KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 30, SEPTEMBER 2016

Glucose meten in maïsgebaseerde zetmeelproducten

Op het fabriekscomplex van Tate & Lyle in Koog aan de Zaan worden uit maïs innovatieve halffabrikaten geproduceerd voor toepassing in de voedselverwerkende industrie, zoals verschillende typen zetmeel en glucosestropen. De hiervoor essentiële procesmonitoring en kwaliteitscontrole is een samenspel tussen het centrale QC-lab, dat sinds mei vorig jaar in een nieuw gebouw is gevestigd, en de vijf fabriekslaboratoria.
Een belangrijke parameter voor met name de stropen is het glucosegehalte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pascal Groot is bij Tate & Lyle in Koog aan de Zaan verantwoordelijk voor de analyse-apparatuur, zoals de door Salm en Kipp geleverde YSI 2900 biochemische analyzer voor de snelle bepaling van het glucosegehalte.

 

‘Een hoogwaardige stroop die laag is in calorische waarde, en niet leidt tot textuur verlies in de applicatie’. Deze klantgedreven wens van de voedselverwerkende industrie was bij de productontwikkelaars van Tate & Lyle niet aan dovemansoren gericht. Zij kwamen enkele jaren geleden met SGF (‘soluble gluco fibre’), een hoogwaardige stroop die in allerlei voedingswaren kan worden verwerkt. “Het verschil met normale stropen zit hem in het feit dat SGF rijk is aan fibres, polysacchariden die slechts gedeeltelijk in de darmen enzymatisch worden afgebroken. Hierdoor valt SGF veel lager op de calorische schaal, terwijl de stroop wel zijn normale fysisch-chemische eigenschappen behoudt. Het gevolg is dat zo'n stroop wel zorgt voor behoud van vorm en textuur van de applicatie, maar niet bijdraagt aan de calorische waarde, het dikmakende van een normale glucosestroop.” Aan het woord is Pascal Groot, analist op het QC-lab van Tate & Lyle in Koog aan de Zaan en verantwoordelijk voor de analytische apparatuur. “Mijn verantwoordelijkheid loopt van de contacten met de leveranciers en onderhoud & repair tot aan de correcte werking van de instrumenten door het uitvoeren van routine checks en kalibraties. De apparatuur is niet alleen te vinden in het QC-laboratorium, maar ook in vijf fabriekslaboratoria verspreid over het direct aan de Zaan gelegen terrein. Deze fabriekslaboratoria zijn gekoppeld aan de verschillende fabrieken waar onze grondstof maïs wordt opgewerkt en verwerkt tot één van onze halffabrikaten voor de voedsel- en papierindustrie. Naast de analytische apparatuur beheer ik ook samen met een collega het magazijn voor consumables en chemicaliën.”

 

Maïs uit Frankrijk

Het maïszetmeel van Tate & Lyle Nederland wordt gemaakt uit maïs dat in schepen uit hoofdzakelijk Frankrijk wordt aangevoerd, zo’n 1 miljoen kilo per dag. Het gaat hierbij om twee typen maïs, namelijk zogenaamde dent- en waxy maïs, wat gekenmerkt wordt door verschillende verhoudingen van amylose and amylopectine, de twee verschillende vormen waarin zetmeel kan voorkomen. Amylose is een polysaccharide waarbij de glucosemoleculen bijna uitsluitend via een 1,4-binding met elkaar verbonden zijn. In amylopectine komen naast 1,4-bindingen ook 1,6-bindingen voor. Dent maïs is rijk aan amylose zetmeel, terwijl waxy maïs geen amylose bevat en uitsluitend bestaat uit amylopectine zetmeel. Dit resulteert in verschillen in fysisch-chemische eigenschappen, wat consequenties heeft voor de de verdere verwerking. De maïs gaat eerst naar het Nathuis waar het zetmeel in het zogenaamde ‘corn wet milling process’ uit de maïs wordt geweekt. Een maïskorrel bestaat grofweg voor 70% uit zetmeel en voor 30% uit andere componenten, zoals de maïskiem, vezels en eiwitten. Die mogen niet in het zetmeel zelf terecht komen, maar worden verwerkt tot hoogwaardige co-producten die hun weg vinden naar met name de diervoederindustrie. Voorbeelden van dergelijke producten zijn het eiwitrijke Corn Pro, ingedikt weekwater dat ook rijk is aan voedingsstoffen (Corn Steep liquor) en Corn Germs, kiemen die rijk zijn aan vetten en worden gebruikt om de maïsolie eruit te halen. Het hoofdproduct, de zetmeelslurrie, wordt verpompt naar andere deelfabrieken voor verdere verwerking. Er is een deel dat direct wordt gedroogd en niet fysisch en/of chemisch wordt bewerkt. Dit wordt natief zetmeel genoemd en is vergelijkbaar met maïzena. Het grootste deel van de zetmeelslurrie ondervindt wel een modificatie, fysisch en/of chemisch, om het specifieke eigenschappen mee te geven. Dit kan bijvoorbeeld door crosslinking van de zetmeelketens of substitutie van bepaalde functionele groepen. Een voorbeeld van een fysische modificatie is een koud oplosbaar zetmeel. Hierbij is het mogelijk om te zorgen voor verdikking van bijvoorbeeld een sausje zonder dit eerst op te warmen, wat het gemak voor de klant verhoogt. Naast zetmeel, worden er ook glucosestropen gemaakt. Wanneer zetmeel wordt afgebroken komen er glucosemoleculen of di- en trimeren van glucose vrij. Daarvan kan een glucosestroop worden gemaakt. Dat gebeurt in een aparte plant, de glucose plant. Naast standaard stropen worden daar ook de hoogwaardige stropen gemaakt, zoals de hierboven genoemde SGF.

 

 

 

 

 

 

“Onze werkwijze is gebaseerd op het ad hoc  afhandelen van analyses: meteen inzetten en direct na analyse invoeren van de meetresultaten in SAP en LIMS,  zodat ze kunnen worden teruggekoppeld aan de fabriek.”

 

Glucose meten

Een belangrijke maat voor het procesverloop bij de productie van de hoogwaardige stropen in de glucose plant is het glucosegehalte. Hiervoor wordt zowel in het productie- als in het QC-laboratorium gebruikgemaakt van een door Salm en Kipp geleverde YSI analyzer. “Met dit instrument meet je op basis van enzymatische detectie specifiek het glucosegehalte wat een hele robuuste methode is. In de meetcel zit een Platina elektrode met daarop een membraan met enzymen die gevoelig zijn voor glucose. Zodra de glucosemoleculen in contact komen met die enzymen, worden ze afgebroken tot waterstofperoxide en elektronen. Daardoor gaat er een klein stroompje lopen. De toename van de stroom, die is geijkt aan een interne standaard, is een maat voor het glucosegehalte. Naast de snelheid –binnen 30 seconde heb je een resultaat– is een voordeel van deze methode dat hij niet gevoelig is voor andere componenten in de procesmatrix. Naast vrij glucose, heb je namelijk ook maltose (een dimeer van glucose), triose, tetraose en grotere macromoleculen van wel acht, negen of tien eenheden. Voor de meting hoeven deze moleculen er niet uit, want ze storen niet”, legt Pascal Groot uit. Tijdens het uren durende proces, dat onder verwarming plaatsvindt in een groot vat met een roerwerk, kunnen de operators aan de hand van het gehalte aan vrij glucose afleiden hoe de verhouding tussen de macromoleculen waar het echt om gaat zich ontwikkelt, en wanneer het proces voltooid is. De operators hoeven met deze biochemische analyzer alleen maar een verdund monster in de autosampler te plaatsen. Het instrument beschikt intern zelf over een kalibratiemonster, waarmee het instrument zichzelf, om de tien monsters of na vier uur tijdsverloop, automatisch herkalibreert. “Het gros van de glucosebepalingen vindt plaats in het laboratorium van de glucoseplant, op de YSI 2700. Op het QC-lab staat de opvolger, de YSI 2900, die we gebruiken als back-up voor de YSI 2700. Mocht deze niet meer functioneren of als er extra metingen moeten worden uitgevoerd, kunnen wij dat direct hier doen, zonder noemenswaardige vertraging voor de operators”, aldus Pascal Groot.

 

 

 

 

 

 

 

Decentraal

Waar mogelijk vinden de tussencontroles decentraal plaats, in één van de vijf productielaboratoria. Naast de glucosemetingen zijn dat bijvoorbeeld FT-NIR metingen van vocht-, vet of eiwitgehalte van de co-producten in het nathuisproces of van het zetmeel gedurende het droogof modificatieproces. “De operator hoeft alleen maar een scan van het monster te maken, waarna de verschillende gehaltes voor dat product uit het opgenomen spectrum worden berekend aan de hand van de bijbehorende kalibratielijnen. Deze kalibraties zijn Tate & Lyle breed gestandaardiseerd. We streven er naar om zoveel mogelijk de analysemethoden, inclusief het type instrument, voor alle vestigingen hetzelfde te houden, zodat je één op één resultaten kunt genereren. Analysevoorschriften, bijvoorbeeld in het geval van nieuwe producten, worden ontwikkeld in het R&D-laboratorium in de Verenigde Staten. De centrale QC-laboratoria, in ons geval het CQC in Lübeck, rolt die dan uit over de verschillende vestigingen. Eén van mijn taken is om die methode te implementeren en aan de hand van kalibraties de kwaliteit op peil te houden. Op deze manier worden ook de kalibratielijnen voor FT-NIR overgezet; decentraal voeren we alleen een kleine bias-correctie voor het specifieke apparaat uit, terwijl CQC verantwoordelijk is voor het kalibreren en bijhouden van de lijnen.”

 

24/7 analyseren

Een andere belangrijke parameter voor de kwaliteit van de geproduceerde zetmeel is het viscositeitsgedrag. Hiervoor worden Brabender viscografen gebruikt en zogenaamde rapid visco analyzers (RVA), die wat kleiner en sneller zijn. Aan de hand van het opgenomen viscogram kan een viscositeitsprofiel van het product worden gemaakt, wat een maat is voor de kwaliteit van het geproduceerde zetmeel. De tussenmonsters die in het QC-laboratorium worden geanalyseerd, zoals die van het nathuisproces en het modificatieproces van het zetmeel worden via het buizenpostsysteem verstuurd of door de operator gebracht. Dat geldt ook voor de monsters uit de glucose plant voor de HPLCanalyse van de stropen op di-, tri- en tetrameren. Hiermee krijgt de operator een completer beeld van het profiel van de stroop, dat hij al globaal vanuit de glucose-analyse met de YSI had. In alle gevallen vindt direct analyse plaats.

“Er is geen tijd om de analyses op te sparen om ze in batches te verwerken. Onze werkwijze is gebaseerd op het ad hoc afhandelen van analyses: meteen inzetten en direct na analyse invoeren van de meetresultaten in SAP en LIMS, zodat ze kunnen worden teruggekoppeld aan de fabriek”, vertelt Pascal Groot. Deze werkwijze betekent dat het lab net zoals de plant 24/7 werkt in vijfploegenrooster met drie shifts per dag. Iedere shift op het lab bestaat uit drie mensen, die allemaal alle handelingen kunnen verrichten. Naast de analyses zijn de analisten ook verantwoordelijk voor de afvalwaterzuivering, die met behulp van micro-organismen de reststoffen in het proceswater afbreekt voordat het op het riool wordt geloosd. Hierbij zorgen ze niet alleen voor de monitoring van het proces aan de hand van afvalwatercontroles, maar ook voor het optimaal laten verlopen van het proces door te sturen op parameters als pH en temperatuur. Daarnaast werken er twee dagdienstanalisten voor de eindkeuringen en de microbiologische analyse als total plate count, gist en schimmels (de overige worden naar een extern lab gestuurd). Verder zijn er de QA/QC manager en QA specialist die verantwoordelijk zijn voor alle procedures en wet- en regelgeving die komen kijken bij de processen, de QC-manager, die verantwoordelijk is voor het lab en leiding geeft aan de dag- en ploegenanalisten en de QC-specialist die zich vooral met administratieve taken bezighoudt op het gebied van SAP en LIMS. Ook Pascal Groot werkt in dagdienst.

“Met het beheer van alle apparatuur komt daar naast controle en kalibratie ook een stukje troubleshooting bij kijken. Eigenlijk iets waar je 24/7 voor beschikbaar moet zijn, maar gelukkig hoeven ze mij daar buiten de normale werktijden zelden voor in te schakelen!”

 

Salm en Kipp

www.salmenkipp.nl

 

Tate & Lyle

www.tateandlyle.com

Het QC-laboratorium van Tate & Lyle is sinds mei 2015 gevestigd in een nieuw gebouw dat veel licht van buiten toelaat.

Richard Bastiani, Mariëlle Groen en Natasja Alderliefste handelen de analyses voor productie ad hoc af en werken dus net als de collega’s bij productie in vijfploegen, afwisselend in ochtend-, middag- of nachtdienst.

AGENDA

KOOPJESHOEK