Das Grundprinzip von Hygienic Design ist eindeutig: Immer geht es darum, durch konstruktive Maßnahmen zu verhindern, dass unerwünschte Mikroorganismen oder Verunreinigungen in ein Lebensmittel gelangen. Doch es handelt sich um eine komplexe Materie, die allzu oft auf den Werkstoff Edelstahl reduziert wird. Worauf müssen Anlagenbauer und Lebensmittelproduzenten achten?
Vor sechs Jahren meldeten die zuständigen Behörden 83 Lebensmittelrückrufe an das Onlineportal lebensmittelwarnung.de. 2017 waren mit 161 Fällen fast doppelt so viele Produkte betroffen. Neben Fremdkörpern sind mikrobiologische Verunreinigungen die häufigste Rückrufursache.
Dieser Sachverhalt ist auch Dr. Jürgen Hofmann bekannt: „Viele dieser Rückrufe hätten sich durch zuverlässig gereinigte und gewartete Anlagen und hygieneoptimierte Prozessumgebungen vermeiden lassen“, so der Chairman der deutschen Gruppe der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG). Das zeige, dass die Bedeutung von Hygienic Design im Maschinenbau noch immer unterschätzt werde. „Die Anlagenbauer wissen, dass sie aufgrund der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG die Grundsätze einer reinigungsgerechten Konstruktion einhalten müssen.“
Die Details sind in der DIN EN 1672-2:2009-07 (Nahrungsmittelmaschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze – Teil 2: Hygieneanforderungen) festgelegt, die die Konstruktionskriterien der Maschinenrichtlinie beschreibt. Vielfach fehle allerdings das notwendige Detailwissen, um die allgemein gehaltenen Anforderungen auf der konstruktiven Ebene konkret umzusetzen. Hier setzt die EHEDG-Guideline Nr. 8 an. Das Dokument wurde mit dem Ziel veröffentlicht, die Forderungen der Maschinenrichtlinie genauer zu beschreiben und zu kommentieren.
Bei geschlossenen Prozessen, wie sie für die Getränkeindustrie typisch sind, umfasst dies vor allem die produktberührenden Komponenten. Hier sind alle Oberflächen selbsttätig ablaufend zu gestalten, damit sich keine Reste ansammeln können, die beim Entleeren haften bleiben.
Bei den offenen Prozessen der Fleisch- und Backwarenbranche spielt zusätzlich die Kontaminationsgefahr der Umgebung eine wichtige Rolle. Und auch die nicht produktberührten Materialien sollen leicht zu reinigen sein und eine glatte Oberfläche besitzen. Überhängende 30-Grad-Dachschrägen mit waagerechten Tropfkanten sorgen beispielsweise bei Maschinengehäusen und Schaltschränken für schnelles und sicheres Ablaufen von Flüssigkeiten.
Edelstahl allein reicht nicht
Am stärksten ausgeprägt sind die Kriterien in der Fleisch- und Fischverarbeitung sowie in Molkereien, da diese Produkte einen guten Nährboden für Mikroorganismen darstellen. „Maschinen aber auch Sensoren und Aktoren, die den Hygieneanforderungen nicht entsprechen, sollten deshalb gar nicht erst zum Einsatz kommen“, rät Jürgen Hofmann.
Die EHEDG bietet Anlagenbauern mit einer Zertifizierung den Nachweis an, dass ihre Komponenten den Stand der Technik einhalten und speziell hinsichtlich Reinigbarkeit oder auch für den Einsatz in aseptischen Prozessen geeignet sind. Besitzen die Bauteile eines der sieben EHEDG-Zertifikate, könne man sicher sein, dass „sich diese einfach reinigen lassen, sofern sie prozessseitig korrekt in die Anlage integriert sind“.
Falsche Interpretation
Doch gerade in der Lebensmittelindustrie wird das Verständnis für leichte Reinigungsfähigkeit häufig falsch interpretiert. Wie sauber eine Anlage nach der Reinigung ist, hängt vor allem vom Zustand der produktberührten Oberflächen ab. Edelstahl gilt gemeinhin als das hygienische Material schlechthin, doch Jürgen Hofmann warnt: „Auch Edelstahl rostet unter bestimmten Bedingungen!“
Verursacher sind beispielsweise Chloridionen in saurem Milieu, wie sie in Reinigungsmitteln und in den Lebensmitteln selbst vorkommen – und nicht nur dort. Ein gefährliches Potenzial erwächst auch aus dem Biofouling, der unerwünschten und übermäßigen Vermehrung von Mikroorganismen.
Dem Lochfraß auf der Spur
Plötzlich auftretende erhöhte Keimbelastungen in der Produktion, die gleich darauf im Hygiene-Monitoring nicht mehr nachweisbar sind: Biofilme haben die Eigenschaft, sich lange Zeit unerkannt in den Anlagen auszubreiten. Neben der Beeinträchtigung der Lebensmittelqualität verursachen sie infolge lokal aufkonzentrierter Elektrolyte ein hochkorrosives Milieu. Die Folge: Es entsteht biogener Lochfraß, der selbst vor austenitischem Stahl nicht Halt macht.
Probleme dieser Art führen allein in Deutschland jedes Jahr zu Kosten in dreistelliger Milliardenhöhe. Zu diesem Ergebnis kommen die Experten vom Biofilm Centre der Universität Duisburg-Essen in ihren Schätzungen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass 30 Prozent aller korrosionsbedingten Kosten auf mikrobielle Materialzerstörung zurückzuführen sind.
„Der beste Ansatz, Biokorrosion zu vermeiden, ist deshalb die Entstehung von Biofilmen von Anfang an einzuschränken – durch konsequentes Hygienic Design der Anlagen und die richtige Desinfektions- und Reinigungsstrategie“, empfiehlt Jürgen Hofmann. Allen voran gilt es die sogenannten Conditionial Films zu vermeiden. Das sind erste Ablagerungen von Makromolekülen und Schmutz, wie sie durch Lebensmittelrückstände in den Rohrleitungen und Prozessanlagen entstehen.
Elektrolytisches Polieren beseitigt Rauheiten
Zwingend erforderlich ist dafür eine hohe Güte der produktberührenden Bereiche in den Anlagen und Rohrleitungen. „Erst die Passivität des Edelstahls und eine mittlere Rautiefe von maximal 0,8 Mikrometer gewährleistet dies“, so Jürgen Hofmann. Passivität bedeutet in diesem Fall nichts anderes, als das Entfernen des freien Eisens von der Edelstahloberfläche – entweder mithilfe einer sauren Lösung oder unter Einwirkung von Gleichstrom in einem Elektrolyt, dem sogenannten Elektropolieren.
In beiden Fällen wird die Konzentration von Chrom auf der Oberfläche erhöht, welches bei Kontakt mit Sauerstoff eine schützende Oxidschicht bildet. Eine eigene Arbeitsgruppe der EHEDG befasst sich mit der Behandlung von Edelstahloberflächen. Veröffentlicht sind die Empfehlungen in der Guideline 18 (Chemische Behandlung von Edelstahloberflächen).
Der Blick auf das große Ganze
Die Guidelines der EHEDG zählen zu den verlässlichsten Referenzen, um Maßstäbe zur Bestimmung des Stands der Technik in Bezug auf Hygienic Design zu definieren. Ein EHEDG-Zertifikat allein ist jedoch noch keine Garantie. Der Weg zur sicheren Lebensmittelherstellung gehe „weit über die reinigungsgerechte Konstruktion einzelner Bauteile hinaus“, resümiert Jürgen Hofmann.
Der eigentliche Stolperstein sei das Einbinden der Komponenten. „Leider halten sich noch immer Prozessanschlüsse am Markt, für die es seit Jahren hygienische Alternativen gibt“, weiß der Experte. Nicht CIP-fähige (CIP steht für Cleaning In Place) Milchrohrverschraubungen sind ein Beispiel dafür. Kommen sie zum Einsatz besteht die Gefahr, dass die Anlage trotz aufwändiger Reinigungsprozedur nicht zuverlässig sauber wird.
Gesamtsystem als Entscheidungsparameter
Lebensmittelhersteller müssen ihre aus Tanks, Prozessbehältern, Rohren und Komponenten wie Pumpen und Sensoren bestehenden Anlagen als Gesamtsystem betrachten. Deshalb ist es im Vorfeld einer Neuinvestition einer Nahrungsmittelmaschine immer erforderlich, detailliert Forderungen hinsichtlich der Hygiene und Reinigbarkeit aufzustellen oder vertraglich zu vereinbaren.
Gleiches gilt für die Gestaltung von Gebäuden und Produktionsräumen. Eine optimale Umsetzung von Hygienic Design sei nur dann möglich, wenn der Überblick über das sprichwörtliche große Ganze nicht in den Hintergrund gerate. „Sonst“, so Jürgen Hofmann mit Blick auf die gestiegene Anzahl der Lebensmittelrückrufe, „befassen wir uns immer nur mit den Symptomen eines schlechten Hygienic Designs – und nicht mit den Ursachen.“
Autorin: Mareike Bähnisch, Freie Journalistin
EHEDG-Leitlinie Nr. 8: Grundregeln des Hygienic Designs
Oberflächen und Geometrie: Oberflächen müssen reinigungsfähig sein und dürfen keine toxikologische Gefährdung für das Lebensmittel darstellen. Produktberührte Oberflächen müssen beständig sein gegenüber dem Produkt und gegenüber Reinigungs- und Desinfektionsmitteln.
Oberflächenbeschaffenheit und Rauigkeit: Produktberührte Flächen sollten frei von Mängeln wie Vertiefungen, Falten und Rissen sein. Größere produktberührte Bereiche sollten über eine Rauheit von Ra = 0,8 µm oder besser verfügen.
Entleerbarkeit und Gestaltung: Die Innen- und Außenbereiche sämtlicher Apparate, Bauteile und Rohrleitungen müssen selbstentleerend oder entleerbar sein und leicht zu reinigen sein. Horizontale Flächen müssen vermieden werden: sie sollten stets zu einer Seite geneigt sein und so ausgeführt werden, dass Flüssigkeiten vom Produktbereich wegfließen.
Installation: Wann immer möglich, ist das Risiko zu vermeiden, dass sich auf Geräten Rohren oder Innenwänden von Gebäuden Kondensat bildet.
Schweißen: Dauerhafte Metall-Metall-Verbindungen, die mit dem Produkt in Kontakt kommen, müssen durchgängig geschweißt und frei von Fehlern sein. Auch Schweißnähte, die nicht mit dem Produkt in Kontakt kommen, müssen durchgehend und glatt sein, um eine ausreichende Reinigung zu ermöglichen.
Stützkonstruktionen: Stützkonstruktionen für Rohre oder Apparate müssen so hergestellt und installiert werden, dass sich auf der Oberfläche oder innerhalb von Trägern kein Wasser oder Schmutz ansammeln kann.
Isolierungen: Isolationswerkstoffe, die mit Edelstahl überzogen sind, der vollständig verschweißt ist, so dass kein Zutritt von Luft oder Feuchtigkeit möglich ist, reduziert das Risiko für mikrobielle Verschmutzung oder Korrosion.
Hier geht es zu den zugehörigen Whitepaper-Dokumenten.
