Schon lange vor der Verabschiedung des Food Safety and Modernization Act (FSMA) im Jahr 2011 waren Lebensmittelverarbeiter in den USA durch den Code of Federal Regulations (21 CFR 110) gesetzlich verpflichtet, sichere und gesunde Lebensmittel herzustellen. Neben der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften sind auch der Schutz der Verbraucher und Ihrer Marke wichtige Gründe, potenzielle Risiken in Ihrer Anlage frühzeitig anzugehen.    

Im Laufe der Jahre wurden die Methoden zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit in einer Reihe von Branchenleitlinien und -normen festgelegt. Dabei handelt es sich um Managementkonzepte oder Ausrüstungskonzepte, die zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit und -qualität beitragen. Ein Hilfsmittel in der Praxis ist ein sogenannter HACCP-Plan (Hazard Analysis of Critical Control Points). Für einige Verarbeitungsbetriebe ist dieser sogar erforderlich. 

Was ist ein HACCP-Plan?

In einem HACCP-Plan legt der Prozessverantwortliche alle sogenannten kritischen Kontrollpunkte innerhalb des Prozesses fest. Dies sind Stellen, an denen biologische, chemische oder physikalische Verunreinigungen in den Prozess eindringen und/oder das Produkt verunreinigen können. Für jeden identifizierten Punkt ergreift der Betrieb Maßnahmen, um die Gefahr auf ein akzeptables Maß zu begrenzen.

Warum sind Versorgungsanlagen in einem HACCP-Plan so wichtig?

Unabhängig davon, ob ein HACCP-Plan für Ihr Unternehmen vorgeschrieben oder freiwillig ist, sollte die Filtration ein wichtiger Bestandteil sein.

Druckluft, Gase wie Stickstoff, Wasser und andere Flüssigkeiten sowie industrieller oder kulinarischer Dampf sind in den meisten Lebensmittelprozessen anzutreffen. Die hierfür verwendeten Versorgungsanlagen sind die Hauptquelle für Öl, Mikroben oder Partikel, die entweder von außen eingeschleppt oder von den Prozessanlagen aufgenommen werden. Die wichtigste Maßnahme zur Eindämmung dieser Risiken im Kontext der Versorgungsanlagen ist die Filtration.

Wie unterscheiden sich HARPC- und HACCP-Pläne – und was gilt nun für meinen Betrieb?

Die Planung der Gefahrenanalyse und risikobasierten Präventivkontrolle (HARPC) befasst sich mit den Risiken in der gesamten Lieferkette eines Unternehmens. Praktisch jeder Betrieb muss gemäß dem Food Modernization and Safety Act von 2011 einen HARPC-Plan für die Lebensmittelsicherheit vorhalten.

Die HACCP-Planung konzentriert sich auf den Umgang mit Kontaminationsrisiken innerhalb des Prozesses selbst. Der FMSA schreibt Verarbeitern von Fruchtsaft, Meeresfrüchten, Geflügel und Fleisch die Formulierung und Einhaltung eines HACCP-Plans vor. Empfohlen wird dies jedoch für alle Lebensmittelverarbeiter. 

Wo wird in Versorgungsanlagen mit Filtration gearbeitet?

Im Allgemeinen gibt es drei Bereiche, in denen die Gefahr einer Verunreinigung in Versorgungsanlagen besteht und in denen daher die Filtration so wichtig ist:

1.    Betriebsräume

Im Betriebsraum befinden sich Wasserleitungen, Heizkessel, Tanks und Generatoren. Da dies der Ausgangspunkt für alle weiteren Versorgungsanlagen der Verarbeitungseinrichtung ist, kann jede Verunreinigung, die sich an diesem frühen Punkt in Wasser, Luft/Gas oder Dampf findet, die nachgeschalteten Prozessschritte beeinträchtigen.

Hier ist eine Vorfiltration erforderlich, bevor die Versorgungsleitungen diesen Bereich verlassen und in den Prozess gelangen.

2.    Verwendungsstellen

Nachdem die Betriebsmedien die Rohrleitungen oder Tanks der Anlage durchlaufen haben, können sie stromabwärts direkt oder indirekt mit Lebensmitteln in Berührung kommen. Filter sind für verarbeitende Unternehmen ein wichtiger erster Schritt, bevor das Betriebsmedium im Prozess eingesetzt werden kann. Sinnvollerweise werden Filter für Sterilluft, Sterilflüssigkeit und kulinarischen Dampf an der jeweiligen Verwendungsstelle einer jeden Versorgungsleitung angebracht.

3.    Vor dem Verpacken

Vor dem Versiegeln der Verpackungen besteht möglicherweise eine letzte Möglichkeit, verbleibende Verunreinigungen zu entfernen. Wasser, Dampf oder Druckluft, die zum Formen, Reinigen oder Öffnen von Verpackungen verwendet werden, sollten zuvor ebenfalls gefiltert werden.

Wie filtere ich Flüssigkeiten, Luft und Dampf in meinem Prozess?

Jeder Lebensmittelprozess ist anders und unterliegt eigenen spezifischen Branchenrichtlinien wie den 3-A Sanitary Standards, den Vorgaben des British Retail Consortium (BRC) und anderen Auflagen. Bestimmte allgemeine Grundsätze gelten jedoch immer, wenn es um die Filtration von Versorgungsmedien bei der Lebensmittelverarbeitung geht. Im Folgenden werden die besonderen Risiken im Zusammenhang mit den einzelnen Versorgungsmedien beschrieben sowie die Best Practices für die Filtration an kritischen Kontrollpunkten.

Luft und Gas

Verwendung und Risiken

Mit Druckluft werden Zutaten bewegt, Texturen von Lebensmitteln gestaltet, Geräte getrocknet und Behälter ausgeformt. Andere Gase, die in der Lebensmittelverarbeitung Verwendung finden, sind reiner Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff. Durch das Vorhandensein von Kondenswasser und Schmiermitteln können Geräte und Anlagen für Erzeugung und Lagerung solcher Versorgungsmedien einen Nährboden für Mikroorganismen darstellen. Bei der Verwendung von Vorratstanks kann ein Tankwechsel auch dazu führen, dass offene Leitungen über die Luft mit Verunreinigungen in Berührung kommen.

Tipp: Um Öl und Kondenswasser möglichst effektiv aus der Druckluft zu entfernen, sollten Sie einen Filter wählen, der oleophob und hydrophob ist und unter nassen Bedingungen getestet wurde.

Ansätze für die Filtration

Konditionieren Sie die Druckluft im Betriebsraum so, dass sie beim Eintritt in den Prozess trocken und ölfrei bleibt. Dies kann mit einem Zyklonabscheider zum Abscheiden der Flüssigkeit, einem oder mehreren 1- bis 5-Mikron-Koaleszenz-Vorfiltern zum Auffangen von Ölaerosolen und einem Adsorptionslufttrockner zum Entfernen etwaiger restlicher Dämpfe geschehen. Nachgeschaltet, wo im Prozess sterile Luft erforderlich ist, wird jede Verwendungsstelle mit einem absolut bewerteten 0,2-Mikrometer-Endfilter an der Injektionsausrüstung gefiltert.

LifeTec™-Medien werden in einem Polypropylentützkäfig plissiert. So ist im Vergleich zu Meltblown-Elementen die Filterfläche um 20 % vergrößert und kann mehr Verunreinigungen aufnehmen, ohne den Prozessdurchsatz zu beeinträchtigen. Von den größeren Poren auf der stromaufwärts gelegenen Seite geht es zu kleineren Poren auf der stromabwärts gelegenen Oberfläche, wodurch ein spezifischer Grenzbereich im Mikrometerbereich entsteht. Die Käfigstruktur ist außerdem so konzipiert, dass sie sich bei hohen Durchflussraten nicht verbiegen und brechen kann. LifeTec-Filtrationsmedien wurden in Zusammenarbeit mit führenden Getränkeherstellern entwickelt. 

Die P-SRF-Borosilikat-Tiefenfilter von Donaldson haben eine Rückhaltequote von 99,99999 % (LRV 7) für Partikel ab 0,2 Mikrometern und gewährleisten eine sichere und sterile Filtration von Druckluft, technischen Gasen und Lüftungsanwendungen. Mit einem inneren und äußeren Stützmantel und Endkappen aus Edelstahl weisen die Filter eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf und halten bis zu 250 Dampfsterilisationszyklen stand. 

Wasser

Verwendung und Risiken

Prozesswasser wird zum Waschen und Sterilisieren, zum Rehydrieren und Kochen, zum Beheizen von Kesseln und zum Betrieb von Produktrückgewinnungssystemen verwendet. Sowohl aus kommunalen Rohrleitungen als auch aus Brunnen kann Schmutz eingetragen werden. Geräte wie Heizkessel können mit der Zeit verschleißen und Sedimente freisetzen. Wenn Wasser als Inhaltsstoff benötigt wird, kann die zur Entchlorung verwendete Aktivkohle selbst zu einer Nahrungsquelle für einen bakteriellen Biofilm werden, der teure Umkehrosmose-Membranen (RO-Membranen) verschmutzt. 

Tipp: Wenn Ihre Umkehrosmose-Membran aufgrund von Biofilmablagerungen nicht mehr als zwei Jahre hält, sollten Sie die Vorfiltration verbessern. Ein plissiertes Tiefenfiltermedium mit geprüftem Wirkungsgrad bietet einen hervorragenden RO-Schutz und spart Kosten.

Ansätze für die Filtration

Im Betriebsraum sollte das Rohwasser mit einem nominalen Polypropylen-Tiefenfilter mit 10 Mikrometern vorgefiltert werden – ein akzeptables Niveau für die Verwendung von Steam-in-Place (SIP) oder Clean-in-Place (CIP). Bei einem höheren Gehalt an Schwebstoffen kann eine Reihe von 50-, 20- oder 10-Mikron-Flüssigkeitsvorfiltern erforderlich sein. Bringen Sie in den Wasserleitungen für Ihre Wasch-, Koch-, Misch- oder Injektionsstationen, die direkt oder indirekt mit Lebensmitteln in Berührung kommen, bakterienhemmende Sterilfilter mit einer Porengröße von 0,2 Mikron an. Das Ergebnis entspricht in seiner Reinheit der Qualität von pasteurisiertem Wasser. 

LifeTec™-Medien werden in einem Polypropylentützkäfig plissiert. So ist im Vergleich zu Meltblown-Elementen die Filterfläche um 20 % vergrößert und kann mehr Verunreinigungen aufnehmen, ohne den Prozessdurchsatz zu beeinträchtigen. Von den größeren Poren auf der stromaufwärts gelegenen Seite geht es zu kleineren Poren auf der stromabwärts gelegenen Oberfläche, wodurch ein spezifischer Grenzbereich im Mikrometerbereich entsteht. Die Käfigstruktur ist außerdem so konzipiert, dass sie sich bei hohen Durchflussraten nicht verbiegen und brechen kann. LifeTec-Filtrationsmedien wurden in Zusammenarbeit mit führenden Getränkeherstellern entwickelt. 

Dampf

Verwendung und Risiken

Industriedampf dient als indirekte Wärmequelle, während kulinarischer Dampf zum Garen von Lebensmitteln durch Injektion verwendet wird oder zur Sterilisierung von lebensmittelberührten Oberflächen. Während bei den herrschenden Dampftemperaturen mikrobielles Wachstum als Risikoquelle vernachlässigbar ist, stellt bei Dampfleitungen aus Kohlenstoffstahl oder verzinktem Stahl, die konstanter Kondensation und Hitze ausgesetzt sind, die Korrosion ein größeres Kontaminationsrisiko dar. Rost kann Lebensmittelprodukte verunreinigen, die Sprühleitungen verstopfen und Geräte aus Edelstahl beschädigen. 

Die P-EG-Dampffilterelemente von Donaldson sind für die Reinigung von Dampf in der Industrie und in der Gastronomie mit einem Leistungsbereich von 100 bis 17.000 lbs. pro Stunde bei 3 bar ausgelegt. Bei hohen Durchflussraten halten sie einen niedrigen Differenzdruck aufrecht und sorgen so für mehr Energieeffizienz. Die P-EG-Linie umfasst 20 Größen mit verschiedenen Anschlussarten und Oberflächenausführungen.

Ansätze für die Filtration

Wenn Sie den Dampf relativ trocken halten, verringern Sie das Korrosionsrisiko und minimieren das Eindringen von Kesselwasser in Ihr Produkt. Um Kondensatansammlungen zu entfernen, bringen Sie einen Koaleszenzvorfilter (auch als Tropfen-Abscheider bezeichnet) an jeder Dampfleitung direkt vor den Druckminderventilen in Ihrem Prozess an. Durch die verringerten Kondensatmengen verschleißen die Ventile weniger schnell. Setzen Sie schließlich an jeder Verwendungsstelle einen finalen Dampffilter ein. Dampf in kulinarischer Qualität für Direktinjektion oder CIP/SIP-Verwendung erfordert eine Filtration, die 95 % der 2-Mikron-Partikel entfernt.

Tipp: Bei höheren Temperaturen und Drücken können Kohlefilterrohre Partikel abgeben. Wählen Sie hochwertigen Edelstahl – vor allem, wenn Ihr Prozess den Vorgaben der Pasteurized Milk Ordinance zur Milchpasteurisierung unterliegt. 

Gibt es Faustregeln für die Auslegung von Filtern?

Effektiv und effizient

Eine wirksame Filtration ergibt sich aus dem richtigen Wirkungsgrad bei der richtigen Mikrongröße am richtigen Ort. Im Folgenden finden Sie wichtige Grundsätze, die Sie bei der Planung und Wartung Ihres Systems für Luft-/Gas-, Flüssigkeits- oder Dampffiltration beachten sollten:

• Redundanz: Mehrere Filter an verschiedenen Stellen einer Versorgungsleitung sind zuverlässiger als ein Filter allein. Die Reihenfolge ist entscheidend: Schützen Sie teure nachgeschaltete Mikrofilter durch den Einbau von Vorfiltern.

• Abstände: Über die Systemleitungen zwischen dem Betriebsraum und dem Punkt, an dem Medien in Kontakt mit Lebensmitteln gelangen, können Kondensat, Öl, Schmutz und Mikroben eindringen. Platzieren Sie die Endfilter so nah wie möglich an den Verwendungsstellen.

• Wartung: Verwenden Sie Druckmessgeräte vor und hinter den Filtern, um plötzliche Druckschwankungen zu erkennen, die auf Schäden hinweisen könnten. Wechseln Sie die Filter bei einem vorher festgelegten Druckverlust.

Wie kann ich wissen, ob ein Filter wirksam ist?

Auf den Etiketten der Filter wird die Abscheideleistung als „Lastreduktionswert“ oder LRV angegeben. Dies gibt an, wie viele Prozent der Verunreinigungen ein Filter aus den vorgeschalteten Prozessschritten zu reduzieren vermag. Ein LRV von 7-log bedeutet, dass ein 0,2-Mikrometer-Filter nachweislich 99,999998 % (7 log zur Basis 9) der Schadstoffe bei einem Durchmesser von 0,2 Mikrometern reduziert. Alle Donaldson-Filter weisen einen LRV von 7 auf. Dies ist branchenweit der höchste Standard.

Was sollte ich über die Auswahl von Filtern wissen?

Wählen Sie Ihre Filterelemente sorgfältig aus. Die Herstellung von Filtern ist nicht standardisiert, daher lohnt es sich, die technischen Datenblätter zu konsultieren. Wenden Sie sich an einen Filterhersteller, der Ihnen helfen kann, seine Produkte zu verstehen, und berücksichtigen Sie auch die folgenden Aspekte:

• Wirkungsgrade: Achten Sie auf den Wirkungsgrad (Prozentsatz der Abscheidung), nicht nur auf die Mikrongröße. Ein Filter mit der Kennzeichnung „absolut“ bei 2 Mikron sollte beispielsweise in Tests des Herstellers nachweislich 99,98 % aller 2-Mikron-Partikel abfangen.

• Filtermedien: Achten Sie auf langlebige Filter. Achten Sie auf Kerzenmedien im Vergleich zu Meltblown-Elementen. Plissierte Kerzenfilter weisen eine 12-mal größere Oberfläche auf und ermöglichen eine Tiefenfiltration für eine längere Filterlebensdauer.

• Zertifizierung: Achten Sie auf Geräte und Produkte mit dem 3-A-Symbol. Das bedeutet, dass der Filter durch eine unabhängige dritte Partei auf hygienegerechtes Design geprüft wurde. Die Prüfung schließt die Stahlqualität ein und auch, ob der Filter so konstruiert ist, dass er nur minimale Anhaftungsstellen für Bakterien bietet.

• ROI: Denken Sie sowohl an die Integrität als auch an den Lebenszyklus. Die rauen Bedingungen bei der Verarbeitung, Reinigung und Sterilisation können Filter schnell verschleißen lassen. Wie bereits angedeutet, können Meltblown-Filterelemente anfangs billiger sein. Plissierte Filter eines seriösen Herstellers halten jedoch mehr Sterilisationen stand und bieten eine höhere Abscheideleistung. So bewältigen Sie gleichzeitig Kontaminationsrisiken und senken die Gesamtkosten.   

Eine wichtige Warnung zur Kennzeichnung von Sterilluftfiltern

Gehen Sie nicht davon aus, dass ein Filter, der für sehr kleine Partikel (z. B. 0,01 Mikrometer) ausgelegt ist, besser ist als ein 0,2-Mikrometer-Filter. Dieses Versprechen einzelner Hersteller kann irreführend sein. Tatsächlich sind 0,01-Mikron-Teilchen recht einfach abzuscheiden, da sie sich auf unregelmäßigen Bahnen bewegen. Dieses Prinzip ist als Brownsche Bewegung bekannt. Ein 0,2-Mikrometer-Partikel ist die am schwierigsten zu erfassende Partikelgröße und entspricht im Durchschnitt der Größe der kleinsten potenziell in Ihrem Prozess vorhandenen Bakterien. Wenn Ihre Anwendung beispielsweise einen Sterilluftfilter erfordert, müssen Sie unbedingt einen 0,2-Mikron-Filter mit einem hohen Abscheidegrad verwenden. Die Normen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verlangen einen Log-Reduktionswert (LRV) von 5 oder höher, was die Verwendung eines Filters erfordert, der nachweislich 99,9998 % der Verunreinigungen abscheidet. Donaldson-Filter übertreffen diese Norm mit einem nachweislichen LRV von 7.

Welche Ressourcen gibt es zum Thema Best Practices bei der Filtration?

Für die bei der Verarbeitung verwendete Sterilluft, den Dampf und die Flüssigkeiten gibt es zahlreiche Normen und Vorschriften. Einen Leitfaden zu den aktuellen Normungsgremien und den von ihnen behandelten Prozessen oder Geräten finden Sie in unserer Übersicht über Vorschriften und bewährte Praktiken.

Obwohl jede Anlage einzigartig ist, gibt es Gemeinsamkeiten zwischen Betrieben, die bestimmte Lebensmittel und Getränke herstellen. Donaldson hat diverse Filtrationsdiagramme für spezifische Anwendungen erarbeitet. Bedenken Sie, dass diese Informationen nur eine erste Grundlage für Ihre Designüberlegungen sein können und eine individuelle Bewertung Ihrer jeweiligen Einrichtung und Ihrer Prozesse nicht ersetzen kann.