Einer der wichtigsten und verlässlichsten Messparatemer in der Lebensmittelindustrie ist der pH-Wert. Ein einfaches Beispiel: Beim Kauf einer Tomate mögen Konsistenz und Farbe für den Verbraucher Rückschlüsse auf den Reifegrad der Frucht zulassen. Allerdings färben sich nicht alle Sorten mittelrot, sondern es sind alle Schattierungen von gelb, über orange bis dunkelrot und braun möglich. Für eine industrielle Überprüfung kommt die Farbe also nicht in Frage. Stattdessen eignet sich der pH-Wert. Eine reife Tomate hat einen pH-Wert von etwa 4,6.
Obwohl es auch unter den Messgeräten signifikante Unterschiede gibt, die die einfache Bedienbarkeit und den Funktionsumfang betreffen, lässt sich die Frage nach dem richtigen pH-Meter verhältnismäßig einfach beantworten. Sollen Messungen mobil in der Produktion erfolgen, eignen sich robuste Handgeräte wie das HI98161, das GLP-Daten (Gute Labor Praxis) liefert und über einen Messwertspeicher sowie eine USB-Computerschnittstelle verfügt. Bei stationären Messungen im Labor könnte die Wahl auf das Tischgerät in Forschungsqualität HI5221 fallen.
Entscheidend für eine professionelle Applikationsberatung ist die Wahl der richtigen pH-Elektrode. Hanna Instruments bietet darum eine Vielzahl an Spezialelektroden an, jeweils entwickelt für die spezifischen Bedingungen einer bestimmten Anwendung. HACCP-konforme Elektroden heißen lebensmittelecht und stammen bei Hanna Instruments mit wenigen Ausnahmen aus der Foodcare-Reihe (FC).
Spitze und Material entscheidend
In der Lebensmittelanalytik sollte eine pH-Elektrode meist eine konische Spitze aufweisen, damit sie sich in halbfeste oder feste Produkte leicht einstechen lässt. Darüber hinaus sollte die Spitze aus Niedrigtemperaturglas bestehen, um auch bei niedrigen Temperaturen schnell anzusprechen und stabile Messwerte zu liefern. Eine weitere kritische Komponente ist das Diaphragma. Das ist die Brücke zwischen Messzelle und Referenzzelle einer Elektrode, über die der Strom ungehindert fließen muss. Um das Eindringen der Probe in die Referenzzelle zu vermeiden, kommen sehr häufig Fritten zum Einsatz. Bei vielen Lebensmitteln sind diese jedoch ungeeignet, da sie durch Feststoffe und Schwebeteilchen rasch verstopfen. Darum sind offene Brücken, die einen Viscolen-Hartgel-Elektrolyt verwenden, oft die bessere Wahl. Schließlich empfiehlt sich ein Elektrodenkorpus aus dem lebensmittelechten Kunststoff Polyvinylidenfluorid (PVDF). Denn PVDF ist leicht zu reinigen, stoß- und abriebfest, resistent gegen Chemikalien wie starke Desinfektionsmittel, UV-stabil und hemmt das Wachstum von Pilzen. Eine Elektrode, die all diese Eigenschaften aufweist, ist zum Beispiel die universell für Lebensmittel geeignete FC2023.
Eine andere Technologie weist die ähnlich konstruierte und zur Achema 2018 erstmals präsentierte Elektrode FC2053 auf. Sie ist zum Teil zerlegbar und damit besonders einfach zu reinigen und wieder zu befüllen. Die Manschette aus PVDF, die das Elektrodenglas im unteren Bereich umschließt, lässt sich einfach entfernen und säubern, ebenso wie das nun freigelegte Elektrodenglas. Nach erfolgter Reinigung kann der Anwender die Manschette mit Nachfüll-Gelelektrolyt füllen und sie wieder aufsetzen. Die Elektrode ist sofort messbereit. Bei Lebensmitteln wie weichem Käse oder fettem Fleisch, die das Diaphragma besonders häufig verschmutzen, bietet diese Technik eine deutlich längere Haltbarkeit der Elektrode.
Technik für spezielle Anwendungen
In einigen Fällen stellen die Eigenschaften der Messproben andere Anforderungen an die Elektrode. Mit Hartgel gefüllte Elektroden sind beispielsweise nicht für die Verwendung in heißen Proben mit über 80 °C geeignet. Hier helfen Glaselektroden mit kugelförmiger Spitze. Sie sind hitzebeständig und können in über 100 °C heißen Proben eingesetzt werden. Allgemein eignen sie sich am besten für Messungen in Flüssigkeiten. Für sehr feste Proben, wie Hartkäse oder Fleisch, kommen wiederum Spezialelektroden mit einer Stahleinstichklinge zum Einsatz (FC240B und FC232x).
pH-Messung in Bier
Bei der Herstellung von Bier gehören der pH-Wert und die Temperatur zu den wichtigsten Parametern für gleichbleibenden Geschmack und Qualität. Den pH-Wert messen Brauereien im Wasser, in der Maische, beim Läutern, Hopfen und Gären, aber auch zur abschließenden Qualitätskontrolle. Bei der Herstellung der Maische ist etwa eine Temperatur von 60 bis 70 °C sowie pH 5,2 bis 5,6 erstrebenswert, damit die enzymatischen Prozesse optimal verlaufen. Erschwerend kommt hinzu, dass der gemessene pH-Wert stark temperaturabhängig ist, Maische aber bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen wird.
Darum kommt das für die Bierherstellung spezialisierte pH-Meter HI99151 zum Einsatz. Ebenfalls für diesen Anwendungsfall maßgeschneidert ist die Spezialelektrode FC214D. Sie verfügt über eine Titanhülle zum Schutz der inneren Glaselektrode. Die Hülle leitet Wärme schnell an den integrierten Temperatursensor weiter. So spricht die Elektrode zügig an und das Gerät kann Temperaturschwankungen gut kompensieren. Ihre Spitze ist flach und mit einem Textildiaphragma versehen, wodurch das Eindringen von Feststoffen in die Elektrode vermieden wird.
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Autorin Dr. Katharina Fejfar
Anwendungs- und
Applikationsberaterin,
Hanna Instruments
