Getränkeproduzenten müssen einerseits darauf achten, den natürlichen Charakter eines Produktes im Herstellungsprozess zu erhalten, andererseits aber auch die geforderte Reinheit und Haltbarkeit gewährleisten. Dies stellt hohe Anforderungen an die Produktionsphasen und hier besonders an die Filtrationsschritte im Prozess. Deshalb werden bei der Herstellung nahezu aller Getränke wie Fruchtsaft, Bier oder Wein vor dem Abfüllen Vorfilter zum Herausfiltrieren der Trübstoffe (Klarifikation) und im Anschluss daran Entkeimungsfilter eingesetzt. Die verwendeten Filtermedien dürfen dabei aber nur so fein sein, dass nicht auch Geschmacksstoffe und gewünschte natürliche Farbstoffe herausgefiltert werden.
Keimfreie Lagerung
Durch das Entkeimen im Produktionsprozess vor der Abfüllung wird die Haltbarkeit der Lebensmittel verbessert. Bei der Getränkeherstellung gelten darüber hinaus für den gesamten Prozess besonders strenge Hygieneregeln und -vorschriften. Das betrifft genauso die Lagerung von flüssigen Rohstoffen und Zwischenprodukten wie beispielsweise Fruchtsaftkonzentraten, die in verschlossenen Tanks zur Weiterverarbeitung zwischengelagert werden müssen.
Moderne Lagertanks und Zwischenbehälter bestehen aus Kunststoff oder Edelstahl in unterschiedlichen Wanddicken. Diese Parameter sowie Höhe und Durchmesser der Behälter bestimmen die Unterdruckfestigkeit eines Tanks gegen elastisches oder plastisches Einbeulen und ebenso die Überdruckfestigkeit. Für den Druckausgleich beim Befüllen oder Entleeren ist am Tank ein Belüftungsstutzen angebracht. Denn gäbe es keinen Ausgleich, so würde sich der Behälter verformen oder könnte brechen.
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie muss die Be- und Entlüftung keimfrei erfolgen, damit keine Verunreinigungen oder Bakterien in den Lagertank gelangen können. Um das zu gewährleisten, werden sterile hydrophobe PTFE-Membranfilterkerzen für die Tankbelüftung eingesetzt.
Abläufe beim Befüllen und Entleeren
Wird ein Lagertank gefüllt, fördert die Zulaufpumpe ein gewisses Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit in den Behälter. Ohne eine Entlüftung würde sich das darin enthaltene Gas oder Gas-Luft-Gemisch, das der Einfachheit halber als Luft bezeichnet wird, komprimieren. Der Druck im Tank könnte sich im Extremfall bis zum irreversiblen Verformen oder gar Bersten des Behälters erhöhen. Wie beim Befüllen käme es auch beim Abpumpen des Produkts aus dem Lagertank zu einer Druckveränderung, wenn es keine Tankbelüftung gäbe. Denn beim Entleeren wird Flüssigkeit pro Zeiteinheit aus dem Behälter entnommen. Die im Tank enthaltene Luft würde ohne Tankbelüftung einen Unterdruck erzeugen. Im schlimmsten Fall würde sich der Behälter dabei zusammenziehen und irreversibel verformen.
Weil sich in einem Lagertank das Luftpolster aus physikalischen Gründen immer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels bildet, sitzt die Belüftung oben am Behälter oder zumindest oberhalb des maximal möglichen Füllstandes. Ein steriler Tankbelüftungsfilter gewährleistet, dass Luft ein- und ausströmen kann, ohne dass sich durch den Druckwiderstand des Filters ein Unterdruck oder ein Überdruck im Behälter aufbaut. Gleichzeitig verhindert er den unerwünschten Austausch von Verunreinigungen, Keimen und Bakterien. PTFE-Membranen mit ≤ 0,2 µm Filterfeinheit halten Bakterien und Keime sicher zurück. Die PTFE-Membranfilterkerzen WFPTFE von Wolftechnik sind in Filterfeinheiten von 0,05 bis 1,0 μm verfügbar. Das hydrophobe Membranmaterial besitzt eine hochporöse Struktur und eine homogene Porenverteilung.
Wasserabweisendes Filtermaterial
Oft werden gerade bei der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken flüssige Produkte im Prozess gekühlt und dann kalt in die Lagertanks abgefüllt. Im Sommer sind Behälter und Umgebungsluft warm. Aufgrund des Temperaturunterschiedes kommt es zu einer Kondensation an der Außenseite der Behälterwand. Wassertropfen bilden sich an der Oberfläche des Behälters und auch an der Außenseite des sterilen Tankbelüftungsfilters. Das Gleiche geschieht physikalisch, wenn warme oder heiße Flüssigkeit in den Lagertank gepumpt wird. Hier bildet sich aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit und der Umgebungsluft sowie dem Tank Kondensationswasser im Innern des Behälters und auf der Innenseite des sterilen Tankbelüftungsfilters. Die auftretende Kondensationsflüssigkeit kann in beiden Fällen die Durchströmbarkeit des sterilen Tankbelüftungsfilters mit Luft stark beeinträchtigen. Dringt das Kondensat zudem in die Poren des Filterelements ein, kann keine Luft mehr durch den Filter strömen, denn seine Poren sind mit dem eingedrungenen Wasser verblockt. Wäre das der Fall, könnte über den sterilen Tankbelüftungsfilter kein Druckausgleich mehr stattfinden. Die Folgen könnten, wie eingangs dargestellt, dramatisch ausfallen.
Die Lösung sind wasserabweisende Filtermaterialien. Denn ein hydrophobes Filtermaterial verhindert, dass Kondensate die Durchströmung des sterilen Tankbelüftungsfilters beeinträchtigen können. Als hydrophobe Filtermaterialien eignen sich Membranen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besonders gut. Bekannt sind Garne aus PTFE-Fasern wegen ihrer wasserabweisenden, aber dampfdurchlässigen Materialeigenschaften zum Beispiel als Gewebe für Outdoor- und Skijacken sowie für Zelte. Diese Materialeigenschaft wird beim sterilen Tankbelüftungsfilter ausgenutzt. Die Kondensattröpfchen bleiben an der Oberfläche der Membranen liegen und dringen nicht in die Poren der PTFE-Membrane ein. Vielmehr perlen sie ab und tropfen zurück in den Behälter oder werden über einen Kondensatablassschlauch außen am Lagerbehälter abgeführt. Eine tropfende sterile Tankbelüftung ist deshalb ein gutes Zeichen.
Wolftechnik Filtersysteme GmbH & Co. KG, Weil der Stadt
Autor: Peter Krause
Geschäftsführer,
Wolftechnik Filtersysteme
