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Sterilfilter für die Produktion von Bio-Hefe

Einsatz bei Fermentationsprozessen
Sterilfilter für die Produktion von Bio-Hefe

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Seit 1996 produziert Agrano im Werk in Riegel am Kaiserstuhl unter der Marke Bioreal Bio-Hefe für die Backbranche, die Lebensmittelindustrie und den Naturkostfachhandel. Damit lassen sich Bio-Backwaren zu 100 % aus ökologischen Zutaten herstellen. Die Produktionsstätte, deren dritte Ausbaustufe 2019 erfolgreich abgeschlossen wurde, arbeitet mit Fermentationstechniken, die Sterilfilter von Donaldson nutzen.

Im Jahr 1995 begann die Produktion der Bioreal-Bio-Hefe auf einer Pilotanlage. Bereits kurze Zeit später reichte die Kapazität der Anlage nicht mehr aus, da die Nachfrage schneller als erwartet anstieg. 1996 wurde die Agrano GmbH & Co in Riegel am Kaiserstuhl gegründet und eine neue industrielle Anlage gebaut, die bis heute die Verfügbarkeit der etwa 60 Bioreal-Hefeprodukte im Markt gewährleistet – von Frischhefe über Trockenhefe und Hefeextrakt bis zu kundenspezifischen Produkten. Diese Bio-Hefe unterscheidet sich vor allem durch die verwendeten Rohstoffe von der konventionellen Hefe. Dazu Geschäftsführer Ralf Bredenhöller: „Wir haben den traditionellen Weg auf Getreidebasis wiederbelebt und verwenden ausschließlich Verbandsware aus Deutschland und Österreich. Auf den Einsatz von Chemikalien wird gänzlich verzichtet. Das können wir tun, weil wir weltweit die einzige Hefefabrik sind, die steril fermentieren kann.“

Marc Pflimlin, Leiter der Produktion bei Agrano, ergänzt: „In einer Nährlösung aus biologischem Getreide und sauberem Quellwasser werden ausgewählte Hefestämme gezüchtet. Alle eingesetzten Mikroorganismen und Rohstoffe sind garantiert GVO-frei. Die Fermentation erfolgt ohne chemische Zusätze und als Entschäumer wird Bio-Sonnenblumenöl eingesetzt. Das Waschen der Bioreal-Bio-Hefe ist nicht notwendig. Zur Sterilisation wird Wasserdampf eingesetzt, Desinfektionsmittel sind überflüssig.“

Die Hefeproduktion unter sterilen Bedingungen beginnt im Labor. Dort wird eine bei -80 °C eingefrorene patentierte Agrano-Hefezelle herangezüchtet, die nach einem mehrere Tage dauernden Vermehrungsprozess im Erlenmeyerkolben als Starter für den folgenden produkt- bzw. kundenspezifischen Fermentationsprozess eingesetzt wird.

Produktionsleiter Pflimlin: „Nur die strenge Einhaltung der Hygiene- und Sterilisationsvorschriften bei jedem einzelnen Produktionsschritt – Herstellung des Bio-Nährmediums, Sterilisation, Fermentation und Ernte − erlauben es, unsere Bio-Produkte vor jeglicher mikrobiologischer Gefahr zu schützen. Dabei müssen wir uns besonders auf die Filtrationstechnik verlassen.“

Nach Inbetriebnahme der dritten Ausbaustufe laufen parallel drei Produktionslinien mit jeweils drei Fermentationsstufen: Kultur 1 (100-l-Fermenter), Kultur 2 (3-m³-Fermenter) und Kultur 3 (75-m³-Fermenter). Diese drei Schritte laufen im Fed-Batch-Verfahren ab.

Sterilfilter mit hohen Standzeiten

Die Donaldson-Filterelemente für sterile Luft und Gase der Baureihe Lifetec PT N sorgen dafür, dass die Hefekulturen aerob und unter steriler Belüftung geführt werden, um eine möglichst hohe Biomasse-Ausbeute zu erhalten. Die dafür benötigte 2-bar-Druckluft wird von zwei ölfrei arbeitenden Schraubenkompressoren erzeugt, von 200 °C auf 30 °C gekühlt in das Leitungsnetz gespeist und dann dosiert über die Sterilfilter am Boden der Fermenter eingeblasen. Der Sauerstoff in dieser verdichteten sterilen Luft reicht aus, um den biotechnologischen Prozess ohne chemische Zusatzstoffe optimal zu fördern.

Die Sterilität der Luft ist ein Faktor, der die Prozess- und Produktintegrität entscheidend beeinflusst. Die dafür geeignete Filtertechnologie muss eine Reihe von Leistungsdaten aufweisen, die nicht nur optimale Sicherheit bieten, sondern auch eine lange Standzeit der Filterelemente ermöglichen. Denn nach jedem Batch, also etwa alle 30 Stunden, werden die Sterilfilter ca. 20 Minuten mit 125 °C heißem Dampf sterilisiert, der zentral erzeugt wird. Damit auch der Dampf frei von Partikeln ist, werden für jede der drei Produktionslinien Dampffilter eingesetzt.

Neben der Sterilität der Luft ist auch eine sehr hohe Wasserqualität im Fermentationsprozess gefordert. Mittels Filtration mit Filtern der Lifetec-Baureihe für Liquid-Anwendungen wird dafür gesorgt, dass das Wasser dem Prozess in steriler Qualität zugeführt wird.

Die Lifetec-PTFE-Membranfilter

Das Lifetec-PT-N-Filterelement ist ein plissierter PTFE-Membranfilter, dessen innerer sowie äußerer Stützmantel und dessen Endkappen aus hochwertigem Polypropylen gefertigt werden. Die Endkappen und die PTFE-Membrane sind ohne Verwendung von Bindemitteln thermisch verschweißt. Die Rückhalterate beträgt ≥99,9999998% bezogen auf 0,2 μm und ≥99,999999% bezogen auf 0,02 μm. Für nano-skalige Partikel (0,003 μm) liegt die Rückhaltung bei ≥ 99,999999%, was gemäß SEMI F38-0699 verifiziert wurde.

Das Filtermedium PTFE ist inhärent hydrophob mit einer hochporösen Membranstruktur. Der Lifetec PT N wurde für die Sterilfiltration von Druckluft und anderen Prozessgasen entwickelt. Das Filterelement erfüllt die hohen Anforderungen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der pharmazeutischen Industrie und arbeitet auch unter extremen Betriebsbedingungen zuverlässig.

Alle Komponenten entsprechen den Anforderungen für den indirekten Kontakt mit Lebensmitteln gemäß CFR (Code of Federal Regulations) Title 21 und EU-Verordnung Nr. 1935/2004. Das Filtermedium ist nicht faserabgebend und wird ohne Verwendung von chemischen Zusatzstoffen hergestellt. Die stabile Konstruktion ermöglicht bis zu 150 Sterilisationszyklen unter definierten Bedingungen und hält hohen Differenzdrücken in beiden Strömungsrichtungen stand.

Das Trockenblasen der Sterilfilter und die sofortige Rückkehr zu niedrigen Differenzdrücken nach der Dampfsterilisation erfolgt innerhalb weniger Sekunden. Stillstandzeiten, Energieverbrauch und die mechanische Belastung des Filtermediums werden dadurch deutlich reduziert.

Die Dampffilter(P) GSL N

Der Dampffilter (P) GSL N hält Verunreinigungen wie Partikel, Abrieb von Ventilen und Dichtungen sowie Rost sicher zurück. Die bessere Dampfqualität verlängert die Lebensdauer der zu sterilisierenden Filter und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses. Das (P)-GSL-N-Filterelement bietet eine besonders wirtschaftliche Filtration, da das Filtermedium in einem Ultraschallbad oder durch Rückspülung regeneriert werden kann. Dies kommt besonders bei einer hohen Partikelbeladung zum Tragen.

Das Filtermedium gewährleistet eine hohe Partikel- bzw. Schmutzaufnahme und eine gute Durchflussrate bei geringem Differenzdruck. Der Filter besteht aus einem regenerierbaren, plissierten Filterrohr aus Edelstahlvlies (1 und 5 μm) bzw. Edelstahlgewebe (25 μm) mit Edelstahlstützmantel und -endkappen. Die Porengröße reicht von 1 bis 25 μm. Durch die robuste Konstruktion ist der Filter für maximale Differenzdrücke bis zu 10 bar ausgelegt. Darüber hinaus kann er in einem Temperaturbereich von -20 °C bis 200 °C für die Filtration von Dampf, Gasen und Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Alle Komponenten der (P)-GSL-N-Dampffilter entsprechen den FDA-Anforderungen für den Kontakt mit Lebensmitteln gemäß CFR (Code of Federal Regulations) Title 21 sowie den Anforderungen gemäß EU-Verordnung Nr. 1935/2004. Das Filterelement wird nach den Herstellungsrichtlinien produziert und gibt keine Fasern oder Bestandteile des Filtermediums ab.

Die Lifetec-Flüssigkeitsfilter

Zur Versorgung des Hauptfermenters mit sterilem Wasser werden als Vorfilter Lifetec- PP-100-N-Elemente mit plissierten Polypropylen-Membranen und für die Sterilfiltration Lifetec-PES-WN-30-Elemente 0,2 µm mit plissierten Polyethersulfon-Membranen eingesetzt.

Um die Versorgung der Prozesse mit Wasser aus dem eigenen Brunnen sicherzustellen, wird das Wasser aus 40 m Tiefe befördert und über eine Filtrationslinie mit zwei 8-plätzigen Filtergehäusen PF-EG 0830, die in Reihe geschaltet sind, steril gefiltert.

Fazit

Das Fazit der Zusammenarbeit mit Donaldson von Agrano-Geschäftsführer Ralf Bredenhöller fällt durchweg positiv aus: „Die seit 2014 eingesetzten Filtersysteme für sterile Luft, Flüssigkeiten und Dampf haben für uns einen extrem hohen Wert in der Produktion. Für unsere steril fermentierende Hefefabrik ist eine hohe Sicherheit essentiell.“

Donaldson Filtration Deutschland GmbH, Haan


Autorin: Susanne Fulko

Marketing Communications

Donaldson


Autorin: Dr. Hana Keull

Process Product Specialist,

Donaldson

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