KI Winery: Funktionale Tanks, Sensorik und KI in der Getränkeindustrie

Digitale Prozesskontrolle in der KI Winery

Vom Bauchgefühl zur datenbasierten Gärführung

Gärungen sind komplexe mikrobiologische Prozesse in der Wein-, Bier- und Getränkeherstellung. Eine Vielzahl von Parametern – Temperatur, Vitalität der Mikroorganismen, Sauerstoffversorgung, Druck, Trübung, Leitfähigkeit, Substratkonzentrationen, etc. haben Relevanz. In der Praxis werden die Zusammenhänge häufig off-line, d.h. über Tankproben, Einzelmessungen und Erfahrung begleitet. Kritisch wird es, wenn Abweichungen zu spät erkannt werden, Laborwerte erst mit Verzögerung vorliegen oder mehrere Gebinde parallel überwacht werden müssen.

Genau hier setzt die KI Winery an. Sie macht Gärdynamiken in Echtzeit sichtbar und schafft die Grundlage, Entscheidungen früher und fundierter zu treffen. Oenologisches oder brautechnologisches Fachwissen wird mit kontinuierlichen Prozessdaten verbunden, sodass ungewöhnliche Prozessverläufe, Veränderungen in der Hefeleistung oder Gärstockungen schneller erkannt und eingeordnet werden können.

Eine Pilotanlage mit industriellem Anspruch

Für die KI Winery wurden am WBI Freiburg eigene Gärbehälter geplant, konstruiert und in eine moderne Automatisierungsumgebung eingebunden. Das Anlagendesign ist auf hygienische Verbindungen, CIP-Fähigkeit sowie Heiß- und Kaltsterilisation ausgelegt. Damit lassen sich Versuche unter Bedingungen durchführen, die für die Forschung interessant sind und zugleich einen klaren Bezug zur betrieblichen Praxis haben.

Entstanden ist die Plattform gemeinsam mit dem Tankbauer Destiltec und dem Automatisierer Aktech. Der Aufbau folgt der Idee einer offenen Forschungsinfrastruktur. Unterschiedliche Sensorkonzepte, Datenquellen und Automatisierungsbausteine können eingebunden, verglichen und weiterentwickelt werden – für Anwendungen im Wein und Bier bis zu alkoholfreien Fermentationen und Spezialanwendungen in der Getränkeindustrie.

Offene industrielle Sensorik statt Blackbox

Ein Schwerpunkt liegt auf der Einbindung industrieller Sensorik verschiedener Hersteller. In der KI Winery kommen unter anderem Sensoren von Hamilton, IFM, Endress+Hauser, SELI und JUMO zum Einsatz. Erfasst werden beispielsweise Temperatur, Leitfähigkeit, Druck, Füllstand, Gelöstsauerstoff, Dichte, Viskosität und zellbezogene Signale (Trübung, Impedanz, ORP).

Die Anlage setzt bewusst auf offene, industrietaugliche Kommunikationswege wie Profinet, Industrial Ethernet, Modbus, OPC UA, serielle Schnittstellen und klassische Feldsignale. So entstehen keine isolierten Dateninseln. Die Informationen werden in einer zentralen Steuerungs- und Datenumgebung zusammengeführt, visualisiert, gespeichert und für spätere Auswertungen vorbereitet. Diese Offenheit ist zentral, weil Messprinzipien und Auswertungsstrategien herstellerunabhängig bewertet werden können.

Aus Messwerten werden Modelle

Die eigentliche Stärke der Plattform liegt in der Verknüpfung von Online-Daten, Laboranalytik und Prozesswissen. In einem Versuchsdurchlauf entstehen Datensätze mit Zeitstempeln, Soll- und Ist-Werten, Temperatur- und Gewichtsverläufen, Druckwerten, Leitfähigkeit, Radarfüllstand, Dosierinformationen und anderen Sensorsignalen. Flankierend können Laborparameter wie Dichte, Zucker, Alkohol, Säurewerte, pH, Schwefeldioxid, Lebendzellzahlen oder hefeverwertbarer Stickstoff hinzugefügt werden.

Diese Datenvielfalt ermöglicht es, Prozessverläufe besser zu verstehen, Sensorsignale mit analytischen Referenzen abzugleichen und Modelle zu entwickeln, die kritische Entwicklungen früher sichtbar machen. Künstliche Intelligenz kann Muster erkennen, die in einzelnen Messwerten schwer zu sehen sind: langsame Drift, ungewöhnliche Kombinationen mehrerer Parameter oder Abweichungen von bekannten Gärprofilen.

Anwendungsfelder: Biomassepropagation, alkoholfreie Fermentation und QS

Perspektivisch kann daraus ein Lernsystem entstehen, das Betriebe bei Tankkontrollen, Eingriffen und Dokumentation unterstützt. Denkbar sind Anwendungen in der Biomassepropagation, bei alkoholfreien Fermentationen, in der Qualitätssicherung oder bei neuen Prozessstrategien. Der Nutzen liegt in der Übersetzung der Daten in handlungsrelevante Informationen welche z.B. die Belüftung, die Temperaturführung oder das Nährstoffmanagement beeinflussen können.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Wissenstransfer. Die KI Winery soll nicht nur Messdaten sammeln, sondern auch zeigen, welche Kombinationen aus Tankdesign, Sensorik und Automatisierung unter Praxisbedingungen wirklich sinnvoll sind.

Dadurch können aus komplexen Forschungsaufbauten künftig vereinfachte, robuste und bezahlbare Lösungen für Betriebe abgeleitet werden. Gerade kleinere und mittlere Unternehmen profitieren davon, wenn digitale Prozesskontrolle nicht als geschlossene Speziallösung gedacht wird, sondern modular, nachvollziehbar und schrittweise in bestehende Keller- und Produktionsabläufe integriert werden kann.

Warum wir das Konzept auf der BrauBeviale zeigen?

Die BrauBeviale ist für uns der geeignete Ort, weil sie die gesamte Getränkeindustrie zusammenbringt: Brauer, Winzer, Maschinen- und Anlagenbauer, Automatisierer, Sensoranbieter, Forschungseinrichtungen und Anwender aus sehr unterschiedlichen Betrieben. Genau diesen Austausch braucht eine Plattform wie die KI Winery. Viele Fragen, die in Freiburg am Beispiel der Gärung untersucht werden, stellen sich ähnlich auch in Brauereien, bei anderen fermentativen Prozessen aber auch alkoholfreien Getränken und Spirituosen.

Wir möchten auf der Messe daher ein Konzept zur Diskussion stellen. Welche Sensoren liefern im Alltag belastbare Informationen? Welche Daten helfen bei Entscheidungen, welche erzeugen nur Aufwand? Wie offen müssen Schnittstellen sein, damit Forschungsergebnisse in Betrieben ankommen? Und welche Rolle kann KI spielen, wenn Prozesse biologisch komplex, betrieblich unterschiedlich und qualitätsrelevant sind?

Wir sehen uns in Nürnberg

Die KI Winery versteht sich als Brücke zwischen Forschung, Anlagenbau, Sensorik und betrieblicher Anwendung. Sie soll zeigen, wie digitale Prozesskontrolle in der Getränkeindustrie praktisch gedacht werden kann: hygienisch, anschlussfähig, herstellerunabhängig und nah an realen Produktionsfragen. In Nürnberg möchten wir diesen Ansatz sichtbar machen und mit allen Interessierten weiterentwickeln.

Mitarbeit: Fabio Fehrenbach, Staatliches Weinbauinstitut Freiburg