Prozessoptimierung in der Lebensmittelindustrie durch pH-Messung ohne Glasbruchgefahr

In der Lebensmittelproduktion ist es wichtig die Qualität sowie die Ausbeute von Produkten zu kontrollieren. Dadurch ergeben sich im Anschluss neue Optimierungsmöglichkeiten. Die Basis hierfür ist eine engmaschige und kontinuierliche pH-Kontrolle. Unter anderem lässt sich mit Hilfe des pH-Werts der exakte Zeitpunkt bestimmen zu dem Fermentations- oder Reifeprozesse abgeschlossen sind. Es kann auf Rückstände von Reinigungsmitteln im System getestet werden, bevor dieses erneut mit Produkt befüllt wird. Auch kann eingehende Ware wie etwa Rohmilch auf deren Qualität geprüft werden. Offline-Messungen im Labor oder vor Ort mit einem tragbaren Gerät stellen jedoch keine ausreichende pH-Kontrolle da. Ihrer Natur nach liefern sie nicht kontinuierliche, sondern punktuelle Ergebnisse. Dadurch können Reaktionen nur zeitverzögert erfolgen. Der gesamte Vorgang einer Offline-Messung ist fehleranfällig, beginnend mit der Probennahme bis hin zu sich unterscheidenden Messbedingungen. Die Gefahr der Kontamination ist allgegenwärtig. Es ist ein arbeitsaufwändiges, zeitintensives und damit auch kostenintensives Unterfangen.

Bisher waren inline pH-Messungen in der Lebensmittelindustrie jedoch kaum anzutreffen. Klassische pH-Elektroden bestehen unter anderem aus einer Glasmembran, welche immer auch die Gefahr eines Glasbruchs beinhaltet und damit Kontaminationen des Produktes durch Glassplitter oder Flüssigkeiten mit sich bringt. Dies kann immense Kosten verursachen. Wollte man bisher die Glasbruchgefahr bannen, musste auf ISFET (ionenselektiver Feldeffekt-Transistor) oder Emaille Elektroden zurückgegriffen werden. Beide Technologien sind jedoch nicht voll CIP (Cleaning in Place) kompatibel. Die ionenselektive Schicht des ISFETs wird durch heiße Lauge angegriffen, wodurch die pHSensitivität verloren geht. Nach zwei bis drei CIP-Zyklen sind diese unbrauchbar. Emaille Elektroden sind nicht nur teuer und mechanisch anfällig, sondern benötigen auch mindestens eine Stunde zur Regeneration nach jedem einzelnen CIP-Prozess.

Den Mangel an für die Lebensmittelindustrie geeigneten inline pH-Sensoren hat Mettler Toledo nun erfolgreich beheben können. Der InPro X1 HLS ist der erste lebensmittelsichere und gleichzeitig voll CIP-kompatible pH-Sensor für inline pH-Messungen. Die Prozessadaption gelingt einfach über eine Einbauarmatur InFit761. Dagegen müssen ISFET Sensoren aufwändig über eine Wechselarmatur adaptiert werden, da sie während CIP-Prozessen aus dem System entnommen werden müssen. Der gesamte Sensor InPro X1 HLS weist ein bruchfestes (gemäß US Militärstandard MIL-STD-810H) sowie hygienisches (3-A SANITARY STANDARDS, EC1935/2004 und EHEDG) Design auf. Dies ist unter anderem bedingt durch das praktisch unzerbrechliche pH-sensitive Kompositmaterial des Sensors und die restlichen hochwertigen Materialien. Die lange Lebensdauer des Sensors sowie dessen geringe Drift senken die Kosten für Wartung, Kalibrierung und Austausch. Der InPro X1 HLS arbeitet bei Drücken von 0 bis 4 bar(g), Temperaturen von 0 bis 80 °C (CIP 100 °C) und misst dabei über den gesamten pH-Bereichvon 0 bis 14. Das verwendete Bezugssystem besitzt einen vorbedruckten flüssigen Elektrolyten, der über ein in der Chemie- sowie Pharmabranche und Biotechnologie zigtausendfach bewährtes Keramikdiaphragma mit dem Messmedium in Kontakt steht.

Das sich im Kopf des InPro X1 HLS befindliche voll digitale Intelligent Sensor Management (ISM) bietet neben einer Reihe von Diagnosefunktionen wie DLI (Dynamic Lifetime Indicator) auch eine störungsfreie Signalübertragung. Der InPro X1 HLS lässt sich vor Ort schnell und einfach tauschen (Plug and Measure), denn eine Vorkalibrierung ist per Software ISM Core im Vorfeld am Computer möglich. Der Sensor kann mit den Multiparamter-Transmittern M300, M400 und M800 kombiniert werden. Auf diesen können alle wichtigen Informationen eingesehen werden. Optional können die Daten digital in Form von HART, Profibus, Foundation Fieldbus, Ethernet/IP und Profinet sowie konventionell per analogem 0/4 bis 20 mA Signal übertragen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Mettler Toledo mit dem InPro X1 HLS den ersten inline pH-Sensor entwickelt hat, der lebensmittelsicher und zudem voll CIP-kompatibel ist. Dieser kann entscheidend zur Überwachung und Optimierung der Produktionsprozesse beitragen. Abweichungen im Geschmack oder gar imageschädigende Rückrufaktionen können so vermieden werden.

Kontakt:
Mettler-Toledo GmbH
Nils Anschütz
Segment Management Prozessanalytik
Ockerweg 3
35396 Gießen
E-Mail: Nils.Anschuetz@mt.com
www.mt.com/pro

Ausgabe November/Dezember 2023 „Der Lebensmittelbrief/ernährung aktuell”