Wie kann man Scale-up-Tests vom Technikum auf die Produktion für Tiernahrung absichern?
Die Absicherung von Scale-up-Tests vom Technikum auf die Produktion in der Tiernahrungsproduktion erfordert eine systematische Kombination aus Prozesscharakterisierung, Ähnlichkeitsbetrachtung, statistischer Versuchsplanung, Messtechnik und formaler Qualifizierung. Ziel ist es, Rezeptur, Anlagenverhalten und Produktqualität unter realistischen Produktionsbedingungen reproduzierbar zu übertragen, bevor die Serienfertigung freigegeben wird.
Kritische Prozess- und Qualitätsgrößen früh festlegen
Bereits im Technikum sollten die Critical Process Parameters (CPPs) und Critical Quality Attributes (CQAs) definiert werden. Dazu zählen je nach Verfahren etwa Schneckendrehzahl, Drehmoment, spezifische mechanische Energie (SME), Zonentemperaturen, Massedruck, Feuchteführung, Verweilzeit, Stärkeverkleisterung, Partikelgröße, Schüttdichte und Produkttextur.
Ähnlichkeitsprinzipien für den Maßstabsübergang prüfen
Beim Scale-up müssen geometrische, kinematische und dynamische Ähnlichkeiten so weit wie möglich berücksichtigt werden. In der Praxis lassen sich nicht alle dimensionslosen Kennzahlen gleichzeitig konstant halten; deshalb ist zu priorisieren, welche Effekte für das Produkt entscheidend sind, etwa Strömungsverhalten, Mischintensität, Wärmeübertragung oder Verweilzeitverteilung. Bei Extrusionsprozessen wird die spezifische mechanische Energie häufig als zentrale Skalierungsgröße verwendet.
Robustheit mit Design of Experiments absichern
Ein DoE-Ansatz hilft, nicht nur einen einzelnen Erfolgsfall, sondern ein belastbares Prozessfenster zu entwickeln. Durch gezielte Variation relevanter Faktoren wie Feuchte, Temperaturprofil, Drehzahl, Durchsatz oder Konditionierungszeit lassen sich Haupteffekte und Wechselwirkungen identifizieren. So wird sichtbar, welche Parameter in der Produktion eng zu kontrollieren sind und wo Toleranzen bestehen.
Rohstoffe und Rezepturen mit repräsentativen Chargen validieren
Die im Technikum eingesetzten Rohstoffe sollten die spätere Produktion realistisch abbilden. Unterschiede in Partikelgeometrie, Feuchtegehalt, Schüttdichte, Proteinstruktur oder Rohstoffvariabilität können den Scale-up erheblich beeinflussen. Deshalb sind Chargenrückverfolgbarkeit und eine analytische Charakterisierung der Ausgangsstoffe wesentlich, um Abweichungen früh zu erkennen.
Inline-Messtechnik und Prozessdaten vergleichbar machen
Eine vergleichbare Sensorik in Technikums- und Produktionsanlage erleichtert den direkten Datenabgleich. Typische Messgrößen sind Druck, Temperatur, Drehmoment, Feuchte, spektroskopische Signale oder gegebenenfalls Wasseraktivität. PAT-Konzepte unterstützen die Echtzeitüberwachung und helfen, Abweichungen während des Scale-ups sofort zu erkennen und zu korrigieren.
Thermische und mechanische Belastungen separat bewerten
Bei Trocknungs-, Kühl- und Konditionierungsprozessen verändern sich im größeren Maßstab oft Wärmeübergang, Verweilzeit und thermische Trägheit. Dadurch können Produktsicherheit, Restfeuchte und Textur beeinflusst werden. Mechanische Belastungen wie Scherung oder Druck können zudem die Rheologie und damit Formgebung, Expansion oder Mischhomogenität verändern. Diese Effekte sollten im Technikum gezielt untersucht und auf die Produktionsanlage übertragen werden.
Qualität nicht nur technisch, sondern auch funktional prüfen
Je nach Produkt müssen neben den verfahrenstechnischen Daten auch sensorische, physikalische und ernährungsphysiologische Merkmale bestätigt werden. Dazu gehören beispielsweise Härte, Schüttdichte, Expansionsgrad, Sinkverhalten bei Aquafeed, Palatabilität, Verdaulichkeit und mikrobiologische Sicherheit. Die Produktqualität des Produktionsmaßstabs sollte mit dem Technikumsprodukt systematisch verglichen werden.
Risikoanalyse und Qualifizierung einplanen
Eine FMEA hilft, typische Skalierungsrisiken wie Verschleiß, Entmischung, Hotspots, unzureichende Trocknung oder mikrobiologische Risiken strukturiert zu bewerten. Vor der Freigabe der Anlage sollten außerdem die Qualifizierungsstufen IQ, OQ und PQ durchlaufen werden, um Installation, Funktion und reproduzierbare Leistung nachzuweisen.
Dokumentation und Wissenstransfer sauber aufsetzen
Alle Versuche, Abweichungen, Korrekturmaßnahmen, Messdaten und Freigabekriterien sollten in einem strukturierten Transferbericht dokumentiert werden. Das erleichtert die Nachvollziehbarkeit, unterstützt spätere Audits und schafft die Grundlage für einen stabilen Serienanlauf. Einheitliche Begriffe, klare Definitionen und eine konsistente Datendokumentation sind dabei entscheidend.
So plant amixon® ein Versuchs- und Scale-up-Programm im Technikum
Zieldefinition vor dem ersten Versuch
Am Anfang stehen die Akzeptanzkriterien des Betreibers: geforderte Mischgüte, Entleerungsgrad, Schonungsanforderungen wie Partikelintegrität und kein Wärmeeintrag, Chargengrößenspanne und Taktzeit. amixon® Experten übersetzen diese Ziele in ein strukturiertes Versuchsprogramm auf einer der 35 Testanlagen – in der Baugröße, die zur verfügbaren Produktmenge passt.
Systematische Parametervariation
Variiert werden die skalierungsrelevanten Größen: Mischzeit, Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs im Fenster von etwa 0,8 bis 3,5 m/s, Füllgrad sowie – falls prozessrelevant – Dosierrate und Art der Flüssigkeitszugabe, etwa über Lanze oder Zweistoffdüse, mit oder ohne Schneidrotor. Für jeden Versuchspunkt werden Proben gezogen und die Mischgüte bestimmt; Entleerungsgrade werden gravimetrisch verifiziert.
Übertragung auf den Produktionsmaßstab
Weil Technikums- und Produktionsmischer mit identischem Mischprinzip arbeiten und über die Umfangsgeschwindigkeit statt über die Drehzahl skaliert wird, sind die gefundenen Parameter direkt übertragbar. Das feine Baugrößenraster in 100-Liter-Schritten bis 50.000 Liter erlaubt die Auslegung exakt auf die Zielchargengröße – ohne Ähnlichkeitsbruch.
Mischgüte als Nachweis
amixon® kann im Technikum auch Mischgütetests durchführen, um Präzisionsmischungen nachzuweisen. Bei einer Komponentenverteilung von bis zu 1:100.000 kann ein Mischgüte-Variationskoeffizient von unter 5 % reproduzierbar erreicht und dokumentiert werden. Das ist besonders relevant, wenn kleinste Wirkstoff- oder Additivmengen gleichmäßig in große Chargen eingemischt werden müssen.
Dokumentation als Investitionsgrundlage
Die Versuche werden gemeinsam durchgeführt, ausgewertet und dokumentiert. Der Versuchsbericht bestätigt die Prozessparameter unter realen Bedingungen und benennt den optimalen Apparat – die Grundlage, um Zielwerte für Mischgüte, Entleerungsgrad und Taktzeit belastbar in die Anlagenspezifikation zu übernehmen. Risiken werden so vor der Investition ausgeräumt und nicht erst danach entdeckt.
Für Tiernahrung und Futtermitteladditive
Für Tiernahrung und Futtermitteladditive mischt amixon® fetthaltige und vitaminisierte Rezepturen homogen und schonend. Variierende Chargengrößen werden durch die füllgradunabhängige Mischgüte im Bereich von etwa 10 bis 100 % zuverlässig abgedeckt; für hohe Durchsätze stehen auch kontinuierliche Mischer wie der AMK zur Verfügung.
Fertigung in Paderborn als Qualitätsfundament
amixon® entwickelt und fertigt ausschließlich im Werk Paderborn mit größter Fertigungstiefe und allen Komponenten aus Deutschland. Als zertifizierter Schweißfachbetrieb mit europäischen, japanischen und amerikanischen Qualifikationen konstruiert amixon® jeden Apparat als Unikat auf Basis der URS des Betreibers. Die Qualitätskontrolle bleibt lückenlos im eigenen Haus, und jede Spezifikation ist bis auf Bauteilebene belegbar. Diese Fertigungshoheit sichert zugleich die langfristige Versorgung: Jedes Bauteil ist auch Jahrzehnte später reproduzierbar nachfertigbar.
Service über den gesamten Lebenszyklus
Nach der Inbetriebnahme bleibt amixon® an der Seite des Betreibers. Regelmäßige Inspektionen und vorbeugende Instandhaltung sichern die Verfügbarkeit, auf Wunsch mit Predictive Maintenance. Ausgewählte Verschleißteile werden bereits mit der Erstauslieferung mitgeliefert; die meisten Ersatzteile lagern am Standort Paderborn sowie in den Service-Stützpunkten in Japan und den USA.
Viele amixon® Maschinen sind seit über 30 Jahren täglich im Einsatz. Durch Modernisierung und Nachrüstung bleiben sie auf dem neuesten Stand der Technik.