Haltbarkeitsverlängerung durch UV-C-Strahlung

Dipl.-Ing. Peter Wind

Viele verschiedene Verpackungen, wie z. B. Kunststoffbecher, Deckelfolien, Aluplatinen, Schraubverschlüsse, Kronkorken und auch Getränkekartons, können mit UV-C-Strahlung oder im Kombinationsverfahren von UV-C mit Wasserstoffperoxid mit hoher mikrobiologischer Sicherheit an ihren Oberflächen entkeimt werden. Da schädigende Mikroorganismen auf den Packstoffen erst unmittelbar vor dem Befüllen abgetötet werden, verringern sich die Ausfallraten bei der Produktion und die Haltbarkeitsfristen der darin abgepackten Lebensmittel verlängern sich deutlich.

Ultraviolette Strahlung ist wie sichtbares Licht oder Radiowellen eine elektromagnetische Strahlung und kann vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Sie umfasst definitionsgemäß den Spektralbereich von 100 bis 380 nm und schließt sich damit unmittelbar dem blauen, sichtbaren Teil des Lichtes an. Die UV-Strahlung löst speziell im sehr energiereichen UV-C-Wellenlängenbereich von 200 bis 280 nm photochemische Reaktionen aus. Die Wellenlängen um die 260 nm werden von den Zell-Nucleinsäuren absorbiert und führen, je nach Bestrahlungsdosis, zur Abtötung bzw. Schädigung der Bakterien und Pilzsporen. Die UV-C-Strahlung kann also zur gezielten Schädigung oder Abtötung von Mikroorganismen, wie z.B. Bakterien/Viren, Hefen und Schimmelpilzen, eingesetzt werden.

Das Uvatec-Strahlerteil verfügt über ein Edelstahlgehäuse in der Schutzart IP 65 (Option: IP 67) und besitzt ein pneumatisch angetriebenes Shuttersystem, das von der Abfüllmaschine gesteuert wird. Bei Maschinenstillstand wird der Strahler in Sekundenbruchteilen abgedeckt, demzufolge kann es nicht zu einer unerwünschten Überhitzung der bestrahlten Materialien kommen. Die Leistung des UV-Strahlers wird bei geschlossener Strahlerabdeckung auf energiesparende 50% reduziert. Nach Beendigung des Maschinenstopps wird die volle UV-Leis-tung in weniger als 0,5 s wieder erreicht. Die Belichtungszeiten können auch exakt an den Taktzyklus der Maschine angepasst werden. Aufgrund der kompakten Bauweise des Uvatec- Strahlerteils ist ein problemloser Einbau in fast alle gängigen Maschinenkonzepte möglich.

Die Uvatec-Geräte sind mit einem ozonarmen Mitteldruck-Quecksilberstrahler bestückt und arbeiten mit einer spezifischen Strahlerleistung von 100 bis zu 180 W/cm Bogenlänge.

Die daraus resultierende sehr hohe UV-C-Bestrahlungsstärke von über 600 mW/cm² bewirkt eine wesentlich effektivere Keim-abtötung gegenüber herkömmlichen Systemen mit Niederdruckstrahlern. Die UV-C-Bestrahlungsstärke ist im Vergleich zu diesen Systemen etwa 10 bis 15 mal höher, dadurch werden Bestrahlungszeiten 1 s möglich. Bei den meisten Anwendungen genügt daher zur wirksamen Entkeimung nur ein Strahlerteil. Für eine Entkeimungsrate von 99,9% des Schimmelpilz Aspergillus niger wird beispielsweise eine UV-Bestrahlungsdosis von ca. 400 mJ/cm² benötigt, d.h. mit einer für Niederdruckstrahler typischen Bestrahlungsstärke von 50 mW/cm² ist eine Bestrahlungszeit von etwa 8 s nötig. Das Uvatec-Gerät benötigt hierfür 1 s. Das im UV-C-Wellenlängenbereich von 200 bis 280 nm erzeugte Spektrum deckt sich nahezu mit der spektralen Wirkungskurve der Zell-inaktivierung. Mehrere Untersuchungen, die vom Fraunhofer Institut oder von namhaften Verpackungsmaschinenherstellern durchgeführt wurden, dokumentieren das sehr gute Leistungsspektrum der Uvatec-Geräte.

In der Praxis wurden für den sehr UV-resis-tenten schwarzen Schimmelpilz Aspergillus niger Abtötungsraten von 99,999% und für die Sporen von Bacillus subtilis > 99,9999% nachgewiesen. Die von den UV-Stahlern erzeugten Ozonkonzentrationen liegen dabei deutlich unter den vom Gesetzgeber vorgeschriebenen MAK-Werten.

Der UV-Strahler wird rein luftgekühlt betrieben. Ein aufwendiger Wasserkühlkreislauf ist daher nicht notwendig. Außerdem wird die vom Gerät erzeugte UV-Strahlung nicht durch das Kühlwasser absorbiert und somit abgeschwächt. Die Gerätetemperatur lässt sich während des Betriebs durch die Verwendung einer temperaturgeregelten Lüfterklappe konstant auf ca. 55 °C halten. Diese Maßnahme bewirkt eine gleichmäßige und stabile UV-Ausbeute und eine längere Strahlerlebensdauer. Die Elektrik verfügt über eine stufenlose Leistungsregelung von 60 bis 100% und besitzt zudem einen automatischen Ventilatornachlauf, der eine schnelle Abkühlung des UV-Strahlers nach dem vollständigen Abschalten der UV-Anlage bewirkt.

Dies hat den Vorteil gegenüber wassergekühlten Systemen, dass die Zeitspanne vom Ausschalten bis zum möglichen Wiederzünden des UV-Strahlers nur ca. 2 bis 3 min. beträgt.

Seit geraumer Zeit werden Packstoffe immer häufiger im Kombinationsverfahren von UV-C-Strahlung und Wasserstoffperoxid (H2O2) entkeimt. Die beiden Packmittelentkeimungsmöglichkeiten ergänzen sich sehr gut und führen zu einer noch effektiveren Keimabtötung. Mikroorganismen, die weniger empfindlich gegen Wasserstoffperoxid sind, wie Bacillus Subtilis, werden von UV-Strahlung wirksam abgetötet. Umgekehrt werden Schimmelpilze wie Aspergillus niger leichter durch H2O2 vernichtet. Die Kombination der beiden Verfahren führt zu einer Entkeimungsrate, die nahezu in aseptische Bereiche vorstößt.

Das Uvatec-Gerät ist für dieses Verfahren sehr gut geeignet , da sich aufgrund der hohen UV-Leistung die H2O2-Konzentration von ca. 35% auf unter 2% absenken lässt.

Eine Getränkekarton-Abfüllmaschine von einem namhaften schwedischen Hersteller, die mit einem Uvatec-Gerät ausgestattet ist, arbeitet mit einer H2O2-Konzentration von nur 0,5%.

Die Aufbereitung der Abluft mit Katalysatoren kann beim Einsatz von geringeren Wasserstoffperoxid-Konzentrationen in der Regel einfacher gestaltet werden oder sogar ganz entfallen. Diese beiden Punkte führen zu einer deutlichen Kostensenkung. Eine Nachrüstung von Maschinen, die bisher nur mit dem Wasserstoffperoxid-Verfahren arbeiten, ist meistens problemlos möglich. Das Uvatec-Strahlerteil wird hierbei zwischen der Aufsprüh- und Trockenstation platziert.

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