Intelligente Helfer: Sensoren werden nicht nur kleiner und empfindlicher, auch ihre Vielseitigkeit nimmt zu
Biosensoren vor dem Durchbruch
Wer in der Lebensmittelindustrie derzeit Prozessanlagen mit Messgeräten ausrüstet, hat die Qual der Wahl: Noch nie war das Angebot an Geräten und Messverfahren so groß, die Geräte selbst technisch so ausgereift. Unabhängig vom Messprinzip verlieren die mechanischen Geräte gegenwärtig zu Gunsten der digitalen an Bedeutung. So sehen die Analysten der New Yorker Unternehmensberatung Frost & Sullivan beispielsweise magnetisch-induktive Durchflussmesser, Turbinendurchflusszähler und Verdrängungsvolumenzähler auf einem allmählichen Rückzug. Sie werden dank größerer Präzision und Zuverlässigkeit von Ultraschall- und Coriolis-Messgeräten abgelöst.Multifunktionale Geräte auf dem Vormarsch Druck, pH-Wert, Temperatur, Volumen, Masse oder Dichte - das Interesse der Industrie an Instrumenten, die mit Mikroprozessoren ausgestattet sind und neben der gesuchten physikalischen Größe weitere Daten bereitstellen, ist hoch. Die Hersteller investieren folglich erheblichen Aufwand in die Entwicklung multivariabler Geräte. Diese sind immer dann sinnvoll, wenn sie ohne Kalibrierung auskommen und indirekte Größen für die Prozesssteuerung liefern, die auf andere Art und Weise nicht oder schwer zugänglich sind wie etwa Leitfähigkeit und Viskosität. Wo früher der Zuckergehalt von Apfelsaft mit einem digitalen Hand-Refraktometer gemessen und das Volumen an einem Sichtglas an der Tankseite abgelesen wurde, kommt heute Messtechnik zum Einsatz, die neben Durchfluss- und Gesamtvolumen gleich auch Dichte, Temperatur und Zuckergehalt (Brix) mitliefert.
Ganz verschwinden werden die bewährten mechanischen Komponenten allerdings nicht. Die Digitaltechnik liefert zwar die schnelleren und präziseren Messwerte, häufig reagiert die Elektronik jedoch noch zu empfindlich auf die harten Bedingungen des Alltages.
Zu den Technologietreibern der vergangenen Jahre gehört neben der Ultraschalltechnik auch die Radartechnik. Mit ihr lässt sich nicht nur die Entfernung zu einer Flüssigkeitsoberfläche bestimmen, die einen halben Meter von der Antenne entfernt ist, sondern ebenso der Füllstand von Kaffee, Mehl oder Getreide in einem Silo detektieren. Da die Reflexion der Mikrowellen grundsätzlich an der Oberfläche erfolgt, beeinflussen wechselnde Produkteigenschaften die Genauigkeit des Sensors nicht. Neben der geführten Mikrowelle, bei der das Signal an einem Seil oder Stab entlang gelenkt wird, stehen mittlerweile hochempfindliche frei strahlende Radar-Sensoren zur Verfügung, die Schüttgüter kontinuierlich und berührungslos erfassen.
Biosensoren vor dem Durchbruch
Neben chemischen und physikalischen werden zunehmend auch biotechnologische Prinzipien zu Messzwecken herangezogen. Biosensoren bzw. Biochips stehen kurz davor, die Lebensmittelanalytik zu revolutionieren. Biochips bestehen aus einer biologischen Komponente (so genannte Fängermoleküle), die mit einem physikalischen Transducer verbunden ist. Treffen die Fängermoleküle (zum Beispiel ein Antikörper) auf die nachzuweisende Substanz, kommt es zur Reaktion (Antigen-Antikörper-Bindung).
Der Transducer wandelt diesen biochemischen Vorgang in ein Signal um, welches verstärkt und zur Auswertung an eine elektronische Messeinheit gesendet wird. Bislang arbeiten Biochips vorwiegend mit optischen Nachweistechniken, die im Einsatz relativ aufwändig sind. Die neue Generation elektrischer Biochips misst biologische Erkennungsvorgänge dagegen ohne optische Zwischenschritte: sobald ein Fängermolekül auf dem Siliziumchip sein Gegenstück gebunden hat, entsteht ein elektrisches Signal, das direkt von einer Messelektronik ausgewertet wird. Dank dieser chipinternen Signalverarbeitung lassen sich die Messgeräte kleiner, robuster und kostengünstiger gestalten. Das Zusammenwirken von Halbleiter-, Fluid- und Biotechnologie bildet das Herzstück miniaturisierter Online-Analysesysteme, für die sich vielfältige Marktpotenziale abzeichnen.
Der Wert von Biosensoren im Lebensmittelsektor ist offensichtlich, sei es zur Bestimmung von Antibiotika, Zuckern oder Allergenen.
Gegenwärtig ist die Produktionsüberwachung und Qualitätssicherung auf periodische Probenahmen und Laboranalysen angewiesen. Fehler zu finden und zu reagieren nimmt Zeit in Anspruch. Biosensoren bieten verlockende Aussichten und versprechen künftig eine differenzierte Online-Analyse - und damit im Endeffekt eine automatische Anpassung der Parameter im Produktionsprozess.
Wohin die Reise in der Praxis gehen wird, beleuchtet die Anuga FoodTec vom 4. bis 7. April 2006 in Köln. Dort treffen Anbieter von Mess- und Sensortechnik auf Anwender aus allen Sparten der Lebensmittelbranche.
Quelle: Köln [ kölnmesse ]
