Merkmale jedes Moleküls und ermöglichen eine präzise Identifizierung und Quantifizierung von Verbindungen.
Die Raman-Technologie wird in Branchen wie der Pharmaindustrie, der Chemie, der Biotechnologie und der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eingesetzt, in denen eine präzise Echtzeitüberwachung verschiedener Parameter für die Optimierung von Prozessen, die Verkürzung von Zeiten und die Standardisierung der Qualität unerlässlich ist. Die Raman-Technologie ermöglicht:
Raman-Prozessanalysator: Visum Raman In-Line™
Der Visum Raman In-Line™-Analysator von IRIS Technology Solutions ist ein hochmodernes Analysegerät, das speziell für die Echtzeitüberwachung industrieller Prozesse entwickelt wurde. Hier sind einige der wichtigsten Merkmale dieses Geräts:
Wir bei IRIS Technology Solutions wissen, dass Präzision und Zuverlässigkeit für den Erfolg industrieller Prozesse unerlässlich sind. Der Raman-Prozessanalysator Visum Raman In-Line™ wurde nach höchsten Qualitätsstandards entwickelt und wird von unserem Expertenteam unterstützt, das Beratung und Unterstützung bietet, um eine erfolgreiche Implementierung in jeder Produktionsumgebung zu gewährleisten.
Möchten Sie mehr erfahren? Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie der Visum Raman In-Line™ die Effizienz und Präzision Ihrer Produktionsprozesse verbessern kann.
Die Agrar- und Lebensmittelindustrie hat in den letzten Jahren durch die Einführung von Technologien zur Verbesserung der Qualitätskontrolle und der Effizienz von Produktionsprozessen erhebliche Fortschritte gemacht. Eine der wichtigsten Technologien in diesem Zusammenhang ist die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Diese Technologie hat ein großes Potenzial für die zerstörungsfreie und schnelle Analyse von Agrarprodukten wie Äpfeln gezeigt und ermöglicht die Messung einer Vielzahl von Qualitätsparametern. In diesem Artikel soll eine detaillierte Analyse der Anwendung der NIRS-Technologie bei der kontinuierlichen Analyse ganzer Golden-Delicious-Äpfel vorgestellt werden, wobei der Schwerpunkt auf der Analyse des Brix-Grads liegt, der der Hauptparameter für die Kontrolle der Fruchtreife sowie für die Konservierung und Vermarktung ist.
Die traditionelle Methode zur Analyse des Brix-Grads von Äpfeln, die in der Industrie verwendet wird, ist die Refraktometrie. Obwohl es sich um eine einfache und relativ kostengünstige Methode handelt, ist sie destruktiv, offline und basiert auf zufälligen und langsamen Stichproben, sodass es unmöglich ist, große Produktionsmengen zu analysieren.
Das folgende NIRS-Modell zur Analyse des Brix-Grads wurde mit 40 Proben und Referenzen der Apfelsorte Golden Delicious durchgeführt. Die Spektren und Referenzen wurden von 4 verschiedenen Punkten (Replikaten) jedes Apfels aus dem Kalibrierungssatz mit dem Visum NIR In-Line™ Prozessanalysator gewonnen. Schließlich wurde ein digitales Refraktometer verwendet, um den Satz von Referenzwerten zu erhalten.
Abbildung 1: Brix-Grad – Schlüsselzahlen des Merit Visum NIR In-Line™-Prozessanalysators
Abbildung 2: Während des Modelltrainings verwendete Proben (grau) und automatisch aufgeteilte interne Validierungsproben (blau). Abbildung 3: Risiko der Überanpassung für das Brix-Modell für Golden Delicious-Äpfel.
Für den Probenbereich des Kalibrierungssatzes (11,1–15,8 brix) wurde ein RMSEP (Root Mean Square Error of Prediction) von ±0,3 und ein Korrelationskoeffizient (R2) von 0,93 in Bezug auf die mit der Referenzmethode erzielten Ergebnisse ermittelt. Die Software Model Builder Visum Master™ führt außerdem automatisch eine Spektralqualitätsroutine durch, um spektrale Ausreißer zu eliminieren, d. h. Daten, die während der Trainingsphase außerhalb des Modellfeldes identifiziert werden, und schließlich einen Permutationstest, um das Risiko einer Überanpassung zu bestimmen, was als die Wahrscheinlichkeit verstanden werden kann, dass die durchgeführte Kalibrierung nicht angemessen auf zukünftige Proben reagiert (die nicht während der Kalibrierung verwendet werden). Bei diesem Modell betrug das Risiko einer Überanpassung nur 0,0015, was die Nützlichkeit und Genauigkeit des Visum NIR In-Line™-Prozessanalysators für die kontinuierliche Analyse an Apfelsortierlinien belegt.
Der Wassergehalt in Tierfutter ist ein entscheidender Faktor für die Futterqualität und -sicherheit. Wasser ist nicht nur für die biologischen Funktionen von Tieren unerlässlich, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle für die Stabilität des Futters während der Lagerung, Konservierung, mikrobiellen Aktivität und Lebensmittelsicherheit. Feuchtigkeit, genauer gesagt die Wasseraktivität (Aw), hat direkten Einfluss auf die Stabilität des Produkts und die Wahrscheinlichkeit von Reaktionen.
In diesem Artikel stellen wir die Analyse des Wassergehalts in Tierfutter durch Echtzeit-Infrarotspektroskopie mit dem tragbaren Analysator Visum Palm™ von IRIS Technology Solutions SL vor.
Die Wasseraktivität (Aw) ist ein genaueres Maß als der Feuchtigkeitsgehalt, um die mikrobiologische Stabilität und Haltbarkeit von Futtermitteln vorherzusagen. Die Wasseraktivität ist definiert als das Verhältnis des Dampfdrucks von Wasser im Futtermittel zum Dampfdruck von reinem Wasser bei gleicher Temperatur. Sie wird auf einer Skala von 0 bis 1 ausgedrückt, wobei 1 das Vorhandensein von reinem Wasser anzeigt.
Bei Tierfutter liegt der typische Aw-Wert in der Regel im Bereich von 0,2 bis 0,7 für Trockenprodukte, was eine größere Stabilität während der Lagerung ermöglicht. Wenn die Wasseraktivität höher als 0,7 ist, wird das Wachstum von Mikroorganismen wie Schimmelpilzen und pathogenen Bakterien begünstigt.
Daher ist es für die Vermeidung von Mikrobenwachstum und die Gewährleistung der Futtermittelsicherheit von entscheidender Bedeutung, die Wasseraktivität unter 0,70 zu halten.
Links: Resultierende Regressionskurve für Aw – Kalibrierungsproben (grau) und Validierungsproben (blau) Rechts: Fisher-Pitman-Permutationstest zur Bestimmung des Risikos einer Überanpassung des Aw-Modells.
Die in der Branche am häufigsten verwendete traditionelle Methode zur Messung des Wassergehalts in Tierfutter ist die Trocknung im Ofen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Diese Methode ist aufgrund ihrer Genauigkeit und Einfachheit weit verbreitet, obwohl sie zeitaufwendig und arbeitsintensiv ist, was die Probenahme betrifft.
Für die Entwicklung des Vorhersagemodells zur Bestimmung der Wasseraktivität arbeiteten wir eng mit einem mexikanischen Tiernahrungshersteller zusammen. Insgesamt wurden 345 Kalibrierungsproben im Bereich von 0,1 bis 1 % Aw verwendet, von denen 20 % automatisch von der Model Builder Visum Master™-Software zur internen Validierung der NIRS-Methode getrennt wurden.
Da die Verarbeitung der Daten (Spektren und Laborreferenzen) vollständig automatisiert ist, führt die Software selbst die bequemste Verarbeitungsroutine und Parametrisierung entsprechend den Eingabedaten aus und wendet sie an. Am Ende wird automatisch ein Permutationstest durchgeführt, um zu überprüfen, ob das resultierende Modell für die Analyse zukünftiger Proben geeignet ist und nicht das Produkt einer Überanpassung ist, was auch als Overfitting-Risiko bezeichnet wird und ein Indikator für das Vertrauen in die Analysemethode ist.
Das entwickelte Modell zur Vorhersage der Wasseraktivität in Tierfutter ergab einen Korrelationskoeffizienten (R²) von 0,96 und einen RMSEP (quadratischer Mittelwert des Vorhersagefehlers) von ± 0,04. Dies bestätigt die Verwendung des tragbaren NIR-Analysators Visum Palm™ als Echtzeitmethode (< 3 Sekunden) zur Bestimmung der Wasseraktivität in Futtermitteln und Tierfutter als wesentlich effizientere Alternative zur herkömmlichen Methode.
Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist aus mehreren Gründen für die Lebensmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung:
Visum Palm™ Handheld oder Laboranalysegerät
Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist nicht nur für die Aufrechterhaltung der Nährstoffqualität des Futters von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Gewährleistung der.
Traditionelle Analysemethoden wie die Trocknung im Ofen sind wichtige Hilfsmittel, um diese Faktoren unter Kontrolle zu halten, sind jedoch im Vergleich zur Wasseraktivitätsanalyse mittels NIRS-Infrarotspektroskopie ressourcen- und zeitintensiv.
Das tragbare Visum Palm™-Analysegerät ist in der Lage, den Aw-Wert in Futtermittelproben in weniger als 3 Sekunden mit einer Genauigkeit von ± 0,04 vorherzusagen, was zu einem angemessenen Management der Wasseraktivität während des Produktionsprozesses beiträgt, was wiederum für die Sicherstellung der Futtermittelqualität, der Tiergesundheit und der Nachhaltigkeit der Lebensmittelproduktion von entscheidender Bedeutung ist. Als tragbares oder als Tischgerät (Labor) einsetzbares multiparametrisches Analysegerät kann es gleichzeitig zur Bestimmung des Feuchtigkeits-, Fett- und Fasergehalts verwendet werden, um nur die wichtigsten Parameter bei der Herstellung von Tiernahrung zu nennen, und stellt somit ein grundlegendes Werkzeug für effiziente analytische und Produktkontrollen dar, selbst für Agrar- und Lebensmittelrohstoffe.
Gummibonbons, auch Jelly Beans, Jelly Candies, Jelly Fruit Candies oder Gumi genannt, sind eine breite Kategorie von Kaubonbons auf Gelee-Basis, die seit mehr als einem Jahrhundert auf der ganzen Welt beliebt sind und in jüngerer Zeit auch Vitamine in ihren Rezepturen für die Herstellung gesunder Süßigkeiten enthalten.
Je nach Rezeptur werden Gummibonbons aus Stärke, Pektin, Gelatine, Glukosesirup, Zucker, Wasser, Natriumcitrat, Frucht- und Pflanzenextrakten, Aromen, Farbstoffen und anderen Zusatzstoffen hergestellt. All diese Zutaten werden miteinander vermischt und verschiedene Eigenschaften werden kontrolliert, um den besten Geschmack und die beste Textur zu erzielen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist der Grad der Stärkegelatinierung ein entscheidender Faktor bei der Herstellung von Gummiteig, und daher ist es wichtig, die Reststärke nach dem Kochvorgang zu analysieren.
Um die Gelatinierung der Gummimasse zu erreichen, wird häufig Stärke verwendet, wobei Kartoffel- und Maisstärke am beliebtesten sind und in einer Vielzahl von Modifikationen erhältlich sind.
Die Gelatinierung oder das „Kochen“ ist ein Prozess, bei dem die Stärkekörner der Einwirkung von Wasser und Temperatur ausgesetzt werden, wodurch die Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen und die Körner in der Bonbonmasse aufgelöst werden. Nach einem anschließenden Ablagerungs- und Trocknungsprozess erhält das Gummibonbon seine endgültige Textur und Konsistenz.
In der Süßwarenindustrie erfolgt die Gelatinierung in der Regel in kontinuierlichen Kochsystemen.
Derzeit gibt es keine Inline-Methode, um den Gargrad während der Produktion kontinuierlich zu überwachen. Es gibt zwar mehrere Methoden zur Bestimmung des Gargrades, aber alle basieren auf der Entnahme von Proben und deren Offline-Analyse. Diese Technik ist arbeitsintensiv und erfordert qualifiziertes Personal. Darüber hinaus ist es schwierig, Entscheidungen zu treffen und Prozessparameter in Echtzeit zu korrigieren, um weiche Gummibonbons, eine falsche Textur oder spätere Probleme beim Entformen zu vermeiden.
Eine der Methoden zur Kontrolle des Endpunkts des Kochvorgangs wird im Labor mithilfe der Technik des Zählens von Stärkekörnern mit einem Polarisationslichtmikroskop durchgeführt.
Bei dieser Technik werden die Stärkekörner visuell gezählt. Je nach Anzahl der in der Probe vorhandenen Körner kann der Analytiker bestimmen, ob der Kochvorgang zufriedenstellend war oder ob die Prozessparameter (Temperatur) geändert oder die Kochzeit verlängert werden muss. Wenn die Anzahl der Stärkekörner in der Probe kleiner oder gleich 10 ist, gilt der Kochgrad als angemessen, während er bei einer höheren Anzahl als unzureichend gilt.
Starch granules under the polarised light microscope with the area marked in red for counting.
IRIS Technology Solutions SL, ein führender spanischer Hersteller von spektroskopiebasierten Lösungen zur Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse, hat sich mit dem niederländischen Hersteller Tanis Confectionery B.V., einem weltweit tätigen Hersteller von Maschinen zur Herstellung von Gummibonbons, zusammengetan, um eine Echtzeitmethode zur Überwachung der Stärkegelatinierung zu entwickeln und damit eine alternative, wertschöpfende Lösung für die gesamte Branche anzubieten.
Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurden monatelang Tests in den Einrichtungen des Tanis Innovation Center (Niederlande) mit dem Visum Raman In-Line™-Analysator von IRIS Technology Solutions SL durchgeführt.
Die Raman-Spektroskopie ist eine analytische Technik, die zur Beobachtung von Schwingungs-, Rotations- und anderen niederfrequenten Moden in einem System eingesetzt wird. Sie beruht auf der inelastischen Streuung von monochromatischem Licht, einem Laser, um detaillierte Informationen über Molekülschwingungen und die chemische Zusammensetzung zu liefern. Im Gegensatz zur Nahinfrarotspektroskopie eignet sie sich besonders zur Überwachung wässriger Matrizen oder zur Bestimmung der Konzentration eines in Wasser gelösten Analyten.
Bei dieser Technologie handelt es sich um eine nicht-invasive Analysetechnik, die den Produktfluss, in diesem Fall den Teig, in Echtzeit analysiert, indem eine lebensmitteltaugliche Tauchsonde eingeführt wird, die in der Lage ist, Echtzeitergebnisse über die Vorgänge im Prozess mit der entsprechenden Kalibrierung zu liefern.
Bild des Visum Raman In-Line™-Analysators, der im Tanis Innovation Center getestet wird.
Während der Testphase wurden verschiedene Rezepturen auf der Basis von Kartoffelstärke, Maisstärke und einer Kombination aus Gelatine und Stärke hergestellt und überwacht und bei unterschiedlichen Temperaturen gekocht, um während des Kochvorgangs verschiedene Grade der Stärkegelatinierung zu erhalten und so den Algorithmus zur Vorhersage des Kochgrads (ausreichend gekocht / nicht ausreichend gekocht) zu entwickeln.
Während das Visum Raman In-Line™-Analysegerät während des Kochvorgangs der verschiedenen Chargen oder Rezepte Spektren erfasste, wurden Proben entnommen und mit der Referenzmethode der visuellen Zählung unter Verwendung der Polarisationslichtmikroskopie analysiert.
Zur Überwachung des kontinuierlichen Prozesses wurde das Modell so entwickelt, dass es zwei endgültige Klassifizierungen bestimmen kann: „ausreichend gekocht“ (≤10 Stärkekörner) und „nicht ausreichend gekocht“ (>10 Stärkekörner). Das erzielte Ergebnis ist das Ergebnis von drei aufeinanderfolgenden Analysen, um den Grad der Gelatinierung zu bestätigen und eine Fehlklassifizierung zu vermeiden.
Links: Vergleich des durchschnittlichen vorverarbeiteten Raman-Spektrums der verschiedenen verwendeten Rezepte. Rechts: Klassifizierungsergebnisse des Modells für fünf der Rezepte. Die Punkte über der rot gestrichelten Linie entsprechen Messungen, die als ausreichend gekocht eingestuft wurden.
Aus den durchgeführten Tests konnte geschlossen werden, dass dasselbe Vorhersagemodell verwendet werden kann, um Kochgradvorhersagen für Rezepte auf Mais- und Kartoffelstärkebasis zu treffen.
Für alle Chargen, die sowohl aus Kartoffel- als auch aus Maisstärke hergestellt wurden, klassifizierte Visum Raman In-Line™ den Kochgrad korrekt.
Neben den entwickelten Modellen ist es mit dieser Inline-Methode möglich, einzigartige Modelle für einzigartige Süßwarenrezepte und Zutaten zu erstellen.
Bei den analysierten Rezepten mit Gelatine oder modifizierter Stärke wurden größere spektrale Unterschiede beobachtet, sodass für diese Formulierungen spezifische Klassifizierungsmodelle mit ähnlichen Validierungsergebnissen durchgeführt wurden.
Daher ist es möglich, den Kochgrad von Jelly-Bean-Teig auf Mais- und Kartoffelstärkebasis sowie von verschiedenen modifizierten Gelatinen mit dem Echtzeit-Raman-Prozessanalysator erfolgreich vorherzusagen, einer wirklich effizienteren Alternative zur herkömmlichen und aktuellen Analysemethode.
Visum Raman In-Line™ Prozessanalysator
In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Problem der Klassifizierung und Identifizierung von Kunststoffen unter Verwendung des tragbaren NIR-Analysegeräts Visum Palm™ als flexible, in Echtzeit arbeitende und zerstörungsfreie Technik, die in verschiedenen Prozessen nützlich ist, sei es beim Recycling von postindustriellen Kunststoffen, bei der Analyse und Klassifizierung von Post-Consumer-Kunststoffen, bei der Identifizierung von Kunststoffen Rohstoffen für deren Industrialisierung oder sogar in Bereichen der Forschung und Entwicklung neuer Polymere.
In all diesen Fällen wird die Nahinfrarotspektroskopie als wertvolles Werkzeug für die Charakterisierung von Kunststoffen im Vergleich zu herkömmlichen Analysemethoden vorgestellt.
Die Identifizierung und Sortierung ist sowohl beim Polymerrecycling als auch bei der Herstellung von recycelten Kunststoffen wichtig, da in beiden Fällen sichergestellt werden muss, dass die Kunststoffe so rein und sauber wie möglich sind, da geringe Verunreinigungen die Qualität und Leistung einer recycelten Charge erheblich beeinträchtigen können.
Obwohl es mehrere tragbare NIR-Analysatoren auf dem Markt gibt, ist es wichtig, den Spektralbereich, mit dem das Gerät arbeitet, die Größe des Messbereichs (Spektrenerfassung) und die spektrale Auflösung (die Qualität des erhaltenen Spektrums) zu berücksichtigen. Der neue Visum Palm™-Analysator hat einen Messbereich von 10 mm Durchmesser, arbeitet im Spektralbereich 900-1700 nm mit einer Auflösung von nur 3 nm (↓ nm = ↑ spektrale Auflösung). Es ist ein eigenständiges Gerät mit integriertem Computer und Touchscreen und muss daher nicht an einen Computer oder ein Smartphone angeschlossen werden, um mit ihm zu arbeiten.
Der neue Visum Palm™, der eine Polymerbibliothek enthält, ermöglicht Messungen und Bestimmungen an der Linie, ohne dass eine Probenvorbereitung in weniger als 3 Sekunden erforderlich ist. Es kann auch als Laborgerät verwendet werden, da es über einen Sockel verfügt, der die Befestigung verschiedener Probenhalter für die Analyse von Pellets, Flocken oder Kunststoffen bis zu 2 mm ermöglicht.
Die im Analysator enthaltene Werksbibliothek umfasst die folgenden Klassen: PMMA, PE, PC, PETG, EVA, PVC, PET, PU, PS, ABS, PA, PP, VIN, PLA, PBT, PMP, POMC, PPS, PVA, PPSU, EMA PHBV, PAEK, PBAT, PBS, TPES, TPS, MABS, HIPS, MBS, SBC, PCL, PEEK, PHB, SAN, PI, PB.
Visum Master™ ist eine Computersoftware, die es dem Endbenutzer ermöglicht, seine eigenen Identifizierungs-, Klassifizierungs- und Quantifizierungsmethoden oder Bibliotheken zu erstellen, zu erweitern und zu verstärken, ohne dass ein Spezialist oder technisches Wissen über Spektroskopie erforderlich ist, wodurch das Analysegerät zu einem wirklich offenen System wird, das den gegenwärtigen und zukünftigen Analyseanforderungen gerecht wird (neue Polymerklassen, neue Lieferanten usw.).
Wie unten gezeigt, ist es möglich, Spektren neuer Proben in eine bestehende Klasse aufzunehmen oder neue Klassen zu integrieren und so die Bibliothek so robust und aktuell wie möglich zu halten, um klassifizieren oder Identifizierung von Kunststoffen zu können.
Es handelt sich um eine Arbeitsmethode, mit der die Identifizierung von Kunststoffen innerhalb der im Analysegerät verfügbaren Bibliothek analysiert werden kann. Das Ergebnis ist, wie unten zu sehen, die Art des Polymers mit der höchsten Ähnlichkeit und die folgenden (von der höchsten zur niedrigsten Ähnlichkeit).
Wie bei der Identifizierung von Kunststoffen basiert sie auf einem mathematischen Ähnlichkeitsverfahren, ermöglicht aber die Auswahl eines Materialtyps, der in der Identifizierungsbibliothek analysiert wird, um seine Identität zu bestätigen. Das Ergebnis der Verifikationsanalyse ist PASS / FAIL. Im Falle eines negativen Ergebnisses (FAIL) wird die Klasse angegeben, die der analysierten Kunststoffart entspricht. Beide Fälle sind unten dargestellt.
Im Gegensatz zur Analyse zur Identifizierung von Kunststoffen werden bei der Klassifizierung Algorithmen des maschinellen Lernens eingesetzt, um Proben, die einander spektral sehr ähnlich sind, genau zu analysieren und zu klassifizieren, wobei eine doppelte Prüfung zur Bestimmung der Polymerklasse erforderlich ist (z. B. PET/PETG). Mit Hilfe der Visum Master™-Software kann der Benutzer seine eigenen Klassifizierungsbibliotheken für die problematischsten Fälle erstellen.
Als Ergebnis der Analyse erhält der Benutzer die entsprechende Klasse.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die NIR-Spektroskopie ein sehr wertvolles und effektives Werkzeug für die Klassifizierung oder Identifizierung von Kunststoffen ist und, obwohl in diesem Artikel nicht behandelt, auch für Hersteller von Kunststoffen und neuen Formulierungen zur Quantifizierung von Mischungen nützlich ist. Die Offenheit des Analysators durch die Visum Master™-Software macht den Visum Palm™-Analysator zu einem offenen, in sich geschlossenen System, das kontinuierlich neue Proben und Spektren einführen und verschiedene Bibliotheken erstellen kann, ohne dass ein Spezialist benötigt wird.
Ende September präsentierte IRIS Technology Solutions auf der Alimentaria FoodTech 2023 Barcelona die verschiedenen Echtzeit-Qualitäts- und Prozesskontrolllösungen für die Industrie, die das katalanische Unternehmen unter der Marke Visum® herstellt und vertreibt.
Alimentaria-FoodTech ist die Messe für Maschinen, Technologie und Zutaten, die die Wertschöpfungskette der Lebensmittelverarbeitung und -konservierung integriert. Es handelt sich um eine übergreifende Messe, die die Lebensmittel- und Getränkeindustrie von den Rohstoffen bis zum Vertrieb bedient.
Visum®-Lösungen optimieren und digitalisieren die Qualitätskontrolle in verschiedenen Produktionslinien. Sie arbeiten auf der Basis von NIR-, Raman-, Hyperspektral- und Machine Vision-Spektroskopie und liefern Echtzeit-Informationen für die Entscheidungsfindung und Korrektur von Produktionsprozessen. Darüber hinaus konnten die Messeteilnehmer den neuen Visum Palm™ Handheld-NIR-Analysator aus erster Hand sehen.
Das neue Visum Palm™-Analysegerät verfügt über ein innovatives und ergonomisches Design sowie die Möglichkeit, jederzeit und überall Analysen durchzuführen, ohne dass es an ein externes elektronisches Gerät angeschlossen werden muss. Dies ist möglich, weil es über einen integrierten Touchscreen und einen Computer verfügt, die alle Routinefunktionen des Geräts ermöglichen.
Darüber hinaus verfügt es über Visum Master™, eine Software, die im Gegensatz zu den meisten auf dem Markt erhältlichen Modellierungs- und Kalibrierungssoftwares, für die der Benutzer über bestimmte technische Kenntnisse in der Chemometrie verfügen oder eine solche Aufgabe einem Dritten anvertrauen muss.
Sie ermöglicht es, Kalibrierungen auf automatisierte und flexible Weise durchzuführen, indem sie neben anderen Funktionen Spektren und Referenzen (quantitativ oder qualitativ) einbezieht.
IRIS Technology Solutions hat auf der FoodTech auch das europäische Projekt SHEALTHY vorgestellt, das darauf abzielt, eine optimale Kombination von nicht-thermischen Desinfektions-, Konservierungs- und Stabilisierungsmethoden zu bewerten und zu entwickeln, um die Sicherheit (Inaktivierung von Krankheitserregern und verderblichen Mikroorganismen) zu verbessern und gleichzeitig die Nährstoffqualität (bis zu 30 %) zu erhalten und die Haltbarkeit (bis zu 50 %) von Nahrungs- und Genussmitteln zu verlängern. Durch die Kombination und Modulation nicht-thermischer Technologien mit minimalen Verarbeitungsprozessen wird der Ansatz von SHEALTHY endlich in der Lage sein, die wachsende Nachfrage der Verbraucher nach gesunden Lebensmitteln zu erfüllen.
IRIS Technology Solutions stellt die neueste Version seines tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ vor und ergänzt damit seine Visum®-Reihe von Echtzeit-Prozessanalysatoren für die Industrie.
Der neue Visum Palm™ ist ein vollständig tragbares NIR-Spektralphotometer, das die Analyse verschiedener Substanzen, Produkte oder Gemische in Echtzeit ermöglicht, ohne dass herkömmliche Labor- und Probenahmetechniken erforderlich sind, so dass die Industrie an Ort und Stelle Ergebnisse erhalten kann, um Entscheidungen zu treffen oder Produktionsprozessparameter zu korrigieren.
Die neue Generation des Visum Palm™ bringt ein innovatives Design und eine radikale Veränderung in der Art und Weise mit sich, wie die Benutzer die NIR-Technologie erleben. Sie wird jetzt durch KI mit der Visum Master™ Software unterstützt, so dass jeder Hersteller automatisch seine eigenen Vorhersagemodelle oder Kalibrierungen entsprechend seinen Kontroll- und Analyseanforderungen erstellen kann.
Design, Autonomie und Robustheit
Das tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ bietet ein innovatives und ergonomisches Design sowie die Möglichkeit, jederzeit und überall Analysen durchzuführen, ohne dass es an ein externes elektronisches Gerät angeschlossen werden muss. Dies ist möglich, weil das Gerät über einen integrierten Touchscreen und einen Computer verfügt, die alle Routinefunktionen des Geräts ermöglichen.
Das Visum Palm™ arbeitet im Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 nm, da sich in diesem Bereich die Verfügbarkeit chemischer Informationen am besten mit dem Preis und der technologischen Reife vereinbaren lässt. Er arbeitet hauptsächlich im diffusen Reflexionsmodus, für den er eine speziell entwickelte und patentierte Optik besitzt, um so viele Informationen wie möglich aus der Probe zu extrahieren. Insbesondere verfügt es über einen großen Beleuchtungsbereich (50 mm Durchmesser) und einen Sammelbereich von 10 mm. Mit diesen Merkmalen unterscheidet es sich von ähnlichen Analysegeräten in Bezug auf seine Eignung für die Analyse heterogener Proben, was unter realen Arbeitsbedingungen am häufigsten der Fall ist. In Fällen, in denen die Heterogenität stärker ausgeprägt ist, kann das Gerät so konfiguriert werden, dass es den Durchschnitt einer bestimmten Anzahl von Wiederholungen berechnet und ausgibt.
Der Visum Palm™-Analysator entspricht der Schutzart IP65 und ist somit staub-, feuchtigkeits- und wasserfest. Es ist außerdem so robust, dass es fast überall in Innenräumen oder im Freien getragen und getestet werden kann. Es wird sogar mit einem Ständer für die Verwendung auf dem Schreibtisch oder auf dem Tisch geliefert.
Ein neues KI-gestütztes Benutzererlebnis
Im Gegensatz zu den meisten marktüblichen Modellierungs- und Kalibrierungssoftwares, bei denen der Benutzer über technische Kenntnisse in der Chemometrie verfügen oder die Aufgabe einem Dritten anvertrauen muss, macht die PC-basierte Software Visum Master™ die NIR-Technologie durch die Automatisierung der Vorverarbeitung, der Auswahl multivariater Analysealgorithmen und der Validierung noch zugänglicher. So kann jeder Benutzer durch einfache Eingabe von Spektren und Referenzen (quantitativ oder qualitativ) Modelle für die routinemäßige Echtzeitanalyse erstellen und die herkömmliche Analyse ersetzen.
Die neue Software ermöglicht auch die Erweiterung und Bearbeitung bereits vorhandener Modelle, die Synchronisierung mit dem tragbaren Analysator zum Importieren von Spektren, den Export von Modellen, das Herunterladen von Messergebnissen, die automatische Erstellung von Berichten zur Validierung von Analysemethoden und von Audit-Berichten für GMP-Umgebungen sowie bei Bedarf die geführte Überprüfung der messtechnischen Leistung des Geräts.
Für Industrie und GMP-Umgebungen
Während die NIR-Technologie in zahlreichen Branchen wie der Kunststoff-, Lebensmittel-, Chemie-, Agrar-, Holz- und Biokraftstoffindustrie, um nur die wichtigsten zu nennen, eine Vielzahl von Anwendungen findet, stellt das neue Visum Palm™-Gerät für die pharmazeutische Industrie und GMP-Umgebungen eine bedeutende Neuerung in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität dar. Es ist 21 CFR Part 11-konform und ermöglicht die Erstellung und Anzeige eines automatischen Audit-Trail-Berichts, der alle Geräteaktivitäten aufzeichnet und in den Kommentare und Beobachtungen aufgenommen werden können. Außerdem kann der Benutzer automatisch die entwickelten analytischen Methodenvalidierungen generieren und bei Bedarf messtechnische Überprüfungen des Geräts durchführen und die Ergebnisse zu einem späteren Zeitpunkt herunterladen.
„Die NIS-Technologie muss heute einfach zu bedienen und zu verstehen sein, und gleichzeitig muss sie dem Benutzer die Freiheit und Autonomie geben, sie voll zu nutzen und seine tägliche Arbeit zu erleichtern. Die Technologie muss ein Wegbereiter sein. Wir werden weitere Schritte in Richtung Automatisierung und neue Funktionen unternehmen, weil wir davon überzeugt sind, dass dies der richtige Weg ist und was die Branche und die Menschen in ihr brauchen.“, sagt Oonagh Mc Nerney, Direktorin von IRIS Technology Solutions, S.L.
Das neue tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ ist jetzt hier erhältlich. Hier finden Sie auch technische Informationen über das Gerät, Videos und können IRIS Technology Solutions, S.L. für eine Vorführung oder eine spezifische Anfrage kontaktieren.