मिनीएचर स्पेक्ट्रोमीटर रियल टाइम में ब्रूइंग पर नज़र रखते हैं

चीन से आए एक नए अध्ययन से संकेत मिलता है कि मिनिएचर नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर औद्योगिक मैशिंग के दौरान वॉर्ट के प्रमुख मानकों की रियल टाइम निगरानी कर सकते हैं। यह विकास ब्रुअरीज को प्रक्रिया संबंधी समस्याओं का पहले पता लगाने और लैब परीक्षण पर निर्भरता घटाने में मदद कर सकता है।

6 मई को Springer Nature की पत्रिका Discover Chemistry में प्रकाशित इस शोध में Beijing Yanjing Brewery Co. में व्यावसायिक ब्रूइंग के दौरान एकत्र किए गए वॉर्ट नमूनों पर तीन पोर्टेबल NIR उपकरणों का परीक्षण किया गया। इन उपकरणों का उपयोग ओरिजिनल ग्रैविटी, माल्टोज़ और फ्री अमीनो नाइट्रोजन, यानी FAN, का अनुमान लगाने के लिए किया गया—ये तीनों माप यह तय करने में मदद करते हैं कि मैश अनाज को किण्वनीय पदार्थ में कितनी दक्षता से बदल रहा है और अंततः बीयर का स्वाद व किण्वन कैसा होगा।

अध्ययन में पाया गया कि सबसे बेहतर प्रदर्शन करने वाले उपकरण, एक Fourier transform NIR सिस्टम, ने तीनों लक्ष्यों के लिए अत्यंत सटीक मॉडल दिए। पेपर के अनुसार, बहुविविध कैलिब्रेशन विधियों के इस्तेमाल पर ओरिजिनल ग्रैविटी और माल्टोज़ के लिए निर्धारण गुणांक 0.99 से अधिक रहा और FAN के लिए 0.90 से ऊपर था। पूर्वानुमान त्रुटियाँ इतनी कम थीं कि यह तकनीक केवल प्रयोगशाला में नहीं, बल्कि उत्पादन के दौरान मौके पर भी इस्तेमाल की जा सकती है।

ओरिजिनल ग्रैविटी वॉर्ट में घुले हुए पदार्थ की मात्रा का एक प्रमुख संकेतक है और तैयार बीयर में अल्कोहल सामग्री तथा बॉडी तय करने में मदद करती है। माल्टोज़ एक प्रमुख किण्वनीय शर्करा है, जबकि FAN यीस्ट के स्वास्थ्य और किण्वन प्रदर्शन के लिए एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है। आम तौर पर ब्रुअर्स इन मानों को अलग-अलग प्रयोगशाला विधियों से मापते हैं, जिनमें समय लगता है और सैंपल तैयारी करनी पड़ती है।

लेखकों ने कहा कि रियल टाइम निगरानी से ब्रुअरीज कच्चे माल, तापमान या मैश टाइमिंग में बदलावों पर तेजी से प्रतिक्रिया दे सकेंगी। उदाहरण के लिए, यदि माल्टोज़ का स्तर बहुत कम हो, तो ब्रुअर्स मैश का समय बढ़ा सकते हैं या तापमान समायोजित कर सकते हैं। यदि FAN अपर्याप्त हो, तो वे प्रोटीन रेस्ट की स्थितियाँ बदल सकते हैं या बैच को आगे बढ़ाने से पहले अन्य प्रक्रिया संबंधी बदलाव कर सकते हैं।

नियर-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी लंबे समय से खाद्य और पेय विश्लेषण में इस्तेमाल होती रही है क्योंकि यह तेज़ और गैर-विनाशकारी है। लेकिन मैशिंग के दौरान वॉर्ट पर इसे लागू करना कठिन है, क्योंकि वॉर्ट में 90% से अधिक पानी होता है, जो मजबूत अवशोषण बैंड बनाता है और शर्करा तथा नाइट्रोजन यौगिकों से आने वाले कमजोर संकेतों को ढक सकता है। इस समस्या से निपटने के लिए शोधकर्ताओं ने standard normal variate correction और multiplicative scatter correction जैसी preprocessing विधियों के साथ-साथ partial least squares regression और support vector regression जैसे सांख्यिकीय मॉडल इस्तेमाल किए।

अध्ययन में अलग-अलग ऑप्टिकल डिज़ाइन वाले तीन कॉम्पैक्ट सिस्टमों की तुलना की गई: Bruker Matrix-F Fourier transform spectrometer, JDSU MicroNIR linear variable filter device और Axsun XL410 MEMS-based spectrometer। प्रत्येक का औद्योगिक परिस्थितियों में परीक्षण किया गया, जिसमें मैशिंग के एंज़ाइमेटिक चरण के दौरान लिए गए वॉर्ट नमूनों का उपयोग हुआ, जब सैकरिफिकेशन सबसे सक्रिय होता है।

पेपर के अनुसार FT-NIR सिस्टम ने अपने उच्चतर signal-to-noise ratio और व्यापक spectral range की वजह से कुल मिलाकर सबसे मजबूत प्रदर्शन दिया। छोटे हैंडहेल्ड सिस्टम कम शक्तिशाली थे, लेकिन फिर भी प्लांट-फ्लोर उपयोग के लिए आशाजनक दिखे क्योंकि वे कॉम्पैक्ट थे और उत्पादन लाइनों में उन्हें जोड़ना आसान था।

शोधकर्ताओं ने ब्रुअरीज के लिए महत्वपूर्ण व्यावहारिक मुद्दों की भी ओर ध्यान दिलाया, जिनमें कंपन, तापमान में बदलाव और कच्चे माल के बैचों के बीच अंतर शामिल हैं। उन्होंने कहा कि ये कारक स्पेक्ट्रल रीडिंग को प्रभावित कर सकते हैं और यदि तकनीक को बड़े पैमाने पर लागू किया जाए तो समय-समय पर मॉडल अपडेट की जरूरत पड़ सकती है।

जो ब्रुअरीज लागत नियंत्रित करते हुए स्थिरता सुधारने का दबाव झेल रही हैं, उनके लिए ऐसे सिस्टमों का आकर्षण सीधा है: तेज़ फैसले, कम off-spec बैच और नियमित लैब कार्य पर कम निर्भरता। अध्ययन में कहा गया कि ऑन-साइट NIR मॉनिटरिंग विश्लेषण लागत घटा सकती है और ब्रुअर्स को यह स्पष्ट तस्वीर दे सकती है कि mash tun के भीतर उसी समय क्या हो रहा है जब वह हो रहा होता है।