Infektionen ausgeschlossen

Aseptische Verfahren setzen sich in wachsendem Umfang auch in der Lebensmittelindustrie durch. Um Lebensmittel haltbar zu machen, ist in der Regel eine Wärmebehandlung notwendig. Bei aseptischen Prozessen wird nicht das verpackte, sondern das lose Produkt erhitzt und gekühlt. Auf diese Weise lässt sich die thermische Belastung des Produkts besser steuern. Dies gilt insbesondere für viskose oder partikelhaltige Erzeugnisse. Die Folge: Geschmack, Farbe und Nährstoffe bleiben erhalten.

Ein Unternehmen, das aus Individual-Quick-Frozen-Obst (IQF) Fruchtzubereitungen und -soßen herstellt, hat die aseptische Prozessanlage bei Selo in Auftrag gegeben. Da der Obstverarbeiter viele kleine Chargen produziert, hat man sich für ein Chargensystem entschieden.

Das stückige IQF-Obst wird mit Rohrzucker bzw. Glukose und gegebenenfalls auch mit Wasser gemischt. Bei Bedarf setzt man Stabilisatoren, Stärke bzw. Pektin zu. Es entsteht ein Halbfertigprodukt, das in Molkereierzeugnissen oder in Backwaren Anwendung findet. Die Viskosität der Fruchtzubereitungen und -soßen liegt zwischen 1 und 150 000 mPas. Die Partikelgrößen schwanken zwischen 30 mm in Flüssigprodukten und 0,5 mm in glatten, hochviskosen Erzeugnissen. Die meisten Produkte sind sauer. Sie haben einen pH-Wert von kleiner 4,6 und einen aw-Wert von größer 0,85. Bei wenigen Produkten liegt der pH-Wert über 4,6 und der aw-Wert ist kleiner 0,85. Das Produkt ist mehrere Monate bei Raumtemperatur haltbar.

Im ersten Behälter wird das gefrorene Obst aufgetaut. Nach der Erwärmung gelangt es im freien Fall in den zweiten, aseptischen Behälter. Der Vorteil dieser Systemkonfiguration ist, dass alle Obststücke gleichmäßig umgewälzt und sterilisiert werden. Dadurch lassen sich unbehandelte Obststücke zuverlässig ausschließen, die die jeweilige Charge infizieren könnten.

Ein im Auftaukessel untergebrachter Bandmischer wälzt das IQF-Obst um und sorgt so für eine optimale Wärmeübertragung. Mit Hilfe eines Homogenisators, der sich in einem Bypass um den Auftaukessel befindet, kann das Produkt bei Bedarf homogenisiert werden. In einem separaten Behälter wird die Stärke bzw. der Stabilisator oder das Pektin mit Wasser vermischt. Die schmale Form des Vormischbehälters und die Installation des Homogenisierkopfs im unteren Behälterbereich trägt dem Umstand Rechnung, dass die eingesetzten Wassermengen sehr gering sind. Der Vormischbehälter und der Auftaukessel gehören zum nichtaseptischen Teil der Anlage (Abb. 2). Der aseptische Bereich setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

• liegender aseptische Behälter

• Kondensator

• Dosierbehälter für Farbstoffe

• Abfüllanlage

Während des Produktionsprozesses sind diese Komponenten hermetisch von der Außenwelt getrennt. Dieser Zustand wird über entsprechende Prüfeinrichtungen regelmäßig kontrolliert. Der aseptische Behälter – er ist als Druckbehälter ausgelegt und geprüft – übernimmt verschiedene Aufgaben: In ihm wird das Produkt fortlaufend homogenisiert, sehr schnell erhitzt und anschließend wieder abgekühlt (Vakuumkühlung mit Hilfe eines Kondensators). Außerdem dient er als Zwischenspeicher für die Abfüllanlage. Der aseptische Behälter ist mit einem anderen kleineren Behälter, in dem die Farbstoffe sterilisiert werden, verbunden. Dieser dient gleichzeitig als Vorratsbehälter für die Farbstoffdosierung. Darüber hinaus kann über diesen Behälter eine Säurekorrektur vorgenommen werden. Die waagerechte Anordnung des aseptischen Behälters stellt sicher, dass die Mischung bei gleichbleibender Teilchenstruktur homogen bleibt. Außerdem erlaubt sie eine problemlose Verarbeitung von viskosen bis hochviskosen Produkten.

Die Homogenisierung der Fruchtzubereitungen dauert so lange, bis der aseptische Behälter leer ist. Die Förderung des Produktes zur Abfüllmaschine übernimmt eine Manschettenpumpe. Dabei wird ein Metalldetektor passiert. Abgefüllt wird das Produkt in Bag in box-Systeme oder in herkömmliche Edelstahlbehälter.

Ausgestattet ist die Anlage mit aseptischen Faltenbalgventilen. Der Faltenbalg ist aus Metall gefertigt. Diese lassen sich sehr gut reinigen, haben allerdings den Nachteil, dass Haarrisse auftreten können. In Anbetracht der geringen Schalthäufigkeit spielt dieser Nachteil aber keine Rolle.

Das Produkt gelangt über ein Bodeneckventil mit Balg in den aseptischen Behälter. Dieses ist mit einem Aufbaudrosselventil, das sich direkt am Einlass befindet, kombiniert. Zwischen beiden Ventilen entsteht eine Kammer, die über eine Rohrleitung (DN 25) mit einem weiteren Drosselventil verbunden ist. Über dieses erfolgt die Verbindung mit der Dampfversorgung. Das System funktioniert folgendermaßen: Nachdem das Produkt aus dem Auftaubehälter über das Drosselventil und das Bodenventil in den aseptischen Behälter gelangt ist, schließt sich zuerst das Drosselventil. Anschließend gelangt Dampf in den Raum zwischen dem Bodenventil und dem Drosselventil. Daraufhin schließt sich das Bodenventil, das Dampfventil bleibt geöffnet. Am Ende der Kammer zwischen dem Drosselventil und dem Bodenventil befindet sich ein Kondensatablauf mit einem PT 100. Über letzteres wird kontrolliert, ob die für die aseptische Produktion erforderliche Temperatur von 130 °C auch tatsächlich erreicht wird. Jeder Anschluss am aseptischen System ist in dieser Art ausgeführt.

Die Wellen des Rührwerks und die Pumpe im aseptischen System sind mit doppeltwirkenden Gleitringdichtungen ausgerüstet. Als Sperrmedium dient Kondensat mit einem Druck von 2 bar. Alle Dichtungen erfüllen die DIN 11864. Da diese Norm nur für Nennweiten bis DN 150 gilt, musste für die Kopfdeckel des Kondensators – sie haben eine Nennweite von DN 400 – eine andere Lösung gefunden werden. Der Kondensator ist mit einer etwas abgesenkten Rohrplatte ausgestattet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass kein Wasser auf der Platte zurückbleibt. Die Deckel sind auf den Kondensator geschweißt. Die Anschlüsse haben die Nennweite DN 150. Dieser Durchmesser ist gerade ausreichend, um die Rohre auf undichte Stellen überprüfen und reinigen zu können.

Der aseptische Teil der Anlage wird über die doppeltwirkende Gleitringdichtung und die Sperrmedien Dampf (Ventile) und Kondenswasser (Wellendichtung) von der Außenwelt abgeschlossen. Die Druckleitung der Vakuumpumpe ist am Ende mit einem Wasserverschluss ausgestattet. Er stellt sicher, dass der aseptische Behälter bei einem Rückschlag im Vakuumsystem steril bleibt. Der Flüssigkeitsstand im Wasserverschluss wird kontrolliert. Der Antrieb der Vakuumpumpe erfolgt über eine Magnetkupplung.

Ein wichtiger Aspekt bei der Konzeption der Anlage war ihre Reinigungsfreundlichkeit. Da der Produkttransport im freien Fall erfolgt, gibt es nur wenige Rohrleitungen, die gereinigt werden müssen. Zudem konnten dadurch Produktablagerungen auf ein Mindestmaß reduziert werden.

Die Prozessbehälter werden jeweils über zwei CIP-Anlagen gereinigt. Dem Prozessablauf entsprechend werden zuerst der Vormischbehälter und der Auftaubehälter gereinigt. Es schließt sich der aseptische Bereich mit dem liegenden Behälter einschließlich Mischer, der Kondensator, der Farbstoffbehälter und schließlich die Abfüllanlage an. Nach Ablauf des Reinigungsprogramms wird der aseptische Bereich mit Dampf, er hat eine Temperatur von 130 °C, sterilisiert. Der Dampf gelangt über den CIP-Kreislauf in die Anlage. Während des SIP-Prozesses ist die Vakuumpumpe zur Absaugung der Luft für eine bestimmte Zeitspanne eingeschaltet. Anschließend wird der aseptische Teil unter Druck gesetzt. Die Ableitung des Kondensats erfolgt über den tiefsten Punkt der Anlage. Druck und Kondensattemperatur werden überwacht.

Die Edelstahlbehälter für den Abtransport des Endprodukts haben keine eigenen CIP-Vorrichtungen. Ihre Reinigung erfolgt über das Mannloch. An der Reinigungsstelle wird der Verschluss des Mannlochs entfernt und gegen einen speziellen Flansch, der mit CIP- und Entlüftungsarmaturen ausgestattet ist, ausgetauscht. Der Verschluss des Mannlochs wird manuell gereinigt und anschließend wieder eingebaut. Abschließend wird der komplette Behälter bei einem Druck von 2,5 bar mit Dampf sterilisiert.

Die Anlage wurde in validierter Form dem Anwender übergeben. Das bedeutet, dass alle Mess- und Regelkomponenten geeicht sind. Ferner wurde das CIP-System gemäß EHEDG-Richtlinien 2 und 15 geprüft.

Bei der Entwicklung der aseptischen Prozessanlage wollte Selo ausschließlich Bauteile einsetzen, die die EHEDG-Richtlinien erfüllen. Das war allerdings nicht möglich, da (noch) nicht alle Komponenten vom genannten Richtlinienwerk erfasst werden. In diesen Fällen, beispielsweise Flansche mit einer Nennweite größer DN 150, hat Selo die EHEDG-Richtlinien extrapoliert. Da es in Europa keine Normen für die Gestaltung aseptischer Prozesse gibt, hat man bei der Entwicklung der Anlage nur die einschlägigen Normen der FDA berücksichtigen können.

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