在乳制品生产中通过在线 pH 测量实现更好的工艺控制

不再错过关键的 pH 值变化！

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7 Nov, 2025

雷切尔是 美国一家中型乳制品公司的生产经理。 她喜欢她的工作，但一个反复出现的问题让她感到沮丧，最近又发生的事故对乳品厂来说代价高昂。

对一批酸奶的实验室测试表明， pH 值远远超出了范围，酸奶无法使用。一半的产品已经包装好，必须报废。

更糟糕的是，这批产品是最近推出的酸奶品牌。该品牌的产品非常受欢迎，这个批次的损失将意味着一些商店的货架将空空如也。

最重要的是，由于新生产线的受欢迎程度，Rachel 和她的团队被要求 使用他们多年来一直使用的相同设备增加产量。 此外，他们还需要通过降低能源消耗来赢得 可持续生产的挑战 。这也是一个棘手的问题。

她可以依靠经验丰富的抽样和测量人员来帮助她做出正确的生产决策，但是这些技术人员很难找到。

经过一番研究，雷切尔发现了一些东西，可能无法解决她所有的问题，但可以解决大部分，并且肯定会避免不合格的酸奶批次！

在我们开始介绍之前......

抽样与质量控制有关——它与过程控制无关，更与过程自动化无关。它不会节省时间或精力，因此无助于提高食品工厂的生产力或效率。

pH 值在食品和饮料生产中起着至关重要的作用，因为 pH 值会影响许多生产过程中反应的速度和全面性。因此，监测 pH 值对于 产品质量和过程控制都至关重要。

通常，在生产过程中每 20 分钟 采集一次样品，或至多每小时采集一次样品。这提供了有关产品质量和过程的宝贵信息 - 但仅限于 取样的那一刻。因此，该样本只是该过程中已经发生的情况的快照。

生产经理只能尝试根据该快照中的信息调节后续工艺。

更重要的是，结果可能会出现重大错误： 样品可能会在提取和分析之间发生变化。

运行测试的任何延迟，即使只是负责测量的实验室员在测量过程中接打的简单电话，都可能导致错误的结果；或者，由于注意力不集中，样品被分配到错误的罐中；或。。。错误的来源很多。

玻璃和 ISFET 传感器：都存在问题

了解过程中任何一点的 pH 值，可以在达到所需值时加快、减慢、平衡甚至停止过程。 在线 pH 传感器 可用于测量整个过程的 pH 值，从牛奶交付到最终产品包装。

然而，到目前为止，还没有一款在线 pH 传感器能够完全满足食品行业的期望：

传统的在线 pH 传感器使用玻璃敏感膜。问题很明显：玻璃可能会在操作、原位清洁（CIP）过程中破裂，甚至仅仅在过程中，例如，冰淇淋生产过程中的投放冰块时，传感器就有可能被损坏。

离子敏感场效应晶体管（ISFET） 是市场上的升级技术。ISFET 传感器不是由玻璃制成的，而是具有 pH 敏感表面的芯片。乍一看，这使得它们比传统的玻璃传感器更适合食品生产，但芯片不是很坚固，而且传感器需要经常校准。这导致维护间隔短和许多生产中断。不仅如此，ISFET 传感器不耐受 CIP 过程。

因此在线 pH 测量没有在食品行业站稳脚跟。

直到现在。

InPro X1 - pH 测量的新时代

我们相信，在线 pH 测量是餐饮行业的未来。它使我们的客户能够完全控制和自动化他们的工艺，提高生产力，更高效、更持续地使用他们的设备，并跟踪过程的每一秒。这就是我们着手开发一种与玻璃传感器一样精确但超级坚固的在线 pH 传感器的原因，梅特勒托利多产品经理 Balz Aebli 说。

开发历时数年，但现在它是世界上第一款坚固耐用、耐 CIP 的在线 pH 传感器 - InPro X1™ HLS。它的精度至少与其他在线和实验室传感器一样好，并且无需使用取样进行 pH 测量。

Balz 说，这确实改变了游戏规则。 几十年来，乳制品行业一直需要一种能够耐受 CIP 的安全在线 pH 传感器。现在他们有了解决方案。

牢不可破的 pH 传感器，确保真正的生产安全

几十年来，食品和饮料行业一直在寻找一种能够承受CIP过程的食品安全级在线 pH 传感器。正如本白皮书中详述的那样， InPro X1 提供了这一解决方案。

该图说明了酸奶生产中的发酵过程，显示了 pH 值、温度和酸度 随时间变化的相互作用。

深蓝色曲线代表 pH 值，随着培养物新陈代谢将乳糖转化为乳酸而降低，表明酸度增加，这对酸奶质量至关重要。
浅蓝色曲线表示 酸奶的温度，这对于控制发酵速度和获得所需的产品至关重要。
绿色曲线表示 样品测量的酸度 值，作为检查点，确保发酵过程符合规格。

随着过程的进行，在线 pH 传感器会报告它所看到的一切。

通过InPro X1进行在线测量，像Rachel这样的生产经理不再需要依赖每20分钟采集一次的样品。现在，在生产过程的任何阶段，他们都可以获得有关当前 pH 值的可靠的、实时的信息。

持续监控使整个过程透明化，如果进度过慢或过快，工作人员可以主动干预和调整。通过设置阈值可以实现更多目标：当达到、超过或低于这些阈值时，可以在系统中自动触发反应。因此， 整个过程可以自动化。

更高的效率和产品质量

食品行业应用经理 Holger Schmidt 解释说：生产经理可以在控制系统内设置参数和阈值。例如，在酸奶生产中，一旦发酵罐装满，就会对培养物进行测量，随着发酵的进行，pH 值会下降。InPro X1 持续提供 pH 读数，当 pH 值达到所需水平时，罐体可以冷却，停止发酵。

除了提高产品质量和安全性外，由于生产 时间和温度得到精确控制，完美监管的生产过程更快、更高效。这确保了设备的最佳利用率，同时减少了能源消耗和资源浪费。

更好的过程安全性

过程中的错误，例如细菌或清洁剂的污染，也可以立即检测到。

由于采用在线测量，还可以确定是否输送了已经变质发酸的牛奶，因为所有牛奶都经过测试，而不仅仅是单个样品。

如果牛奶储存在中间储罐中，这同样适用。包装前的关键 控制点（CCP） 确保成品中不会意外包含清洁剂。

溯源

Holger 说，进料牛奶质量的可追溯性对工艺质量来说是一个巨大的进步。 我们在一家德国乳品厂看到了这一点，InPro X1 测量所有进料牛奶，而不仅仅是每个罐区的样品。如果奶样有问题，可以在泵入储罐前分离，在储罐中取样可能不具有代表性。使用 InPro X1 进行连续测量，可以发现一切。

得益于在线生产监控，从原材料交付到包装的每一步都是完全可追溯的。这对致力于 全球食品安全倡议的公司来说尤为重要。就上述德国乳制品而言，将信息整合并与批次一起存储也可以实现 从农场到市场的完全可追溯性。

设备保护

InPro X1 用户在保护设备方面也受益匪浅。根据另一个客户案例，Holger 解释道：

在乳清加工过程中，客户使用 InPro X1 的 pH 测量值来确定乳清是否仍然甜。然后乳清通过过滤系统。在清洁过程中，InPro X1 的测量结果用于跟踪腐蚀性碱浓度。如果 pH 值超过 11，过滤设备中的膜可能会损坏，需要更换。

新西兰和美国的客户也在乳糖生产中进行了类似的应用，第一家设备制造商已经开始使用 InPro X1，以提高过程自动化和客户满意度。

通过上百次测量消除噪音影响

在线测量准确显示了过程中和每个阶段发生的情况，就像在实验室中测量样品一样准确和精确。

因此在线 pH 测量已经在化工和制药等行业得到广泛应用。然而，经常让食品行业用户头疼的是控制系统读数中的可见噪声。

这是因为牛奶等培养基不是均匀的物质。InPro X1 可检测所有变化，甚至由气泡引起的信号噪声。InPro X1 可对数据进行净化，因此您只需获得精确的 pH 测量值。

X-Chip - InPro X1 的核心

X-Chip 是一项全新的技术，其性能优于所有现有的 pH 传感技术，是 InPro X1 的实际传感器和技术核心。X-Chip 位于钛合金顶端，与介质直接接触，并使用与 pH 敏感玻璃相同的测量原理。并且，X-Chip 的硅酸锂表面以复合结构粘合到金属层上，非常坚固。

温度传感器位于 X-Chip 附近，用于温度补偿，传感器主体由非常坚固的食品级 PEEK 聚合物制成。

InPro X1 是具有 智能传感器管理（ISM™）技术的传感器之一。ISM 的主要优点之一是模拟测量信号在传感器中转换为可靠的数字信号，在传感器到变送器之间不会受到任何损失。

InPro X1 永久安装在设备中， 降低了安装和运营成本。它的设计可以耐受CIP 清洁 ，因为它不受快速温度变化的影响，可抵抗所有清洁介质，因此可用于指示清洁剂的活性。

传感器始终显示设备中当前的 pH 值。Balz 解释说，多亏了 CIP，它始终与系统的其他部分处于相同的卫生水平，并且随时可以使用。

通过这段详细的横截面视频，了解InPro X1数字pH传感器的创新设计。

pH 传感器用作鼓槌？当然不是！

“我们尽了最大的努力来破坏它！”

Balz 说，我们尝试破坏 InPro X1 时玩得很开心。 我们把它们扔到房间对面，把它们从屋顶上扔下来，开车越过它，甚至使用两个传感器作为架子鼓鼓槌！

全球客户使用了一千多台InPro X1， 没有记录到机械损坏。该传感器甚至通过了 MIL-STD-810H 跌落测试，这是美国军方定义的严格程序。

该传感器的坚固性在高粘度介质中特别有用。霍尔格·施密特举了两个例子：

酸黄油需要一段时间才能通过黄油制造机的第一阶段。在此期间，在入口处添加的发酵剂需要时间发挥作用并降低 pH 值。 通过在线控制结果，可以在黄油工艺的后半部分之前控制发酵剂添加，从而节省时间。

英国的客户已经成功应用了这种控制方法。该传感器还适用于粘度更高的马苏里拉奶酪生产。在一家意大利客户中，InPro X1 控制 pH 值，并在产品不在所需的 pH 范围内时发出警告。
Holger Schmidt, Industry Manager for Food & Beverage Industry