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Filtrationsgrundlagen für Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Von Richard Juskowiak, Donaldson Prozessfiltration

Als Lebensmittel- oder Getränkehersteller haben Sie eine Frist zur Einhaltung des Federal Food Safety Modernization Act (FSMA) und müssen einen „Hazard Analysis and Critical Control Point (HACCP)“ Plan oder einen „Hazard Analysis and Risk-based Preventive Controls (HARPC)“ Plan entwickeln. Vielleicht sind Sie gerade dabei, Ihre Anlage zu aktualisieren. Es gibt keinen besseren Zeitpunkt, um das Design Ihres Filtersystems zu überprüfen, das im Mittelpunkt der Lebensmittelsicherheit steht.

Achten Sie bei der Untersuchung Ihres Prozesses und Ihrer Anlage auf die beiden Schlüsselbereiche für die Bestimmung des Filtrationsbedarfs:

  1. Wo werden Verunreinigungen zuerst erzeugt oder eingeführt; und
  2. Wo birgt der Prozess weitere Risiken.

Zuerst analysieren Sie Ihre Versorgungsquellen, wo Dampf und Gase wie Stickstoff sowie Druckluft erzeugt oder in großen Mengen gespeichert werden. Genau in diesen Bereichen sammeln sich Öl, Feuchtigkeit, Verunreinigungen und Bakterien an, vor allem, wenn Ihre Luft oder Ihr Wasser aus Versorgungsanlagen mit fragwürdiger Qualität stammt.

Planen Sie einen Vorfilter an dieser Stelle. 10 -µm-Elemente scheiden größere Partikel und 95-98 Prozent aller Verunreinigungen ab, eine akzeptable Leistung für industrielle Anwendungen wie z. B. Wasch-, Reinigungs- und Sterilisationsanlagen (CIP/SIP). Die Vorfiltration trägt dazu bei, die Austauschkosten und Ausfallzeiten zu minimieren, indem sie die teuersten Feinfaserfilter in Ihrer Prozesslinie schützt. Brunnen- oder Flusswasser mit einer größeren Menge an Schmutz kann eine Reihe von 50-, 20- und 10-µm-Vorfiltern erfordern, und für verschmutzte Luft ist möglicherweise mehr als einen Druckluftvorfilter notwendig, besonders wenn sie in Anwendungen mit Lebensmittelkontakt verwendet wird.

Beispielhafter Filtrationsplan für eine Joghurtverarbeitungsanlage

Nicht alle Verunreinigungen können an der Quelle verhindert werden, daher müssen Sie als nächstes kritische Kontrollstellen an Ihrer Prozesslinie identifizieren – überall dort, wo die Möglichkeit einer neuen Verunreinigung besteht oder wo ein Eindringen irreversibel wäre. Hier verwenden Sie spezifische Elemente in steriler Qualität, normalerweise 0,2 µm oder feiner. Einige dieser kritischen Kontrollstellen sind:

Misch- und Lagertanks. Unerwünschte Bakterien können sich an diesen Stellen leicht vermehren, und Sauerstoff kann auch gewisse Produkte verderben. Inerter Stickstoff ist ein guter Tankpuffer, bevor Sie Ihre Zutaten hinzufügen. Achten Sie jedoch zunächst darauf, den Stickstoff zu filtern, um mögliche Verunreinigungen aus Tanks, Kompressoren und Schläuchen zu entfernen.

Zwischenschritte und Inhaltsstoffe. Bei jedem neuen Schritt oder beim Einführen eines neuen Inhaltsstoffs in Ihrer Prozesslinie besteht ein neues Kontaminationsrisiko. Spätere zugesetzte Zusatzstoffe können Aromen, Gewürze, Konservierungsmittel und Emulgatoren sein. Bei Soda ist es kohlensäurehaltiges CO2. Berücksichtigen Sie Filter für jeden neuen Inhaltsstoff – ebenso wie für jeden neuen Gas-, Dampf- oder Luftprozess.

Endverarbeitung und Verpackung. Um die noch vorhandenen Verunreinigungen zu entfernen, planen Sie im letzten Prozessschritt eine Filterung. Bei der Wasserabfüllung wird z. B. ein letzter Membranfilter empfohlen. Die Verpackung selbst kann ein Risiko darstellen. Verpackungen und Siegel, die mit dem Lebensmittel oder Getränk in Berührung kommen, sollten mit kulinarischem Dampf gestrahlt werden, um die beim Transport oder der Lagerung aufgenommenen Mikroben abzutöten.

Wenn Sie die richtigen Einbaulagen für die Filter gefunden haben, sollten Sie die Qualität Ihrer Ausrüstung und die Auswahl der Elemente berücksichtigen. Achten Sie auf alternde oder defekte Komponenten wie Luftkompressoren, die eine häufige Quelle für Ölleckagen sind. Rohre und Gehäuse können abplatzen oder Spalten bilden, in denen sich Fäulnis bildet.

In den meisten Normen und Richtlinien sind Edelstahlsysteme spezifiziert, aber wenn Komponenten nicht 3-A-zertifiziert sind, können sie versteckte Risiken bergen, einschließlich:

  • Schlechte Schweißnähten mit raue Stellen;
  • Eine gestrahlte Oberfläche statt einer elektropolierten;
  • Rohrverbindungen mit Flansch oder Gewinde des Typs NPT (National Pipe Thread) anstelle eines Sanitäranschlusses wie z. B. Tri-Clamp®-Sanitärschellen.
Dieses Symbol bedeutet, dass die Geräte von Dritten durch 3-A Sanitary Standards, Inc. geprüft wurden.

Verwechseln Sie eine „3-A-konforme“ Anforderung nicht mit „3-A-zertifiziert“. Nur zertifizierte Anlagen werden von unabhängiger Seite auf ein sanitäres Design überprüft, wodurch die Anzahl der Stellen, an denen sich Bakterien ansammeln und vermehren können, reduziert wird.

Auch die Filterklassen sorgen für Verwirrung. Eine Mikron-Klasse ist nur die Partikelgröße, für die ein Filter ausgelegt ist. Der Wirkungsgrad ist der Prozentsatz für die Absorption in diesem Mikron-Bereich. Sie brauchen beide Daten, um die richtigen Elemente auszuwählen. Ein Filter mit der Bezeichnung 1 Mikron klingt zwar sicher, er hat aber nur einen Wirkungsgrad von 85 %. Das Gegenteil kann auch der Fall sein. Ein 10-Mikron-Filter mit einem Wirkungsgrad von 10 hoch 5 (99,999 %) ist für die Vorfilterung zu fein. Auch die Begriffe „absolut“ und „nominal“ sind wichtig. Absolute Filtermedien können Wirkungsgrade von 99,98 % oder mehr erreichen, während ein nominaler Filter typischerweise einen Wirkungsgrad von 60 % bis 98 % bei gleicher Mikrongröße aufweist.

Drei 1-Mikron-Filter können unterschiedliche Wirkungsgrade haben

Nachdem Sie die Nennwerte abgewogen und die Zertifizierung überprüft haben, können Sie andere Parameter erwägen:

  • Tiefenbelastbarkeit (Rückhaltung);
  • Anzahl der Sterilisationszyklen, die das Filterelement sicher verträgt;
  • Wechselintervall des Elements (Filterlebensdauer); und
  • Durchflussraten, die die Energiekosten in die Höhe treiben.
Traditioneller schmelzgeblasener Filter (rechts) im Vergleich zu einem plissierten Kartuschenfilter (links)

Alle diese Leistungsfaktoren tragen zu den Gesamtbetriebskosten bei. Ein plissierter Flüssigkeitskartuschenfilter, der anfangs mehr kostet, kann länger halten und im Vergleich zu einem herkömmlichen schmelzgeblasenen Filter Kosten sparen.

Eine sichere und kostengünstige Filtration bedeutet den richtigen Wirkungsgrad bei der richtigen Mikrongröße am richtigen Ort. Jeder Prozess ist einzigartig, aber ein vorgefertigtes Filtrationsdiagramm kann ein guter Ausgangspunkt sein. Donaldson hat diverse Filtrationsdiagramme für spezifische Lebensmittel- und Getränkeanwendungen erarbeitet. Diese können hier kostenlos heruntergeladen werden:

Gerne helfen wir Ihnen auch bei der Entwicklung eines maßgeschneiderten Filtrationsplans für Ihre Anlage.

Eine ausführlichere Version dieses Artikels finden Sie in unserem Beitrag in der September-Ausgabe 2017 der Zeitschrift Processing.

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Richard Juskowiak ist Product Support Specialist im Geschäftsbereich Prozessfiltration der Donaldson Company, Inc. Er ermittelt, welche technischen Lösungen Hersteller benötigen und arbeitet mit Ingenieuren an der Einführung von Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen.
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