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食品飲料行業的黑科技,不會破碎的pH,安全生產,放心守護!

來源:梅特勒托利多 METTLER TOLEDO   2024年01月08日 09:49  

食品飲料行業的黑科技

在線pH測量

避免玻璃破裂風險

 

InPro X1 食品安全型pH傳感器

梅特勒托利多采用創新技術的InPro X1 食品安全型pH傳感器,可以放心地用于食品加工過程中的在線pH測量。

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圖1:InPro X1 HLS 食品安全型在線pH 傳感器

 

 

食品行業pH測量現狀

為了確保產品的產量和質量,在許多食品生產過程中,嚴格的pH控制和監測至關重要。標準pH傳感器通常無法用于在線pH測定,因為它們由玻璃制成,總是存在破裂的風險。取而代之的是取樣并在實驗室或使用便攜式設備離線測定pH值。

這樣方法有幾個缺點:

 

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對于離線測量,只能獲得單測量結果,無法實現實時過程控制;

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采樣離線測量方法耗費人力且成本高;

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由于環境影響,包括取樣、運輸和處理會導致樣品實際pH 值發生變化;例如,pH 值隨溫度變化。若在實驗室中室溫下測量樣品,會因為比生產過程的溫度高或低而獲得不同的結果,帶自動溫度補償pH分析儀只能盡可能消除溫度的影響。

 

玻璃傳感器的替代技術,如搪瓷電極或離子選擇性場效應晶體管(ISFET)傳感器,一直無法用于在線pH測量,因為搪瓷電極在每個原位清洗(CIP)周期后需要大約一個小時性能才能恢復,而ISFET傳感器不耐受CIP。出于這些原因,梅特勒托利多開發了InPro X1™ HLS,適用于食品安全的在線pH傳感器,可耐受CIP且測量精度或傳感器的使用壽命不受影響。

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表1:不同pH測量技術的比較

 

革命性的pH測量技術

與傳統pH傳感器相比InPro X1顯著的區別是代替了玻璃敏感膜,它具有pH敏感涂層X-Chip™,該涂層由不同材料復合制成。

X-Chip具有出色的機械強度,采用與pH傳感器中常用的pH敏感玻璃相同的電位測量原理。此外,與傳統的玻璃pH傳感器不同,InPro X1測量電極內部沒有緩沖液。參比系統采用預加壓液體電解質,該電解液通過陶瓷隔膜與測量介質接觸,同時,可以承受高達4 bar(kg) 的過程壓力。多年來,這種參比系統的設計已經在其他行業驗證了數千次,例如化工和制藥行業,尤其是在生物技術領域。

InPro X1符合食品標準,符合EC1935/2004、EHEDG和3A的所有衛生要求和指南;它突出的特點是InPro X1幾乎牢不可破。除了X-Chip非常堅固外,該傳感器還具有非常耐用的PEEK軸。事實上,InPro X1已經通過了美國的MIL-STD-810H跌落測試。

InPro X1 pH傳感器可用于實時在線連續測量,沒有玻璃破裂的風險,可對乳制品行業中的pH敏感工藝步驟進行可靠的控制和監測。

 

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表2:使用InPro X1進行在線測量的優點

 

 

長期穩定性高

如前所述,ISFET傳感器不耐受CIP,熱堿會侵蝕ISFET的離子敏感層,且傳感器僅在幾個CIP循環后就會失去pH靈敏度。目前已知的是 ISFET 電極在8次CIP后,零點漂移遠離實際值,以至于無法再測量 pH 值;然而,InPro X1對熱苛性堿幾乎是惰性的(見下圖2)

 

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圖 2:InPro X1 和 ISFET 電極的耐CIP比較

 

InPro X1在乳制品生產條件下進行了廣泛的測試,每天都暴露在高溫苛性堿CIP中,盡管工藝條件苛刻,但使用壽命長達一年,只需每三到六個月進行一次校準。該傳感器出色的長期穩定性體現在零點漂移非常低,電極斜率下降小,大大減少了校準和維護需求;降低了運營成本,實現在線pH測量優于離線樣品測量。

 

正確測量pH值的前提條件是干凈的電極,在CIP期間,InPro X1可保留在過程中,確保了這一要求得到滿足。ISFET傳感器必須安裝在可伸縮護套中,并在CIP過程中從過程中縮回,而 InPro X1使用固定式護套安裝,CIP期間無需任何操作。

 

InPro X1 在乳品生產過程中的典型應用

 

收奶

應檢查每次交付的牛奶的 pH 值,以防止“變質”的牛奶(通過低 pH 值很容易識別)被接收并污染儲罐中的“好”牛奶。使用便攜式pH計進行現場測量容易出錯且不可靠,特別是沒有經過培訓的人員操作風險大,而在線測量更準確可靠。

 

后酸化

在豆漿發酵中,必須使用檸檬酸降低pH值,以達到大豆酸奶的期望保質期。酸用量通常通過現場pH值測量和利用pH值計算要添加的檸檬酸量來完成,直接控制檸檬酸劑量的在線pH測量更簡單、更可靠。

 

發酵與陳釀

發酵與老化過程與pH值的變化有關,通過在線測量,可輕松監測或檢測進度和終點。

 

乳糖生產

乳糖結晶過程中的pH值決定了產品的產量和質量,晶體的磨蝕行為會對傳統電極的測量性能產生負面影響。

 

乳清

要沉淀和分離乳清蛋白,必須在加熱前添加酸來調節pH值,以實現盡可能高的蛋白質回收率。

 

灌裝

pH測量可以可靠地檢測CIP過程中的酸或堿殘留。

 

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表3:InPro X1技術參數

 

 

數字技術

InPro X1采用梅特勒托利多智能傳感器管理(ISM™)技術。在ISM pH傳感器中,原始電化學測量信號直接在傳感器中轉換為pH值,并作為數字信號輸出。數字傳輸可確保變送器接收準確的測量值,不受電纜長度或周圍設備的干擾影響。

 

ISM還提供診斷數據,在需要校準或更換傳感器時提醒使用者。當需要校準時,ISM傳感器可以在任何方便的位置使用安裝ISM Core™軟件的電腦進行校準,而不必要在測量點執行該操作。當校準后的傳感器在測量點連接到變送器時,變送器讀取校準數據并自動配置。此外,為了進行質量控制,傳感器的完整生命周期記錄在ISM Core的數據庫中。

 

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圖3:ISM Core 智能傳感器管理軟件

 

InPro X1與梅特勒托利多的ISM變送器兼容,這些儀器顯示測量值并將其傳輸到PLC、DCS等系統。除了作為模擬 0/4...20 mA 信號的標準傳輸外,還提供 HART、Profibus、Foundation Fieldbus、以太網/IP 和 Profinet 等數字通訊。

 

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圖4:用于pH測量的M800不銹鋼變送器

 

 

InPro X1 pH傳感器堅固耐用,可在乳制品過程中進行在線pH測量,同時避免玻璃破碎污染產品。現在,使用可靠、耐用的傳感器技術可以輕松、經濟高效地更換玻璃、搪瓷或 ISFET 傳感器,該技術易于維護且運營成本更低。繁瑣的采樣和容易出錯的離線pH測定可以被更準確和安全的在線測量所取代,以加強過程控制,避免批次錯誤并最大限度地降低運營成本。

 

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