DE2130926C3

DE2130926C3 - Optischer Kontrolhndikator fur Tiefkuhlprodukte

Info

Publication number: DE2130926C3
Application number: DE2130926A
Authority: DE
Inventors: Willy Dr. Illnau Heinzelmann (Schweiz)
Original assignee: Baumgartner Papiers Sa Lausanne (schweiz)
Current assignee: Baumgartner Papiers Sa Lausanne (schweiz)
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1973-11-15
Also published as: CH557530A; FR2143132B1; AT320415B; IT956648B; NL7208485A; DE2130926B2; GB1370045A; ZA724214B; DE2130926A1; FR2143132A1; BE785259A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Kontrollindikator mit Schmelzsubstanz für Tiefkühlprodukte, in einer Umhüllung, der das Überschreiten kritischer Temperaturen mit temperaturabhängiger Zeitverzögerung irreversibel anzeigt.

Ein solcher Kontrollindikator dient zur Kontrolle und Anzeige der Verwendbarkeit bzw. der Untauglichkeit von Tiefkühlprodukten, welche nach einer Erhöhung der Kühltemperatur über bestimmte Temperaturwerte und während entsprechender Zeiträume unbrauchbar werden. Solche Tiefkühlprodukte sind Pharmazeutika, Impfstoffe, photographisches Material und heutzutage hauptsächlich Lebensmittel, an denen auch der vorliegende Indikator beschrieben werden soll. Jedoch kann dieser Indikator selbstverständlich auch für alle anderen Produkte verwendet werden, für welche man an dem abgepackten Material durch optische Anzeige entscheiden können muß, ob das Produkt eine bestimmte Zeit lang kritischen Temperaturbedingungen ausgesetzt war, welche den Verderb desselben verursachen können.

In zunehmendem Maße bedient man sich der Methode des Tiefgefrierens, um Lebensmittel wie Fisch, Fleisch und Früchte zu konservieren: der besondere Vorteil besteht darin, daß die Produkte den Kosumenten in nahezu ursprünglichem frischem

so Zustand erreichen: Vitamingehalt, Geschmack und Aussehen sind unverändert, der Zusatz konservierender Chemikalien erübrigt sich.

Beim sogenannten Tiefgefrierschock werden die Lebensmittel zunächst einer Temperatur von - 45° C

as ausgesetzt, wodurch sie eine mikroskopisch kristalline Struktur annehmen; die Zellwände bleiben unversehrt. Danach Jnd die Produkte ohne Qualitätsverlust nahezu unbegrenzt haltbar, sofern sie bei Temperaturen von 12 C gelagert werden. (Die heute übliche I agerungstemperatur von Tiefkühlprodukten beträgt weniger als -18° C.)

Wenn die Temperatur eines Tiefkühlproduktes für eine bestimmte Zeitspanne einen bestimmten Wert (bei Lebensmitteln -12° C) überschreitet, ergeben sich Gefahren aus der dadurch bedingten Qualitätsminderung.

Für die Qualitätseinbuße falsch gelagerter, tiefgefrorener Lebensmittel sind im wesentlichen zwei Mechanismen verantwortlich:

a) Die Entwicklung und Vermehrung von Mikroorganismen, die zu chemischen Veränderungen führen.

b) Schmelzen und Rekristallisation des im Tiefkühlprodukt enthaltenen Wassers. Hierbei werden Zellwände zerstört, Zellsäfte entweichen, wodurch Farbe, Geschmack und Vitamingehalt starke Einbußen erleiden.

In der Praxis kommt es aber häufig vor, daß ein Tiefkühlprodukt längere Zeit oberhalb von 12° C gelagert wird und anschließend die vorgeschriebene Lagerungstemperatur wieder erreicht. Dadurch können Schäden entstehen, die das Produkt ungenießbar machen; häufiger beschränkt sich die Qualitätseinbüße jedoch auf Minderung des Vitamingehalts und merkliche Veränderung von Geschmack und Farbe des Tiefkühlproduktes. Unzufriedenheit der Verbraucher und Vorurteile gegen tiefgekühlte Lebensmittel überhaupt sind die Folgen,

Durch Lagerung bei überkritischen Temperaturen können Impfstoffe, Heilseren und medizinische Testsubstanzen ihre Wirkung teilweise oder ganz eingebüßt haben, die sich aus ihrer Anwendung ergebenden Gefahren für Gesundheit und Leben dei Patienten sind offensichtlich.

Es ist aus diesem Grunde wünschenswert, einer Kontrollindikator für Tiefkühlprodukte zu schaffen welcher dem möglichen Verbraucher leicht und ein

deutig anzeigt, ob das Tiefkühlprodukt vorschrifts- produkt bedeutungslosen Erhöhungen der Oberflämäßig gelagert wurde oder ob e^ während einer be- chentemperatur »startet« und auf diese Weise durch stimmten Zeitdauer Temperaturen oberhalb der kriti- Registrierung einer Summe von belanglosen Tempeschen Temperaturwerte ausgesetzt war und dadurch raturerhöhungen das Produkt fälschlicherweise als die hohe Qualität des Tiefkühlproduktes nicht mehr 5 qualitätsgemindert kennzeichnet, garantiert werden kann bzw. dasselbe wie bei Impf- Ein Indikator kann nur zutreffende Aussagen über stoffen usw. wertlos geworden ist. die Qualität eines Produkts machen, wenn er den

Die Notwendigkeit eines solchen Kontrollindi- gleichen Bedingungen ausgesetzt ist wie die zu l.onkators, besonders für tiefgefrorene Lebensmittel, trollierende Substanz; und dies ist nicht die oberwurde längst erkannt. Jedoch werden tiefgefrorene io fiächliche Randschicht, sondern das Innere des ProNahrungsmittel weiterhin ohne die Verwendung dukts. Keiner der bekannten Indikatoren erfüllt diese irgendeines Kontrollindikators angeboten, da bisher Bedingung 3 einwandfrei.

keine Lösung gefunden werden konnte, die allen Ein weiterer Nachteil bekannter Indikatoren beveriangten Bedingungen für einen solchen Indikator steht darin, daß sie sofort nach ihrer Herstellung tiefgerecht wird. ₁₅ gefroren gelagert bzw. transportiert werden müssen;

Die Bedingungen, die ein Ir likator für Tiefkühl- eine Notwendigkeit, die ihrer praktischen Verwenprodukte im Hinblick au? exakte Funktion und dung entschieden im Wege steht, praktische Verwendbarkeit unbedingt erfüllen muß, Den bekannten Indikatoren fehlt zudem die Mögend: lichkeit, die wahren Temperatur-Zeit-Beziehungen

1. Der Indikator soll irreversibel in integrierter ²⁰ zu berücksichtigen, d.h., ohne großen Aufwand neuen Form die hypothetische Zeit-Temperatur-Be- Erkenntnissen über die tolc ible Dauer einer beziehung entsprechend der F i e. 1 1-M seiner An- stimmten Temperaturerhöhung Rechnung zu tragen, zeige der Vorgeschichte des Tiefkuhlproduktes obwohl Diffusionsindikatoren mit bestimmter Zeitvom Zeitpunkt des Einfrierens bis zum Ver- verzögerung bei der Anzeige bekanntgeworden sind, brauch berücksichtigen. ²⁵ Schließlich sei noch hervorgehoben, daß die Reak-

2. Die Anzeige soll durch Farbindikation eindeutig ^tio" ^des Indikators der Verderblichkeitskurve von sein. . fiefkühlprodukten entsprechend erfolgen muß, um

3. Der Indikator soll auf die Temperatur im Innern ^seinen Zweck zu erfüllen. Diese wichtige Eigenschaft, des Tiefkühlproduktes und nicht auf die Tempe- Bedingung 1, fehlt den bisherigen Indikatoren.

ratur an der Oberfläche desselben reagieren ³° ^{Fui die} Entwicklung eines funkiionsgerechten In-

4. Der Indikator soll bei gewöhnlichen Tempe- dikators war es unerläßlich, die zu erwartenden raturen, z. B. Zimmertemperaturen, aufbewahrt Grenzwerte für kritische Temperaturen und Zeitfak- und beim Tiefgefrieren aktiviert werden können ^toren abzuschätzen; denn in der Fachliteratur finden

5. Fur den praktischen Einsatz gelten folgende ^{sich keine} übereinstimmenden Angaben über die kri-Erfordernisse: Da jede einzelne Packung eines ^{35 tischs} Lagerungstemperatur von Tiefkühlprodukten Tiefkühlproduktes mit einem Indikator versehen ^{und die erlaubte Dauer ihrer} Überschreitung. Systesein muß, und diese Produkte relativ billig ange- mansche Untersuchungen in größerem Umfang sind boten werden, dürften die Kosten eines Indi- bisher nicht durchgeführt worden.

kaiors nur einen geringen Prozentsatz der Ge- Entsprechend der vorgenannten parallelen Wir-

stehungskosten für ein Tiefkühlprodukt betra- ⁴° ^kung ^zweier Mechanismen ist nicht mit einer gleich-

gen. Daher sollten die Kosten für einen solchen förmigen Verminderung der Haltbarkeit bei steigen-

Indikator sehr niedrig sein; er sollte sich einfach ^der Temperatur zu rechnen. Die Haltbarkeit nimmt

auf dem Tiefkühlprodukt anbringen lassen vielmehr bei gewissen Temperaturen sprunghaft rasch

6. Der Indikator soll in weiten Grenzen an neue ^ab· ^{Die zu} erwartenden kritischen Temperaturen lie-Auforderungen, entsprechend weiteren Erkennt- ⁴⁵ 8^en zwischen 0 und -18 C, wahrend mit Zeitnissen und möglicherweise staatlichen Vorschrif- faktoren in der Größenordnung von Minuten bis zu ten, anpaßbar sein, welche einer anderen Zeit- mehreren Wochen zu rechnen ist. Eine entsprechende Temperatur-Beziehung und anderen kritischen hypothetische Temperatur-Zeit-Kurve ist in Fig.l Temperaturen und Zeitfaktoren entsprechen. dargestellt, sie gibt die Haltbarkeit von T.efkuhlpro-

7. Der Indikator muß gegenüber Beschädigungen ⁵° ^dukt _o ^{en in} Stunden als Funktion der Kuhltemperatur usw. widerstandsfähig sein und darf keine gifti- in 0 C an.

gen oder vom lebensmittelchemischen Stand- Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen

punkt aus bedenkliche Bestandteile enthalten. Kontrollindikator fur Tiefkuhlprodukte zu schaffen,

der die Nachteile bekannter Ausfuhrungsformen

Bisher ist aber kein Kontroll-Indikator bekannt- 55 nicht aufweist und die erforderlichen Bedingungen 1

geworden, welcher die vorgenannten Bedingungen bis 7 ohne Ausnahme erfüllt,

erfüllt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

Am ehesten kann noch der durch die USA.-Patent- mehrere Scamelzsubstanzen mit unterschiedlichem schrift 3 177 843 bekanntgewordene Indikator in Be- Schmelzpunkt nach außen thermisch isoliert vorhan-

tracht gezogen werden, welcher eine zerbrechliche 60 den sind und daß die Anzeige für jede einzelne Kapsel umfaßt, die mit einer farbigen Flüssigkeit ge- Schmelzsubstanz mit eigener Zeitverzögerung an

füllt und in absorbierendes Material eingelassen ist. einem gemeinsamen Sichtanzeiger erfolgt.

Beim Gefrieren platzt die Kapsel. Wird dann die Der neue Indikator stellt teilweise eine Kombi-Temperatur übsr den Schmelzpunkt des Kapsel- nation bereits bekannter Eigenschaften dar, nämlich inhaltes hinaus erhöht, erfolgt sichtbare Diffusion in 65 der Kapselsprengung und des Diffusionsprinzips,

die Umgebung. Diese Eigenschaften sind jedoch nur notwendige

Dieser Anordnung haftet aber der Nachteil an, Voraussetzungen für eine sachgerechte Funktion, daß sie jeweils schon bei kurzen, für das Tiefkühl- Folgende wesentlich'! Eigenschaften des erfindungs-

gemäßen Kontrollindikators demonstrieren seine Neuartigkeit und die Vorteile gegenüber den bisher bekannten Systemen: Einfachere und umfassende Anpaßbarkeit an neue Erkenntnisse. Betätigung eines Anzeigers von mehreren, getrennten Gebern aus. Simulierung der Innentemperatur von Tiefkühlprodukten durch thermische Isolation. Reaktionsvermögen entsprechend der Verderblichkeitskurve von Tiefkühlprodukten.

Die vorliegende Erfindung soll nun an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I die Haltbarkeit von Tiefkühlprodukten in Stunden als Funktion der Temperatur in ¹C,

F i g. 2 den schematischen Aufbau eines Einzelindikatorsystems,

F i g. 3 schematisch den Mechanismus der Gefrieraktivierung,

Fig. 4 die Schmelztemperatur in °C von Alkohol-Wasser-Mischungen in Abhängigkeit der Volumprozente des in Wasser gelösten Äthanols,

F i g. 5 die Temperaturabhängigkett der Fließgeschwindigkeit von Wasser-Äthanol-Mischungen auf Filterpapier,

F i g. 6 die Anpassung von Indikator-Zeitfaktoren an die Haltbarkeitskurve von Tiefkühlprodukten,

Fig. 7 schematisch verschiedene Arten von Kapseln,

Fig. 8 ein Styroporformstück als thermische Isolierung mit Vertiefungen für zwei Indikatorkapseln,

F i g. 9 die Teile des liiuikaiOis in natürlicher Größe vor dem Zusammenbau,

Fig. 10a den fertigen Indikator nach Fig. 9 im Längsschnitt sowie

Fig. 10b eine Gesamtansicht des Indikators nach F i g. 9 und 10 a in natürlicher Größe.

Zunächst sei der Aufbau eines Einzelindikatorsystems an Hand der F i g. 2 erläutert: Ein Filterpapierstreifen 21 ist mit einer kleinen Kapsel 22 verbunden, die mit einer bei der kritischen Temperatur des Tiefkühlproduktes schmelzenden Flüssigkeit gefüllt ist. Am anderen Ende des Filterpapierstreifens 21 ist ein Farbstoff 24 aufgetragen, der bei Reaktion mit der Flüssigkeit seine Farbe ändert. Die Kapsel ist weiterhin mit einer thermischen Isolation 23 versehen.

Es folgt die Beschreibung wesentlicher Funktionsprinzipien des neuen Indikators, durchgeführte Experimente und Berechnungen.

Farbindikation

Bei langer dauernder, gewisser überkritischer Temperatur, d. h. unter Verhältnissen, bei denen eine Qualitätsminderung des Tiefkühlproduktes eintritt, zeigt ein Indikatoretikett eine irreversible Farbänderung an, z. B. Umschlag von Grün (bei einwandfreiem Zustand des Tiefkühlproduktes) in die Signalfarbe Rot (bei Unbrauchbarkeit desselben). Diese Farbkombination Grün/Rot wurde aus psychologischen Gründen gewählt; zudem ist ihre Aussage international verständlich.

Es wurden Farbänderungen benutzt, die auf der Reaktion von sauren und alkalischen Lösungen mit pH-Indikator-Farbstoffen beruhen. Ein mit einer Mischung von Bromkresolgrün und Methylrot bei dem pH-Wert 8 gefärbter Filterpapierstreifen zeigt beispielsweise je nach Mischungsverhältnis eine hellbis dunkelgrüne Färbung. Bei Benetzung dieses Streifens mit einer wäßrigen Lösung mit dem pH-Wert 3 tritt eine Farbänderung nach Rot hin ein.

Zur Realisierung dieser Farbreaktion ist es nur notwendig, die als IndikalorHisungen verwendeten Wasser-Alkohol-Mischungen durch Zusatz geringer Säurekonzentrationen auf den pH-Wert 3 zu bringen. Dies wird beispielsweise durch Beimischen von Essigsäure (6 g/Liter) oder Zitronensäuren (3 g/Liter) erreicht. Wegen der sehr geringen benötigten Konzcntration (weniger als 0.1¹O) ist aber auch die Verwendung von Schwefelsäure vom lebensmitlelchemischcn Standpunkt aus unbedenklich. Selbstverständlich können auch andere Farbreaktionen als das beschriebene Beispiel mit anderen Indikatoren und anderen pH-Werten verwendet werden.

Gefrieraktivierung

Bei Zimmertemperatur ist der fertige Indikator unbegrenzt haltbar, da die zur Reaktion erfor-

ao derlichc Flüssigkeit in einer Kapsel eingeschlossen ist (31 der Fig. 3). Nach der Tiefkühlung ist die Flüssigkeit gefroren und die Kapsel gesprengt (32 der F i g. 3). Bei einer nachfolgenden Erhöhung der Temperatur über den Schmelzpunkt der Flüssigkeit hinaus fließt diese aus (33 der Fi g. 3) und wird vom Filterpanier aufgesogen.

Die automatische Gefrieraktivierung durch Sprengung einer Kapsel wird bedingt durch eine Indikalorflüssigkeit, die sich bei der Kristallisation ausdehnt.

Aus diesem Grunde kommt zur Realisierung der geforderten kritischen Temperaturen praktisch nui Wasser als Lösungsmittel in Frage.

Aus diesem Grunde ist in F i g. 4 die Schmelztemperatur in ⁰C von Alkohol-Wasser-Mischungen in Abhängigkeit der gelösten Volumprozente von Äthanol dargestellt. Dementsprechend können die ge wünschten Schmelztemperaturen zwischen 0 unc — 20 ¹C mit Wasser als Lösungsmittel durch Zumi schung von Äthylalkohol ohne weiteres realisier!

werden. Es ist damit die Möglichkeit gegeben, jeder zeit durch einfache Änderung des Mischungsverhält nisses von Alkohol und Wasser die erforderlicher Schmelzpunkte neuen gewonnenen Erkenntnisser über die Lagerungsfähigkeit von Tiefkühlprodukter anzupassen.

Difiusionsprinzip: Temperatur-Zeit-Beziehung

Bei dem im Zusammenhang mit den Fig.? und 2 beschriebenen Funktionsprinzip eines Einzelindika torsystems ist die Reaktionszeit, d. h. die Zeitdiffe renz zwischen Erreichen des Schmelzpunktes dei Flüssigkeit und der Farbänderung des Indikatoreti kettes24, bestimmt durch die Viskosität der Indi katorlösung, die Eigenschaften des Filterpapiers um

die Geometrie sowie die Länge des Streifens.

Mit den niederviskosen Flüssigkeiten Wasser un( Äthanol und natürlich auch mit deren MLschungei lassen sich in Verbindung mit den gebräuchlichei Filterpapieren und vernünftigen, später noch nähe

beschriebenen Streifendimensionen nur die kürzestei der geforderten Reaktionszeiten in der Größenord nung von Minuten bis maximal 1 Stunde realisieren Die Erhöhung der Flüssigkeitsviskosität mit sinken der Temperatur ergibt sich aus der Fig.5, weich

die Temperaturabhängigkeit der Fließgeschwindigkei von Wasser-Äthanol-Mischungen auf Filterpapie von gleicher Standardlänge und Beschaffenheit an gibt. Dabei ist die Fließgeschwindigkeit durch dl

3601

benötigte Fließzeit in Minuten für das benutzte Filterpapier aufgetragen. Man ersieht aus F⁷ig. 5, daß noch eine Verlängerung dieser Zeitfaktoren um einen Faktor 2 bis 3 möglich ist, keineswegs aber die erforderlichen Faktoren von K)O bis K)OO erzielt werden können.

Verschiedene Versuche wurden unternommen, durch weitere Zusätze die Viskosität der Lösungen zn erhöhen. Mit hochviskosen Gelatinelösungcn konnten schließlieh bedeutend längere Reaktionszeiten erreicht werden. Die Ausdehnung des Wassers beim Gefrieren wird aber durch diese Zusiitze stark vermindert, so daß die geschilderte einfache Gefricraktivicrung mit diesen Lösungen nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grunde mußte der Versuch, durch Viskositätserhöhung zum Ziel zu kommen, wieder aufgegeben werden.

Einen weitaus besseren Frfolg hatte schließlich eine künstliche Drosselung der Flüssigkeitszufuhr bei gleichzeitiger Erhöhung des Flüssigkeitsbcdarfcs. Dies kann einerseits durch Vcrschmälcrung des mit der Flüssigkeil in direktem Kontakt stehenden Teils des Filterpapierstreifens, andererseits durch Verwendung mehrerer Lagen Filterpapier im zweiten unverengtcn Streifenstück erreicht werden.

In der für Tcstuntersuchungcn zur Verfügung stchcnücn Zeit ließen sich auf diese Weise Zeitfaktoren bis in die Größenordnung von einem Tag verwirklichen, wie dies in der nachfolgenden Tabelle angegeben ist. Selbstverständlich lassen sich mit Hilfe de· hier angewendeten Prinzips auch Reaktionszeiten von Wochen realisieren, wozu allerdings die nötigen Testserien notwendigerweise über entsprechend lange Zeiträume zu erstrecken sind.

Tabelle

Fillcrslreifcn (natürlicher Größe)

Länge 7 cm, Breite 1 cm

Gesamtlänge 7 cm. Form wie
Streifen 93 in Fig. 9

Verengung: Länge 2 cm
Breite 0,2 cm

Volle Breite: Länge 4 cm
Breite ί cm

Ubcrgangsbe reich:

Länge 1 cm

einfach
\ einfach

2 Lagen
4 Lagen

Reaktionszeit

(Raumtemperatur)

15 Minuten 3 Stunden

8 Stunden 18 Stunden

Die in F i g. 5 dargestellte Temperaturabhängigkeit der FIießgeschwin«Jigkeit bleibt auch bei den entsprechend Tabelle 3 verlängerten Reaktionszeiten praktisch erhalten. Ein Vergleich der Temperatur-Zeit-Kurve für die Verderblichkeit von Tiefkühlprodukten nach Fig. 1 mit der Temperaturabhängigkeit der Fließgeschwindigkeit nach F i g. 5 zeigt jedoch sofort, daß sich diese beiden Kurven nur in einem kleinen Tcmperaturintcrvall decken können.

Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit der Kombination von zwei oder mehreren Einzelindikatorsy-Mcmen. um dadurch die Zeitfaktoren des gesamten Kontrollindikators an die Haltbarkeitskurve von I iefkühlproduktcn anzupassen. Dies ist in Fig. 6 fic/eij·!. Hierbei ist die Haltbarkcitskurve des Ticfkülilpmduktc¹; als ein gestricheltes Band gezeichnet.

Die Kurven 61,62 und 63 entsprechen Einzclindikatoren für die kritischen Temperaturen von —12,

8 und 2" C, d. h., der Schmelzpunkt der zugehörigen Indikatorflüssigkeiten liegt bei diesen kritischen Temperaturwerten.

Die breite ausgezogene Kurve 64 entsteht durch die Kombination der Kurven 62 und 63 der Einzclindikiitorcn für die kritischen Temperaturen von —8 und 2" C. Erst durch Kombination von zwei oder ίο noch mehr Einzelindikatorsyslcmcn, die bezüglich kritischer Temperatur und Reaktionszeit ausreichend variabel sind, Hißt sich demnach eine zufriedenstellende Anpassung an die Haltbarkeitskurve der Tiefkiihlproduktc erreichen.

Thermische Isolation

Wie bereits hervorgehoben, muß ein brauchbarer KontroIMndikator die Innentemperatur des Tiefkühlproduktes berücksichtigen. Bei Erwärmung dcrOber-

ao fläche eines bei 18" C tiefgekühlten Produktes !.teilt sich nämlich zunächst ein starkes Temperaturgefälle von der warmen Oberfläche bis zum noch tiefgekühlten Kern ein. Erst nach verhältnismäßig langer Zeit erreicht auch das Innere des Produktes

as die vorliegende Oberilächcntemperalur.

Für die Qualität des Produktes ist jedoch nicht die jeweilige Oberflächentemperatur, sondern die Temperatur im Innern maßgebend. Die zeitliche Verschiebung dieser beiden Temperaturwerte ist — außcr von der Art des Produktes — abhängig von der wirksamen warmen Oberfläche, der Schichttiefe und der vorliegenden Temperaturdiiicrcnz. Eine brauchbare Näherung für die Erwärmung gibt folgende Formel:

35 Erwärmung pro Zeiteinheit pro Volumeinheit

Wärmeleitzahl

Oberfläche · Temperaturdifferenz Schichttiefe · Volumen

Für Ticfkühlprodukte beträgt die mittlere Wärmeleitzahl

keil

1,25 kcal/m· ⁰C-h -^a- -.
mC°h

Die thermische Isolation des gesamten Indikators wird vorteilhafterweise so gewählt, daß die Indikatorflüssigkeit in den Kapseln mit derselben zeitlichen Verzögerung erwärmt wird wie das Tiefkühlprodukt in beispielsweise 1 cm Tiefe. Durch Wahl des Isolationsmaterials sowie der Isolationsdicke registriert dann der Indikator die Innentemperatur des Tief-' kühlproduktes in entsprechendem Abstand von dessen Oberfläche. Auch in dieser Hinsicht ist also der neue Indikator an beliebige Vorschriften anpaßbar, welche von staatlicher Seite möglicherweise über die Temperaturmessung bzw. -überwachung von Tiefkühlprodukten erlassen werden könnten.

Das Verhältnis Oberfläche/Volumen ist für den kleinen Indikator bedeutend ungünstiger als für das Tiefkühlprodukt selbst. Bei Verwendung des bestmöglichen Isoliermaterials (geschäumtes Polystyrol mit einer Wärmeleitzahl von 0,02 kcal/m · ⁰C - h)

wird beispielsweise eine Isolierschicht von etwa 5 mm für eine Ausführungsform des neuen Indikators benötigt, welche im folgenden noch beschrieben werden soll. Durch entsprechende Optimalisicrung der

309646/69

3601

Dimensionen des Gesamtindikators wie auch der Mikrokapseln des Indikators kann die thermische Isolierschicht noch beträchtlich vermindert werden. In dieser Hinsicht sind die Dimensionsangaben der noch zu beschreibenden speziellen Ausführungsform nur aus Demonstrpiionsgründen gewählt und können natürlich noch in vielfacher Weise variiert werden, um dadurch die äußere Form wie auch die thermische Isolierung den entsprechenden Bedürfnissen und der Art der Tiefkühlprodukte anzupassen.

Im folgenden wird nun an Hand der F i g. 7, 8, 9, JOa die detaillierte Beschreibung einer zweistufigen Ausführungsform des Kontrollindikators angegeben. Der Indikator besteht aus folgenden Einzelteilen:

1. Zwei zylindrische Kapseln 95,96 (Fig. 9) von etwa 5 mm Durchmesser und 15 mm Länge sind mit etwa 0,3 ml Flüssigkeit mit unterschiedlichem Schmelzpunkt, entsprechend den zwei gewünschten kritischen Temperaturen, gefüllt. Beispielsweise liegen diese kritischen Temperaturen entsprechend Fig. 6 bei —8 und —2°C. Die Kapseln sind aus einem wasserunlöslichen, unelastischen spröden Material verfertigt. Dabei kann es sich um zugeschmolzene Ampullen 71 aus dünnem Glas oder um zweiteilige Kapseln aus Kunststoff 72 oder 73, ähnlich den für Medikamente verwendeten Gelatinekapseln, handeln (Fig. 7). Es ist jedoch wesentlich, daß die Kapseln vollständig mit Flüssigkeit gefüllt und fest verschlossen sind, so daß die Ausdehnung der Flüssigkeit während des Tiefgefrieren* zum Platzen der Kapseln führt.

2. Zwei verschieden geformte Filterpapierstreifen 92,93, entsprechend zwei gewünschten Reaktionszeiten, sind mit Kapseln 95 bzw. 96 verbunden. Der eine Streifen 93 ist gleichzeitig mit der Farbindikatorzone 94 versehen (F i g. 9).

3. Eine zweiteilige Styropor-Kapsel 90,91 dient als thermische Isolation und Gehäuse für den ganzen Indikator. Sie besteht aus zwei gleichen Hälften, von denen eine Hälfte in F i g. 8 dargestellt ist. Dabei ist durch die Bezugsnummer 80 die Kapselhälfte in Draufsicht, durch 84 im Querschnitt und durch 83 im Längsschnitt gezeigt. In beiden Kapselhälften sind längliche Vertiefungen 81,82 bzw. 97,98 für die Aufnahme der Flüssigkeitskapseln 95 bzw. 96 eingepaßt.

Die Verbindung dieser Einzelteile zum fertigen Indikator geht aus den Fig. 9 und 10 hervor. In Fig. 9 sind die Teile des Indikators in natürlicher Größe vor dem Zusammenbau gezeigt. Es sind dabei:

90,91 das obere und untere Styroporformstück für die thermische Isolation,

95, 96 die Mikrokapseln mit zwei bei verschiedenen Temperaturen schmelzenden Flüssigkeiten,

92, 93 die Filterpapierstreifen mit verschiedenen Reaktionszeiten und

die Farbstoffzone zur Indikatoranzeige durch Farbumschlag.

Die beiden Filterpapierstreifen 92,93 werden beiipielsweise durch wenig Klebstoff mit den entspre- :henden Kapseln 95,96 verbunden, die beiden Kapein anschließend in die entsprechenden Vertiefun- ;en 97,98 der Styroporform 91 aufgeklebt.

Die beiden aus der nun fest verschlossenen Forir 90, 91 herausragenden Filterpapierstreifen 92, 92 werden auf der oberen Seite fest miteinander so verbunden, daß die Farbstoffzonc 94 sichtbar bleibt Durch die Verbindung der beiden Filtcrpapicrstrcifen mit derselben Farbstoffzone wird erreicht, dal.¹ beide Indikatorstufen eine Farbänderung der gleichen Farbstoffzone bewirken, womit Mißverständnisse, die bei Verwendung von zwei verschiedenen Farbzonen

ίο mit Sicherheit auftreten würden, vermieden werden. Der fertige Indikator wird zum Schutz gegen äußere Einflüsse durch eine durchsichtige Kunststofffolie hermetisch verpackt, die in den Fig. 10a, 10b jedoch nicht eingezeichnet ist.

Der gebrauchsfertige Indikator ist also ein kleines, hermetisch verschlossenes, völlig unzerbrechliches Päckchen von etwa 40 · 25 · 15 mm Größe und ist in der Fig. 10a im Längsschnitt sowie in der Fig. 10b in natürlicher Größe in seiner Gesamtansicht gezeigt.

ao Auf seiner Oberseite ist die etwa 1 cm² große Farbindikatorzone 94 sichtbar, wobei noch genügend Platz für einen Aufdruck bleibt, wie dies aus Fig. 10b zu ersehen ist.
Anschließend sei eine zusammenfassende Darstcl-

»5 lung der Eigenschaften einer speziellen Ausführungsform des neuen Indikators gegeben:

1. Die Reaktion des Indikators kann mit zwei verschiedenen, von wenigen Minuten bis 24 Stunden beliebig einstellbaren Zeitfaktoren erfolgen.

2. Die Quaütätsanzcigc erfuigi durch Farbänderung eines einzigen Kontrolletiketts, wobei die Farbe Grün den einwandfreien Zustand und die Farbe Rot eindeutig den unbrauchbaren Qualitätszustand des Tiefkühlproduktcs angeben.

3. Bei der Temperaturüberwachung wird durch eine entsprechend thermische Isolation des Indikators die mindestens 1 cm unter der Oberfläche des Tiefkühlproduktes herrschende Temperatur berücksichtigt.

4. Die Fabrikation des Indikators kann bei normaler Temperatur erfolgen, und dieser ist bei Zimmertemperatur unbegrenzt haltbar (automatische Gefrieraktivierung).

5. Die Materialkosten für den erfindungsgemäßen Indikator können sehr niedrig gehalten werden. Da alle zur Verwendung gelangenden Fabrikationstechniken bereits gut eingeführt sind, dürften bei den zu erwartenden Produktionsziffern auch die Fabrikationskosten sehr gering gehalten werden können.

6. Der Indikator reagiert auf zwei verschiedene, im Temperaturbereich von 0 bis 20° C beliebig einstellbare, kritische Temperaturen (leichte An-

paßbarkeit).

7. Der Indikator kann hermetisch verschlossen und unzerbrechlich ausgeführt werden, wodurch jede ungewollte Beeinflussung des Indikators von außen ausgeschlossen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Indikator brauchen keine giftigen, übelriechenden oder sonstwie vom lebensmittelchemischen Standpunkt aus ungeeigneten Substanzen verwendet werden.

8. Obwohl der Indikator durch seine thermische Isolation einen bestimmten Raumbedarf aufweist, können seine Dimensionen klein genug gehalten werden, so daß dieser weder störend noch unhandlich in seiner Verv. Endung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

3601

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Kontrollindikator mit Schmelzsubstanz für Tiefkühlprodukte, in einer Umhüllung, der das Überschreiten kritischer Temperaturen mit temperaturabhängiger Zeitverzögerung irreversibel anzeigt, dadurch ge kenn-ζ e i c h η e t, daß mehrere Schmelzsubstanzen (22: 95, 96) mit unterschiedlichem Schmelzpunkt nach außen thermisch isoliert vorhanden sind und daß die Anzeige für jede einzelne Schmelzsubstanz mit eigener Zeitverzögerung an einem gemeinsamen Sichtanzeiger (94) erfolgt.

2. Indikator nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß jede Schmelzsubstanz (22) in einer spröden Kapsel (95, 96) enthalten ist, die beim Gefrieren oder durch Druck infolge mechanischer Hinwirkung aufplatzt und dadurch den Indikator aktiviert, daß die Kapsel mit einem Filterpapii-fstreifen (92, 93) verbunden ist, welcher die Schmelzsubstanz (22) bei späterer firs', ärmung der Kapsel über die kritische Temperatur aufsaugt, und daß die Enden der Filterpapierstreifen (92. 93) aller Kapseln (95, 96) mit dem ebenfalls aus Filterpapier bestehenden SichtanzeLer(94) verbunden sind, auf welchem ein Farbstoff aufgetragen ist, der bei Reaktion mit jeder der Schmelzsubstanzen zur Anzeige eines kritischen Zustandes des Tiefkühlproduktes eine einzige ani'-'re Farbe annimmt.

3. Indikator nach Ansnruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (90, 91) zur thermischen Isolation derart beschaffen ist, daß die von den Schmelzsubstanzen (22, 95, 96) registrierte Temperatur der mindestens 1 cm unter der Oberfläche des Tiefkühlproduktes herrschenden Temperatur entspricht.

4. Indikator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Form, die Länge und die Anzahl der Lagen des Filterpapierstreifens (92, 93) so gewählt ist, daß eine bestimmte Zeitverzögerung erfolgt.

5. Indikator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsubstanz zur Erzielung einer gewünschten Schmelztemperatur zwischen 0 und - 2CF C eine Mischung von Wasser mit Alkoholen enthält.

6. Indikator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstreifen des Sichtanzeigers (94) mit einer Mischung verschiedener pH-Indikatoren basisch gefärbt ist und daß die wäßrige Lösung der Schmelzsubstanz einen sauren pH-Wert aufweist oder der Filterstreifen eine mit Säure imprägnierte Zone in Nachbarschaft des Anzeigefeldes aufweist.