Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit. Willkommen am FEI Abschlusssymposium zum DFG/AiF-Clusterprojekt

Transkript

1 Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit Willkommen am FEI Abschlusssymposium zum DFG/AiF-Clusterprojekt Bonn,

2 Abschlusssymposium Bonn, DFG/AiF PAK 485 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Arbeitsgruppen Delgado*, Becker, Bolling, Diepolder, Heinz, Hitzmann, Majschak, Schmidt, Schwägele *Koordinator

3 Abschlusssymposium zum DFG/AiF-Clusterprojekt Bonn, Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) DFG/AiF PAK 485 * *Koordination

4 Die Ziele und Konzeption des Clusterprojektes A. Delgado FAU Erlangen-Nürnberg DFG/AiF PAK 485 * *Koordination

5 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Warum? Was? Wie? Wer?

6 Warum? Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit Fleischwirtschaft ist ein bedeutender Wirtschaftsfaktor KMU spielen ein wichtige Rolle in der Fleischwirtschaft Viele handwerkliche Arbeiten Viele Arbeiten unter körperlich schweren Bedingungen Dringender Bedarf an Innovationen Ganzheitliche Innovationen unter besonderer Berücksichtigung aller materiellen und energetischen Flüsse Automatisierte Lösungen zur Entlastung des Menschen Ökologische und ökonomische Lösungen Lösungen mit hoher Naturbelassenheit Neuartige Methoden.

7 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Warum? Was? Wie? Wer?

8 Was? Minimal Processing Generalisiertes Minimal Processing Beim Prozessieren wird Materie, Energie und Information (sowie die Biotische Funktion) transformiert, transportiert und akkumuliert. Materie und Energie (sowie die Biotische Funktion) stehen beim Prozessieren in untrennbarer Verknüpfung. Information und Biotische Funktion sind keine Erhaltungsgrößen

9 Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit Generalisiertes Minimal Processing durch hohe Naturbelassenheit geringen Saftverlust ausschließliche Verarbeitung von Fleisch der richtigen Qualität von Fleisch einwandfreier Hygiene von Fleisch der richtigen Temperatur online/inline-fähige Messtechniken Chargenrückverfolgung effektive und effiziente Schnittführung effektive Messer- und Anlagenreinigung Nutzung von energieeffizienten Querschnittstechnologien bedarfsorientiertes Ein- und Ausschalten der Roboter und Antriebe.

10 Einleitung Minimal Processing Intelligenter automatisch prozessieren? Intelligenter und produktschonender automatisch prozessieren? Intelligenter produktschonender und wirtschaftlicher automatisch prozessieren? Intelligenter, produktschonender, wirtschaftlicher und energieffizienter automatisch prozessieren? Intelligenter, produktschonender, wirtschaftlicher, energieffizienter und nachhaltiger automatisch prozessieren?

11 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Warum? Was? Wie? Wer?

12 Wie? Minimal Processing Fluoreszenz- Lichtquelle Raman-Spektrometer Qualitätsbestimmung Sortierung 3D-Kamerasystem US-Scanner Kamerasystem Teilprojekt 4,5,6 Schnittbahnerkennung Zerlegebox Teilprojekt 3 Datenbank Automatisierungssystem Teilprojekt 1-LSTM Datenbank Teilprojekt 2 Zerlegung Roboter Informationsfluss Befehl Teilprojekt 1-DIL

13 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Warum? Was? Wie? Wer?

14 Wer? Interdisziplinäre Gruppen entlang der Prozesskette

15 Wer? Projektbegleitender Ausschuss ABB Automation GmbH AOS GmbH BANSS Germany Meat Technologies Bundesverband der deutschen Fleischwarenindustrie e. V. (BVDF) Cruse Leppelmann Kognitionstechnik GmbH CSB-System AG E + V Technology GmbH E. Schillerfleisch GmbH ELBAU Elektrische Bauelemente GmbH EPSON Deutschland GmbH European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) Fachverband Nahrungsmittel und Verpackungsmaschinen (VDMA) Fleischwarenfabrik H. Kemper GmbH & Co. KG Forschungskuratorium Maschinenbau e.v. FREUND Maschinenfabrik GmbH & Co. KG J&M Analytische Mess- und Regeltechnik GmbH Jürgen Löhrke GmbH Lechler GmbH MAJA Maschinenfabrik Herrmann Schill GmbH & Co. KG Rittal GmbH & Co. KG Rockwell Automation GmbH Siemens AG Unifleisch GmbH & Co. KG Verband der Fleischwirtschaft e.v. (VDF) Vision & Control GmbH WEBfactory GmbH Westfleisch eg Wilhelm Brandenburg GmbH & Co. OHG Zech electronics

16 Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) Warum? Was? Wie & Wer?

17 TP1 LSTM, DIL Innovative Messtechniken: --- Aktoren: Roboter für die Zerlegung (IRB 140) und für Auf- und Festhalten (IRB 2600) der Fa. ABB Robotics Software/ Auswertungsmethoden: Entwicklung eines übergeordneten, prozessabbildenden Referenz-Petrinetzes inklusive Unternetzen (Software Renew The Reference Net Workshop) Java-basierte Modell- und Schnittstellenprogrammierung Entwicklung eines MATLAB-Code zur Schnittbahnberechnung aus CT-Aufnahmen Multiplikatoren: Übergeordnetes, prozessabbildendes Referenz-Petrinetz

18 Messtechnik TP3 - FraunhoferAVV Versuchsstand zur optischen Fluoreszenzdetektion Auswertungsmethoden wir nutzen für unsere Reinigungsuntersuchungen bereits bestehende Methoden Aktoren / Versuchstechnik Gestell für Robotermontage TransFix-Modul inkl. Schwenkarm und Steuerungseinheit Versuchsstand zur Werkzeugreinigung (statisches und bewegtes Reinigungssystem)

19 TP5, TP6 Auswertungsmethoden: 1.Mittelwert- und Differenzspektren 2.Multiple Lineare Regression (MLR) 3.Hauptkomponentenanalyse (PCA) 4.Hauptkomponentenregression (PCR) 5.Partial Least Squares Regression (PLSR) 6.Multivariate Curve Resolution (MCR) 7.Locally Weighed Regression (LWR) 8.Basislinienkorrektur (verschiedene Verfahren) 9.Spektrenvorverarbeitung mit SNV, MSC, EMSC, Sav.-Gol. Filter, EPO, GLWS 10.Kanalreduktion mit VIP, ACO, genetischen Algorithmen und ipls (interval direct oder recursive PLS)

20 TP5, TP6 Innovative Messtechnik: Raman-Spektroskopie zur nicht-invasiven und schnellen ph-messung und Bestimmung von Fleischqualität Referenzierung: ph Lactat L*a*b* Tropfsaftverlust Scherkraft Einstich- und Oberflächensonde Nass-chemisch Minolta Contained Box -Methode Warner-Bratzler

21 Einschätzung des Projektablaufs Vorhaben haben weitestgehend die 3D-Kamerasystem Raman-Spektrometer Fluoreszenz- ausgegebenen Ziele erreicht Lichtquelle Qualitätsbestimmung Sortierung US-Scanner Zukunftsweisende Innovationen entstanden Teilprojekt 4,5,6 Kamerasystem Breitgefächertes Forschungsinstrumentarium Schnittbahnerkennung Prinzipielle Praxistauglichkeit belegt Zerlegebox Teilprojekt 3 Automatisierungssystem Zerlegung Teilprojekt 2 Starke Momente des Minimal Processings Datenbank Datenbank umgesetzt Teilprojekt 1-LSTM Starke Zunahme der Multiplikationseffekte Roboter Informationsfluss Befehl Teilprojekt 1-DIL

22 Veröffentlichungen 2010 Poster Übersicht über das DFG/AiF-Forschungscluster Minimal Processing, EFFoST Annual Meeting, , Dublin, Ireland 2011 Durek, J., Fröhling, A., Thomasius, R., Paquet-Durand, O., Hitzmann, B., Schlüter, O. (2011): Mobile fluorescence detection for porphyrin-based contamination monitoring in fresh meat production EFFoST Annual Meeting - Process - Structure Function Relationships, 9-11 November 2011, Technical University Berlin, Germany (Vortrag). J. Durek, A. Fröhling, A. Ghadiri, J. Bolling & O. Schlüter (2011): Non-invasive determination of fluorescence signals for fast detection of bacterial contaminations on meat surfaces. ASABE Annual International Meeting, Louisville, Kentucky (USA), (Poster). J. Durek, T. Becker, J. Bolling, H. Diepolder, V. Heinz, B. Hitzmann, J.-P. Majschak, O. Schlüter, H. Schmidt, F. Schwägele und A. Delgado: Minimal Processing an automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung. Eine Fallstudie am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken). In: Fleischwirtschaft (2011), Nr. 4, S Kulmbacher Woche, Kulmbach (2012): Neue Ergebnisse zur Bestimmung der Qualität von Schweinefleisch mittels Raman-Spektroskopie, H. Schmidt, R. Scheier, A. Octoviani, N. Agarkov A. Delgado, V. Heinz, Q. Xie, K. Franke, F. Groß, S. Hupfer, J. Procelewska (2012): Automatisiertes Minimal Processing in der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken). GDL-Kongress Lebensmitteltechnologie, Dresden, (Vortrag). BOLLING, J., FRÖHLING, A., DUREK, J. UND SCHLÜTER, O. (2012): Differenzierung von Autofluoreszenzsignaturen zur Online-Erfassung bakterieller Kontaminanten in der automatisierten Fleischzerlegung. GDL-Kongress Lebensmitteltechnologie, Dresden, (Vortrag). DUREK, J., BECKER, T., BOLLING, J., DIEPOLDER, H., HEINZ, V., HITZMANN, B., MAJSCHAK, J:-P., SCHLÜTER, O., SCHMIDT, H., SCHWÄGELE, F. und DELGADO, A. (2011): Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken). Fleischwirtschaft 4/11, DUREK, J., FRÖHLING, A., SCHNABEL, U., EHLBECK, J., BOLLING, J. und SCHLÜTER, O. (2012): Total viable count and quality attributes of fresh pork after indirect plasma treatment. IFT Annual Meeting, Las Vegas (USA), (Vortrag) DUREK, J., FRÖHLING, M., ERHARD, STREIT, I., BOLLING, J. und SCHLÜTER, O. (2012): Characterization of bacterial load on whole raw ham samples. ASABE Annual International Meeting, Dallas, Texas (USA), (Vortrag) Fachtagung VVD, Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik, Dresden (2012):Nicht-invasive ph-messung mittels Ramanspektroskopie, R. Scheier, O. Paquet-Durand, H. Schmidt, B. Hitzmann FRÖHLING, A., DUREK, J., ERHARD, M., STREIT, I., BOLLING, J. UND SCHLÜTER, O. (2012): Determination of microbial diversity on whole raw ham by MALDI-TOF-MS. CIGR Section VI International Technical Symposium on INNOVATING THE FOOD VALUE CHAIN, Stellenbosch (Südafrika), (Vortrag) FRÖHLING, A., DUREK, J., SCHNABEL, U., EHLBECK, J., BOLLING, J. UND SCHLÜTER, O. (2012): Indirect plasma treatment of fresh pork: decontamination efficiency and effects on quality attributes. Innovative Food Science and Emerging Technologies 16, FRÖHLING, A., DUREK, J., SCHNABEL, U., EHLBECK, J., BOLLING, J. UND SCHLÜTER, O. (2012): Influence of non-direct plasma treatment on total viable count and quality attributes of fresh pork. CIGR-Ageng2012, Valencia (Spanien), (Vortrag) Geier, D.; Hussein, W. B.; Hussein, M. A.; Becker, T.: Physikalisches Imaging zur Struktur- und Texturerkennung bei der Fleischverarbeitung, 6. Kongress Lebensmitteltechnologie, Dresden, Germany, 2012 H. Schmidt, R. Scheier, A. Octoviani, N. Agarkov, A. Petzet, Bestimmung der Qualität von Schweinefleisch mittels Raman-Spektroskopie, Rundschau für Fleischhygiene und Lebensmittelüberwachung, angenommen 2012

23 Veröffentlichungen H. Schmidt, R. Scheier, A. Octoviani, N. Agarkov, A. Petzet, Mitteilungsblatt Fleischforschung Kulmbach 51, Nr. 198 (2012), Non-invasive ph measurement early postmortem in porcine M. semimembranosus using Raman spectroscopy, R. Scheier, H. Schmidt, 58 th International Congress of Meat Science and Technology, (2012) Poster ProcessNet-Jahrestagung : Poster P.22.17, Optimierung von Prozessketten der Fleischverarbeitung auf der Grundlage von Referenz-Petri-Netzen, Q. Xie, F. Groß, R. Benning, A. Delgado, Universität Erlangen-Nürnberg/D R. Scheier, H. Schmidt, Measurement of the ph value in pork meat early postmortem by Raman spectroscopy, Applied Physics B, angenommen 2012 R. Scheier, H. Schmidt, Non-invasive ph measurement early postmortem in porcine M. semimembranosus using Raman spectroscopy, 58th International Congress of Meat Science and Technology (2012), Paper 157, 1-4 R. Scheier, O. Paquet-Durand, H. Schmidt, B. Hitzmann, Nicht-invasive ph-messung mittels Ramanspektroskopie, Fachtagung VVD, Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik, Dresden (2012): Recent results of measuring quality traits of pork meat using Raman spectroscopy, 2013 A. Delgado (2013): Herausforderung Energieeffizienz in der Lebensmittelwirtschaft: Ziele, Ansätze und Methoden, FEI-Kooperationsforum 2013 Bonn Artikel zum Vortrag Kulmbacher Woche 2013 im Mitteilungsblatt Fleischforschung Kulmbach BOLLING, J; A. Fröhling; J. DUREK; O. SCHLÜTER; O. PAQUET-DURAN und B. HITZMANN (2013): Kontaminationsmonitoring in der Fleischzerlegung mittels Autofluoreszenzsignaturen. FleischWirtschaft 93 (3), DELGADO, A.; V. HEINZ; Q. XIE; K. FRANKE; F. GROß; S. HUPFER und M. NAGEL (2013): Automatisiertes Minimal Processing in der roboterbasierten Feinzerlegung von Schweinefleisch. FleischWirtschaft 95 (6), GEIER, D; W.B. HUSSEIN; M.A. HUSSEIN und T. BECKER (2013): Physikalisches Imaging zur Struktur- und Texturerkennung bei der Fleischverarbeitung. FleischWirtschaft 93 (2), HAND-HELD RAMAN SYSTEM FOR AN EARLY POSTMORTEM DETECTION OF PH AND DRIP LOSS OF PORK MEAT, Rico Scheier, Anja Petzet, Aneka Bauer and Heinar Schmidt, ICoMST 2013 M. Nagel (2013): Holistische Betrachtung von Stoff- und Energieflüssen mittels Petri-Netzen, FEI-Kooperationsforum 2013 Bonn Posterbeitrag auf dem ICoMST 2013 in Izmir, Türkei (eingereicht) SCHEIER, R; M. NACHE; N. AGARKOV; B. HITZMANN und H. SCHMIDT (2013): Raman-Sensorik von Lactat für eine automatisierbare Beurteilung der Fleischqualität. FleischWirtschaft 93 (4), Übersichtsartikel in der Fleischwirtschaft, Ausgabe 5, Mai 2013

24 Veröffentlichungen Analytik für eine online-fähige Beurteilung der Qualität von Schweinefleisch am Beispiel des Schinkens, H. Schmidt, N. Agarkov, R. Scheier, A. Octoviani, O. Paquet-Durand, B. Hitzmann, M. Nache, F. Schwägele, A. Petzet, A. Bauer Artikel in Rundschau für Fleischhygiene und Lebensmittelüberwachung (TP 5+6) Scheier, R., Köhler, J. and Schmidt, H., Identification of the early postmortem metabolic state of porcine M. semimembranosus using Raman spectroscopy, Biophys. Biochem. J. submitted R. Scheier, H. Schmidt (2013): Measurement of the ph value in pork meat early postmortem by Raman spectroscopy. Applied Physics B 111: R. Scheier, J. Köhler, H. Schmidt (2013) Identification of the early postmortem metabolic state of porcine M. semimembranosus using Raman spectroscopy. Vibrational Spectroscopy, In Press, DOI /j.vibspec R. Scheier, A. Bauer, H. Schmidt (2014) Early postmortem prediction of meat quality traits of porcine M. semimembranosus using a prototype Raman system. Food and Bioprocess Technology, submitted. M. Nache, R. Scheier, H. Schmidt, B. Hitzmann (2014) Non-invasive lactate and ph-monitoring in meat using Raman spectroscopy and chemometrics. In Preparation.

25 Konferenzen & Messen TP5 seit Mai ' , IFFA, Frankfurt a. M., Dr. H. Schmidt, A. Bauer, Präsentation mobiles Raman-Messgerät + Poster , LEMITEC, Kulmbach, Dr. H. Schmidt, R. Scheier, Präsentation mobiles Raman-Messgerät + Poster , Marktplatz der Ernährung im Rahmen der Bayerischen Ernährungstage, München, R. Scheier, A. Bauer, Präsentation mobiles Raman- Messgerät + Poster , ICoMST, Izmir, Türkei, Dr. H. Schmidt, Vortrag , Biotechnica 2013, Innovation In Food, Hannover, M. Nache, Poster , Kooperationsforum der Universität Bayreuth, Bayreuth, Dr. H. Schmidt, R. Scheier, Poster 7. Oktober 2013, Dechema, Frankfurt a. M., M. Nache, Poster 8. November 2013, 9th German Conference on Chemoinformatics (GDCh), Fulda, M. Nache, Poster

26

27 Die Ziele und Konzeption des Clusterprojektes A. Delgado FAU Erlangen-Nürnberg DFG/AiF PAK 485 * *Koordination

28 Tagesordnung 10:00 Uhr Die DFG/AiF-Clusterinitiative: Synergien für Industrie und Wissenschaft (Dr. Häusser) 10:10 Uhr Grußworte (Dr. Schmitz-Möller, Dr. Schmidt) 10:25 Uhr Die Ziele und die Konzeption des Clusterprojektes (Prof. Delgado) 10:45 Uhr Die Sicht der Industrie (Hr. Schmidt) 11:00 Uhr Kaffeepause (Posterpräsentation im Foyer) 11:30 Uhr TP 2 (DFG): Physikalisches Imaging zur Struktur- und Texturerkennung bei der Fleischverarbeitung (AG Prof. Becker; Hr. Geier) 12:00 Uhr TP 4 (DFG): Differenzierung von Autofluoreszenzsignaturen zur Online-Erfassung bakterieller Kontaminanten in der automatisierten Fleischzerlegung (AG Dr. Bolling, Prof. Hitzmann; Dr. Schlüter) 12:30 Uhr TP 5 (DFG): Grundlagenuntersuchungen zur Raman-Sensorik von Lactat für eine automatisierbare Beurteilung der Fleischqualität in der Prozesskette (AG Dr. Schmidt, Prof. Hitzmann) 13:00 Uhr Mittagspause (Posterpräsentation im Foyer) 14:00 Uhr TP 6 (AiF): Entwicklung von Analysenmethoden zur Etablierung einer onlinefähigen Beurteilung von Fleisch (AG Dr. F. Schwägele, Dr. Schmidt, Dr. Diepolder; Dr. Bauer) 14:30 Uhr TP 3 (AiF): Reinigungs- und hygieneorientiertes Maschinenkonzept zur ganzheitlichen Umsetzung von Minimal Processing in der Fleischverarbeitung (AG Prof. Majschak) 15:00 Uhr TP 1 (AiF): Minimal Processing in der automatisierten Feinzerlegung von Schweinefleisch (AG Prof. Delgado, Dr. Heinz; Dr. Franke, Fr. Groß) 15:30 Uhr Resümee und Perspektiven 15:45 Uhr Ende der Veranstaltung

29 Abschlusssymposium zum DFG/AiF-Clusterprojekt Minimal Processing in automatisierten Prozessketten der Fleischverarbeitung am Beispiel der Feinzerlegung von Schweinefleisch (Schinken) DFG/AiF PAK 485 Bonn, * *Koordination