Zusammenspiel Hygienic Design und Cleaning In Place. EHEDG fordert: Kritische Bereiche vermeiden - prozesstechnik online

EHEDG fordert: Kritische Bereiche vermeiden

Zusammenspiel Hygienic Design und Cleaning In Place

Bei der Lebensmittelherstellung erweist sich das „Cleaning In Place“ als zentraler Punkt. Quelle: WZV_Binder GmbH
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Die Anforderungen an die Lebensmittelherstellung sind heute enorm. Einerseits steht die Lebensmittelproduktion unter einem massiven Kosten- und Wettbewerbsdruck. Andererseits sehen sich Lebensmittelhersteller mit gestiegenen Verbrauchererwartungen, immer leichteren Verpackungsmaterialien und deutlich längeren Mindesthaltbarkeiten sowie der Erfüllung gesetzlicher Anforderungen konfrontiert. Hier kommt die Technologie CIP (Cleaning In Place) ins Spiel.

Um am Markt bestehen zu können, müssen sich Lebensmittel zu möglichst niedrigen Kosten möglichst effizient herstellen lassen. Gleichzeitig lautet die Vorgabe, dass die Produkte sicher sein und die hochqualitativen Kriterien erfüllen sollen. Durch die Produktmatrix, also den Produkten die auf der Anlage hergestellt werden, und den daraus resultierenden Herstellprozessen werden die Anlagenanforderungen definiert. Neben diesen funktionalen Anforderungen, die bei vielen Anlagen heute auch erfüllt werden, fällt der Reinigbarkeit eine wesentliche Rolle zu.

Reinigen ohne Zerlegen

Bei der Lebensmittelherstellung erweist sich CIP, das „Cleaning In Place“ (also die Reinigung ohne Zerlegen der Anlage) als zentraler Punkt. Sie ist ein essentieller Bestandteil der Lebensmittelherstellung, mit dem Ziel sicher und hygienisch zu produzieren sowie das Lebensmittel vor ungewollten Veränderungen zu schützen. Bei der Lebensmittelproduktion müssen die Anlagen direkt nach der Produktion gereinigt werden. Ziel der CIP ist es, die Anlage vollständig und effizient zu reinigen. Das bedeutet sicher und vollständig – und das bei möglichst geringen Kosten sowie dem geringstmöglichen Zeitaufwand.

Erfüllt eine Anlage die konstruktiven Kriterien für eine leichte Reinigbarkeit nicht, lässt sie sich nur mit einem erheblichen Mehraufwand, im schlimmsten Fall auch gar nicht reinigen. Die Folgen derartig schlecht konzipierter Anlagen lauten: höhere Prozesskosten durch eine erforderliche längere Reinigungszeit, höhere Konzentration an Reinigungs- und Desinfektionsmittel, höherer Energieeinsatz durch höhere Temperaturen sowie höhere Fließgeschwindigkeiten bei der Rohrreinigung.

Kosten reduzieren

Dies resultiert in gestiegenen Kosten, Kapazitätsverlusten und oftmals einem erhöhten Verschleiß der Anlagen. Dadurch entfernt sich der Lebensmittelhersteller von seinem ursprünglichen Ziel, mit niedrigen Kosten die Produktion optimal zu gewährleisten. Noch gravierender sind Wettbewerbsnachteile, die entstehen können, wenn der Lebensmittelhersteller nicht mehr lieferfähig ist. Zum Beispiel kann das der Fall sein, wenn die Produkte nicht freigegeben sind oder nicht produziert werden können, da zusätzliche Reinigungsschichten erforderlich wurden.

Die CIP-Reinigung von Rohrleitungen und Behältern kommt ohne die Zerlegung der Anlage aus – es werden Reinigungsmittel nach einem vordefinierten Prozess bei verschiedenen Temperaturstufen in dem Kreislauf gepumpt. Damit besteht die Gefahr, dass auch aus dem Bereich der CIP-Anlage die Kontamination wieder in den Produktbereich verschleppt wird.

Reinigen der CIP-Anlage

Eine reinigbare Gestaltung der CIP-Anlage gemäß den Hygienic Design-Kriterien ist absolut notwendig – genauso wie die Möglichkeit, die CIP-Anlage selbst zu reinigen. Nur so lässt sich gewährleisten, dass die Reinigungsmittel ihre optimale Wirksamkeit behalten und die Produktionsanlage ohne Risiko gereinigt werden kann.

Die CIP in Behältern findet über statische oder rotierende Sprühköpfe statt. In diesem Bereich gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die an den Anwendungsfall angepasst werden müssen. Eine alle Kriterien erfassende Projektierung des Behälter-Reinigungssystems ist für eine erfolgreiche CIP-Behälter-Reinigung entscheidend.

Reinigungsaufgabe definieren

Zunächst muss die Reinigungsaufgabe untersucht werden. Dabei gilt es zu klären, welche Verschmutzung vorliegt und zwar in welcher Menge, andere Parameter dazu sind zum Beispiel die Rheologie oder der Zustand. Anschließend wird das Reinigungsziel oder der Reinheitsgrad definiert. Dies hängt im Wesentlichen vom Risiko der Kontamination des Lebensmittels ab. Der Betreiber der Anlage legt dies fest, denn er kennt am besten die Anforderungen an die Sauberkeit sowie die Gefahren und Risiken, die das Lebensmittel verderben können.

Anhand dieser Informationen wird dann die Reinigungsarmatur ausgewählt. Je nach Stärke der Anhaftung der Verschmutzung und dem Verschmutzungsgrad stehen verschiedene Systeme zur Verfügung. Bei einfachen Reinigungsaufgaben reicht vielfach eine Benetzung der Oberflächen aus. Dazu werden vorwiegend statische Systeme mit fest installierten Sprühkugeln eingesetzt.

Mehrere Achsen nötig

Bei starker Anhaftung und/oder starken Verschmutzungen kommen dagegen einfach rotierende Systeme oder Orbital-Reinigungssysteme (in zwei Achsen rotierend) zum Einsatz. Dementsprechend ist die mechanische Wirkung bei dynamischen System größer.

Bei starker Verschmutzung kommen einfach rotierende Systeme oder Orbital-Reinigungssysteme zum Einsatz. Quelle: Dr. Mader

Ein weiterer entscheidender Faktor ist die Positionierung der Reinigungssysteme. Je nach Art und Menge der Einbauten im Tank, wie Rührer oder Strömungsbrecher etc. sowie der Gestaltung der Tanks selbst mit Zylinderstutzen, sonstigen konischen Stutzen zylindrischen Mannlöchern usw., ist es oft notwendig, mehrere Reinigungsarmaturen zu installieren, um diese kritischen Bereiche sicher zu reinigen. Das primäre Grundprinzip des Hygienic Design lautet aber, derartige kritische Bereiche zu vermeiden, anstatt sie mit zusätzlichen Armaturen auszureinigen.

Auslegung nicht trivial

Die Auslegung und die Konfiguration einer CIP-Anlage sind nicht trivial. Eine Vielzahl an Kriterien ist maßgebend und sollte berücksichtigt werden. Daher ist es notwendig, ein detailliertes Lastenheft zu erstellen, das definiert, wie die Reinigung erfolgen soll. Hierzu gehören Aspekte wie: Welches Produkt wird auf der Anlage hergestellt, wie sind deren Hafteigenschaften und Abreinigungsmöglichkeiten, welche Fertigungsabläufe sind vorhanden, welche Maschinen oder Analgenbereiche sollen gereinigt werden und so weiter.

Von Anfang an sollte festgelegt und entschieden werden, wie die Reinigung durchzuführen ist. Dies ist auch entscheidend für die Gestaltung und Auslegung der Anlagen. Viele Investitionsentscheidungen werden auch heute noch nach der reinen technischen Spezifikation und dem Preis getätigt, selten aber nach den tatsächlichen TCO (Total Cost of Ownership). Dabei ist ein reiner Preisvergleich, in vielen Fällen nicht aussagefähig, da hochwertige, reinigbare Komponenten nicht mit den üblichen „Standardkomponenten“ vergleichbar sind.

Bei der detaillierten Betrachtung solcher Investitionen zeigt sich wiederholt, dass die Investition mit dem höheren Preis deutlich niedrige Kosten beim Betrieb der Anlage zur Folge hat. In einzelnen Projekten konnte nachgewiesen werden, dass der Mehrpreis für die Hygienic Design optimierte Anlage gegenüber der rein funktionalen Anlage im einstelligen Prozentbereich liegt. Der ROI (Return on Investment) liegt bei diesen Anlagen bei ein bis maximal zwei Jahren.

Vorgaben prüfen

Wie können die, für die Anwendung erforderlichen konstruktiven Hygienic Design Vorgaben in der Anlage geprüft werden? Die „Hygienic Design Line Qualification“ ist die Analyse und Risikobewertung gemäß des Anforderungskatalogs von Hygienic Design Weihenstephan. Dieser leitet sich wiederum von den Anforderungen aus den EHEDG-Guidelines  ab, die von der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) definiert wurden.

Das HDW Certified System bewertet und zertifiziert den Grad der Umsetzung der Hygienic Design-Anforderungen der gesamten Anlage. Quelle: Dr. Mader

Hierbei werden alle Bereiche begutachtet und auf Reinigbarkeit untersucht, was der „Installation Qualification“ entspricht. Darüber hinaus erfolgt eine Risikobewertung hinsichtlich möglicher Lebensmittelkontaminationen. Für jede Abweichung werden die konkreten Hygienic Design Vorgaben erläutert und verschiedene Lösungsansätze oder Maßnahmen vorgeschlagen.
Darüber hinaus bietet das „Hygienic Design Weihenstephan Certified System“ (HDW Certified System) die Möglichkeit, durch ein Scoring den Grad der Umsetzung der Hygienic Design-Anforderungen der gesamten Anlage zu bewerten und zu zertifizieren. Bezogen auf den Verwendungszweck gilt es dabei, eine prozentuale Mindestumsetzung der Anforderungen bei allen Bauteilen, Komponenten, sowie der gesamten Anlage zu erreichen.

Diese sind umso höher, je höher die Anforderungen an die Hygiene der Anlage sind. Je besser die Reinigbarkeit der Anlage umgesetzt ist, umso niedriger ist das Risiko der Kontamination des Lebensmittels. Basis ist ebenfalls der HDW-Anforderungskatalog sowie die Konstruktionsprinzipien der EHEDG.

Risiken vermeiden

Es zeigt sich, dass falsch konzipierte Anlagen und Prozesse das Risiko der Kontamination von Lebensmittel erhöhen, mit der Konsequenz der Verschlechterung der Qualität der Produkte und damit einhergehend steigenden Kosten. Die konsequente Anwendung und Umsetzung der Hygienic Design-Kriterien von der Komponente bis zur Anlage ist Basis für einen nachhaltigen und sicheren Lebensmittelherstellprozess, die Erfüllung der einschlägigen Normen (EN 1672-2:2009, EN ISO 14159:2007 und EU Maschinenrichtlinie 2006/42/EG) sowie die Senkung der Total Cost of Ownership.

Dr.-Ing. Franz Mader, Hygienic Design Weihenstephan, Ingenieurbüro Mader

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