Oluen valmistusprosessin seuranta reaaliaikaisesti – onko prosessin aikana syntyvien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden seuranta mahdollista sensoritekniikan avulla?
Oluen valmistusprosessin aikana syntyy haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, joiden analysoiminen on prosessin etenemisen seurannan ja lopullisen tuotteen laadun kannalta tärkeää. Näiden yhdisteiden reaaliaikainen seuranta voisi parantaa prosessin energiatehokkuutta ja vähentää kustannuksia. Tähän ollaan avuksi kehittämässä tekoälyllä tuettua sensoritekniikkaa Älykäs panimo-tutkimushankkeessa ja opinnäytetyö oli osa tätä hanketta.
Oluen valmistusprosessin käymisvaiheessa muodostuu haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, erityisesti etanolia ja diasetyyliä. Näiden yhdisteiden analysointi tehdään yleensä kaasukromatografisilla menetelmillä. Kaasukromatografia on laboratorioissa käytetty menetelmä, jonka avulla on mahdollista selvittää mitä yhdisteitä näyte sisältää ja kuinka paljon niitä on (Kaasukromatografia, ei pvm.). Kaasukromatografisten menetelmien kautta tulosten saanti kestää yleensä kauan, joka puolestaan hidastaa tuotantoprosessin kulkua eteenpäin. Tekoälypohjaisella sensoritekniikalla näiden yhdisteiden seuraaminen ja analysointi reaaliajassa eliminoisi nämä aikaa vievät menetelmät valmistusprosessista, joka puolestaan nopeuttaisi prosessia merkittävästi.
Etanolin ja diasetyylin muodostuminen
Oluen valmistuksessa etanolia syntyy alkoholikäymisen seurauksena. Alkoholikäyminen tapahtuu, kun hiiva käyttää maltaan sokerit energialähteenä ja muuntaa ne etanoliksi ja hiilidioksidiksi. Maltaassa entsyymit pilkkovat tärkkelyksen käymiskelpoisiksi, hiivalle sopiviksi sokereiksi. (Jurai, 2025; Oliver, 2011, viitattu lähteessä Ethanol, ei pvm.)
Etanolin määrään vaikuttavat tekijät oluen valmistuksessa:
- Käymiskelpoisten sokerien määrä
- Hiivan ominaisuudet
- Lämpötila
Diasetyyli on käymisprosessin sivutuote, joka voi antaa olueen voita muistuttavan maun. Riippuen oluen tyylistä, joskus tämä maku on haluttu ominaisuus. Usein se kuitenkin luokitellaan virhemauksi. Hiiva kykenee käymisprosessissa hajottamaan tuottamansa diasetyylin neutraaleiksi yhdisteiksi. Tämän mahdollistaa se, että olutta pidetään käymisprosessin lopulla hieman korkeammassa lämpötilassa. Tätä vaihetta kutsutaan diasetyylilevoksi. (Compound Spotlight: Diacetyl, 2021)
Sensorimittausten käsittely ja neuroverkon koulutus
Mittaukset sensorilla ovat tapahtuneet laboratorio-olosuhteissa, jossa neuroverkon koulutus tapahtuu liuoksilla, joiden etanolin ja diasetyylin pitoisuus on tiedossa. Hankkeen alussa voitiin huomata, että sensorin on mahdollista havaita etanolia 4–6 % liuoksista. Diasetyylin havaitseminen on sensorille hieman haastavampaa.
Yhtenä osana opinnäytetyössä selvitettiin, kykeneekö sensori havaitsemaan etanolia myös pieninä pitoisuuksia. Selvitystyö oli tärkeää, sillä sensorin tulisi havaita myös pieniä pitoisuuksia. Tämä johtuu siitä, että etanolipitoisuus lähtee oluen käymisvaiheen alussa nollasta ja kasvaa asteittain hiivan muodostaessa sitä. Mittausten tulokset osoittivat sensorin kykenevän havaitsemaan myös pieniä pitoisuuksia etanolia.
Diasetyyliä esiintyy oluen valmistusprosessin aikana hyvin pieniä pitoisuuksia, yleensä enintään 0,5 mg/l (Gibson & Krogerus, 2013). Nämä pitoisuudet ovat sensorin havaitsemisrajan alapuolella, eli se ei kykene havaitsemaan näin pieniä pitoisuuksia. Toisin sanoen sensorin neuroverkon kouluttaminen ei onnistu liuoksilla, jotka sisältävät vain diasetyyliä.
Kun ongelmaa diasetyylin kanssa lähdettiin opinnäytetyössä lähestymään eri kantilta, tuloksissa päästiin oikeaan suuntaan. Ongelmaa lähdettiin tarkastelemaan oikean valmistusprosessin kautta ja diasetyyliliuoksiin päädyttiin lisäämään etanolia. Oluen valmistusprosessissa etanolia ja diasetyyliä esiintyy saman aikaisesti ennen diasetyylin hajoamista. Tästä saadut tulokset osoittivat sensorin kykenevät havaitsemaan diasetyyliä.
Laboratorio-olosuhteissa suoritettujen mittauksien dataa käytettiin myös neuroverkon koulutukseen. Koulutus osoittautui onnistuneeksi ja neuroverkko kykeni koulutuksen tuloksesta saadun analyysin mukaan tunnistamaan samaa yhdistettä sisältävien liuosten eri pitoisuuksia toisistaan.
Tämän artikkelin aiheena oleva opinnäytetyö julkaistaan Theseuksessa tammikuussa 2026.
Artikkeli on osa Uudet materiaalit ja prosessit -tutkimusryhmän julkaisuja.
Lähteet
Compound Spotlight: Diacetyl. (2021). White Labs. Haettu 10.12.2025 osoitteesta https://blog.whitelabs.com/compound-spotlight-diacetyl
Gibson, B & Krogerus, K. (2013). 125th Anniversary Review: Diacetyl and its control during brewery fermentation. wileyonlinelibrary.com. Haettu 10.12.2025 osoitteesta https://www.cibd.org.uk/media/i3xllx3x/jib-84.pdf
Jurai, S. (2025). Esterit: Rakenne, ominausuudet ja reaktiot. Opettajan blogi. Meet’n’learn. Haettu 10.12.2025 osoitteesta https://www.meetnlearn.fi/opetusblogi/1826-esterit-esteroitymisreaktiot
Kaasukromatografia. (ei pvm.). Measurelabs.com. Haettu 10.12.2025 osoitteesta https://measurlabs.com/fi/menetelmat/kaasukromatografia/
Artikkelikuva: Daniel Dan