Reis-Bruchkornanalyse mit der Besatzmaschine

Dank unserer guten Zusammenarbeit mit der Firma „Müller´s Mühle“ kann die Besatzmaschine jetzt auch zur Analyse von Reis und Hülsenfrüchten verwendet werden.

Letztes Jahr bekam die Firma Kunkel einen neuen Auftrag der Müllers Mühle GmbH. Diese Firma ist eine der größten Erzeuger für Hülsenfrüchte und Reis in Deutschland und das Logo mit dem „Mühlenmännchen“ hat vor allem in deutschen Haushalten einen hohen Wiedererkennungswert.

Der dortige Produktionsleiter Herr Alfer wurde auf unsere Besatzmaschine aufmerksam, die auch in der Hildebrandmühle in Mannheim installiert ist. Er wollte wissen, ob sich dieses Gerät auch für die Analyse von Hülsenfrüchten oder Reis eignen würde. Da wir immer bestrebt sind, unsere Technologien weiterzuentwickeln und auf neue Anwendungsfelder auszuweiten, war dies ein sehr interessanter Auftrag, den wir sofort angenommen haben.

Wir wissen, dass unsere Maschine und vor allem unsere Software sehr flexibel ist und freuten uns auf die vielen Proben, die dann auch bald in unser Haus geliefert wurden. Wir sollten uns dabei als erstes um den Reis kümmern und als zweites schauen, ob das Gerät auch für Hülsenfrüchte wie z.B. Linsen, Erbsen oder Bohnen geeignet ist.

Thema Reis

Auch wenn Reis grob zu Getreide gezählt wird, so ergaben sich in der Praxis doch völlig neue Aufgaben und Probleme, die wir lösen und berücksichtigen mussten. Man muss sich bei der digitalen Analyse an die Richtlinien halten, die in der Lebensmittelwirtschaft bereits etabliert sind. Reis wird intern in ganz andere Kategorien eingeteilt als Weizen und mit der BLL Richtlinie für Reis hatten wir eine gute Grundlage und Vorgabe für unsere digitale Analyse.

So gibt es beim Reis z.B. die Kategorien Reis, Weißreis, Naturreis, geschliffener Reis und die wichtige Kategorie Bruchreis.
Dieser Bruchreis ist ein „unerwünschtes Nebenprodukt“ der Produktion und Lagerung und wird nochmal in grob, mittel, fein und Bruchstücke unterteilt. Aber auch die Farbe oder Textur des Reises wird bei der Qualitätskontrolle untersucht und so gibt es z.B. die Kategorien Parboiled Reis, Kreidige Körner, Bernstein-farbige und gelbe Körner, Paddys und Fremdbesatz. Dieser Fremdbesatz wird wiederum in organische und anorganische Fraktionen unterteilt.

Kreidige Körner sind ähnlich wie mehliger Durum nicht vollständig ausgereift und ihre Oberfläche ist mehlig und nicht durchsichtig. Paddy ist Reis, der nur gedroschen wurde und noch von einer deutlich erkennbaren Strohhülse umgeben ist.

Unterschieden wird der Reis wiederum in verschiedene Klassen, so gibt es z.B. Rundkorn, Mittelkorn und Langkorn-Reis. Wichtig ist das vor allem dann, wenn man das Längen/ Breiten Verhältnis bei der Analyse untersuchen möchte, weil das wiederum Rückschlüsse auf die Reissorte zulässt.

Umsetzung in die Besatzmaschine

Es war nun unsere Aufgabe, diese vielfältigen optischen Qualitätskriterien zu gliedern und in ein geeignetes maschinelles Verfahren zu überführen. Der Wunsch des Kunden sah vor, dass man „einfach die Probe in die Maschine einfüllt“ und nach der automatischen Analyse die Werte ablesen kann. Bis jetzt wird das alles noch von Hand gemacht und diese Arbeit ist sehr aufwändig und personalintensiv. Vor allem bei der Menge der Proben, die in der Fabrik in Gelsenkirchen anfallen, liegt es nahe eine automatische Lösung zu schaffen.

Im Labor der Müllers Mühle wird zudem jedes einzelne Korn mit der Schieblehre vermessen bzw. mit einem Lineal die „dreiviertel Korn“- Länge bestimmt. Diese ist wiederum Grundlage für die Berechnung des Bruchanteils. Denn nur Körner die kleiner als ¾ der durchschnittlichen Kornlänge sind, werden als Bruch bezeichnet. Unsere Besatzmaschine sollte also vollautomatisch die durchschnittliche Länge und Breite, die Länge des ¾ Kornes und den Bruchanteil in Prozent ermitteln.

Der Vorteil der Besatzmaschine ist, dass sie sehr dynamisch und flexibel aufgebaut ist. So war es relativ einfach, neue Spezialklassen aufzubauen, die sich z.B. auf die Erkennung der Paddys oder die rötlichen Körner konzentrieren.

Sonderfall Bruchkorn

Den Bruchanteil der Probe hatten wir in einer ersten Programm-Version über die Größe und die elliptische Form des Reiskornes erstellt. Unterschreitet ein Objekt eine bestimmte Größe und weist zudem noch eine gebrochene oder „unrunde“ Form auf, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass es sich hierbei um ein gebrochenes Reiskorn handelt.

Erste Analysen waren dann auch schon ganz gut, aber nicht gut genug. Meistens wichen die Prozente zwischen 1 und 5 Prozent ab, manchmal noch deutlicher. Herr Alfer bemängelte zurecht, dass bei so einer Lösung immer erst die Hauptklasse bekannt sein und auch erst manuell definiert werden muss. Das war ihm aber nicht dynamisch genug, da er in seinem Labor mit unzähligen Reissorten konfrontiert ist und die Maschine ja am Ende Arbeit und Energie sparen soll.

Das Ziel für die Überarbeitung der Maschine sah nun so aus:

• Nimm einen beliebigen Reis und fülle ihn in die Besatzmaschine
• Die Maschine ermittelt automatisch die Größe der Hauptklasse und erstellt einen Längen- und Breitenwert
• Berechne daraus die Größe für den Bruchgrenzwert (also die ¾ Größe)
• Ermittele alle Objekte, die kleiner als dieser Bruchgrenzwert sind und erstelle die Prozentangaben automatisch

Diese Vorgänge sind alle in einem einzigen Vorgang in Echtzeit zusammengefasst.

Mit diesem Update fuhren wir im Dezember nochmal nach Gelsenkirchen und stellten die neue Lösung dem Kunden vor.
Die Ergebnisse wurden deutlich besser und auch völlig neue, unbekannte Reisproben wurden nun viel besser und vor allem schneller untersucht. Dennoch gab es eine geringe Abweichung von der manuellen Analyse und Herr Alfer, Herr Kunkel und ich überlegten, woran das wohl liegen könnte.

Schnell kamen wir darauf, dass die Maschine ja „Objektprozent“ ermittelt, im Labor aber die „Gewichtsprozent“ ermittelt werden. Das führt unweigerlich zu Abweichungen. Denn für die Maschine war jedes Bruchkorn nur ein Objekt und dementsprechend erhöht sich die Prozentzahl immer gleichbleibend und linear. Wenn im Labor aber nun ein kleines Bruchkorn oder ein größeres Bruchkorn gewogen wird, ergeben sich am Ende andere Prozentzahlen.

Herr Alfer fragte uns also, ob es nun möglich sei, die Maschine dahingehend anzupassen und noch einen Wert für das „Einzelkorngewicht“ in die Software zu implementieren. So kann die Maschine leichter erkennen, inwiefern kleine Objekte in der Prozentangabe anders gewichtet werden sollen als große.

Einzelkorngewicht Reis und automatische Analyse

Wir haben die Software also nochmal überarbeitet und nun erfüllt sie ihren Zweck vollumfänglich.

Der Kunde muss für jede Reissorte das Einzelkorngewicht bestimmen und in der Datenbank hinterlegen. Dies muss für jede Reissorte nur einmal gemacht werden. Die Maschine berechnet anhand der gezählten und gewogenen Körner dann das Gewicht und kann dieses in die Analyse einfließen lassen. Sogar die Größe der gebrochenen Körner wird berücksichtigt und das Gewicht dann anteilig berechnet, so dass die Maschine einer optischen Waage gleichzusetzen ist.

Der Vorteil an dieser Waage ist aber, dass sie wesentlich schneller als die manuelle Methode arbeitet und am Ende ein Ergebnis mit einer Genauigkeit von weniger als 1 Prozent der Kunden-Werte liefert.

Fazit

Was leistet die Besatzmaschine nun für das Thema Reis und Bruchkorn?

• Eine beliebige Reissorte kann direkt in die Maschine gefüllt werden
• Die Maschine übernimmt die Messung der Länge und Breite aller Reiskörner
• Die Geschwindigkeit ist dabei deutlich schneller als die manuelle Analyse, ca. 35 Gramm pro Minute
  (das sind ca. 2000 Reiskörner pro Minute)
• Die durchschnittliche Länge und Breite aller Reiskörner wird berechnet und ausgegeben
• Der ¾ Wert des Reises ist sofort abzulesen
• Man erkennt auf einen Blick die „Hauptklasse“ und die „gebrochenen Körner“