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Rachel ist Produktionsleiterin bei einem mittelständischen US-amerikanischen Molkereiunternehmen. Sie genießt ihren Job, aber ein wiederkehrendes Problem frustriert sie, und das jüngste Ereignis war für die Molkerei sehr kostspielig.
Labortests einer Charge Joghurt zeigten, dass der pH-Wert weit außerhalb des Bereichs lag und der Joghurt nicht verwendet werden konnte. Die Hälfte der Charge war bereits verpackt und musste zerkleinert werden.
Was das Ganze noch schlimmer machte, war, dass die Charge für eine kürzlich eingeführte Joghurtmarke bestimmt war. Die neue Marke war ein großer Erfolg, und der Verlust der Charge bedeutete leere Regale in den Filialen einiger Kunden.
Darüber hinaus wurden Rachel und ihr Team aufgrund der Beliebtheit der neuen Linie damit beauftragt, die Produktion mit den gleichen Geräten zu steigern, die sie seit Jahren verwenden. Darüber hinaus verlangt das Management, dass es die Herausforderung einer nachhaltigen Produktion durch die Reduzierung des Energieverbrauchs meistert. Das war ein kniffliges Problem.
Sie hatte auch Schwierigkeiten, qualifizierte Mitarbeiter zu finden, die Erfahrung mit Aufgaben wie Probenahme und Messung hatten und auf die sie sich verlassen konnte, um die richtigen Produktionsentscheidungen zu treffen.
Nach einigen Recherchen fand Rachel etwas, das vielleicht nicht alle ihre Probleme löst, aber viele von ihnen lösen würde und definitiv Joghurtchargen außerhalb der Spezifikationen stoppen würde!
Aber bevor wir dazu kommen...
Sampling: Nur ein Schnappschuss...
Die Probenahme bezieht sich auf die Qualitätskontrolle – sie hat nichts mit Prozesssteuerung und noch weniger mit Prozessautomatisierung zu tun. Es spart weder Zeit noch Mühe und trägt daher nicht dazu bei, F&B-Anlagen produktiver oder effizienter zu machen.
Der pH-Wert spielt eine wesentliche Rolle in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion, da der pH-Wert die Geschwindigkeit und den Umfang der Reaktionen während vieler Produktionsprozesse beeinflusst. Die Überwachung des pH-Werts ist daher sowohl für die Produktqualität als auch für die Prozesskontrolle von entscheidender Bedeutung.
In der Regel wird während der Produktion alle 20 Minuten oder bis zu einmal pro Stunde eine Probe entnommen. Dies liefert wertvolle Informationen über die Qualität des Produkts und des Prozesses – aber nur bis zum Zeitpunkt der Probenentnahme. Die Stichprobe ist also nur eine Momentaufnahme dessen, was in diesem Prozess bereits passiert ist.
Produktionsleiter können nur versuchen, den nachfolgenden Prozess auf der Grundlage der Informationen aus diesem Snapshot zu beeinflussen.
... und sehr fehleranfällig
Darüber hinaus können die Ergebnisse mit erheblichen Fehlern behaftet sein: Die Probe kann sich zwischen der Entnahme und der Analyse ändern.
Jede Verzögerung bei der Durchführung des Tests, selbst wenn es sich nur um einen einfachen Telefonanruf des mit der Messung beauftragten Labormitarbeiters handelt, kann zu einem falschen Ergebnis führen. oder eine Probe wird aufgrund mangelnder Aufmerksamkeit dem falschen Tank zugewiesen; oder... oder... oder. Die Fehlerquellen sind vielfältig.
Glas- und ISFET-Sensoren: Beides ist nicht zufriedenstellend
Die Kenntnis des pH-Werts zu jedem Zeitpunkt des Prozesses ermöglicht es, den Prozess zu beschleunigen, zu verlangsamen, auszugleichen oder sogar zu stoppen, wenn ein gewünschter Wert erreicht ist. Inline-pH-Sensoren können verwendet werden, um den pH-Wert während des gesamten Prozesses zu messen, von der Lieferung der Milch bis zur Verpackung des Endprodukts.
Bisher war jedoch kein Inline-pH-Sensor in der Lage, die Erwartungen der F&B-Branche vollständig zu erfüllen:
Herkömmliche Inline-pH-Sensoren verwenden eine Glasmembran. Das Problem liegt auf der Hand: Das Glas kann bei der Handhabung, beim Cleaning-in-Place (CIP) oder auch einfach nur im Prozess zerbrechen, zum Beispiel, wenn feste Bestandteile des Mediums, wie z. B. Eisklumpen bei der Eisherstellung, das Glas beschädigen oder nicht vollständig zerbrechen.
Ionenempfindlicher Feldeffekttransistor (ISFET) war die nächste Technologie auf dem Markt. ISFET-Sensoren bestehen nicht aus Glas, sondern haben einen Chip mit einer pH-empfindlichen Oberfläche. Damit eignen sie sich auf den ersten Blick besser für die Lebensmittelproduktion als herkömmliche Glassensoren, aber die Chips sind nicht sehr robust und die Sensoren müssen häufig kalibriert werden. Die Folge sind kurze Wartungsintervalle und viele Produktionsunterbrechungen. Darüber hinaus tolerieren ISFET-Sensoren kein CIP.
Kein Wunder, dass die Inline-pH-Messung in der F&B-Branche noch nicht Fuß gefasst hat.
Bis jetzt.
Die InPro X1 - Eine neue Ära in der pH-Messung
Wir glauben, dass die Inline-pH-Messung die Zukunft der F&B-Branche ist. Es ermöglicht unseren Kunden, ihre Prozesse vollständig zu kontrollieren und zu automatisieren, produktiver zu sein, ihre Anlagen effizienter und nachhaltiger zu nutzen und jede Sekunde des Prozesses zu verfolgen. Aus diesem Grund haben wir uns daran gemacht, einen Inline-pH-Sensor zu entwickeln, der so genau wie ein Glassensor ist, aber extrem robust ist", sagt Balz Aebli, Produktmanager bei METTLER TOLEDO.
Die Entwicklung hat mehrere Jahre gedauert, aber jetzt ist er der weltweit erste robuste, CIP-resistente Inline-pH-Sensor - der InPro X1™ HLS. Seine Genauigkeit ist mindestens so gut wie die der besten Inline- und Laborsensoren und macht eine pH-Messung mit Stichproben überflüssig.
Das ist wirklich ein Game Changer, sagt Balz. Seit Jahrzehnten verlangt die Milchindustrie nach einem sicheren Inline-pH-Sensor, der CIP toleriert. Jetzt haben sie einen.
Unzerbrechlicher pH-Sensor für höchste Produktionssicherheit
Seit Jahrzehnten ist die Lebensmittel- und Getränkeindustrie auf der Suche nach einem lebensmittelechten Inline-pH-Sensor, der Reinigungsprozessen standhält. Wie in diesem Whitepaper beschrieben, bietet die InPro X1 genau das.
Den Fermentationsprozess verstehen
Die Grafik veranschaulicht den Fermentationsprozess bei der Joghurtherstellung und zeigt das Zusammenspiel zwischen pH-Wert, Temperatur und Säuregehalt im Laufe der Zeit.
Die dunkelblaue Kurve stellt den pH-Wert dar, der abnimmt, wenn Kulturen Zucker verstoffwechseln und Säuren produzieren, was auf einen erhöhten Säuregehalt hinweist, der für die Joghurtqualität unerlässlich ist.
Die hellblaue Kurve verfolgt die Temperatur des Joghurts, die für die Steuerung der Fermentationsgeschwindigkeit und das Erreichen des gewünschten Endprodukts entscheidend ist .
Grüne Markierungen zeigen die von der Probe gemessenen Säurewerte an und dienen als Kontrollpunkte, um sicherzustellen, dass der Fermentationsprozess den Spezifikationen entspricht.
Im weiteren Verlauf des Prozesses meldet der Inline-pH-Sensor alles, was er sieht.
Nutzen Sie die Vorteile der Inline-Messung voll aus
Durch die Messung im Einklang mit der neuen InPro X1 müssen sich Produktionsleiter wie Rachel nicht mehr darauf verlassen, dass nur alle 20 Minuten Proben entnommen werden. Zu jedem Zeitpunkt des Produktionsprozesses haben sie nun zuverlässige Echtzeitinformationen über den aktuellen pH-Wert.
Durch die kontinuierliche Überwachung wird der gesamte Prozess transparent, und der Bediener kann aktiv eingreifen und anpassen, wenn der Fortschritt zu langsam oder zu schnell ist. Noch mehr kann durch das Festlegen von Schwellenwerten erreicht werden: Bei Erreichen, Über- oder Unterschreiten dieser Schwellenwerte kann automatisch eine Reaktion im System ausgelöst werden. Somit kann der gesamte Prozess automatisiert werden.
Höhere Effizienz und Produktqualität
Holger Schmidt, F&B Industry Manager, erklärt: Der Produktionsleiter kann innerhalb der Steuerung Parameter und Grenzwerte einstellen. Bei der Joghurtherstellung zum Beispiel wird die Kultur dosiert, sobald der Tank voll ist, und mit fortschreitender Fermentation sinkt der pH-Wert. Der InPro X1 liefert ständig einen pH-Wert und wenn der pH-Wert den gewünschten Wert erreicht, kann der Tank gekühlt werden, wodurch die Gärung gestoppt wird.
Neben einer verbesserten Produktqualität und -sicherheit ist ein perfekt geregelter Produktionsprozess schneller und effizienter, da Durchlaufzeiten und Temperatur präzise gesteuert werden. Dies gewährleistet eine optimale Auslastung der Anlagen und reduziert gleichzeitig den Energieverbrauch und den Ressourcenverbrauch.
Bessere Prozesssicherheit
Auch Fehler im Prozess, wie z.B. Verunreinigungen durch Bakterien oder Reinigungsmittel, können sofort erkannt werden.
Dank der Inline-Messung ist es auch möglich festzustellen, ob potenziell saure Milch geliefert wurde, da die gesamte Milch und nicht nur einzelne Proben getestet werden.
Gleiches gilt, wenn die Milch in Zwischenlagertanks gelagert wurde. Ein kritischer Kontrollpunkt (CCP) vor dem Verpacken stellt sicher, dass keine versehentlich Reinigungsmittel in das fertige Produkt eingebracht werden.
Nachvollziehbarkeit
Die Rückverfolgbarkeit der eingehenden Milchqualität ist ein großer Gewinn für die Prozessqualität, sagt Holger. Wir sehen dies bei einer deutschen Molkerei, wo die InPro X1 die gesamte eingehende Milch misst und nicht nur Proben aus jeder Tanksektion. Wenn es eine Verzögerung beim Herunterladen der Milch gibt, können Sie eine Trennung in den Tankabschnitten erhalten, und daher ist eine Probe möglicherweise nicht repräsentativ. Die kontinuierliche Messung mit der InPro X1 erkennt alles.
Dank der Inline-Produktionsüberwachung ist jeder Schritt des Prozesses - von der Rohstoffanlieferung bis zur Verpackung - vollständig rückverfolgbar. Dies ist besonders wichtig für Unternehmen, die sich in der Global Food Safety Initiative engagieren. Im Fall der erwähnten deutschen Molkerei ermöglicht die Integration der Informationen und deren Speicherung mit der Charge auch eine vollständige Rückverfolgbarkeit vom Betrieb bis zur Form.
Schutz von Geräten
InPro X1-Benutzer profitieren auch davon, wenn es um den Schutz ihrer Geräte geht. Anhand eines Kundenfalls erklärt Holger:
Bei der Verarbeitung der Molke verwendet der Kunde die pH-Messung der InPro X1, um festzustellen, ob die Molke noch süß ist. Die Molke durchläuft dann ein Filtersystem. Während der Reinigung werden Messungen der InPro X1 verwendet, um die Laugenkonzentration zu verfolgen. Wenn der pH-Wert 11 überschreitet, könnten die Membranen in der Filtrationsanlage beschädigt werden und müssten ausgetauscht werden.
Ähnliche Anwendungen gibt es bei Kunden in Neuseeland und den USA, in diesen Fällen für Laktose, und der erste Gerätehersteller hat mit der Implementierung der InPro X1 begonnen, um die Prozessautomatisierung und die Kundenzufriedenheit zu verbessern.
Hunderte von korrekten Messungen mitteln das Geräusch
Die Inline-Messung zeigt genau, was während und in jeder Phase des Prozesses passiert, so genau und präzise wie die Messung der Probe im Labor.
Es ist kein Wunder, dass die Inline-pH-Messung in Branchen wie der Chemie und Pharmazie bereits gut etabliert ist. Was die Anwender in der F&B-Branche jedoch oft irritiert, ist das sichtbare Rauschen in der Ablesung des Steuerungssystems.
Das liegt daran, dass ein Medium wie Milch keine homogene Masse ist. Die InPro X1 erkennt alle Abweichungen, auch unerwünschtes Signalrauschen, das durch Gasblasen verursacht wird. InPro X1 bereinigt die Daten, so dass Sie nur die genaue pH-Messung erhalten.
Der X-Chip - das Herzstück der InPro X1
Der X-Chip, eine völlig neue Technologie, die alle bestehenden pH-Sensortechnologien übertrifft, ist der eigentliche Sensor und das Herzstück der InPro X1. Der X-Chip befindet sich in einer Titanspitze, steht in direktem Kontakt mit dem Medium und verwendet das gleiche potentiometrische Messprinzip wie pH-empfindliches Glas. Die Lithiumsilikat-Oberfläche des X-Chips ist jedoch in einer Verbundbauweise mit einer Metallschicht verbunden und sehr robust.
Zur Temperaturkompensation befindet sich ein Temperatursensor in der Nähe des X-Chips, und das Gehäuse des Sensors besteht aus sehr starkem, lebensmittelechtem PEEK-Polymer.
Der InPro X1 ist einer unsererSensoren für intelligentes Sensormanagement (ISM™). Einer der Hauptvorteile von ISM besteht darin, dass das analoge Messsignal im Sensor in ein robustes digitales Signal umgewandelt wird, das vom Sensor zum Transmitter keine Verluste erleidet.
Die InPro X1 wird fest in das Gerät eingebaut, wodurch die Installations- und Betriebskosten gesenkt werden. Es ist so konzipiert, dass es die CIP-Reinigung nicht nur toleriert, sondern auch unterstützt, da es nicht durch schnelle Temperaturänderungen beeinträchtigt wird, gegen alle Reinigungsmedien beständig ist und daher zur Anzeige der Reinigungsaktivität der Lauge verwendet werden kann.
Der Sensor zeigt immer den aktuellen pH-Wert im Gerät an. Und dank CIP ist es immer auf dem gleichen hygienischen Niveau wie der Rest der Anlage und bei jeder Inbetriebnahme einsatzbereit, erklärt Balz.
Querschnitt der InPro X1
Entdecken Sie das innovative Design des digitalen pH-Sensors InPro X1 in diesem detaillierten Querschnittsvideo.
pH-Sensoren als Keulen? Sicher nicht!
"Wir haben unser Bestes getan, um es zu brechen!"
"Wir hatten viel Spaß beim Versuch, die InPro X1 kaputt zu machen", sagt Balz. Wir haben sie quer durch den Raum geworfen, von einem Dach fallen lassen, sind über sie gefahren und haben sogar zwei Sensoren als Drumsticks benutzt!
Mit über tausend InPro X1, die von Kunden weltweit im Einsatz sind, wurden keine mechanischen Schäden verzeichnet. Der Sensor hat sogar den MIL-STD-810H-Falltest bestanden, ein strenges Verfahren, das vom US-Militär definiert wurde.
Solide Leistung
Die Robustheit des Sensors kommt vor allem bei hochviskosen Medien zum Tragen. Holger Schmidt nennt zwei Beispiele:
Saure Butter braucht eine Weile, um die erste Stufe der Butterherstellungsmaschine zu durchlaufen. Während dieser Zeit haben die Kulturen, die am Einlass hinzugefügt werden, Zeit, zu arbeiten und den pH-Wert zu senken. Durch die Inline-Steuerung des Ergebnisses ist es möglich, die Kulturdosierung vor der zweiten Hälfte des Butterprozesses durchzuführen, was Zeit spart.
Kunden in England haben diese Steuerungsmöglichkeit bereits erfolgreich eingesetzt. Der Sensor funktioniert auch bei der Herstellung von Mozzarella, wo eine noch höhere Viskosität vorliegt. Bei einem italienischen Kunden kontrolliert die InPro X1 den pH-Wert und gibt eine Frühwarnung aus, wenn das Produkt nicht im gewünschten pH-Bereich liegt.
Holger Schmidt, Industry Manager for Food & Beverage Industry
Voll kompatibel und einfach zu handhaben
Die InPro X1 ist vollständig kompatibel mit bestehenden Geräten. Er kann mit einer einfachen Prozessarmatur wie der InFit 761/NC von METTLER TOLEDO problemlos nachgerüstet werden.
Die Installation wird mit einem Ingold-, SMS-, DIN11851-, Klemm- oder Varinline-Anschluss montiert, ist 3A- und EHEDG-zertifiziert und einfach zu reinigen.
Dank einer weiteren Funktion von ISM, den prädiktiven Diagnosewerkzeugen, werden die verbleibenden Tage bis zur Kalibrierung und dem Austausch des Sensors auf dem angeschlossenen Transmitter angezeigt, so dass Wartungsarbeiten außerhalb der Produktionszeiten geplant werden können und ungeplante Prozessunterbrechungen vermieden werden können.
Nach 80 Jahren - endlich ein zuverlässiger Inline-Sensor
Rachel, die Produktionsleiterin, ist beeindruckt von den Möglichkeiten, die die InPro X1 bietet, und ihrer hohen Genauigkeit und Robustheit.
Die X-Chip-Technologie, die vollständig von METTLER TOLEDO selbst entwickelt wurde, ist nach rund 80 Jahren Glas- und 40 Jahren ISFET-Technologie die erste Innovation auf dem Markt für pH-Sensoren für die F&B-Industrie. Der Sensor markiert den Beginn einer neuen Ära: Erstmals ist eine Inline-pH-Messung in der Milchproduktion und anderen Lebensmittelproduktionen zuverlässig und sicher – in jeder Hinsicht.
Präzise und schnellere Produktionsprozesse
Rachel möchte, dass ihre Molkerei von den Vorteilen der Inline-pH-Messung profitiert. Genauere und schnellere Produktionsprozesse würden es ihrem Team ermöglichen, im gleichen Zeitraum mehr zu produzieren, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Weniger Wartung würde die Produktion noch effizienter machen, und das Management würde das verbesserte Preis-Leistungs-Verhältnis zu schätzen wissen.
Besonders beeindruckt ist sie von der Möglichkeit, den Produktionsprozess zu 100 % zu verfolgen , und der einfachen Bedienung des Sensors. Für Rachel werden verlorene Joghurtchargen aufgrund von pH-Werten außerhalb der Spezifikation der Vergangenheit angehören.
Sind Sie daran interessiert, die InPro X1 in Ihrer Produktion einzusetzen?
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