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Mess- und Regeltechnik

Mit Sensorik Lebensmittel sicher haltbar machen

| Autor/ Redakteur: Christina Scheer* / Sariana Kunze

Damit Lebensmittel über einen längeren Zeitraum hinweg genießbar bleiben, ist es wichtig, diese in der industriellen Verarbeitung mittels Sterilisatoren und Autoklaven haltbar zu machen. Die dabei verwendete Mess- und Regeltechnik muss zuverlässig arbeiten, genaue Werte liefern und sicher dokumentieren.

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1810 wurde die Konservendose erfunden. Diese Art des Haltbarmachung hat sich bis heute bewährt. Messtechnik sorgt dabei dafür, dass bei der Konservierung alles nach Plan verläuft.
1810 wurde die Konservendose erfunden. Diese Art des Haltbarmachung hat sich bis heute bewährt. Messtechnik sorgt dabei dafür, dass bei der Konservierung alles nach Plan verläuft.
( Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Einlegen, Zuckern, Gefrieren, Vergären, Pökeln, Räuchern, Einkochen, Trocknen, Kühlen – alles Methoden, die in der heutigen Zeit genutzt werden, um verderbliche Lebensmittel haltbar zu machen. Doch sind einige dieser Konservierungsmethoden bereits Jahrtausende alt. So waren viele der heute verwendeten Verfahren bereits den Römern bekannt. Sie räucherten Fleisch, legten Gemüse in Öl ein oder machten Lebensmittel durch Salzen haltbar. Die Erfindung der Konservendose ist dagegen vergleichsweise jung. 1810 entwickelten zwei Engländer die erste luftdichte Dose, die sich bis heute für die Konservierung von Lebensmitteln bewährt hat.

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Um heutzutage eine lange Haltbarkeit sowie die hohen hygienischen Standards erfüllen zu können, werden bei der Konservierung von Lebensmitteln Sterilisatoren bzw. Autoklaven eingesetzt. In der Lebensmittel-, Tierfutter- und Babynahrung-Industrie werden Autoklaven, gasdicht verschließbare Druckbehälter, die für die thermische Behandlung von Stoffen im Überdruckbereich eingesetzt werden, verwendet, um die entsprechenden Produkte ohne zusätzliche Kühlung lange haltbar zu machen. Eine Sterilisation von Lebensmitteln ist immer dann notwendig, wenn ein Produkt einen pH-Wert von über 4,5 aufweist. Bei niedrigeren pH-Werten (z. B. Obstkonserven) ist eine Pasteurisation (<100 °C) ausreichend. Für die Aufrechterhaltung der Sterilität müssen die Produkte luftdicht verpackt sein, z. B. in Konservendosen oder Glasbehältern.

Sterilisatiosverfahren in der Lebensmittelindustrie

Der Prozess der Sterilisation beschreibt ein Verfahren, um lebende Mikroorganismen wie Sporen, Viren oder Prionen unschädlich zu machen. Grundsätzlich gibt es verschiedene Verfahren um Produkte zu sterilisieren: durch Erhitzen, chemische Sterilisation, Sterilisation durch radioaktive oder UV-Bestrahlung, Plasmasterilisation und Sterilfiltration. Das gängigste Verfahren in der Lebensmittelindustrie ist die Dampfsterilisation in Autoklaven. Hierbei wird das Sterilgut nach festgelegten Vorgaben in einer gesättigten Dampfatmosphäre behandelt. Typische Prozessparameter sind beispielsweise 20 Minuten bei zwei bar auf 121 °C oder fünf Minuten bei drei bar auf 134 °C. Die unterschiedlichen Temperaturen sind abhängig vom Sterilgut bzw. davon, welche Organismen oder Fragmente durch die Sterilisation zerstört werden sollen. Nach der Sterilisation sind die Produkte soweit keimfrei, dass sie unter bestimmten Lagerbedingungen jahrelang haltbar sind.

Normenkonform: Grundlagen der Sterilisation

Zudem ist das Verfahren der Sterilisation in Normen festgelegt: Die DIN EN ISO 17665-1:2006 beschreibt die Sterilisation von Produkten für die Gesundheitsfürsorge. Bei der Anwendung dieses Verfahrens müssen die physikalischen Prozessparameter gemessen werden, um die Reproduzierbarkeit des Sterilisationsprozesses zu gewährleisten und zu bestätigen. Für jede Prozessvariable, der das zu sterilisierende Produkt ausgesetzt werden kann, müssen Grenzwerte spezifiziert sein. Bei der einmaligen oder wiederholten Einwirkung des sterilisierenden Agens auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Produktes muss für jede Kombination von Prozessparametern vom ungünstigsten Fall ausgegangen werden. Beispiele für einige der Prozessvariablen sind: Temperatur und Druck, Geschwindigkeit der Temperatur- und Druckänderung und die Verweildauer bei den jeweiligen Extremwerten. Diese lassen sich mit Sensoren von Jumo, die speziell für die zyklischen Betriebsbedingungen in Sterilisatoren mit Heißdampf entwickelt wurden, überprüfen.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Sensorik hält Bedingungen in Sterilisatoren stand

Temperaturmessung: Die spezielle Konstruktion der Einsteck-Widerstandsthermometer Jumo Steamtemp für Sterilisatoren erlaubt den Einsatz in wasserdampfhaltiger, unter Druck stehender Atmosphäre mit der Schutzart IP 69. Die PTFE-Anschlussleitung ist für den Betrieb in feuchter Umgebung im Temperaturbereich von -190...260 °C und die FEP-Anschlussleitung von -70...200 °C ausgelegt. Der Übergang der Anschlussleitung zum Thermometer ist zugentlastet. Als weitere Entwicklung hat Jumo auch FDA-konforme Kunststoffsensorik im Programm. Der Plastosens T03 ist ein dampfdichter Kunststofftemperaturfühler, bei dem die verwendeten Hochtemperaturkunststoffe im Spritzgussverfahren eine stoffschlüssige Verbindung eingehen und so die Dampfdichtigkeit garantieren sollen. Das ist besonders bei der kritischen Stelle des Kabelaustritts aus dem Fühler ein Vorteil. Der Fühler ist in einem Temperaturbereich von -50 bis 150 °C einsetzbar.

Druckmessung: Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Jumo Taros S46 H Druckmessumformer in der Sterilisationstechnik zum Einsatz. Schutzarten von IP65 bis zu IP69 ermöglichen den Einsatz in allen Bereichen unabhängig von den Umgebungsbedingungen. Durch die Verwendung FDA-konformer Materialien und hygienischer Prozessanschlüsse wird die Sicherheit und gute Reinigbarkeit garantiert. Die werkseitig eingestellten Messbereiche liegen beim Druckmessumformer zwischen 0 bis 100 bar. Für spezielle Anwendungen bietet Jumo auch eine autoklavierbare Version an. Die Messstofftemperatur kann zwischen -40 °C und 125 °C liegen. Für maximal eine Stunde pro Tag darf die Messstofftemperatur sogar 140 °C betragen – für CIP- und SIP-Anwendungen. Die Nullpunktkorrektur kann mit einem Magneten durchgeführt werden, z. B. nach dem Autoklavprozess. So liefert der Druckmessumformer auch über einen langen Zeitraum zuverlässige Messwerte, erklärt der Hersteller.

Während der Sterilisation kommt es darauf an, dass die Messgeräte schnell ansprechen und natürlich genau sowie zuverlässig arbeiten. Die Kontrolle und Dokumentation des Prozessverlaufs kann hierbei der Jumo Logoscreen 700 übernehmen. Dieser Bildschirmschreiber stellt die Messwerte während des Sterilisationsprozesses grafisch dar. Das Gerät erfüllt zudem die Anforderungen gemäß FDA 21 CFR Part 11.

Durch Chargenaufzeichnung Daten einfach auswerten

Durch die flexible anpassbare Chargenaufzeichnung werden wichtige Produktionsdaten zur späteren Rückverfolgung von Herstellprozessen sicher aufgezeichnet und archiviert. Zur Datenauswertung stellt der Hersteller für industrielle Sensortechnik das PC-Programm PCA3000 sowie zur automatisierten Datenabholung die Kommunikationssoftware PCC zur Verfügung. Der eingebaute Webserver in Verbindung mit einer Ethernet-Vernetzung soll so die Fernabfrage über einen Internet-Browser erlauben.

* Christina Scheer, Head of Media Communication, Jumo

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