Competetive Food Processing in Norway

Prosjektet har oppnådd målsettingen ved at det er blitt:
(a) utviklet metoder for online målinger av sentrale kvalitetsegenskaper for fisk og kjøtt;
(b) det er foreslått metoder og modeller for bedre produksjonsplanlegging, verdikjedekontroll og automatisering av prosesslinjer;
(c) utviklet metoder for superkjøling av næringsmidler som muliggjør bedre utnyttelse av råvarene;
(d) utviklet metoder for online-måling av temperatur og sporbarhet under transport ved hjelp av RFID (radio-frequency identification) og EPICS; og
(e) utviklet metoder for sanntidssegmentering av overlappende fisk vha avansert bildeanalyse.

Det har blitt etablert et konsortium som omfatter norsk fisk- og kjøttbransje, teknologileverandører, universitet og forskningsinstitusjoner.

Beskrivelse av de viktigste FoU-oppgavene som er utført og miljøer mest sentrale i gjennomføringen
Online kvalitetsmålinger
Målet for dette arbeidet var å utvikle online målemetoder for fett og fettkvalitet i fisk og kjøtt, isfraksjon, kjernetemperatur og sanntids segmentering av overlappende fisk.

 

I løpet av prosjektperioden er det blitt dokumentert at Ramanspektroskopi kan brukes til å måle viktige egenskaper ved fettsammensetningen i kjøtt og fisk. Det er vist at det er mulig å gjøre slike målinger med lavkost Raman instrument (ca. 400.000 NOK) som gjør metoden interessant og tilgjengelig for industrien. Isfraksjonsmålinger avbildet gjennom hurtigmetoden nær infrarød (NIR) spektroskopi av laks ga gode resultater, og det er vist at selskapet QVision sitt Qpoint-instrument egner seg til online måling av isfraksjon i biter av fisk og kjøtt. Instrumentet er kalibrert mot kalorimetriske (varme-) målinger for flere typer ferske matvarer. Måling av isfraksjon med metoden NMR (nuclear magnetic resonance) fungerer derimot ikke særlig godt. NMR ser ikke ut til å kunne skille mellom ulike innfrysningstemperaturer (som igjen gir ulik størrelse på iskrystallene), og målinger må utføres på produkter hvor isen er jevnet ut og vil heller ikke egne seg som en online-metode. On-line måling av kjernetemperatur i varmebehandlede produkter som stekt leverpostei og fiskekaker er gjennomført og testet ut online. Resultatene ble gode, og det er interesse for denne applikasjonen i industrien.

Modellering av lysspredning har primært vært en stipendiat-oppgave. Tidligere teori om at såkalt fargetap i laksefilet skyldes endringer i lysspredning som følge av fysisk-kjemiske endringer i muskelen etter slakt ble avkreftet. De nyeste forskningsresultatene fra prosjektet viser at fargeendringer i fersk laks trolig kommer av kjemiske endringer, og i liten grad av endringer i lysspredning. De kjemiske endringene som potensielt gir fargeendringer er ikke tidligere påvist. For fryst laks er det påvist at ulike innfrysningstemperaturer gir ulik størrelse på iskrystallene og dermed variasjon i lysspredning. Arbeidet med online målemetoder er utført av Nofima i samarbeid med Nortura og Aker Seafoods.

Metoder for automatisk måling av spalter, hakk, tykkelses-variasjon, kantjevnhet og form på haler og loins av hvitfisk er utviklet i prosjektet, og metoden klarer å sortere med 80 % korrekt klassifisering, sammenlignet med den manuelle sorteringen. Videre ble 90 % av loins av god kvalitet korrekt sortert. Forskjellen mellom den automatiserte metoden og den manuelle skyldes delvis variasjon i den manuelle sorteringen og delvis den utviklede metoden. Det er også blitt utviklet en metode for griping av overlappende loins og filét basert på vakuumsugekopper og høydemålinger for bedre automatisering av filetproduksjon i fiskeindustrien. Metoden viser lovende resultater på loins på grunn av en jevnere overflate enn hele filéter. For overlappende filéter er det blitt oppnådd gode resultater når systemet blir anvendt på skinnsiden av filéten, men det kreves videreutvikling av metoden for griping på muskelsiden. Griping med vakuumsugekopper sammen med bildeanalysemetoden for automatisk deteksjon av flate, jevne områder viser lovende resultater. Dette arbeidet er utført i samsvar med den opprinnelige planen og viser muligheten til å kunne automatisk gripe loins som ligger overlappende på transportbåndet. Dette er en viktig del for å kunne automatisere en større del av foredlingslinjen av hvitfisk. Arbeidet er utfør av SINTEF IKT i samarbeid med SINTEF Raufoss Manufacturing (RM).

Verdikjedekontroll, logistikk og automatisering
Produksjonsplanlegging for anlegg med villfisk og ulike oppsett av superkjølingsbasert produksjon, samt framtidens visjoner om superkjølt verdikjede helt ut til forbruker er utviklet og testet av SINTEF Teknologi og Samfunn. Modellene ser på hvordan en kan utnytte informasjon om produktkvalitet, tilgang og marked for å optimalisere verdiskapingen av sluttproduktet. Optimaliseringsforsøk for økt utbytte og automatisering innen hvitfisk filet produksjon er gjennomført sammen med Aker Seafoods, hvor SINTEF Energi har vært den mest sentrale aktøren sammen med SINTEF RM.

Det ble undersøkt tre prinsipper for automatisert håndtering av fisk og fileter; (1) Mekanisk (“fingergripere”), (2) nålegripere og, (3) vakuumgripere. Studien viste at den eneste kommersielle griperen som kan anvendes for håndtering av overflategriping av fileter som har overlapp, er vakuumgripere. Vakuum ble testet på loins og hel filét, både fra skinn- og muskelside. Det er enklere å oppnå godt grep på filetens skinnside, på grunn av jevnere overflate. Ved griping fra muskelsiden anbefales at man unngår spalter. Griping med vakuumsugekopper sammen med metoden for automatisk deteksjon av flate, jevne områder viser lovende resultater på loins og skinnsiden på hel filet.

Superkjøling og kuldekjeden
Målet var å studere de ulike parameternes innvirkning på superkjølingsprosessen og produktkvalitet, og på bakgrunn av dette utvikle retningslinjer og en termodynamisk database for effektive superkjølingsprosesser. Det skulle skisseres design for optimal lagring og distribusjon av superkjølte produkter. Gjennom omfattende studier av superkjølingsprosesser for en rekke produkter har prosjektet bidratt til en ny forståelse for hvordan superkjøling, inkludert lagring og distribusjon, bør utføres, og hvilke parameter som påvirker prosess og kvalitet. De opprinnelige målene for dette området er oppfylt og kunnskapsstatus for superkjølte prosesser er endret betydelig etter 5 års forskning.

De viktigste oppgavene innen superkjøling har vært knyttet til identifisering av hvilke parametere som i størst mulig grad påvirker superkjølingsprosessen og sluttkvalitet; isfraksjon, temperatur, type produkt, superkjølingsmetode og tining etter superkjøling. De mest sentrale aktørene i dette arbeidet har vært SINTEF Energi AS i tett samarbeid med NTNU, SINTEF IKT, SINTEF Materialer og Kjemi, SINTEF Teknologi og samfunn og Nofima. Det har også vært et godt industrielt samarbeid i forbindelse med arbeidet med blant annet Yara Praxair (lån av LIC fryser og ekspertise i forbindelse med bruk av utstyret), Halvar Lerøy (råstoff), Nortura (råstoff, forsøksgjennomføring), Aker Seafoods (råstoff, forsøksgjennomføring), Fatland AS (råstoff, forsøksgjennomføring) og FHF (viktig bidragsyter gjennom å være en aktiv bransjeorganisasjon).

Etter fem år med intens forskning på superkjøling har kunnskapsstatus blitt betydelig endret, fra å være et rigid konsept med mange ulemper og begrensinger for industriell implementering, til å være et sterkt redskap for å øke holdbarheten til fersk mat. Den mest vanlige innvendingen mot superkjølingskonseptet har vært at en superkjølt vare er delvis fryst slik at produktets fysikalske kvalitet etter tining vil forringes sammenliknet med dagens kjøling av ferske produkter. Denne påstanden er ettertrykkelig motbevist gjennom flere eksperimentelle forsøk med både fisk- og kjøttvarer hvor det er bevist opp mot en dobling i økt mikrobiologisk kvalitet i antall dager. Sensoriske analyser av superkjølte og kjølte svine-koteletter er blitt gjennomført for å avdekke om et trent panel kan kjenne forskjell mellom superkjølt og kjølt produkt under lagring. Tilsvarende som for tidligere forsøk kunne ikke panelet kjenne noen forskjell fram til det punktet hvor den kjølte varen passerte kravet for mikrobiologisk kvalitet.

Ved prosjektoppstart antok man at det var avgjørende for produktkvaliteten at en traff en gitt ismengde innenfor et lite område. Etter mange eksperiment med superkjøling av en mengde produkt kan en konkludere med at en oppnådd ismengde mellom 5–20 % vil produktet få økt holdbarhet og sikret god kvalitet. Denne robustheten var ikke ventet, men gir en stor mulighet for kommersialisering av superkjølingskonseptet. I tillegg til økt utbytte og kapasitet samt en miljøgevinst ved at transport kan gjøres uten is, vil superkjøling av ferske matvarer gi mulighet for bedre utnyttelse av råvare og at andel fersk mat kan øke og nye markeder nås.

 

I prosjektperioden har 7 masterstudenter, 2 post.doc.- og 2 Ph.D.-kandidater (hvorav en blir ferdig i mars 2012) blitt utdannet innen de ulike fagfelt i prosjektet.