pH-Elektroden maßgeschneidert

HACCP-konforme Sensorik

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25.06.2019 Ob Fleisch, Fisch, Käse oder Salat: Jedes zum Verzehr vorgesehene Produkt muss im Herstellungsprozess den Vorgaben eines HACCP-Protokolls genügen. Erst dann ist es unbedenklich genießbar.

Entscheider-Facts

  • Lebensmittel werden zurecht streng kontrolliert. Da jedes Produkt und jeder Herstellungsprozess von ganz eigenen Rahmenbedingungen begleitet sind, unterscheiden sich auch die Verfahren, mit denen sich wichtige Prozessparameter zuverlässig messen lassen.
  • Deshalb spielt die Wahl der geeigneten pH-Elektrode eine herausragende Rolle. Bei der Erstellung eines HACCP-Konzeptes sollte dieser Aspekt gebührende Anerkennung finden.
Hanna_Instruments

Montage mit Bild 1: Adobe Stock – atoss & Bild 2: Hanna Instruments

Der Lebensmittelanalytik kommt die wichtige Aufgabe zu, die sicherheitsrelevanten Parameter korrekt zu bestimmen. Die Wahl der richtigen pH-Elektroden ist dabei entscheidend für den Erfolg.

Bereits seit dem Jahr 2006 sind Lebensmittel verarbeitende Unternehmen selbstständig für eine „Gute Herstellungs- und Hygienepraxis“ verantwortlich (Verordnung (EG) Nr. 852/2004). Ein HACCP-Konzept (eng.: hazard analysis and critical control points) zu erstellen und umzusetzen, ist Teil dieser Verantwortung. Dabei werden Risiken für die Lebensmittelqualität identifiziert, Kontrollmaßnahmen entwickelt und umgesetzt sowie Korrekturen in den Prozess eingeführt. Einer der wichtigsten und verlässlichsten Messparameter ist hierbei der pH-Wert.

pH statt Farbe

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Die lebensmittelechte pH-Elektrode FC2053 lässt sich zur besseren Reinigung teilweise zerlegen. Bild: Hanna Instruments

Ein einfaches Beispiel: Beim Kauf einer Tomate mögen Konsistenz und Farbe für den Verbraucher Rückschlüsse auf den Reifegrad der Frucht zulassen. Allerdings färben sich nicht alle Sorten mittelrot, sondern es sind alle Schattierungen von gelb, über orange bis dunkelrot und braun möglich. Für eine industrielle Überprüfung kommt die Farbe also nicht in Frage. Stattdessen eignet sich der pH-Wert. Eine reife Tomate hat einen pH-Wert von etwa 4,6. Viele Betriebe streben aber sogar einen Wert von 4,2 an, da das Wachstum von Bakterien in diesem Bereich gehemmt ist. Wählen sie entsprechend saure Früchte aus, lassen sich zumindest teilweise Aufwand und Kosten für die weitere Ansäuerung sparen.

Obwohl es auch unter den Messgeräten signifikante Unterschiede gibt, die die einfache Bedienbarkeit und den Funktionsumfang betreffen, lässt sich die Frage nach dem richtigen pH-Meter verhältnismäßig einfach beantworten. Sollen Messungen mobil in der Produktion erfolgen, eigenen sich robuste Handgeräte wie das HI98161, das GLP-Daten liefert und über einen Mess-wertspeicher sowie eine USB-Computerschnittstelle verfügt. Bei stationären Messungen im Labor könnte die Wahl auf das Tischgerät in Forschungsqualität HI5221 fallen. (1/3)

Entscheidend für die Wahl der richtigen pH-Elektrode ist vor allem eine professionelle Applikationsberatung. Sogar mit der besten Technik kann es vorkommen, dass eine falsch gewählte Elektrode nicht exakt reagiert. Hanna Instruments bietet darum eine Vielzahl an Spezialelektroden an, jeweils entwickelt für die spezifischen Bedingungen einer bestimmten Anwendung. HACCP-konforme Elektroden sind als „lebensmittelecht“ deklariert.

Spitze und Material sind entscheidend

pH Electrode Maintenance Guide

Hanna Instruments bietet mehr als 70 verschiedene Elektroden für die pH-Messung. Nutzer können genau das Instrumen-tarium zusammenstellen, das für die jeweiligen Anwendungen am besten geeignet ist.
(Bild: Hanna Instruments)

In der Lebensmittelanalytik sollte eine pH-Elektrode meist eine konische Spitze aufweisen, damit sie sich in halbfeste oder feste Produkte leicht einstechen lässt. Darüber hinaus sollte die Spitze für die Messung gekühlter Lebensmittel aus Niedrigtemperaturglas bestehen, um auch bei niedrigen Temperaturen schnell anzusprechen und stabile Messwerte zu liefern.

Eine weitere kritische Komponente ist das Diaphragma. Das ist die Brücke zwischen Messzelle und Referenz-zelle einer Elektrode, über die der Strom ungehindert fließen muss. Um das Eindringen der Probe in die Referenz-zelle zu vermeiden, kommen in der chemischen Analytik häufig Fritten zum Einsatz. Bei vielen Lebensmitteln sind diese jedoch ungeeignet, da sie durch Feststoffe und Schwebeteilchen rasch verstopfen. Darum sind offene Brücken, die einen Viscolen-Hartgel-Elektrolyt verwenden, oft die bessere Wahl. Schließlich empfiehlt sich ein Elektrodenkorpus aus dem lebensmittelechten Kunststoff Polyvinyliden-fluorid (PVDF). Dieser ist leicht zu reinigen, stoß- und abriebfest, resistent gegen Chemikalien wie starke Desinfektionsmittel, UV-stabil und hemmt das Wachstum von Pilzen. Eine Elektrode, die all diese Eigenschaften aufweist, ist zum Beispiel die universell für Lebensmittel geeignete FC2023. (2/3)

Spezielle Technik für spezielle Anwendungen

Eine neuartige Technologie weist die ähnlich konstruierte Elektrode FC2053 auf. Sie ist zum Teil zerlegbar und damit besonders einfach zu reinigen und wieder zu befüllen. Die Manschette aus PVDF, die das Elektrodenglas im unteren Bereich umschließt, lässt sich einfach entfernen und säubern, ebenso wie das dann freigelegte Elektrodenglas. Nach erfolgter Reinigung kann der Anwender die Manschette mit Nachfüll-Gelelektrolyt füllen und sie wieder aufsetzen. Die Elektrode ist dann vollständig regeneriert und sofort messbereit. Bei Lebensmitteln wie weichem Käse oder fettem Fleisch, die das Diaphragma besonders häufig verschmutzen, bietet diese Technik eine deutlich längere Haltbarkeit der Elektrode.

In einigen Fällen stellen die Eigenschaften der Messproben andere Anforderungen an die Elektrode. Mit Hartgel gefüllte Elektroden sind beispielsweise nicht für die Verwendung in heißen Proben mit über 80 °C geeignet. Hier helfen Glas-Elektroden mit kugelförmiger Spitze. Sie sind hitzebeständig und können auch in 100 °C heißen Proben eingesetzt werden. Allgemein eignen sie sich am besten für Messungen in Flüssigkeiten. Für sehr feste Proben, wie Hartkäse oder Fleisch, kommen wiederum Spezialelektroden mit einer optionalen Edelstahleinstichklinge zum Einsatz (FC240B und FC232X).

Um für jeden Bedarf eine maßgeschneiderte Lösung anbieten zu können, bietet Hanna Instruments ein Portfolio von über 70 verschiedenen pH-Elektroden. Hieraus die genau richtige Lösung zu wählen, scheint schwierig, gelingt aber durch eine fundierte Anwendungsberatung, die alle relevanten Bedingungen einer Messung miteinbezieht. (3/3)

Praxisbeispiel: pH-Messung in Bier

Bei der Herstellung von Bier gehören der pH-Wert und die Temperatur zu den wichtigsten Parametern für gleichbleibenden Geschmack und Qualität. Den pH-Wert messen Brauereien im Wasser, in der Maische, beim Läutern, Hopfen und Gären, aber auch zur abschließenden Qualitätskontrolle. Bei der Herstellung der Maische ist etwa eine Temperatur von 60 bis 70 °C sowie pH 5,2 bis 5,6 erstrebenswert, damit die enzymatischen Prozesse optimal verlaufen. Erschwerend kommt hinzu, dass der gemessene pH-Wert stark temperaturabhängig ist, Maische aber bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen wird.

Das für die Bierherstellung spezialisierte pH-Meter HI99151 mit der für diesen Anwendungsfall maßgeschneidert Spezialelektrode FC214D ist dafür eine gute Wahl. Die Elektrode verfügt über eine Titanhülle zum Schutz der inneren Glaselektrode. Die Hülle leitet Wärme schnell an den integrierten Temperatursensor weiter. So spricht die Elektrode zügig an und das Gerät kann Temperaturschwankungen gut kompensieren. Ihre Spitze ist flach und mit einem Textil-diaphragma versehen, was das Eindringen von Fest- und Schwebstoffen in die Elektrode vermeidet.

Heftausgabe: Pharma+Food Juli 2019
Dr. Katharina Fejfar, Anwendungsberaterin, Hanna Instruments Deutschland

Über den Autor

Dr. Katharina Fejfar, Anwendungsberaterin, Hanna Instruments Deutschland
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