Soluzione PAT per monitorare il processo in tempo reale e ridurre la variabilità di lotto

Il monitoraggio NIR in linea consente di seguire l’andamento del contenuto di grasso nel mascarpone e supportare decisioni rapide durante il processo produttivo.

Executive summary

Nel processo di produzione del mascarpone, il controllo del contenuto di grasso è un parametro fondamentale per garantire qualità costante, conformità di prodotto e stabilità tra i lotti.

L’impiego di una soluzione PAT basata su spettroscopia NIR in linea permette di monitorare rapidamente il contenuto di grasso direttamente durante il processo, riducendo i tempi di attesa legati ai soli controlli offline e fornendo agli operatori un’informazione utile per intervenire con maggiore tempestività.

Il contesto produttivo

Il mascarpone è un prodotto lattiero-caseario ad alto contenuto lipidico, nel quale la corretta gestione del grasso incide direttamente su consistenza, caratteristiche sensoriali, resa produttiva e rispetto delle specifiche qualitative.

Nei processi tradizionali, il controllo del grasso viene spesso eseguito tramite campionamento e analisi di laboratorio. Questo approccio rimane essenziale per la verifica e la validazione del dato, ma può presentare un limite operativo: il risultato arriva spesso quando il processo è già avanzato o quando il lotto è già stato parzialmente prodotto.

In un contesto produttivo moderno, dove qualità e tempestività sono elementi sempre più importanti, diventa utile disporre di un sistema capace di fornire un’indicazione rapida e continua del parametro critico.

La sfida

La principale esigenza è ridurre il ritardo tra il momento in cui il prodotto viene lavorato e il momento in cui il dato analitico diventa disponibile.

Quando il controllo del grasso avviene solo offline, eventuali deviazioni possono essere individuate in ritardo, con possibili conseguenze su:

• variabilità tra i lotti;
• necessità di correzioni successive;
• tempi decisionali più lunghi;
• maggiore dipendenza dal campionamento manuale;
• rischio di prodotto fuori specifica o non perfettamente standardizzato.

L’obiettivo non è sostituire in modo indiscriminato il laboratorio, ma integrare il controllo qualità con un dato di processo più tempestivo, utile per guidare le decisioni operative.

Obiettivo del case study

L’obiettivo dell’applicazione è valutare l’utilizzo della spettroscopia NIR per il monitoraggio in linea del contenuto di grasso nel mascarpone, inserendo la misura in una logica PAT, cioè di controllo analitico direttamente collegato al processo produttivo.

Una soluzione di questo tipo può aiutare il produttore a:

• seguire l’andamento del contenuto di grasso durante la lavorazione;
• ridurre la variabilità produttiva;
• individuare più rapidamente eventuali deviazioni;
• supportare interventi correttivi tempestivi;
• migliorare la standardizzazione del prodotto finale.

La soluzione: spettroscopia NIR in linea

La spettroscopia NIR, Near Infrared, è una tecnica ottica non distruttiva che consente di acquisire informazioni compositive dal prodotto attraverso l’interazione tra radiazione infrarossa vicina e matrice analizzata.

Nel caso del mascarpone, il sistema può essere configurato per stimare il contenuto di grasso tramite un modello di calibrazione sviluppato a partire da campioni rappresentativi e confrontato con metodi analitici di riferimento.

Il sensore NIR può essere installato in un punto rappresentativo del processo, in funzione del layout impiantistico, delle condizioni operative, della viscosità del prodotto, della temperatura e delle modalità di lavaggio previste.

Come funziona in pratica

Il sistema acquisisce lo spettro NIR del prodotto durante il passaggio in linea. Il segnale viene elaborato da un modello matematico che correla la risposta spettrale al contenuto di grasso.

Il risultato viene quindi reso disponibile agli operatori sotto forma di valore stimato, trend o allarme di processo, permettendo di osservare l’evoluzione del parametro in tempo reale o quasi reale.

Questo approccio consente di passare da un controllo basato solo su verifiche puntuali a un monitoraggio più continuo, capace di evidenziare variazioni di processo prima che diventino criticità sul lotto.

Parametro monitorato

Il parametro principale dell’applicazione è:

Contenuto di grasso nel mascarpone

La misura NIR può essere utilizzata per stimare il contenuto lipidico del prodotto e seguirne l’andamento durante la produzione.

La qualità del risultato dipende da alcuni elementi fondamentali:

• rappresentatività dei campioni usati per la calibrazione;
• qualità del metodo analitico di riferimento;
• stabilità delle condizioni di processo;
• corretta scelta del punto di misura;
• manutenzione e verifica periodica del modello predittivo.

Benefici attesi

L’introduzione di un sistema NIR in linea può portare benefici concreti sia al laboratorio sia alla produzione.

Controllo più rapido del parametro critico

Il dato sul contenuto di grasso diventa disponibile in tempi molto più brevi rispetto al solo controllo offline, permettendo decisioni più tempestive.

Riduzione della variabilità di lotto

Il monitoraggio continuo aiuta a individuare oscillazioni e deviazioni, supportando una produzione più stabile e ripetibile.

Minore dipendenza dal campionamento manuale

Il sistema non elimina la necessità di controlli di riferimento e validazione, ma può ridurre la frequenza delle verifiche manuali operative e migliorare l’efficienza del controllo di processo.

Supporto alla standardizzazione del prodotto

Una migliore conoscenza del contenuto di grasso durante la lavorazione consente di intervenire in modo più mirato, contribuendo al rispetto delle specifiche qualitative.

Misura non distruttiva e senza reagenti

La tecnologia NIR non richiede reagenti chimici per la misura di processo e non altera il prodotto analizzato.

Perché l’approccio PAT è rilevante

L’approccio PAT – Process Analytical Technology punta a integrare il dato analitico direttamente nel processo produttivo.

Nel caso del mascarpone, questo significa trasformare il controllo del grasso da verifica prevalentemente a posteriori a informazione utile durante la produzione.

Il vantaggio non è solo analitico, ma operativo: il dato diventa uno strumento per prendere decisioni, ridurre ritardi e aumentare la capacità di controllo sul processo.

Per un inquadramento più ampio dell’approccio, delle modalità di misura in-line, on-line e at-line e del percorso di valutazione della fattibilità, consulta la pagina PAT e controllo di processo

Implementazione: gli step consigliati

Per valutare correttamente una soluzione NIR in linea, è consigliabile procedere per fasi.

1. Analisi del processo

Valutazione del layout produttivo, del punto di misura, della temperatura, della viscosità del prodotto, della pressione di linea e delle condizioni igieniche.

2. Definizione dell’obiettivo analitico

Identificazione del parametro da monitorare, del range operativo e delle prestazioni attese rispetto al metodo di riferimento.

3. Raccolta campioni rappresentativi

Creazione di una base dati coerente con la reale variabilità produttiva: lotti diversi, condizioni diverse e range di grasso significativi.

4. Sviluppo del modello di calibrazione

Costruzione del modello NIR e confronto con i risultati ottenuti tramite metodo analitico di riferimento.

5. Validazione in campo

Verifica delle prestazioni del sistema in condizioni reali di produzione e definizione delle modalità di controllo periodico.

6. Integrazione operativa

Visualizzazione dei dati, formazione degli operatori, gestione degli allarmi e definizione delle procedure di utilizzo.

Quando ha senso valutare questa applicazione

Il controllo NIR in linea del grasso nel mascarpone può essere particolarmente interessante quando l’azienda ha l’esigenza di:

• ridurre i tempi di risposta del controllo qualità;
• migliorare la stabilità del processo;
• diminuire la variabilità tra lotti;
• monitorare un parametro critico senza attendere solo il dato offline;
• supportare decisioni rapide in produzione;
• integrare laboratorio e linea produttiva in un approccio PAT.