Zur Detektion von Schaum als Störgröße ist in der Pharmaindustrie der Einsatz von konduktiven oder kapazitiven Grenzstandsonden Stand der Technik. Die Messverfahren haben sich über Jahrzehnte bewährt, lassen aber keine kontinuierliche Verfolgung der Schaumhöhe zu, was immer wieder Probleme bereitet. So besteht bei Fermentationsprozessen häufig das Risiko, dass nicht erkannter Schaum in den Abluftfilter eines Bioreaktors steigt und zu einem Verblocken des Filters führt. Der daraus resultierende sehr schnelle Druckanstieg im Reaktor macht die weitere Regelung des Sauerstoffgehalts des flüssigen Mediums praktisch unmöglich. Als Resultat muss im schlechtesten Fall ein kompletter Batch verworfen werden. Dies kann im pharmazeutischen Umfeld einen Produktionsausfall von mehreren Millionen Euro bedeuten.
Die kapazitive Füllstandmessung basiert auf dem Kondensatorprinzip. Die Sonde erfasst den Schaum nur dann, wenn er eine ausreichend große Änderung des elektrischen Feldes bewirkt. Schäume, die beispielsweise sehr großporig oder nicht leitfähig sind, erzeugen keine ausreichende Kapazitätsänderung und sind entsprechend nicht zuverlässig detektierbar bzw. verfolgbar.
Konduktive Sonden detektieren ausschließlich leitfähige Schäume und können in diesem Fall als zuverlässige Grenzschalter eingesetzt werden. Ein durchgängiges Hygienekonzept, das den modernen Anforderungen z. B. nach ASME BPE entspricht, gibt es für diese Geräte bis dato allerdings nicht. Bei konduktiven Sonden ist der Übergang zwischen der leitenden metallischen Spitze und der sie umgebenden Isolierung (z. B. PTFE oder PFA) hygienisch bedenklich, da es zu Spaltbildung kommt. Die Industrie akzeptiert allerdings dieses Risiko, da es designtechnisch derzeit keine Alternativen gibt.
Schwierig wird die Schaumdetektion insbesondere dann, wenn veränderliche Schaumbedingungen während des Prozessverlaufes auftreten. Zum Beispiel können die Schaumdichte und Porengröße in unterschiedlichen Prozessphasen variieren. In der Regel macht all dies eine Qualifizierung des Messsystems für den entsprechenden Prozess mit seinen individuellen Schaumcharakteristika nötig.
Ein geeignetes Messgerät für schaumbildende Fermentationsprozesse ist das nach dem Laufzeitverfahren arbeitende geführte Radarmessgerät Levelflex FMP53 von Endress+Hauser. Bei diesem Gerät werden hochfrequente Radarimpulse (1,5 GHz) auf eine Sonde eingekoppelt und entlang des Sondenstabs geführt. Die Impulse werden von der Medienoberfläche reflektiert, von der Auswerteelektronik empfangen und in die Füllstandinformation umgesetzt. Die Entfernung zur entsprechenden Oberfläche ist dabei proportional zur Laufzeit des Impulses. Es gilt: Je länger die Dauer von Erzeugung bis Wiedereintritt des Impulses ist, desto länger ist die zurückgelegte Strecke und desto geringer der Füllstand im Behälter.
