Licht ändert an der Grenzfläche zwischen zwei Medien die Richtung, weshalb ein Strohhalm in einem Glas Wasser dem Betrachter geknickt erscheint. Refraktometer nutzen bei der Messung das Phänomen der Lichtbrechung. Der Brechungsindex beschreibt, wie stark das Licht gebrochen wird und verhält sich proportional zur Konzentration eines Stoffes, z. B. in einer wässrigen Probe. Refraktometer sind mittlerweile in der Lage, in vielen Anwendungsbereichen die Konzentrationsüberwachung kritischer Prozessflüssigkeiten zu übernehmen.

Atago aus Japan, einer der weltweit führenden Hersteller von Refraktometern, erweitert seine Modellpalette ständig, um auch schwierige und Spezialanwendungen zuverlässig zu bedienen. Der deutsche Vertriebs- und Servicepartner von Atago, Gimat Liquid Monitoring, unterstützt mit ihrer über 45-jährigen Erfahrung Kunden in Deutschland, Österreich und der Schweiz bei messtechnischen Problemlösungen in der Flüssigkeitsanalytik. Die folgenden Beispiele zeigen die großen Vorteile von Prozessrefraktometern in der Getränke- und Lebensmittelindustrie.

Automatisierung durch inline-Refraktometer

Im Gegensatz zur gelegentlichen Messung mit einem Hand-Refraktometer (Abb. 1) können Anlagen mit Prozessrefraktometern wie dem Modell CM 800α aus dem Hause Atago (Abb. 2) automatisiert werden. Bei sog. inline-Geräten stehen die Messwerte in Sekundenschnelle in Echtzeit zur Verfügung. Durch die Einbindung des 4-20 mA-Ausgangssignals oder über die digitale Schnittstelle können die Messdaten des Prozessrefraktometers an eine dezentrale Steuerung oder das Prozessleitsystem übergeben werden. Dadurch wird eine Automatisierung z. B. der Zucker- oder Sirup-Dosierung realisierbar.

Qualitätssicherung bei Getränkeherstellung

Erfrischungsgetränke wie Limonaden und Säfte enthalten Farb- und Aromastoffe, ggf. noch weitere Zusätze und Konservierungsstoffe, hauptsächlich aber Wasser und Zucker. Der Zuckergehalt liegt bei herkömmlichen Limonaden oft um die 10 g Zucker pro 100 g (ca. 100 ml). Der Zuckergehalt kann als Brix-Wert (Massenanteil) gemessen werden. Sportgetränke erreichen ca. 6 % Brix, während z. B. Teegetränke auf etwa 0,5 % Brix kommen.

Um sicherzustellen, dass der für den Geschmack des Getränks wichtige Zuckergehalt immer gleichbleibend ist, muss die Bestimmung des Brix-Werts mit einem Refraktometer erfolgen.

In der Getränkeproduktion kommen Prozessrefraktometer wie das CM 800α aus dem Hause Atago überwiegend an zwei Stellen zum Einsatz (Abb.3): Vor oder in Mischtanks, wo Wasser und Rohzutaten gemischt werden sowie direkt vor der Abfüllung, um dort die Konzentration im fertigen Produkt zu überwachen. Auch aufgrund der mittlerweile relativ niedrigen Anschaffungskosten zählen Prozessrefraktometer zunehmend zu den wichtigsten Instrumenten der Qualitätskontrolle.

Qualitätsüberwachung von Wärme- und Kälteträgermedien

Die Veränderung von Wärme- und Kälteträgermedien kann negative Folgen für Wirkungsgrad, Korrosion und Verschleiss von Anlagenteilen nach sich ziehen. Daraus resultieren hohe Wartungskosten an Aggregaten und im schlimmsten Fall der Tausch des Mediums. Durch eine geeignete, regelmässige Überwachung des Wärme- oder Kälteträgers mittels eines Prozessrefraktometers können Veränderungen jedoch frühzeitig erkannt werden.

Bedruckbarkeit von
Getränkedosen sicherstellen

Bei einem Hersteller von Getränkedosen trat bspw. folgendes Problem auf: Bei mangelhafter Oberflächenbehandlung haftete die Farbe bei Bedruckung der Dosen nur schlecht oder gar nicht. So wurden komplette Chargen an Getränkedosen unverkäuflich. Damit die Oberflächenbehandlung das gewünschte, bestmögliche Resultat erzielt, muss das angewendete Agens die optimale Konzentration aufweisen. Andernfalls kann die Beschaffenheit der Oberfläche deutlich leiden. Daher ist es für diesen Betrieb essenziell, kontinuierlich in Echtzeit zu überwachen, dass die Konzentration dem Richtwert entspricht. Das leistet in diesem Unternehmen nun ein inline-Prozessrefraktometer CM 800α.

Abwasserkosten senken

Abwasser z. B. aus Betrieben der Lebensmittelbranche kann noch signifikante Mengen von Produktzutaten, z. B. Zucker, enthalten. Das führt zu stark belastetem Abwasser in Form eines hohen chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB). CSB-Werte von mehreren tausend Milligramm pro Liter im unbehandelten Abwasser sind keine Seltenheit. Auch Reinigungslösungen finden den Weg in das Produktionsabwasser. Ein Eintrag von Produktzutaten und Reinigungsmitteln in das Abwasser eines Produktionsbetriebes kann sehr gut mit Hilfe eines Prozessrefraktometers festgestellt werden.

Verglichen mit anderen Messmethoden sind Refraktometer kostengünstig in der Anschaffung und im Betrieb, da das Messprinzip keine Vorbehandlung der Probe erfordert und sie ohne Verbrauchsmaterialien oder Reagenzien auskommen. Bei einem Süßwarenhersteller gelang es, mit einem Prozessrefraktometer CM 800α den Verlust von Rohstoff bzw. Produkt im Produktionsabwasser merklich zu senken, indem gezielt nach den produktionstechnisch bedingten Ursachen hierfür gesucht wurde und diese weitgehend abgestellt wurden. So sanken die Produktionskosten durch die effizientere Rohstoffnutzung und die Abwasserkosten dank der deutlich verringerten CSB-Fracht vor der Einleitung in die kommunale Kläranlage.

Steuerung des Abwasserstroms

In einem Produktionsbetrieb für Lebensmittelzusätze wird die Behandlung des Abwasserstroms ebenfalls durch Prozessrefraktometer gesteuert. Das in der Regel mit unterschiedlicher Konzentration anfallende Abwasser wird entweder über die interne Abwasserbehandlungsanlage der Kanalisation und somit der kommunalen Kläranlage oder einer Vergärungsanlage zugeführt. Dadurch lassen sich mit dem hochkonzentrierten Anteil Energie erzeugen und die Abwasserkosten senken.

Fazit

Mit Hilfe von Prozessrefraktometern wie dem CM 800α aus dem Hause Atago können Unternehmen die Qualität ihrer Produkte gleichmäßig hochhalten und ihre Produktions- sowie Entsorgungskosten senken.