Brechungsindex im Vakuum bestimmen

Inline-Zuckerüberwachung bei der Konfitürenherstellung

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Konfitüren, egal welcher Geschmacksrichtung und Konsistenz, haben einen gemeinsamen Hauptbestandteil: Zucker. Die Inline-Zuckerüberwachung, am besten direkt im Vakuum des Einkochprozesses, ist eine besondere Herausforderung für die Messtechnik.

Das Einkochen von Konfitüren und Marmeladen aus Frucht, Zucker, Pektin und Genusssäure ist eines der ältesten Verfahren, Lebensmittel durch Verringerung der Wassermenge haltbar zu machen. Die Frage, ob es sich um Konfitüre, Marmelade oder Brotaufstrich handelt, ist per Definition eindeutig geklärt. Bei der im Supermarkt erhältlichen Marmelade, wie sie oftmals umgangssprachlich bezeichnet wird, handelt es sich in den meisten Fällen um Konfitüre. Lediglich industriell hergestellte Brotaufstriche aus Zitrusfrüchten dürfen als Marmelade bezeichnet werden. Diese müssen einen Mindestfruchtgehalt von 20 % aufweisen. Ausnahme sind privat für den eigenen Bedarf eingekochte Früchte. Die Konfitüren-Verordnung schreibt für Konfitüren einen Mindestgehalt von zumeist 35 g Früchten und 55 g Zucker je 100 g vor. Fruchtaufstriche fallen nicht unter diese Verordnung. Deren Zucker- und Fruchtgehalt ist gesetzlich nicht geregelt und zeichnet sich mit einem entsprechend höheren Fruchtgehalt und niedrigerem Zuckergehalt als Konfitüren aus.

Von der Frucht zur Konfitüre
Die zumeist schon gewaschenen und entkernt ankommenden Früchte werden zunächst einer Qualitätskontrolle unterzogen, bevor diese gemeinsam mit weiteren Bestandteilen (Zucker/Zuckerarten, Geliermittel und Genusssäure) in den Vakuumkochkessel gelangen. Der große Vorteil des Unterdrucks im Kessel ist der, dass niedrigere Temperaturen beim Kochen verwendet werden können und somit das Produkt schonend verarbeitet wird. So können optimale Produkteigenschaften hinsichtlich Farbe, Aussehen und Konsistenz erzielt werden. Beim Abfüllen wird das fertige Produkt schnell abgekühlt, um Farbveränderungen und Geschmackseinbußen zu vermeiden.
Zuckergehalt ermitteln
Zucker ist der Hauptbestandteil von Konfitüren und beeinflusst über die Trockensubstanz die Haltbarkeit der Produkte. Ebenso ist Zucker für Geschmack, Aroma, Konsistenz und Farberhaltung verantwortlich und damit ein sehr bedeutsamer Qualitätsparameter, den es zu überwachen gilt. Dies kann mit verschiedenen physikalischen Messgrößen geschehen. Die gängigste ist der Brechungsindex (RI = refractive index). Tritt Licht in die Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte und somit unterschiedlichem Brechungsindex ein, wird es an deren Grenzfläche gebrochen und/oder reflektiert. Durch Ermitteln des kritischen Winkels der Totalreflexion ist es möglich, den Brechungsindex von Materialien zu bestimmen. Durch die Zugabe von Zucker in ein Produkt, ändert sich dessen Brechungsindex. Durch eine im Gerät oder der Auswerteeinheit hinterlegten Formel lässt sich aus dem Brechungsindex der °Brix (=Zuckergehalt) berechnen.
°Brix-Bestimmung im Vakuum
Das Prozessrefraktometer L-Rix 510 von Anton Paar kann direkt in der Leitung, im Tank oder Kessel installiert werden. Das zu messende Produkt befindet sich somit in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Refraktometer-Prismas. Das Inline-Refraktometer besitzt eine verlötete Saphir-Optik, wodurch auf jegliche wartungsintensive Dichtungen verzichtet werden kann. Kombiniert mit einer langlebigen LED ist der L-Rix somit wartungsfrei und reduziert damit die Folgekosten einer solchen Investition in erheblichem Maße. Auch kontinuierliche Messungen im Vakuumbetrieb sind kein Thema. Es gelingt mit dem L-Rix 510, bis zu einem Unterdruck von 100 mbar zu agieren. Somit ist der Sensor prädestiniert für die kontinuierliche Brix-Überwachung bei Einkochprozessen im Vakuum.
Um den hygienischen Anforderungen der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie gerecht zu werden, ist das Reinigen des Inline-Refraktometers durch CIP und SIP bei bis zu 145 °C möglich. Neben der vorhandenen EHEDG-Zertifizierung ist der Sensor für die Anforderungen des ASME-Bioprocessing-Equipment-Standards konzipiert. Basierend auf der Messmethode des kritischen Winkels der Totalreflektion liefert der L-Rix 510 Messergebnisse, die mit jenen der Laborrefraktometer (z. B. Anton Paar Abbemat) vergleichbar sind. Dabei bietet es höchste und gleichbleibende Genauigkeit über den gesamten Messbereich von 0 bis 100 °Brix.
Schnittstellen wie Profibus, Modbus, Ethernet oder aber die bewährte 4…20-mA-Technik sichern die kontinuierliche Übertragung der Messwerte hin zum Prozessleitsystem.
Somit ist hinsichtlich des Zuckergehalts die Produktion einer leckeren Konfitüre mit gleichbleibend hoher Qualität gewährleistet.

Tobias Ochss
Produktmanager Prozessmesstechnik,
Anton Paar


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