Die pH-Messung gibt Antworten

Aufgabe der Messtechnik ist es, Verfahren in der Lebensmittelanalytik einfach und verständlich, wie auch präzise und mit reproduzierbaren Ergebnissen zu ermöglichen. Das Lebensmittelrecht der EU verlangt hierfür hohe Standards. So müssen seit 2006 alle Unternehmen, die mit Lebensmitteln umgehen, mit einem vollständigen HACCP-Konzept arbeiten, also Gefahren analysieren, Gegenmaßnahmen festlegen und deren Durchführung – im Fall der Analytik mit GLP-Daten (Gute Laborpraxis) – genau dokumentieren. Je nach Art der Anwendung bieten sich hierfür unterschiedliche Elektroden, Messgeräte und -verfahren an. Diese gilt es, für sich zu bestimmen und gemäß eigener Anforderungen umzusetzen.

Die ständige Überwachung des pH-Wertes ist eine der verbreitetsten Messmethoden in der Lebensmittelanalytik. Dieser gilt als Indikator für Qualitätsmerkmale wie Geschmack, Fermentation, Textur, Erscheinungsbild oder Haltbarkeit. Ein gutes Praxisbeispiel hierfür ist die Verarbeitung von Milch: Obwohl auch eine Reihe weiterer Faktoren die Güte von Milch beeinflussen, ist die pH-Messung Mittel der Wahl, um die Ursachen für bestimmte Zusammensetzungsänderungen zu verstehen und schädlichen Faktoren entgegenzuwirken. Frische Milch hat beispielsweise einen pH-Wert von 6,7. Fällt er, ist das ein typisches Zeichen für bakteriell verursachten Verderb. Bakterien aus der Familie der Lactobacillaceae wandeln die in der Milch vorhandene Laktose in Milchsäure um. Ist ein hinreichend niedriger pH-Wert erreicht, setzt die typische Gerinnung ein und die Milch wird im wahrsten Sinne des Wortes „sauer“. Auch die Ultrahocherhitzung (Pasteurisierung) kann auf kleinste pH-Wert-Schwankungen sehr empfindlich reagieren, was sich sowohl auf den Zeitbedarf für den Prozess als auch auf die Haltbarkeit der behandelten Milch auswirkt.

Die Lebensmittelindustrie kennt noch zahlreiche weitere Beispiele, in denen die Messung des pH-Werts ein fester Bestandteil der Herstellungsprozesse ist. Doch so vielfältig Nahrungsmittel sind, so verschieden sind auch die Herausforderungen, die es bei ihrer Produktion und deren Kontrolle zu bedenken gilt. Ein einziges, universelles Messverfahren ist also unrealistisch. Während große Universal-pH-Meter sich eher für den stationären Gebrauch in Laboratorien eignen, bestimmen in der laufenden Produktion andere Anforderungen das Design der Geräte. Dort gehören Mobilität, Flexibilität und einfache Bedienbarkeit zu den gewünschten Eigenschaften eines pH-Meters, sodass robuste, auf bestimmte Anwendungsgebiete spezialisierte Handgeräte einen größeren Mehrwert bieten.

Mit Handmessgeräten wie der fünfteiligen Serie von tragbaren pH-Metern (HI98161 bis HI98165) von Hanna Instruments können Mitarbeiter Messungen schnell und sicher vornehmen, bei Bedarf beliebig oft, ohne dass eine komplexe Einarbeitung notwendig ist. Um eine konstant hohe Qualität aller Messdaten und somit von Produkten zu gewährleisten, verfügen diese pH-Meter über entsprechende Datenspeicher, was die Rückverfolgbarkeit kompletter Produktchargen ermöglicht. Auf jedem Gerät lassen sich daher bis zu 200 Messwerte und deren GLP-Daten speichern. Dazu gehören Datum, Uhrzeit, verwendete Puffer, Offset und Steilheit der letzten Kalibrierung.

Für zuverlässige, reproduzierbare Messergebnisse ist die Wahl der richtigen Elektrode, mit der das pH-Meter arbeitet, ein ausschlaggebender Faktor. Besonders deren Design, Bauart und Material müssen je nach Anwendungsgebiet unterschiedlich beschaffen sein. Speziell für die Messung von pH-Werten und Temperatur unterschiedlicher Nahrungsmittel hat Hanna Instruments eine Reihe anwendungsspezifischer Foodcare-pH-Elektroden entwickelt. Diese sind jeweils für Anwendungen in der Lebensmittelanalytik allgemein oder applikationsspezifisch für den Umgang mit Milch, Fleisch, Joghurt oder Käse ausgelegt.

Lebensmittel lassen sich hinsichtlich Analytik in vier Probenarten unterteilen: Sie treten als Flüssigkeiten, feste und halbfeste Stoffe oder als Suspensionen mit hohem Feststoffanteil auf. Besonders die letzten drei neigen dazu, die empfindliche Glasmembranoberfläche von pH-Elektroden mit einem Film zu überziehen oder das Diaphragma zu verstopfen. Daher ist es notwendig, die entsprechenden Elektroden jeweils mit offenem Diaphragma auszustatten. Die Foodcare-pH-Elektrode für Milch verfügt bei Hanna Instruments extra über ein Keramikdiaphragma und ist mit silberfreien Elektrolyten nachfüllbar. Diejenigen Elektroden, die für Messungen in (halb-)feste Stoffe eingestochen werden, besitzen hierzu zudem eine konische Spitze. Das Einstechen in Fleisch und Käse wiederum gelingt viel besser durch eine auswechselbare Edelstahlklinge beziehungsweise einen schmalen Edelstahlschaft, der keine großen Löcher im Käse hinterlässt.

Drei der Foodcare-Elektroden haben einen Korpus aus Polyvinyliden (PVDF), das den meisten Chemikalien wie Lösemitteln und Natriumhypochlorit widersteht. Zudem zeichnet sich der lebensmittelechte Kunststoff durch seine Abriebbeständigkeit, Festigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber ultravioletter Strahlung aus. PVDF ist zudem gegen Pilzwachstum resistent. Für Joghurt kommt hingegen ein leicht zu reinigender Glaskorpus zum Einsatz, für Käse ein stabiler Korpus aus Edelstahl.

Dort wo pH-Meter in der Lebensmittelproduktion im ständigen Einsatz sind, steigt das Risiko, dass sich Messfehler aufgrund verschmutzter Elektroden einschleichen. Je dickflüssiger beziehungsweise fester das Lebensmittel, desto wahrscheinlicher wird es, dass sich bei wiederholten Messungen eine Kontaminationsschicht auf der Elektrode des pH-Meters bildet. Denn diese wird unweigerlich durch die Feststoffe im gemessenen Lebensmittel verschmutzt. Um daraus resultierenden möglichen Messfehlern vorzubeugen, sollten pH-Meter daher über eine automatische Kalibrierung wie die CAL-Check-Funktion verfügen. Diese vergleicht die Daten der aktuellen Kalibrierung mit denen der vorherigen und kann den Benutzer somit rechtzeitig informieren, falls die Elektrode noch verschmutzt oder ein Wechsel der Elektrode notwendig ist. Nach jeder Kalibrierung wird der Gesamtzustand der Elektrode dem Benutzer als Prozentzahl auf dem Display dargestellt.

In der Lebensmittelherstellung gehört der pH-Wert zu den ausschlaggebenden Parametern, um die Qualität, Sicherheit, Haltbarkeit und Konsistenz von Produkten zu gewährleisten. Eine regelmäßige Kontrolle ist darum unabdingbar. Da die teils sehr verschiedenen Anforderungen in den einzelnen Bereichen der Lebensmittelanalytik ein jeweils spezifisch angepasstes Design der pH-Meter und Elektroden erfordern, erweisen sich einfach bedienbare Handgeräte, die speziell für je eine bestimmte Anwendung ausgelegt sind, im laufenden Betrieb häufig als am besten geeignet. Doch auch die rechtlichen Anforderungen bei der Verarbeitung von Lebensmitteln sind sehr hoch. Die Messung per pH-Meter und Elektrode bietet hierfür die genauesten und am leichtesten zurückverfolgbaren Messergebnisse, die auch die Aufzeichnung von GLP-Daten berücksichtigen. So unterstützt beispielsweise die pH-Meter-Serie von Hanna Instruments Lebensmittelhersteller dabei, die HACCP-Konformität ihrer Prozesse zu gewährleisten.

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