Prosjektnummer
910205
Industriell testing av portabelt nær-infrarød (NIR)-instrument i fiskeri- og havbruksnæringen (SenseInside)
Mengden fett, vann og protein er sentrale kvalitetsegenskaper for en rekke råvarer og produkter fra fiskeri og havbruksnæringen. Vanninnholdet i klippfisk og tørrfisk er avgjørende for kvaliteten og prisen man får for produktet. Det samme er tilfellet for fett i pelagisk fisk som sild og makrell. Fettinnhold i oppdrettslaks kan være viktig for kvalitetssortering og innen fôrings- og avlsarbeid. Kjøttfylde i kongekrabbe er i stor grad gitt av mengden protein i beina, og for taskekrabber er kjøttfylde gitt av både fett- og proteinmengde. For et mellomprodukt som fiskefarse er protein og fettinnholdet avgjørende for dets egenskaper i sluttprodukter som for eksempel fiskekaker.
Siden disse kvalitetsegenskapene er så viktige å ha kontroll på, er det et stort behov i næringen for å kunne måle og kontrollere dem. De tradisjonelle målemetodene som brukes i dag er enten tidkrevende og destruktive som kun egner seg til stikkprøver, eller de er basert på manuell bedømmelse som er usikker. Dette er bakgrunnen for at næringen ønsker raske og ikke-destruktive kvalitetsmålinger. Slike metoder kan effektivisere og trygge produksjonsstyring og kvalitetskontroll.
SINTEF Digital og Nofima har i mange år jobbet med utvikling og testing av instrumenter basert på nær-infrarød spektroskopi (NIRS) som kan brukes industrielt og på komplekse prøver der det er nødvendig å måle dypt. Det er i tidligere prosjekter vist at denne type teknologi kan måle for eksempel vanninnhold i klippfisk, kjøttfylde i konge- og taskekrabber og fett i laks og makrell.
I prosjektet “Utvikling, kalibrering og verifisering av håndholdt vannmåler for klippfisk og saltfisk” (FHF-901668) ble det påbegynt utvikling av et mindre håndholdt/portabelt instrument som kan brukes til måling av vann i klippfisk. En enkel prototype ble demonstrert for næringen i Ålesund. SmartSensor oppnådde en nøyaktighet på ±1 % for vannmåling i klippfisk, langt bedre enn manuell vurdering (±2,5 %). I dette prosjektet ble det også påbegynt utvikling av en mindre versjon av SmartSensor.
Et pågående kommersialiseringsprosjekt finansiert av Forskningsrådet, “SenseInside: Håndholdt NIR instrument for under-overflate målinger av matkvalitet” (Forskningsrådets prosjektnr. 341632), har som målsetting å demonstrere at et slikt lite instrument tilfredsstiller brukernes behov for nøyaktighet og brukervennlighet, samt å undersøke markedsmuligheter, utvikle forretningsideer og ivareta IPR (intellectual property rights). I dette prosjektet er det utviklet et instrument som kan brukes i industrien av kyndige. Men det foreligger foreløpig ikke et instrument som er enkelt å bruke for næringen. Det gjenstår å utvikle et egnet brukergrensesnitt for dette. I prosjektet er prototypen så langt demonstrert med godt resultater på kongekrabber og tilsvarende testing på klippfisk pågår.
Siden dette instrumentet kan gi stor verdi for flere aktører i næringen, er det interesse for å utvikle og teste det ut på en rekke ulike anvendelser. Folk fra næringen skal være aktivt med og skaffe seg erfaring med bruk av instrumentet og gi tilbakemelding om hvordan det bør utformes best mulig i henhold til deres behov. Dette innovasjonsprosjektet vil korte tiden og øke sjansen for at instrumentet blir kommersielt tilgjengelig.
Det vil også dras nytte av det tidligere prosjektet “Individbasert kvalitetssortering og kvalitetsmerking av pelagisk fisk” (FHF-900387), der fettmåling med NIR ble demonstrert for makrell.
Siden disse kvalitetsegenskapene er så viktige å ha kontroll på, er det et stort behov i næringen for å kunne måle og kontrollere dem. De tradisjonelle målemetodene som brukes i dag er enten tidkrevende og destruktive som kun egner seg til stikkprøver, eller de er basert på manuell bedømmelse som er usikker. Dette er bakgrunnen for at næringen ønsker raske og ikke-destruktive kvalitetsmålinger. Slike metoder kan effektivisere og trygge produksjonsstyring og kvalitetskontroll.
SINTEF Digital og Nofima har i mange år jobbet med utvikling og testing av instrumenter basert på nær-infrarød spektroskopi (NIRS) som kan brukes industrielt og på komplekse prøver der det er nødvendig å måle dypt. Det er i tidligere prosjekter vist at denne type teknologi kan måle for eksempel vanninnhold i klippfisk, kjøttfylde i konge- og taskekrabber og fett i laks og makrell.
I prosjektet “Utvikling, kalibrering og verifisering av håndholdt vannmåler for klippfisk og saltfisk” (FHF-901668) ble det påbegynt utvikling av et mindre håndholdt/portabelt instrument som kan brukes til måling av vann i klippfisk. En enkel prototype ble demonstrert for næringen i Ålesund. SmartSensor oppnådde en nøyaktighet på ±1 % for vannmåling i klippfisk, langt bedre enn manuell vurdering (±2,5 %). I dette prosjektet ble det også påbegynt utvikling av en mindre versjon av SmartSensor.
Et pågående kommersialiseringsprosjekt finansiert av Forskningsrådet, “SenseInside: Håndholdt NIR instrument for under-overflate målinger av matkvalitet” (Forskningsrådets prosjektnr. 341632), har som målsetting å demonstrere at et slikt lite instrument tilfredsstiller brukernes behov for nøyaktighet og brukervennlighet, samt å undersøke markedsmuligheter, utvikle forretningsideer og ivareta IPR (intellectual property rights). I dette prosjektet er det utviklet et instrument som kan brukes i industrien av kyndige. Men det foreligger foreløpig ikke et instrument som er enkelt å bruke for næringen. Det gjenstår å utvikle et egnet brukergrensesnitt for dette. I prosjektet er prototypen så langt demonstrert med godt resultater på kongekrabber og tilsvarende testing på klippfisk pågår.
Siden dette instrumentet kan gi stor verdi for flere aktører i næringen, er det interesse for å utvikle og teste det ut på en rekke ulike anvendelser. Folk fra næringen skal være aktivt med og skaffe seg erfaring med bruk av instrumentet og gi tilbakemelding om hvordan det bør utformes best mulig i henhold til deres behov. Dette innovasjonsprosjektet vil korte tiden og øke sjansen for at instrumentet blir kommersielt tilgjengelig.
Det vil også dras nytte av det tidligere prosjektet “Individbasert kvalitetssortering og kvalitetsmerking av pelagisk fisk” (FHF-900387), der fettmåling med NIR ble demonstrert for makrell.
Hovedmål
Å gjennomføre industriell evaluering av nytt NIR-instrument i fiskeri og havbruksnæringen for å bidra til kommersialisering.
Delmål
1. Å ferdigstille et instrument for bruk i og av næringen.
2. Å kalibrere instrumentet for måling av a) vann i tørrfisk og saltfisk, b) fett i laks, makrell og sild, c) fett og protein i fiskefarse.
3. Å evaluere instrumentet under industrielle forhold på klippfisk, saltfisk, tørrfisk, pelagisk fisk, laks, krabber og fiskefarse.
4. Å samle inn erfaringer og tilbakemelding fra bedriftene om bruk av instrumentet. Dette vil danne grunnlag for optimering av instrumentdesign og brukergrensesnitt etter prosjektets slutt.
5. Å formidle resultater til næringen og interessenter.
Å gjennomføre industriell evaluering av nytt NIR-instrument i fiskeri og havbruksnæringen for å bidra til kommersialisering.
Delmål
1. Å ferdigstille et instrument for bruk i og av næringen.
2. Å kalibrere instrumentet for måling av a) vann i tørrfisk og saltfisk, b) fett i laks, makrell og sild, c) fett og protein i fiskefarse.
3. Å evaluere instrumentet under industrielle forhold på klippfisk, saltfisk, tørrfisk, pelagisk fisk, laks, krabber og fiskefarse.
4. Å samle inn erfaringer og tilbakemelding fra bedriftene om bruk av instrumentet. Dette vil danne grunnlag for optimering av instrumentdesign og brukergrensesnitt etter prosjektets slutt.
5. Å formidle resultater til næringen og interessenter.
En vellykket kommersialisering av måleinstrumentet vil gi stor nytteverdi i fiskeri og havbruksnæringen:
Vanninnholdet i klippfisk er den viktigste kvalitetsegenskapen for å bestemme prisen. Et måleinstrument kan brukes under tørking, kvalitetssortering og kvalitetsinspeksjon før eksport. Industrien foretrekker et håndholdt/bærbart instrument som kan brukes på forskjellige stadier i produksjonen. Mesteparten av klippfisken som produseres i Norge eksporteres, og enkelte kjøpsland har inspeksjoner av vanninnholdet, som kan ha stor innvirkning på fortjenesten. Industrien har en tendens til å overtørke fisken for å oppfylle disse kravene. En økning i tørkeutbyttet med bare 1 % vil øke den årlige inntekten i næringen med 20 millioner kr. Tilsvarende er det nyttig å kunne måle vanninnhold i saltfisk, da enkelte kunder i utlandet har begynt å kontrollere dette.
Tørrfisk skal normalt ha 20 % vanninnhold, men omsettes med både høyere og lavere vanninnhold. Et instrument som enkelt kan kontrollere vanninnhold i henhold til en standard referansemetode vil være et stort fremskritt fra dagens situasjon der vanninnhold bestemmes av vrakere basert på å banke på fisken. Et slikt instrument vil bli viktig for kvalitetskontroll og for å følge tørkeforløpet og bestemme det beste tidspunktet for å ta fisken av hjellene. For en bedrift som eksportere 350 tonn per år, vil det å kunne legge seg på ett prosent høyere vanninnhold gi en ekstra inntjening på 7 millioner kr. Videre vil et slikt instrument bidra til å opparbeide erfaring og kunnskap i næringen om tørkeprosessen.
Rask måling av kjøttfylde i levende kongekrabber kan brukes til:
1) Sortering av krabber ombord på fiskefartøyene, slik at krabber med lavt kjøttinnhold returneres til havet.
2) Bestemmelse av pris til fiskerne: Prisforskjellen mellom høy og lav kvalitet er så stor at kjøperne risikerer store tap.
3) Sortering under lagring og frakt: Omtrent 80 % av kongekrabben eksporteres og selges levende. Kjøttfylden bør være over 80 % både for å sikre god kvalitet og overlevelse under transport.
Måling av kjøttfylde i taskekrabber er tilsvarende viktig for bruk om bord for å sikre bærekraftig fiske, og til prosessering.
For en fiskematprodusent som bruker fiskefarse der proteininnholdet varierer mye, vil det å ha informasjon om proteininnholdet sette en i stand til å justere resepten for å oppnå god kvalitet og unngå svinn og tap av fortjeneste.
Innen pelagisk industri er fettinnholdet i sild og makrell avgjørende for kvalitet og prisfastsettelse. Rask måling av fettinnhold gir bedre grunnlag for kvalitetssortering av fisken, prisfastsettelse og distribusjon til bestemte markeder og kunder.
Fettinnholdet er en sentral kvalitetsegenskap og vektlegges innen avl og genetikk, fôring og ute i markedet. Avlsselskaper har behov for å måle fettinnhold på tusenvis av laks noen ganger i året. Dette kan gjøres raskt og effektivt med NIR.
Det vil være av stor verdi for Norge å kunne få til vellykket kommersialisering av denne type måleteknologi. Instrumentet vil ha et stort markedspotensial globalt, også innen sektorer som kjøtt, frukt, grønt og presisjonslandbruk. Prosjektet vil gi et meget godt grunnlag for å finne frem til best mulig forretningsmodell for denne type teknologi.
Prosjektorganisering
SINTEF og Nofima er ansvarlig for å utvikle og teste instrumentet hos flere bedrifter. De komplimenterer hverandre når det gjelder instrumentutvikling (SINTEF) og domenekunnskap (Nofima), samtidig som de har felles kompetanse innen anvendt spektroskopi, dataanalyse og testing og bruk av instrumenter i industrien.
SINTEF og Nofima er ansvarlig for å utvikle og teste instrumentet hos flere bedrifter. De komplimenterer hverandre når det gjelder instrumentutvikling (SINTEF) og domenekunnskap (Nofima), samtidig som de har felles kompetanse innen anvendt spektroskopi, dataanalyse og testing og bruk av instrumenter i industrien.
Instrumentutviklingen skjer hos SINTEF. Testing på prøver og utvikling av kalibreringene skjer ved Nofima på Ås.
For hver anvendelse en skal teste, har man med bedrifter med god innsikt og erfaring i hva som er nyttig å kunne måle og hvordan målingene kan nyttiggjøres best mulig i industrien. Følgende bedrifter vil bidra i prosjektet:
• Kongekrabbe: Lerøy Norwegian Seafoods AS, avd. Kjøllefjord
• Klippfisk, makrell og sild: Brødrene Sperre og Nils Sperre, Ålesund
• Tørrfisk: Sufi AS og Myre Fiskemottak AS, Lofoten
• Laks: Aquagen, Ås
• Fiskefarse: Brødrene Sperre, Ålesund, og Lerøy Norwegian Seafoods AS, avd. Stamsund
• Taskekrabbe: Hitramat, Hitra
Prosjektet er organisert i følgende faglige arbeidspakker (AP-er):
AP1: Lage instrument for industriell testing
Ansvarlig: Marion O'Farrell (SINTEF Digital)
Ativitetsbeskrivelse
1. Bygge et nytt instrument. Basert på designet av SenseInside I-prototypen, skal det bygges en kopi av instrumentet, men med noen forbedringer som gjør at det kan brukes av sluttbrukere i industri. Instrumentet vil inkludere spektrometer, elektronikk og optiske komponenter, egenutviklet instrumentskap, koffert, dedikert PC. Brukergrensesnittet oppdateres i tråd med innspill fra industri slik at alle kalibreringer fra AP2 kan brukes på samme instrumentet. Instrumentet skal ha størrelsen som passer inn i håndbagasje på fly for å gjøre det enklere å reise med.
2. SenseInside II sammenlignes med SenseInside I og datakvaliteten verifiseres i forhold til referanseinstrumentet, som er Smart Sensor, en tidligere prototype som SenseInside I var basert på. Dette er særlig viktig for de nye anvendelsene som skal testes.
3. Oppdatere design basert på feedback.
AP2: Kalibrering av instrument
Ansvarlig: Jens Petter Wold (Nofima)
Aktivitetsbeskrivelse
SenseInside I-prototypen er allerede kalibrert for måling av vann i klippfisk og kjøttfylde i kongekrabbe. Det skal kalibreres for 1) vann i tørrfisk, 2) fett i laks, 3) fett i makrell, 4) fett i sild, 5) fett og protein i fiskefarse og 6) vann i saltfisk.
Utvikling av alle kalibreringer vil følge samme prosedyre:
1. Skaffe prøver som spenner ut størst mulig variasjon i kjemisk sammensetning. Dette vil gjøres i samarbeid med bedriftene og eventuelt andre leverandører. Tilgang til en del produkter er årstidsbasert. For pelagisk fisk er august–februar den beste tiden, og det er mulig man må samle opp prøver over tid for å få variasjon i fettinnhold.
2. For hvert produkt bestemmes det hvor de beste målepunktene med NIR-instrumentet bør være, og hvordan referansemålingen skal gjøres. For laks vil man forholde seg til NQC-snittet som er en bransjestandard. For sild og makrell vil trolig det samme snittet kunne brukes. For tørrfisk er dette mer åpent, da det ikke finnes noen standard for vannmåling. Da må man bestemme en prosedyre i samarbeid med næringen.
3. For hvert produkt vil en bruke minst 50 prøver til kalibrering.
4. Lage kalibreringer og evaluere disse.
5. Kalibreringsoverføring: Her vil man undersøke hvor enkelt det er å bruke samme kalibrering på to instrumenter som skal være like. Kalibreringer for kongekrabbe og klippfisk må overføres fra SenseInside I til SenseInside II.
AP3: Testing i industri
Ansvarlig: Jens Petter Wold (Nofima)
Aktivitetsbeskrivelse
For de ulike anvendelsene vil prosjektgruppen besøke sluttbrukerne. Gruppen vil demonstrere instrumentet og lære dem opp i bruk av det. Brukerne vil så få anledning til å bruke det i noen dager/uker for å skaffe seg erfaring med det. Bedrifter som skal være med på dette arbeidet er:
• Brødrene Sperre og Nils Sperre (Ålesund) på klippfisk, pelagisk fisk og fiskefarse
• Sufi AS og Myre Fiskemottak (Lofoten) på tørrfisk
• Lerøy Norway Seafoods AS avd. Kjøllefjord på kongekrabbe
• Aquagen (Ås/Kyrkseterøra) på laks
• Lerøy Norway Seafoods AS avd. Stamsund på fiskefarse
Etter testperioder er det viktig at bedriftene gir tilbakemelding på bruk av instrumentet: Hva er bra, hva kan bli bedre, hva er best mulig bruksmåte for de, hva skal til for at de vil bruke dette i egen kommersiell produksjon.
SenseInside I-prototypen er allerede kalibrert for måling av vann i klippfisk og kjøttfylde i kongekrabbe. Det skal kalibreres for 1) vann i tørrfisk, 2) fett i laks, 3) fett i makrell, 4) fett i sild, 5) fett og protein i fiskefarse og 6) vann i saltfisk.
Utvikling av alle kalibreringer vil følge samme prosedyre:
1. Skaffe prøver som spenner ut størst mulig variasjon i kjemisk sammensetning. Dette vil gjøres i samarbeid med bedriftene og eventuelt andre leverandører. Tilgang til en del produkter er årstidsbasert. For pelagisk fisk er august–februar den beste tiden, og det er mulig man må samle opp prøver over tid for å få variasjon i fettinnhold.
2. For hvert produkt bestemmes det hvor de beste målepunktene med NIR-instrumentet bør være, og hvordan referansemålingen skal gjøres. For laks vil man forholde seg til NQC-snittet som er en bransjestandard. For sild og makrell vil trolig det samme snittet kunne brukes. For tørrfisk er dette mer åpent, da det ikke finnes noen standard for vannmåling. Da må man bestemme en prosedyre i samarbeid med næringen.
3. For hvert produkt vil en bruke minst 50 prøver til kalibrering.
4. Lage kalibreringer og evaluere disse.
5. Kalibreringsoverføring: Her vil man undersøke hvor enkelt det er å bruke samme kalibrering på to instrumenter som skal være like. Kalibreringer for kongekrabbe og klippfisk må overføres fra SenseInside I til SenseInside II.
AP3: Testing i industri
Ansvarlig: Jens Petter Wold (Nofima)
Aktivitetsbeskrivelse
For de ulike anvendelsene vil prosjektgruppen besøke sluttbrukerne. Gruppen vil demonstrere instrumentet og lære dem opp i bruk av det. Brukerne vil så få anledning til å bruke det i noen dager/uker for å skaffe seg erfaring med det. Bedrifter som skal være med på dette arbeidet er:
• Brødrene Sperre og Nils Sperre (Ålesund) på klippfisk, pelagisk fisk og fiskefarse
• Sufi AS og Myre Fiskemottak (Lofoten) på tørrfisk
• Lerøy Norway Seafoods AS avd. Kjøllefjord på kongekrabbe
• Aquagen (Ås/Kyrkseterøra) på laks
• Lerøy Norway Seafoods AS avd. Stamsund på fiskefarse
Etter testperioder er det viktig at bedriftene gir tilbakemelding på bruk av instrumentet: Hva er bra, hva kan bli bedre, hva er best mulig bruksmåte for de, hva skal til for at de vil bruke dette i egen kommersiell produksjon.
Resultater vil bli formidlet til interessegrupper samt ved bilaterale møter med myndigheter fra andre land (f.eks. Brasil), for å diskutere hvordan instrumentet kan brukes i praksis i prisforhandlinger og handel.
Det skal lages en video som kan publiseres på FHFs nettside i tilknytning til f.eks. en populærvitenskapelig artikkel om testene i industri. Teknologien må synliggjøres for å fange interessen til mulige lisensieringspartnere eller investorer. Da er det fint å formidle oppdateringer på LinkedIn® og i de sosiale mediekanalene til SINTEF og Nofima, for å synliggjøre framdriften på bruk av instrumentet i industri. SINTEF og Nofima vil også fortsette å formilde resultater gjennom populærvitenskapelige og akademiske artikler. Formidling om SenseInside-instrumentet vil også skje i andre pågående prosjekter for å øke synligheten.
Det skal lages en video som kan publiseres på FHFs nettside i tilknytning til f.eks. en populærvitenskapelig artikkel om testene i industri. Teknologien må synliggjøres for å fange interessen til mulige lisensieringspartnere eller investorer. Da er det fint å formidle oppdateringer på LinkedIn® og i de sosiale mediekanalene til SINTEF og Nofima, for å synliggjøre framdriften på bruk av instrumentet i industri. SINTEF og Nofima vil også fortsette å formilde resultater gjennom populærvitenskapelige og akademiske artikler. Formidling om SenseInside-instrumentet vil også skje i andre pågående prosjekter for å øke synligheten.