Ruoka- ja juomateollisuuden tarkat hiilidioksidimittaukset

Monissa ruoka- ja juomateollisuuden sovelluksissa tarvitaan laadukkaita CO₂-mittauksia, ja monille alalla työskenteleville on yhä epäselvää, kuinka mittaukset olisi paras toteuttaa. Tässä julkaisussa kerron, miten hiilidioksidia mitataan oikein ja luotettavasti, ja annan yleiskatsauksen erilaisista vaatimuksista ja ympäristöistä.

Miksi tarvitsemme laadukkaita CO₂-mittauksia?

Oli lopputuote, prosessi tai tarve mikä hyvänsä, tavoite on samankaltainen lähes kaikissa sovelluksissa: CO₂ -mittaus, joka kuvaa ympäristöä tarkasti ja täyttää sovelluksen vaatimukset. Koska hiilidioksidia syntyy elävien organismien aineenvaihdunnan tuloksena ja se on myös tärkeä osa fotosynteesiä, emme voi ohittaa sen merkitystä, kun pohdimme prosessien turvallisuutta tai keskustelemme tuottavuudesta tai tuotteiden laadusta. Kun ymmärrämme, miten hiilidioksidi toimii valituissa prosesseissa, voimme hyödyntää sen tarjoamia etuja ja saada prosesseista parhaat mahdolliset tulokset.

Työntekijöiden turvallisuuden parantaminen

Aloitetaan tärkeimmästä aiheesta: turvallisuudesta. Erittäin suuret hiilidioksidipitoisuudet ovat vaarallisia, koska hiilidioksidi korvaa happea. Vähäisemmälläkin liian suurella hiilidioksidipitoisuudella on haitallinen vaikutus ihmisten kokemaan mukavuuden tunteeseen, minkä vuoksi monissa maissa on säädetty raja-arvot altistukselle työpaikoilla. Esimerkiksi Yhdysvalloissa yleinen CO₂-altistuksen raja-arvo kahdeksan tunnin työvuoron aikana on 5 000 ppm.

Hiilidioksidipitoisuutta on erityisen tärkeää mitata turvallisuuden vuoksi juomateollisuudessa, sillä käymissammioista vapautetaan hiilidioksidia paineenalennusventtiilien kautta ylipaineen välttämiseksi ja virvoitusjuomien pullotuslinjoilla on kaasuvuotojen riski säiliöistä tai putkista. Koska hiilidioksidi on ilmaa raskaampaa, kaasu voi kertyä tuulettamattomille alueille ja aiheuttaa työntekijöille vakavan terveysuhan. Tämän vuoksi CO₂-anturit kannattaa sijoittaa mahdollisimman lähelle lattian tasoa.

Toinen sovellus, johon liittyy turvallisuusmittauksia, on jäähdytys. Hiilidioksidi tunnetaan myös jäähdytysaineena R744, ja se on paljon ympäristöystävällisempi kuin monet jäähdytyksessä aiemmin käytetyt kaasut.  Sitä käytetään yleisesti valintamyymälöiden ja elintarvikekauppojen kylmäkaapeissa, kylmätiloissa ja pakastustiloissa sekä teollisuuden kylmävarastoissa. Kuten kaikissa jäähdytysjärjestelmissä, ajan myötä voi syntyä vuotoja huonojen huoltokäytäntöjen, mekaanisen kulumisen, vahinkojen tai virheellisen asennuksen vuoksi tai ihan vain siksi, että CO₂-jäähdytysjärjestelmissä on tyypillisesti korkea paine.

Ilman asianmukaisesti huollettua CO₂-valvontalaitteistoa vuodot voivat jäädä huomaamatta, sillä hiilidioksidi on hajuton ja väritön kaasu. Vaikka Vaisala CARBOCAP® -tuotteet eivät ole turvahyväksyttyjä, monet asiakkaat ovat todenneet niiden toimivan hyvin aikaisen varoituksen saamiseksi ja yleisiin valvontatarkoituksiin. Jotta CO₂-vuodot voidaan havaita mahdollisimman varhain, lähettimet tulee asentaa lähelle mahdollisia vuotokohtia, kuten laippojen, venttiilien, paineenalentimien tai pumppujen lähelle.

Tuotannon maksimointi

Korkea tuottavuus on ensiarvoisen tärkeää modernissa valmistuksessa. Elintarviketeollisuuden yritykset tuottavat tuotteitaan yleensä suuria määriä pienellä katteella, jolloin tuottavuus ja tehokkuus ovat välttämättömiä yrityksen kannattavuudelle. Kasvihuoneet ovat hyvä esimerkki siitä, miten CO₂-pitoisuus voi vaikuttaa satoon. On olemassa tietty CO₂-pitoisuus, jossa kurkut tai salaatit kasvavat parhaiten. Tässä tapauksessa hiilidioksidia käytetään kasvien lannoitteena, joten oikean pitoisuuden varmistaminen on tärkeää – liian korkea tai liian alhainen pitoisuus vaikuttaa tuotteen laatuun.

Tuotteen laadun optimointi

Uudempia CO₂-sovelluksia ovat käyminen ja entsyymien valmistus esimerkiksi tekstiili-, paperi-, ruoka- ja leipomoaloilla. Käyminen tapahtuu yleensä bioreaktorissa, ja huolellinen valvonta on tärkeää. CO₂ on prosessin sivutuote, ja sen pitoisuutta on valvottava, jotta voidaan seurata prosessin etenemistä.

Hiilidioksidia voi käyttää myös tuotteiden laadun parantamiseen ja ylläpitämiseen. Hiilidioksidin lisääminen ruokapaketteihin voi parantaa lihan, juuston, hedelmien tai vihannesten säilyvyyttä huomattavasti. Esimerkiksi lihapakkauksissa korkea CO₂-pitoisuus ehkäisee bakteerien kasvamista ja säilyttää lihan värin luonnollisena. Samalla tavoin korkea CO₂-pitoisuus hidastaa hedelmien ikääntymisprosessia pitkäaikaissäilytyksessä tai kuljetuksen aikana.

Anturien sijoittaminen

Anturit on usein sijoitettava kanavan, kammion tai koneen sisälle. Mittauskohta on joskus lähellä kattoa, joten se on korkealla ja vaikeasti saavutettavissa. Tällaisissa tapauksissa kannattaa käyttää antureita, jotka pysyvät pitkään stabiileina, jotta ylimääräisiä anturien tarkistuksia tarvitaan mahdollisimman vähän. Sovelluksen mukaan voi olla parempi käyttää erillistä näytepumppua ja -putkistoa kaasunäytteen siirtämiseen etäämmällä olevaan CO₂-mittalaitteeseen sen sijaan, että anturia yritetään asentaa suoraan prosessiin. Esimerkiksi kuuman uunin sisälle antureita ei ole mahdollista sijoittaa, mutta prosessista voidaan ottaa helposti kaasunäytteitä. Voi olla myös taloudellisesti järkevää rakentaa näytteenottolaite, joka ottaa kaasunäytteitä useasta eri kohdasta. Multiplekserin avulla näytteet voidaan sitten mitata järjestyksessä käyttämällä vain yhtä tunnistinta. Jos ei tarvita jatkuvaa reaaliaikaista mittausta, tämä järjestely on mahdollinen vaihtoehto, mutta jos keskeytymätöntä mittausta tarvitaan, kutakin sijaintia varten on oltava oma anturinsa.

Anturin pitäminen puhtaana

Elintarviketeollisuuden prosesseissa on noudatettava hyvää hygieniaa. Anturien on siten kestettävä yleisiä puhdistusaineita, kuten alkoholipohjaisia pesuaineita ja vetyperoksidia (H₂O₂). Lisäksi anturien pinnat on suunniteltava siten, että niissä ei ole koloja tai saumoja, jotta ne on helppo puhdistaa pyyhkimällä. Anturien valmistuksessa ei saa käyttää materiaaleja, jotka päästävät ilmaan haitallisia kemikaaleja, eikä osia, jotka voivat irrota ja pudota prosessiin. Pölyisten kanaloiden kaltaiset ympäristöt, joissa on paljon valvottavia mittauskohtia, aiheuttavat mittaukselle ylimääräisiä haasteita. Sieniviljelmissä, joissa koko tila puhdistetaan säännöllisesti painepesurilla, koko laitteiston, CO₂-anturit mukaan lukien, on kestettävä suoria vesisuihkuja.

CO₂-anturin huolto

Vaikka anturilaitteiston stabiilius ja tarkkuus pitkällä aikavälillä olisi hyvä, anturi tarvitsee jossain vaiheessa kuitenkin jonkin verran huoltoa. Jotkut anturit, kuten kemialliset kennoanturit, ovat kertakäyttöisiä, ja koko yksikkö on vaihdettava. Anturin vanhetessa myös tällaisten anturien tunnistusherkkyys voi kärsiä. Kertakäyttöiset anturit voivat ajan myötä tulla kalliiksi, kun vaihtokustannukset lasketaan yhteen.

Taloudellisempi vaihtoehto on käyttää CO₂-antureita, joita suojaavat vaihdettavissa olevat suodattimet. Kun suodattimeen kertynyt lika, öljy tai pöly estää kaasujen pääsyn anturiin, se vaihdetaan.

Pitkään käytössä olleet CO₂-mittalaitteet tulee kalibroida tunnettuun referenssiin verraten tai lähettää valmistajalle huollettavaksi. Referenssimittalaitteena voi käyttää erillistä, äskettäin kalibroitua kannettavaa mittalaitetta. Kannettavan mittalaitteen ja CO₂-mittalaitteen välinen vertailu antaa yksinkertaisen indikaation siitä, tarvitseeko anturi huoltoa.

Katso CO2-seurantaa käsittelevä webinaariimme kestävämmän ruoantuotannon, varastoinnin ja logistiikan edistämiseksi – saat lisätietoja tarkkojen ja luotettavien CO2-mittausten eduista.

Lisätietoja älykkäistä CO₂-tuotteistamme saat verkkosivuiltamme GMP251 ja GMP252, tai ottamalla meihin yhteyttä.