EP4630796A1 - Verfahren zum kontinuierlichen bestimmen des lactose-, protein- und fettgehaltes von milch - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen bestimmen des lactose-, protein- und fettgehaltes von milch

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Publication number
EP4630796A1
EP4630796A1 EP23813297.1A EP23813297A EP4630796A1 EP 4630796 A1 EP4630796 A1 EP 4630796A1 EP 23813297 A EP23813297 A EP 23813297A EP 4630796 A1 EP4630796 A1 EP 4630796A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
content
lactose
fat
protein
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23813297.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Elena KAPUSSUZI
Stefan PFLÜGER
Anne HABERMEHL
Ronen HURNI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP4630796A1 publication Critical patent/EP4630796A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G01N33/04—Dairy products
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

Definitions

  • the invention relates to a method for, in particular continuously, determining a lactose content a, protein content b and fat content c of a flowable medium, in particular milk, a milk substitute and/or a milk product, and a measuring arrangement for determining a lactose content a, protein content b and fat content c of a flowable medium, in particular milk, a milk substitute and/or a milk product.
  • Microwaves can be used to determine the physical quantities of permittivity and loss factor of a medium in a process line. From these two quantities - measured either at one or across many different frequencies - conclusions can be drawn about application-specific parameters, for example the proportion of water in a mixture of water and other non-polar or slightly polar components or a solid content in a liquid medium.
  • the established transmission-Z-reflection measurement is described in L.F. Chen, C.K. Ong, C.P. Neo, V.V. Varadan, V. K. Varadan - “Microwave Electronics, Measurement and Materials Characterization”, John Wiley & Sons Ltd., 2004.
  • the microwave signal is coupled to the medium in a container or measuring tube at two different positions, the scattering parameters (transmission and, if applicable, reflection) between these coupling structures are measured and the measured scattering parameters are used to calculate the physical properties of the medium.
  • WO 2018/121927 A1 teaches a measuring arrangement for analyzing properties of a flowing medium using microwaves.
  • the measuring arrangement has an electrically insulating lining layer on the inner surface of the measuring tube. This lining layer forms a dielectric waveguide via which a microwave signal can at least partially pass from a first microwave antenna to a second microwave antenna.
  • One application for such a measuring arrangement is the determination of solid fractions in the liquid medium to be conveyed.
  • WO 2021/099152 A1 teaches a microwave antenna which has a front section in contact with the medium via which the excitation signal is emitted into the medium.
  • Milk and (intermediate) products derived from it can be described as a mixture of different components consisting mainly of water, milk fat and other solids, with the other solids essentially comprising proteins, carbohydrates (including in particular lactose) and small amounts of minerals.
  • the proportions of these components are important parameters for controlling and regulating the processes that Process and quality control, and the balancing of product flows. It is usual to determine the proportions using laboratory samples according to standard procedures. This means that only a few samples can be evaluated and that an analysis result is only available with a significant delay after sampling. A process-related spectroscopic analysis in the infrared range with automated sampling is possible, but firstly this is very costly and secondly only based on the small volume of samples taken at comparatively long time intervals. Such an analysis is therefore only partially suitable for process control.
  • DE102017131269A1 discloses a method for continuously determining the fat content of milk with varying solids content using a Coriolis flow meter and a microwave sensor. This type of measuring device can be integrated into the processes for processing milk. The disadvantage of the disclosed solution is that it is not possible to separate the solids for the precise determination of the protein and lactose content.
  • the invention is based on the object of providing a remedy.
  • the object is achieved by the method according to claim 1 and the measuring arrangement according to claim 13.
  • the method according to the invention for, in particular continuously, determining a lactose content a, protein content b and fat content c of a, in particular flowable, medium, in particular milk, a milk substitute and/or a milk product, comprising the method steps:
  • the frequency spectrum has an upper limit of 50 GHz, in particular 25 GHz and preferably 14 GHz, wherein the frequency spectrum has a lower limit of 10 MHz, in particular 50 MHz and preferably 85 MHz;
  • the lactose contribution can be distinguished and measured from the protein contribution despite very similar density and permittivity.
  • the method according to the invention is suitable, for example, for use in a microwave sensor which is designed to determine the solid content in a flowable, aqueous medium.
  • the reference in the sense of the invention is a mathematical quantity which describes the basic contribution of the respective portion to the determined relative permittivity.
  • the reference can comprise a mathematical function of the relative permittivity or its real or imaginary part as a function of the frequency.
  • the mathematical quantity can also be a frequency-dependent vector.
  • One embodiment provides that only the real part of the relative permittivity is used to determine the lactose content a, protein content b and fat content c.
  • One embodiment provides that only the imaginary part of the relative permittivity is used to determine the lactose content a, protein content b and fat content c.
  • the imaginary part of the relative permittivity can also be used to determine the individual proportions of lactose, protein and fat.
  • the imaginary part of the real permittivity describes a loss term that arises when the molecules in the medium are constantly repolarized. This loss term is made up of polarization and conductivity losses. The conductivity losses are particularly evident at low frequencies, which is why conductivity compensation of the imaginary part must be carried out for media with high conductivity (e.g. milk).
  • the proportion of conductivity can be calculated using the following equation:
  • the electrical conductivity can be determined using a conductivity sensor. This can be part of the measuring system and thus integrated into the process line or as an external handheld device designed to determine or determine the conductivity of a sample of the medium. Alternatively, the electrical conductivity of the medium can also be specified by the user.
  • the milk is modelled as a four-component system in the calculation, with the components including fat, lactose, proteins and water.
  • the water content of the medium is between 55, in particular 80 and 95 wt%.
  • the working point defines a water content or fixed water content range, whereby at least the lactose reference, the protein reference and/or the fat reference of different working points differ.
  • the operating point is determined by the user.
  • the advantage of taking the expected water content into account is the greater accuracy that can be achieved when determining the individual proportions.
  • An operating point in the sense of the invention includes exactly one concrete water content that is known or assumed by the user, or a water content range that includes a large number of water contents.
  • lactose reference, the protein reference and the fat reference can be linearized at the specified operating point.
  • the relative permittivity depends on the temperature and the measurement frequency.
  • a temperature measurement that takes into account the temperature dependence of the medium properties enables the desired accuracy.
  • lactose, protein and fat references are each temperature dependent.
  • lactose reference has a frequency-dependent
  • Lactose vector l wherein the protein reference comprises a frequency dependent protein vector p, wherein the fat reference comprises a frequency dependent fat vector /.
  • lactose content a, protein content b and fat content c is determined/can be determined using the equation where A is where the basis vectors v lt v 2 and v 3 are obtained from an orthogonalization procedure of the
  • the matrix can comprise the vector products of the basis vectors and the corresponding component vector, or alternatively can already be present as a parameter matrix, i.e. with vector products already executed in the measurement arrangement.
  • the basis vectors can also be stored as equations that describe the frequency-dependent behavior of the relative permittivity, or the real part or the imaginary part.
  • the measuring arrangement according to the invention for determining a lactose content a, protein content b and fat content c of a flowable medium, in particular milk, a milk substitute and/or a milk product comprises:
  • the at least two microwave antennas are arranged on the measuring tube, wherein a first microwave antenna of the at least two microwave antennas has at least a first measuring range, wherein a second microwave antenna of the at least two microwave antennas has at least a second measuring range, wherein the first measuring range and the second measuring range together cover a frequency range of 10 MHz to 50 GHz, in particular 50 MHz to 25 GHz and preferably 85 MHz to 14 GHz.
  • the converter electronics comprise an electronic memory, wherein the fat reference and a frequency-dependent fat vector are stored in the memory.
  • Fig. 1 a first embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 2 a second embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 3 the real part of the relative permittivity as a function of frequency for a lactose reference, a protein reference and a fat reference;
  • Fig. 4 an embodiment of the measuring arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the method according to the invention, which can be carried out or is to be carried out by means of a measuring arrangement with a microwave antenna.
  • a working point is determined.
  • the working point determines the water content of the medium to be monitored or the water content range in which the water content to be expected for the medium lies.
  • a water content of between 55, in particular 80 and 95 wt.% is assumed.
  • the setting of the working point can be carried out by the operator of the measuring arrangement on a corresponding display of the Measuring arrangement on site or via a central monitoring unit that is connected to the measuring arrangement either contactlessly or with a cable.
  • a frequency-dependent relative permittivity of the medium is determined over a frequency range of a frequency spectrum.
  • the real part of the relative permittivity is determined and used to determine the individual components in the medium.
  • the frequency spectrum has an upper limit of 50 GHz, in particular 25 GHz and preferably 14 GHz and a lower limit of 10 MHz, in particular 50 MHz and preferably 85 MHz.
  • This is done using a microwave sensor. The microwave sensor is set up to send a microwave signal into the medium and to measure it again after it has interacted with the medium. Based on the measured microwave signal, the real part of the relative permittivity for the frequency band of the microwave signal is determined.
  • a temperature sensor can be provided for this purpose, which is part of the measuring arrangement.
  • the temperature of the medium can be determined via a temperature sensor that is separate from the measuring arrangement. In this case, the current temperature of the medium is provided to the converter electronics.
  • a fourth process step IV 1, the determined real part of the relative permittivity is corrected or compensated depending on the measured temperature.
  • the lactose, protein and/or fat references provided can be temperature-dependent.
  • the lactose content a, the protein content b and the fat content c are calculated based on the determined real part and depending on a provided lactose reference, a protein reference and a fat reference.
  • a four-component system is assumed for the milk, the milk substitute, the milk product and/or the milk substitute product.
  • the components are fat, lactose, proteins and water.
  • the lactose reference, the protein reference and/or the fat reference are adapted to the respective operating point. This means that the lactose reference, the protein reference and the fat reference can be linearized at the respective operating point.
  • the lactose reference is a frequency-dependent lactose vector l.
  • the protein reference which comprises a frequency-dependent protein vector p
  • the fat reference which accordingly comprises a frequency-dependent fat vector f.
  • the lactose vector l the protein vector p and the fat vector f, the lactose content a, protein content b and fat content c can be determined according to:
  • the matrix A is used to transform the vectors l, p and / into the orthogonal system.
  • the individual references can also be stored as mathematical functions.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the method according to the invention, which can be carried out or is to be carried out using a measuring arrangement with a microwave antenna.
  • a first method step 1,2 an operating point is determined.
  • the operating point determines the water content of the medium to be monitored or the water content range in which the water content expected for the medium lies.
  • the operating point can be determined by the operator of the measuring arrangement on a corresponding display of the measuring arrangement on site or via a central monitoring unit that is connected to the measuring arrangement either contactlessly or by cable.
  • a frequency-dependent relative permittivity of the medium is determined over a frequency range of a frequency spectrum.
  • the imaginary part of the relative permittivity is determined and used to determine the individual components in the medium.
  • the frequency spectrum has an upper limit of 50 GHz, in particular 25 GHz and preferably 14 GHz and a lower limit of 10 MHz, in particular 50 MHz and preferably 85 MHz.
  • the imaginary part is determined using a microwave sensor. The microwave sensor is set up to send a microwave signal into the medium and to measure it again after it has interacted with the medium. Based on the measured microwave signal, the imaginary part of the relative permittivity for the frequency band of the microwave signal is determined.
  • a temperature sensor can be provided for this purpose, which is part of the measuring arrangement.
  • the temperature of the medium can be measured via a temperature sensor that is separate from the measuring arrangement.
  • the current temperature of the medium is provided to the converter electronics.
  • a fourth method step VI, 2 the electrical conductivity of the medium is measured.
  • a conductivity sensor can be provided for this purpose, which is part of the measuring arrangement.
  • the conductivity of the medium can be determined using a conductivity sensor that is separate from the measuring arrangement. In this case, the current conductivity in the medium is provided to the converter electronics.
  • the determined imaginary part of the relative permittivity is corrected or compensated depending on the temperature and conductivity.
  • the lactose, protein and/or fat references provided can be temperature and/or conductivity dependent.
  • the lactose content a, the protein content b and the fat content c are calculated based on the determined imaginary part and depending on a provided lactose reference, a protein reference and a fat reference.
  • Fig. 3 shows the real part of the relative permittivity as a function of the frequency for a protein reference 201, a lactose reference 202 and a fat reference 203.
  • the individual references are each the difference between two reference measurements of different reference media, which only differ in the water content and in one of the remaining three components (protein, lactose and fat). This also means that two components of the reference media are essentially identical.
  • the lactose and fat content of the two reference media are essentially identical.
  • the water content of the two reference media is between 87 and 92 wt%.
  • the course of the protein reference 201 is parabolic in sections and has a minimum at approx. 5 GHz.
  • the protein and fat content of the two reference media are essentially identical.
  • the water content of the two reference media is between 87 and 92% by weight.
  • the curve of the Lactose Reference 202 is parabolic and has a minimum at approx. 8 GHz.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the measuring arrangement 100 according to the invention for determining a lactose content a, protein content b and fat content c of a flowable medium, in particular milk, a milk substitute and/or a milk product.
  • the measuring arrangement 100 comprises a measuring tube 101 for guiding the medium and two microwave antennas 116, 118 arranged opposite one another.
  • the microwave antenna 116 is designed to feed a microwave signal into the medium when the medium is present in the measuring tube.
  • the microwave signal covers a frequency range of 10 MHz to 50 GHz, in particular 50 MHz to 25 GHz and preferably 85 MHz to 14 GHz.
  • an additional pair of microwave antennas can be provided.
  • the two measuring ranges of the two microwave antenna pairs together cover the frequency range from 10 MHz to 50 GHz, in particular 50 MHz to 25 GHz and preferably 85 MHz to 14 GHz.
  • the microwave antenna 118 is designed to measure the microwave signal sent into the medium by the microwave antenna 116.
  • the measured microwave signal is provided to a converter electronics 102, which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the converter electronics 102 can be mechanically connected to the microwave antenna. If the determination of the individual components takes place in the converter electronics 102 on site, the converter electronics 102 has an electronic memory 103 in which the fat reference and a frequency-dependent fat vector f are stored. Alternatively, the determination of the individual components can take place in a higher-level computing unit that communicates with the converter electronics 102 via cable or wirelessly.
  • the measuring arrangement has a temperature sensor 104, which is arranged in a lateral opening of the measuring tube 101 and is positioned such that it is in contact with the medium when the medium is present.
  • the temperature of the medium can also be determined via a temperature sensor arranged on the outer surface of the measuring tube and not in contact with the medium.
  • the temperature sensor 104 is electrically connected to the converter electronics 102 and is designed to provide current measured values of the temperature to the converter electronics 102.
  • the measuring arrangement 100 also has a conductivity sensor 105, which, like the temperature sensor 104, is arranged in a lateral opening of the measuring tube 101 and is designed to determine the electrical conductivity of the medium.
  • the conductivity sensor 105 can be designed to be in contact with the medium or not.
  • the conductivity sensor 105 is electrically connected to the converter electronics 102 and is designed to provide the converter electronics 102 with measured values of the electrical conductivity.
  • the previous description of the illustrated embodiment refers to a transmission measuring method in which the microwave signal is generated with a microwave antenna and measured by another microwave antenna usually positioned opposite.
  • the embodiment shown can also be operated in reflection mode.
  • the first microwave antenna 116 is designed to emit a microwave signal into the medium and at the same time to measure the microwave signal that is subject to interaction with the medium.
  • the second microwave antenna 118 is also designed to emit a microwave signal into the medium and to measure the microwave signal that is subject to interaction with the medium.
  • the second microwave antenna 118 is not necessarily arranged opposite the first microwave antenna 116 in this case.
  • the microwave signal generated by the first microwave antenna 116 covers a first measuring range, while the second microwave antenna 118 covers a second measuring range.
  • the two measuring ranges together cover a frequency range from 10 MHz to 50 GHz, in particular 50 MHz to 25 GHz and preferably 85 MHz to 14 GHz.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes, umfassend die Verfahrensschritte: - Ermitteln einer frequenzabhängigen relativen Permittivität des Mediums über einen Frequenzbereich eines Frequenzspektrums, wobei das Frequenzspektrums eine Obergrenze von 50 GHz, insbesondere 25 GHz und bevorzugt 14 GHz aufweist, wobei das Frequenzspektrums eine Untergrenze von 10 MHz, insbesondere 50 MHz und bevorzugt 85 MHz aufweist; und - Berechnen des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c basierend auf der ermittelten relativen Permittivität und in Abhängigkeit einer Lactose-Referenz, einer Protein-Referenz und einer Fett-Referenz. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Messanordnung.

Description

Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen des Lactose-, Protein- und Fettgehaltes von Milch
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes und eine Messanordnung zum Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes.
Mittels Mikrowellen lassen sich die physikalischen Größen Permittivität, sowie Verlustfaktor eines Mediums in einer Prozessleitung ermitteln. Aus diesen beiden Größen - gemessen entweder bei einer oder über viele unterschiedliche Frequenzen - lassen sich Rückschlüsse auf anwendungsspezifische Parameter ziehen, beispielsweise auf den Anteil von Wasser in einem Gemisch aus Wasser und anderen nicht oder wenig polaren Komponenten oder einen Feststoffanteil in einem flüssigen Medium.
Die etablierte Transmissions-ZReflexionsmessung ist beschrieben in L.F. Chen, C.K. Ong, C.P. Neo, V.V. Varadan, V. K. Varadan - “Microwave Electronics, Measurement and Materials Characterization”, John Wiley & Sons Ltd., 2004. Hierfür wird das Mikrowellensignal an zwei unterschiedlichen Positionen an das Medium in einem Behälter bzw. Messrohr angekoppelt, die Streuparameter (Transmission und ggfs. Reflexion) zwischen diesen Ankoppelstrukturen gemessen und aus den gemessenen Streuparametern auf die genannten physikalischen Eigenschaften des Mediums zurückgerechnet.
Die WO 2018/121927 A1 lehrt eine Messanordnung zur Analyse von Eigenschaften eines strömenden Mediums mittels Mikrowellen. Dabei weist die Messanordnung zusätzlich zu den Mikrowellenantennen eine elektrisch isolierende Auskleidungsschicht an der inneren Mantelfläche des Messrohres auf. Diese Auskleidungsschicht bildet einen dielektrischen Wellenleiter über den ein Mikrowellensignal zumindest anteilig von einer ersten Mikrowellenantenne zu einer zweiten Mikrowellenantenne gelangen kann. Eine Anwendung für eine derartige Messanordnung ist die Bestimmung von Feststoffanteilen im zu führenden flüssigen Medium. In der WO 2021/099152 A1 wird eine Mikrowellenantenne gelehrt, welche einen mediumsberührenden Frontabschnitt aufweist über den das Erregersignal in das Medium ausgestrahlt wird.
Milch und daraus gewonnene (Zwischen-)Produkte lassen sich als Mischung verschiedener Komponenten beschreiben, die hauptsächlich aus Wasser, Milchfett und anderen Feststoffen bestehen, wobei die anderen Feststoffe im Wesentlichen Proteine, Kohlenhydrate (darunter insbesondere Lactose) und in geringen Mengen Mineralstoffe umfassen.
Während der Verarbeitungskette beginnend bei der Rohmilch bis zum fertigen Milchprodukt sind die Anteile dieser Komponenten wichtige Parameter für die Steuerung und Regelung der Prozesse, die Prozess- und Qualitätskontrolle, und die Bilanzierung von Produktströmen. Es ist üblich, die Anteile durch Laborproben nach Standardverfahren zu bestimmen. Dies bedingt, dass nur wenige Proben ausgewertet können, und dass ein Analyseergebnis erst deutlich verzögert nach der Probenahme vorliegt. Eine prozessnahe spektroskopische Analyse im Infrarot-Bereich mit automatisierter Probenahme ist zwar möglich, aber diese ist erstens sehr kostenintensiv und zweitens nur auf das geringe Volumen der in vergleichsweise großen Zeitintervallen genommenen Proben gestützt. Zur Prozesssteuerung ist eine solche Analyse daher nur bedingt geeignet.
Die DE102017131269A1 offenbart ein erfahren zum kontinuierlichen Bestimmen des Fettgehaltes von Milch mit veränderlichen Feststoffanteilen mittels eines Coriolis-Durchflussmessgerätes und eines Mikrowellensensors. Diese Art von Messgeräten lassen sich in die Prozesse zur Verarbeitung von Milch integrieren. Nachteilig an der offenbarten Lösung ist, dass eine Auftrennung der Feststoffe für die genaue Bestimmung des Protein- und Lactoseanteils nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Messanordnung nach Anspruch 13.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines, insbesondere fließfähigen, Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes, umfassend die Verfahrensschritte:
- Ermitteln einer frequenzabhängigen relativen Permittivität des Mediums über einen Frequenzbereich eines Frequenzspektrums, wobei das Frequenzspektrums eine Obergrenze von 50 GHz, insbesondere 25 GHz und bevorzugt 14 GHz aufweist, wobei das Frequenzspektrums eine Untergrenze von 10 MHz, insbesondere 50 MHz und bevorzugt 85 MHz aufweist; und
- Berechnen des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c basierend auf der ermittelten relativen Permittivität und in Abhängigkeit einer Lactose-Referenz, einer Protein- Referenz und einer Fett-Referenz.
Durch das Bereitstellen der Lactose-, Protein und Fett-Referenz und Einbindung in die Berechnung der einzelnen Anteile im Feststoff lässt sich der Lactosebeitrag von dem Proteinbeitrag trotz sehr ähnlicher Dichte und Permittivität unterscheiden und messen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispielsweise zum Einsatz in einem Mikrowellensensor, der dazu eingerichtet ist, den Feststoffanteil in einem fließfähigen, wässrigen Medium zu ermitteln.
Bei der Referenz im Sinne der Erfindung handelt es sich um eine mathematische Größe, welche den Grundbeitrag des jeweiligen Anteils auf die ermittelte relative Permittivität beschreibt. Die Referenz kann eine mathematische Funktion der relativen Permittivität bzw. deren Real- oder Imaginärteil in Abhängigkeit der Frequenz umfassen. Die mathematische Größe kann auch ein frequenzabhängiger Vektor sein.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ausschließlich der Realteil der relativen Permittivität in die Bestimmung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eingeht.
Es hat sich herausgestellt, dass sich die Beiträge der einzelnen Anteile von Lactose, Protein und Fett stärker im Realteil abzeichnen als im Imaginärteil.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ausschließlich der Imaginärteil der relativen Permittivität in die Bestimmung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eingeht.
Alternativ zur Bestimmung der Anteile in Abhängigkeit von dem Realteil der relativen Permittivität lässt sich auch der Imaginärteil der relativen Permittivität für die Bestimmung der einzelnen Anteile von Lactose, Protein und Fett nutzen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst:
- Messen oder bereitstellen der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums,
- Kompensieren des Imaginärteils der relativen Permittivität in Abhängigkeit der gemessenen oder bereitgestellten Leitfähigkeit.
Der Imaginärteil der realen Permittivität beschreibt einen Verlustterm, der bei ständiger Umpolarisierung der Moleküle im Medium entsteht. Dieser Verlustterm setzt sich aus Polarisationsund Leitfähigkeitsverlusten zusammen. Die Leitfähigkeitsverluste zeigen sich besonders bei niedrigen Frequenzen, deshalb muss bei Medien mit hoher Leitfähigkeit (z.B. Milch) eine Leitfähigkeitskompensation des Imaginärteils durchgeführt werden. Der Anteil der Leitfähigkeit lässt sich mit folgender Gleichung berechnen:
<7
£"’l = 2nf E0
Die elektrische Leitfähigkeit lässt sich mit einem Leitfähigkeitssensor bestimmen. Dieser kann Teil der Messanordnung und somit in der Prozessleitung integriert oder als ein externes Handgerät ausgebildet sein, mit dem die Leitfähigkeit einer Probe des Mediums ermittelt wird bzw. ermittelbar ist. Alternativ kann die elektrische Leitfähigkeit des Mediums auch anwenderseitig vorgegeben werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass bei der Berechnung die Milch als Vierkomponentensystem modelliert wird, wobei die Komponenten Fett, Lactose, Proteine und Wasser umfassen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Wassergehalt des Mediums zwischen 55, insbesondere 80 und 95 Gew% liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren den Verfahrensschritt umfasst:
- Festlegen eines Arbeitspunktes, wobei der Arbeitspunkt einen Wasseranteil oder festen Wasseranteil-Bereich festlegt, wobei sich zumindest die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und/oder die Fett- Referenz unterschiedlicher Arbeitspunkte unterscheiden.
Das Festlegen des Arbeitspunktes erfolgt anwenderseitig. Vorteilhaft an der Berücksichtigung des zu erwartenden Wasseranteils ist die somit zu erreichende höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der einzelnen Anteile. Ein Arbeitspunkt im Sinne der Erfindung umfasst genau einen konkreten Wasseranteil, der anwenderseitig bekannt ist oder angenommen wird, oder einen Wasseranteil- Bereich, welcher eine Vielzahl an Wasseranteile umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und die Fett- Referenz bei dem festgelegten Arbeitspunkt linearisierbar sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren den Verfahrensschritt umfasst:
- Messen einer Temperatur des Mediums, wobei die Temperatur des Mediums in die Berechnung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c und insbesondere in die Kompensation des Imaginärteils der Permittivität mittels der gemessenen oder bereitgestellten Leitfähigkeit eingeht.
In der Praxis ist die relative Permittivität von der Temperatur und der Messfrequenz abhängig. Eine Temperaturmessung zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeiten der Mediumseigenschaften ermöglicht eine gewünschte Genauigkeit.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Lactose-, Protein- und Fett-Referenz jeweils temperaturabhängig sind. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Lactose-Referenz einen frequenzabhängigen
Lactose-Vektor l umfasst, wobei die Protein-Referenz einen frequenzabhängigen Protein-Vektor p umfasst, wobei die Fett-Referenz einen frequenzabhängigen Fett-Vektor / umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Lactosegehalt a, Proteingehalt b und Fettgehalt c bestimmt wird/ bestimmbar ist, mittels der Gleichung wobei für A gilt, dass wobei sich die Basisvektoren vl t v2 und v3 aus einem Orthogonalisierungsverfahren des
Lactose-Vektors l, des Protein-Vektors p und des Fett-Vektors f ergeben, wobei M die ermittelte relative Permittivität abbildet, für die angenommen ist, dass M = a - l + b ■ p + c ■ f .
Die Matrix kann die Vektorprodukte der Basisvektoren und des entsprechenden Anteils-Vektor umfassen, oder alternativ bereits als Parametermatrix, d.h. mit bereits ausgeführten Vektorprodukten in der Messanordnung vorliegen.
Die Basisvektoren können ebenfalls als Gleichungen hinterlegt sein, die das frequenzabhängige Verhalten der relativen Permittivität, bzw. des Realteils oder des Imaginärteils beschreiben.
Die erfindungsgemäße Messanordnung zum Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes, umfasst:
- ein Messrohr zum Führen des Mediums;
- mindestens eine Mikrowellenantenne, wobei die mindestens eine Mikrowellenantenne am Messrohr angeordnet ist; - eine Umformerelektronik, welche dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Messanordnung zudem umfasst:
- mindestens zwei Mikrowellenantennen, wobei die mindestens zwei Mikrowellenantennen am Messrohr angeordnet sind, wobei ein erste Mikrowellenantenne der mindestens zwei Mikrowellenantennen zumindest einen ersten Messbereich aufweist, wobei eine zweite Mikrowellenantenne der mindestens zwei Mikrowellenantennen zumindest einen zweiten Messbereich aufweist, wobei der erste Messbereich und der zweite Messbereich zusammen einen Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz, insbesondere 50 MHz bis 25 GHz und bevorzugt 85 MHz bis 14 GHz abdecken.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Umformerelektronik einen elektronischen Speicher umfasst, wobei im Speicher die die Fett-Referenz einen frequenzabhängigen Fett-Vektor / hinterlegt sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 : eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 : den Realteil der relativen Permittivität in Abhängigkeit von der Frequenz für eine Lactose- Referenz, eine Protein-Referenz und eine Fett-Referenz; und
Fig. 4 : eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mittels einer Messanordnung mit einer Mikrowellenantennen ausführbar bzw. auszuführen ist. In einem ersten Verfahrensschritt 1,1 wird ein Arbeitspunkt festgelegt. Der Arbeitspunkt legt den Wasseranteil des zu überwachenden Mediums oder den Wasseranteil-Bereich in dem der für das Medium zu erwartende Wasseranteil liegt, fest. Für Milch, Milchersatz, Milchprodukte und Milchersatzprodukte wird ein Wassergehalt zwischen 55, insbesondere 80 und 95 Gew% angenommen. Das Festlegen des Arbeitspunktes kann durch den Bediener der Messanordnung an einem entsprechenden Display der Messanordnung vor Ort oder über eine zentrale Überwachungseinheit, die entweder kontaktlos oder kabelgebunden mit der Messanordnung verbunden ist erfolgen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 11,1 wird eine frequenzabhängige relative Permittivität des Mediums über einen Frequenzbereich eines Frequenzspektrums ermittelt. In der konkreten Ausgestaltung wird der Realteil der relativen Permittivität ermittelt und für die Bestimmung der einzelnen Anteile im Medium eingesetzt. Das Frequenzspektrums weist dabei eine Obergrenze von 50 GHz, insbesondere 25 GHz und bevorzugt 14 GHz und eine Untergrenze von 10 MHz, insbesondere 50 MHz und bevorzugt 85 MHz auf. Dies erfolgt mittels eines Mikrowellensensors. Der Mikrowellensensor ist dazu eingerichtet ein Mikrowellensignal in das Medium zu senden und dieses, nachdem es mit dem Medium wechselgewirkt hat wieder zu messen. Ausgehend von dem gemessenen Mikrowellensignal wird der Realteil der relativen Permittivität für das Frequenzband des Mikrowellensignals ermittelt.
In einem dritten Verfahrensschritt 111,1 wird die Temperatur des Mediums gemessen. Dafür kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, welcher Teil der Messanordnung ist. Alternativ kann die Temperatur des Mediums über einen von der Messanordnung getrennten Temperatursensor ermittelt werden. In dem Fall wird die aktuelle Temperatur des Mediums an der Umformerelektronik bereitgestellt.
In einem vierten Verfahrensschritt IV, 1 wird der ermittelte Realteil der relativen Permittivität in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur korrigiert bzw. kompensiert. Alternativ können bereitgestellte Lactose-, die Protein- und/oder Fett-Referenzen temperaturabhängig sein.
In einem fünften Verfahrensschritt V,1 wird der Lactosegehalt a, der Proteingehalt b und der Fettgehalt c basierend auf den ermittelten Realteil und in Abhängigkeit einer bereitgestellten Lactose-Referenz, einer Protein-Referenz und einer Fett-Referenz berechnet. Für die Modellierung wird für die Milch, den Milchersatz, das Milchprodukt und/oder das Milchersatzprodukt ein Vierkomponentensystem angenommen. Dabei handelt es sich bei den Komponenten um Fett, Lactose, Proteine und Wasser. Um eine möglichst hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der einzelnen Anteile zu erreichen ist es wesentlich, dass die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und/oder die Fett-Referenz an den jeweiligen Arbeitspunkt angepasst ist. Das heißt, dass die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und die Fett-Referenz bei dem jeweiligen Arbeitspunkt linearisierbar sind. Bei der Lactose-Referenz handelt es sich gemäß der Ausgestaltung um einen frequenzabhängigen Lactose-Vektor l. Gleiches gilt für die Protein-Referenz, welche einen frequenzabhängigen Protein- Vektor p umfasst, und die Fett-Referenz, die entsprechend einen frequenzabhängigen Fett-Vektor f umfasst.
Anhand des Lactose-Vektors l, des Protein-Vektors p und des Fett-Vektors f lässt sich der Lactosegehalt a, Proteingehalt b und Fettgehalt c bestimmen, gemäß:
Dabei gilt für A, dass ist, mit den Basisvektoren vl t v2 und v3, die sich aus einem Orthogonalisierungsverfahren (z.B.
Gram-Schmidtsche Orthogonalisierungsverfahren) des Lactose-Vektors l, des Protein-Vektors p und des Fett-Vektors / ergeben. Die Matrix A dient der Transformation der Vektoren l, p und / in das Orthogonalsystem. Der Vektor M bildet die ermittelte relative Permittivität ab, für die angenommen wird, dass M = a - l + b - p + c - f gilt.
Alternativ können die einzelnen Referenzen auch als mathematische Funktionen hinterlegt sein.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mittels einer Messanordnung mit einer Mikrowellenantennen ausführbar bzw. auszuführen ist. In einem ersten Verfahrensschritt 1,2 wird ein Arbeitspunkt festgelegt. Der Arbeitspunkt legt den Wasseranteil des zu überwachenden Mediums oder den Wasseranteil-Bereich in dem der für das Medium zu erwartende Wasseranteil liegt, fest. Das Festlegen des Arbeitspunktes kann durch den Bediener der Messanordnung an einem entsprechenden Display der Messanordnung vor Ort oder über eine zentrale Überwachungseinheit, die entweder kontaktlos oder kabelgebunden mit der Messanordnung verbunden ist erfolgen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 11,2 wird eine frequenzabhängige relative Permittivität des Mediums über einen Frequenzbereich eines Frequenzspektrums ermittelt. In der konkreten Ausgestaltung wird der Imaginärteil der relativen Permittivität ermittelt und für die Bestimmung der einzelnen Anteile im Medium eingesetzt. Das Frequenzspektrums weist dabei eine Obergrenze von 50 GHz, insbesondere 25 GHz und bevorzugt 14 GHz und eine Untergrenze von 10 MHz, insbesondere 50 MHz und bevorzugt 85 MHz auf. Die Bestimmung des Imaginärteils erfolgt mittels eines Mikrowellensensors. Der Mikrowellensensor ist dazu eingerichtet ein Mikrowellensignal in das Medium zu senden und dieses, nachdem es mit dem Medium wechselgewirkt hat wieder zu messen. Ausgehend von dem gemessenen Mikrowellensignal wird der Imaginärteil der relativen Permittivität für das Frequenzband des Mikrowellensignals ermittelt.
In einem dritten Verfahrensschritt 111,2 wird die Temperatur des Mediums gemessen. Dafür kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, welcher Teil der Messanordnung ist. Alternativ kann die Temperatur des Mediums über einen von der Messanordnung getrennten Temperatursensor ermittelt werden. In dem Fall wird die aktuelle Temperatur des Mediums der Umformerelektronik bereitgestellt.
In einem vierten Verfahrensschritt VI, 2 wird die elektrische Leitfähigkeit des Mediums gemessen. Dafür kann ein Leitfähigkeitssensor vorgesehen sein, welcher Teil der Messanordnung ist. Alternativ kann die Leitfähigkeit des Mediums über einen von der Messanordnung getrennten Leitfähigkeitssensor ermittelt werden. In dem Fall wird die aktuelle im Medium vorliegende Leitfähigkeit an der Umformerelektronik bereitgestellt.
In einem fünften Verfahrensschritt V,2 wird der ermittelte Imaginärteil der relativen Permittivität in Abhängigkeit der Temperatur und Leitfähigkeit korrigiert bzw. kompensiert. Alternativ können bereitgestellte Lactose-, die Protein- und/oder Fett-Referenzen temperatur- und/oder leitfähigkeitsabhängig sein.
In einem sechsten Verfahrensschritt VI, 2 wird der Lactosegehalt a, der Proteingehalt b und der Fettgehalt c basierend auf den ermittelten Imaginärteil und in Abhängigkeit einer bereitgestellten Lactose-Referenz, einer Protein-Referenz und einer Fett-Referenz berechnet.
Fig. 3 zeigt den Realteil der relativen Permittivität in Abhängigkeit von der Frequenz für eine Protein- Referenz 201 , eine Lactose-Referenz 202 und eine Fett-Referenz 203. Die einzelnen Referenzen ergeben sich jeweils aus der Differenz zweier Referenzmessungen unterschiedlicher Referenzmedien, welche sich nur im Wassergehalt und in einem der restlichen drei Anteilen (Protein, Lactose und Fett) unterscheiden. Das heißt auch, dass zwei Anteile der Referenzmedien im Wesentlichen identisch sind.
Bei der Protein-Referenz 201 sind der Lactose- und der Fettgehalt der beiden Referenzmedien im Wesentlichen identisch. Für die abgebildete Protein-Referenz 201 liegt eine Proteindifferenz von ca. 4,5 Gew% zwischen den beiden Referenzmedien vor. Der Wasseranteil der beiden Referenzmedien liegt zwischen 87 und 92 Gew%. Der Verlauf der Protein-Referenz 201 ist abschnittsweise parabelförmig und weist ein Minimum bei ca. 5 GHz auf.
Bei der Lactose-Referenz 202 sind der Protein- und Fettgehalt der beiden Referenzmedien im Wesentlichen identisch. Für die abgebildete Lactose-Referenz 202 liegt eine Lactosedifferenz von ca. 15 Gew% zwischen den beiden Referenzmedien vor. Der Wasseranteil der beiden Referenzmedien liegt zwischen 87 und 92 Gew%. Der Verlauf der Lactose-Referenz 202 ist parabelförmig und weist ein Minimum bei ca. 8 GHz auf.
Bei der Fett-Referenz 203 sind der Lactose- und der Proteingehalt der beiden Referenzmedien im Wesentlichen identisch. Für die abgebildete Fett-Referenz 203 liegt eine Fettdifferenz von ca. 6,5 Gew% zwischen den beiden Referenzmedien vor. Der Wasseranteil der beiden Referenzmedien liegt zwischen 80 und 86 Gew%. Der Verlauf der Fett-Referenz 203 ist abschnittsweise im Wesentlichen linear. Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung 100 zum Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes. Die Messanordnung 100 umfasst ein Messrohr 101 zum Führen des Mediums und zwei gegenüberliegend angeordnete Mikrowellenantennen 116, 118. Die Mikrowellenantenne 116 ist dazu eingerichtet, bei Anwesenheit des Mediums im Messrohr ein Mikrowellensignal in das Medium einzuspeisen. Das Mikrowellensignal deckt dabei einen Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz, insbesondere 50 MHz bis 25 GHz und bevorzugt 85 MHz bis 14 GHz ab. Alternativ kann zusätzlich ein weiteres Mikrowellenantennenpaar vorgesehen sein. In dem Fall decken die beiden Messbereiche der beiden Mikrowellenantennenpaare zusammen den Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz, insbesondere 50 MHz bis 25 GHz und bevorzugt 85 MHz bis 14 GHz ab.
Die Mikrowellenantenne 118 ist dazu eingerichtet, das von der Mikrowellenantenne 116 in das Medium eingesendete Mikrowellensignal zu messen. Das gemessene Mikrowellensignal wird an einer Umformerelektronik 102 bereitgestellt, welche dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Umformerelektronik 102 kann mechanisch mit der Mikrowellenantenne verbunden sein. Erfolgt die Bestimmung der einzelnen Anteile in der Umformerelektronik 102 vor Ort, weist die Umformerelektronik 102 einen elektronischen Speicher 103 auf, in dem die Fett- Referenz einen frequenzabhängigen Fett-Vektor f hinterlegt sind. Alternativ kann die Bestimmung der einzelnen Anteile in einer übergeordneten Recheneinheit erfolgen, die kabelgebunden oder kabellos mit der Umformerelektronik 102 kommuniziert.
Zusätzlich zu den Mikrowellenantennen weist die Messanordnung einen Temperatursensor 104 auf, der in einer seitlichen Öffnung des Messrohres 101 angeordnet und derart positioniert ist, dass er bei Anwesenheit des Mediums mediumsberührend ist. Alternativ kann die Temperatur des Mediums auch über einen an der äußeren Mantelfläche des Messrohres angeordneten und nichtmediumsberührenden Temperatursensor ermittelt werden. Der Temperatursensor 104 steht in elektrischer Verbindung mit der Umformerelektronik 102 und ist dazu eingerichtet, aktuelle Messwerte der Temperatur an der Umformerelektronik 102 bereitzustellen.
Weiterhin weist die Messanordnung 100 einen Leitfähigkeitssensor 105 auf, der ebenfalls wie der Temperatursensor 104 in einer seitlichen Öffnung des Messrohres 101 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die elektrische Leitfähigkeit des Mediums zu bestimmen. Der Leitfähigkeitssensor 105 kann mediumsberührend oder auch nicht-mediumsberührend ausgebildet sein. Der Leitfähigkeitssensor 105 steht in elektrischer Verbindung mit der Umformerelektronik 102 und ist dazu eingerichtet, der Umformerelektronik 102 Messwerte der elektrischen Leitfähigkeit bereitzustellen.
Die bisherige Beschreibung der abgebildete Ausgestaltung bezieht sich auf ein Transmissionsmessverfahren, bei dem das Mikrowellensignal mit einer Mikrowellenantenne erzeugt und einer anderen üblicherweise gegenüberliegend positionierten Mikrowellenantenne gemessen wird. Alternativ kann die abgebildete Ausgestaltung auch im Reflexionsmodus betrieben werden. In dem Fall ist die erste Mikrowellenantenne 116 dazu eingerichtet, ein Mikrowellensignal ins Medium auszustrahlen und gleichzeitig das sich eine Wechselwirkung mit dem Medium unterzogene Mikrowellensignal zu messen. Die zweite Mikrowellenantenne 118 ist ebenfalls dazu eingerichtet, ein Mikrowellensignal ins Medium auszustrahlen und das sich eine Wechselwirkung mit dem
Medium unterzogene Mikrowellensignal zu messen. Die zweite Mikrowellenantenne 118 ist in dem Fall nicht notwendigerweise gegenüberliegend zur ersten Mikrowellenantenne 116 angeordnet. Das mittels der erste Mikrowellenantenne 116 erzeugte Mikrowellensignal deckt einen ersten Messbereich ab, während die zweite Mikrowellenantenne 118 einen zweiten Messbereich abdeckt. Die beiden Messbereiche decken zusammen einen Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz, insbesondere 50 MHz bis 25 GHz und bevorzugt 85 MHz bis 14 GHz ab.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Messanordnung
101 Messrohr 102 Umformerelektronik
103 Speicher
104 Temperatursensor
105 Leitfähigkeitssensor
106 Prozessanschluss 116 erste Mikrowellenantenne
118 zweite Mikrowellenantenne
201 Protein-Referenz
202 Lactose-Referenz
203 Fett-Referenz

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes, umfassend die Verfahrensschritte:
- Ermitteln einer frequenzabhängigen relativen Permittivität des Mediums über einen Frequenzbereich eines Frequenzspektrums, wobei das Frequenzspektrums eine Obergrenze von 50 GHz, insbesondere 25 GHz und bevorzugt 14 GHz aufweist, wobei das Frequenzspektrums eine Untergrenze von 10 MHz, insbesondere 50 MHz und bevorzugt 85 MHz aufweist; und
- Berechnen des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c basierend auf der ermittelten relativen Permittivität und in Abhängigkeit einer Lactose-Referenz, einer Protein- Referenz und einer Fett-Referenz.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ausschließlich der Realteil der relativen Permittivität in die Bestimmung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eingeht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei ausschließlich der Imaginärteil der relativen Permittivität in die Bestimmung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eingeht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, umfassend:
- Messen oder bereitstellen der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums,
- Kompensieren des Imaginärteils der relativen Permittivität in Abhängigkeit der gemessenen oder bereitgestellten Leitfähigkeit.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Berechnung die Milch als Vierkomponentensystem modelliert wird, wobei die Komponenten Fett, Lactose, Proteine und Wasser umfassen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Wassergehalt des Mediums zwischen 55, insbesondere 80 und 95 Gew% liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
- Festlegen eines Arbeitspunktes, wobei der Arbeitspunkt einen Wasseranteil oder festen Wasseranteil-Bereich festlegt, wobei sich zumindest die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und/oder die Fett- Referenz unterschiedlicher Arbeitspunkte unterscheiden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Lactose-Referenz, die Protein-Referenz und die Fett-Referenz bei dem festgelegten Arbeitspunkt linearisierbar sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
- Messen einer Temperatur des Mediums, wobei die Temperatur des Mediums in die Berechnung des Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c und insbesondere in die Kompensation des Imaginärteils der Permittivität mittels der gemessenen oder bestimmten Leitfähigkeit eingeht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Lactose-, Protein- und Fett-Referenz jeweils temperaturabhängig sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lactose-Referenz einen frequenzabhängigen Lactose-Vektor l umfasst, wobei die Protein-Referenz einen frequenzabhängigen Protein-Vektor p umfasst, wobei die Fett-Referenz einen frequenzabhängigen Fett-Vektor / umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei der Lactosegehalt a, Proteingehalt b und Fettgehalt c bestimmt wird/ bestimmbar ist, mittels der Gleichung wobei für A gilt, dass wobei sich die Basisvektoren vl t v2 und v3 aus einem Orthogonalisierungsverfahren des
Lactose-Vektors l, des Protein-Vektors p und des Fett-Vektors f ergeben, wobei M die ermittelte relative Permittivität abbildet, für die angenommen ist, dass M = a - l + b ■ p + c ■ f .
13. Messanordnung (100) zum Bestimmen eines Lactosegehaltes a, Proteingehaltes b und Fettgehaltes c eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Milch, eines Milchersatzes und/oder eines Milchproduktes, umfassend:
- ein Messrohr (101) zum Führen des Mediums;
- mindestens eine Mikrowellenantenne (116), wobei die mindestens eine Mikrowellenantenne (116, 118) am Messrohr (101) angeordnet ist;
- eine Umformerelektronik (102), welche dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
14. Messanordnung (100) nach Anspruch 13, umfassend:
- mindestens zwei Mikrowellenantennen (116, 118), wobei die mindestens zwei Mikrowellenantennen (116, 118) am Messrohr (101) angeordnet sind, wobei ein erste Mikrowellenantenne (116) der mindestens zwei Mikrowellenantennen (116, 118) zumindest einen ersten Messbereich aufweist, wobei eine zweite Mikrowellenantenne (118) der mindestens zwei Mikrowellenantennen (116, 118) zumindest einen zweiten Messbereich aufweist, wobei der erste Messbereich und der zweite Messbereich zusammen einen Frequenzbereich von 10 MHz bis 50 GHz, insbesondere 50 MHz bis 25 GHz und bevorzugt 85 MHz bis 14 GHz abdecken.
15. Messanordnung (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Umformerelektronik (102) einen elektronischen Speicher (103) umfasst. wobei im Speicher der Lactose-Vektor l, der Protein-Vektor p und der Fett-Vektor f hinterlegt sind.
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