Verpackungsmaschinen

Es muss nicht immer gleich Aseptik sein - eine gute Entkeimung kann ausreichen

Statisches oder in Wellen gepulstes UVC-Licht ist eine seit Jahren bewährte Methode zur Entkeimung und auch mit dem fälschlich verwendeten und irreführenden Beinamen „Pulsed Light" nichts Neues auf dem Markt. Hier wird monochromes Licht von UVC-Mitteldruckstrahlern im Wellenbereich von circa 178-300 Nanometer mehr oder weniger direkt (spitze Winkel sind ungünstig) auf die Packmitteloberfläche gestrahlt. Da UVC-Niederdruckstrahler für schnell laufende Becherfüller mit nur sehr kurz zur Verfügung stehenden Bestrahlungszeiten (0,5 bis maximal 1,2 Sekunden) zu wenig Strahlerleistung erbringen, müssen zwangsläufig UVC-Mitteldruckstrahler eingesetzt werden, die aber wiederum sehr viel Wärmestrahlung produzieren und das Packmaterial sowie die Maschinenbauteile thermisch stark belasten. Um eine möglichst gute Wirkung zu erreichen, ohne die Entkeimungsstation beziehungsweise das Verpackungsmaterial zu überhitzen und Schäden oder Ausfälle zu provozieren, kann man sich mit einem Steuerungskniff behelfen.

Spezial-Verdrängerkörper für H2O2-Becher-Sterilisation – hier für Doppelkammer-Becher. (Foto: Waldner)
Spezial-Verdrängerkörper für H2O2-Becher-Sterilisation – hier für Doppelkammer-Becher. (Foto: Waldner)

So wird bei „gepulstem UVC Licht" – dieser Begriff beschreibt diese Anwendung besser – in dem Augenblick, in dem sich die Verpackung unter der Strahlereinheit befindet, die Leistung der UVC-Strahler kurzfristig auf 100 Prozent erhöht und während des Transportzyklus der Füllmaschine wieder auf 40-60 Prozent verringert. Waldner setzt hierzu schon seit vielen Jahren dichroitisch beschichtete Reflektoren ein, um die Infrarot-Wärmestrahlung um bis zu 40 Prozent zu reduzieren und damit die Verpackungen und auch die Maschinenbauteile zu schonen.

Nichtsdestotrotz lässt sich die Technologie nicht – wie hier und da behauptet – für alle „handelsüblichen" Molkerei- oder Feinkostverpackungen einsetzen. Bereits ein kurzer Blick in die jeweiligen Regale im Handel zeigt uns, dass „handelsüblich" heutzutage nahezu alles bedeuten kann; im Hinblick auf Material (-mix), Farbe, Design und Geometrie. Die Zeiten, in der es in diesem Bereich fast ausnahmslos weiße Rundbecher mit den Durchmessern 75 und 95 mm gab, sind längst vorbei. Auch eine Reihenschaltung von UVC-Stationen ergibt keine mathematisch lineare Leistungsaddition. Eins und eins ist bei UVC-Strahlern nicht zwangsläufig zwei.

Ungünstige Lichteinfallwinkel (mit zunehmender Verpackungstiefe kritischer), die begrenzte Strahlerreichweite (nach circa 60 mm Abstand zur Strahlerröhre etwa Halbierung der Leistung), resistente Keime (Aspergillus) auf den Packmitteloberflächen, farbige, insbesondere dunkle bis schwarze Packmittel und vieles mehr können die Entkeimungsleistung dieser Methode drastisch reduzieren. Sind auf einer flachen Platine durchaus 5 log Reduktion machbar, so sind die Entkeimungsraten am Boden eines Ein-Kilogramm-Joghurteimers oder eines 95 mm 500-Gramm-Bechers kleiner 1 log bis „nicht mehr nachweisbar".

Somit kann zusammenfassend gesagt werden, dass die Bestrahlung mit statischem UV-Licht durchaus ihre Berechtigung und Wirksamkeit hat, solange man die faktisch vorhandenen Einschränkungen kennt und beachtet.

Entkeimung: Mehr Leistung ohne Chemie

Haben nahezu alle renommierten Verpackungsmaschinenhersteller die wirkungsvolle und sichere Entkeimungstechnik der Pulse Light Technologie (UV-Blitzlicht) in den letzten Jahren nicht als ernste Alternative zum Peroxid in Erwägung gezogen, so konnte Waldner sich nach eigenen Angaben in diesem Segment einen kaum mehr aufzuholenden Vorsprung herausarbeiten.

Im Bereich der lichtbasierten Entkeimung für Verschlusskappen von Mineralwasser- oder Softdrink-Flaschen sind die (echten) Pulsed Light Systeme schon seit Jahren erfolgreich auf dem Markt. Waldner entwickelte diese Technologie mit der Firma Claranor weiter, um sie im Nassbereich der Becherfüllmaschine zu etablieren. Der Fokus liegt vor allem auf ausfallsicheren geprüften Steuerungen und Verkabelungen sowie auf einem absoluten Bedienerschutz (1x passiv; 1x aktiv sowie absolut manipulationssicher).

Dieser Technologieschub made by Waldner verhalf dem echten Pulsed Light System bereits vor Jahren zur Serienreife für den Einsatz in Becherfüll- und Verschließmaschinen. Hier kommt es darauf an, Becher verschiedenster Größen bei hohen Ausbringleistungen (2.000 bis über 40.000 Becher pro Stunde) für die Bediener der Maschine sicher und komfortabel zu „beblitzen".

Direkte Lichtstrahlen des Entladeblitzes der Hochdruck-Xenonlampen sind für das Augenlicht ähnlich schädlich wie ein Tropfen Peroxid im Auge. Auch die indirekten Lichtstrahlen durch Reflexion auf Edelstahloberflächen mussten zum Schutz der Maschinenführer vermieden werden. Waldner entwickelte also schnell und präzise arbeitende Shuttersysteme, die das Herausdringen von Licht aus der Entkeimungskammer verhindern, aber trotzdem große Einlässe für Becher und Eimer bis zu 2.000 ml Volumen ermöglichen. Die Energieersparnis im Vergleich zu Anlagen mit H2O2 Entkeimung liegt bei über 30 Prozent.

Dosomat 20.8 ESL Hochleistungsmaschine mit Sterilluft-Tunnel, inklusive vollautomatioscher Reinigung und Sterilisation. (Foto: Waldner)
Dosomat 20.8 ESL Hochleistungsmaschine mit Sterilluft-Tunnel, inklusive vollautomatioscher Reinigung und Sterilisation. (Foto: Waldner)

Es müssen zwar Kondensatoren aufgeladen werden, um die hocheffektiven Blitze auszulösen, doch der Betreiber spart sich die aufwendigen Luftheizungen für das Benetzen und Trocknen der Becher mit Peroxid.

Lichtbehandlung hinterlässt keine Wirkstoffe im Packmaterial

Die Validierung der Anlagen läuft im Prinzip genauso ab wie bei Anlagen mit Peroxid: Vorverkeimtes Packmaterial wird durch die Maschine gefahren und unter Produktionsbedingungen der Blitzbehandlung ausgesetzt. Danach werden die behandelten Proben, sowie die unbehandelten Referenzproben angesetzt, bebrütet und nach fünf Tagen ausgezählt.

Da nach der Lichtbehandlung der Packmitteloberfläche keine Wirkstoffe im Packmaterial verbleiben, ist die Kontrolle und Überwachung im Abfüllbetrieb sehr simpel. Es müssen keine Restperoxidmessungen durchgeführt werden, die Gefahr der Überdosierung ist ausgeschlossen, Risiken für den Endverbraucher bestehen keine.

Die Entkeimungssleistung der Pulsed Light Stationen auf den Waldner Maschinen liegt um ein vielfaches höher als die Entkeimung mit statischen UVC-Stahlern.

Nahezu alle Becherverpackungen bis circa 1.000 ml Inhalt lassen sich mit 3-5 log Keimreduktion zuverlässig entkeimen.

Die Blitzlichtentkeimung steht schon seit Langem nicht mehr im Schatten der immer noch weit verbreiteten, und entsprechend den Anforderungen auch berechtigten, Entkeimung mit H2O2. Durch den Entfall des kompletten H2O2-Handlings werden bestimmte Risiken erst gar nicht eingegangen, die Anlagenbedienung stark vereinfacht und Betriebs- sowie Investitionskosten reduziert.

Entkeimung mittels Peroxid

Natürlich ist bei Waldner auch die Packmittelentkeimung mit H2O2 im Programm.

Waldner setzt dabei auf eine „trockene" H2O2-Entkeimung: Über ein Sterilmodul wird sterile Luft erzeugt und mittels Elektroheizkörpern auf die benötigten Reaktionstemperaturen erhitzt. In einem Zyklon wird die Heißluft mit feinstvernebeltem und taktweise genau dosiertem H2O2 (35-prozentig) gemischt und gelangt nach Passieren einer beheizten Kondensatpyramide über ein strömungstechnisch berechnetes Rohrsystem auf die innere Verpackungsoberfläche. Dort wird durch Verdrängerkörper (im Fall der Becherentkeimung) und spezielle Düsenanordnung

a) das zu sterilisierende Raumvolumen um 90 Prozent vermindert,

b) eine hochturbulente Strömung des Heißluft/H2O2-Gemisches erzeugt und

c) eine vollflächige Mikrokondensation von H2O2 auf den Behälterwandungen erreicht, die letztlich bestimmend für die Wirksamkeit verantwortlich ist.

Nach ein oder zwei Leertakten (Reaktionszeit) werden mit gleicher Verdrängertechnik, jedoch ohne H2O2-Beimischung, die Verpackungen wieder vollkommen ausgetrocknet. So werden beim Benetzen Peroxidkonzentrationen von 800-1.500 ppm im Becher und nach der Trocknung Restperoxidwerte < 0,2 ppm erreicht.

Der Prozess findet aufgrund der technisch exakt aufeinander abgestimmten Prozesse und einer hervorragenden Peroxidfeinverteilung mittels Mikrokondensation bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen statt, sodass auch bei sensiblem Packmaterial keine Deformationen entstehen. Durch den seit Jahrzehnten aufgebauten Erfahrungsschatz (mehrere hundert Installationen) und die stetige Weiterentwicklung des Waldner-Peroxid-Verfahrens kann das zu 100 Prozent private Allgäuer Traditionsunternehmen eine der wirkungsvollsten Lösungen in diesem Bereich anbieten, die auf dem internationalen Markt verfügbar ist. Zusätzlich bietet das System höchste Sicherheit und Nachverfolgbarkeit der Peroxid-Dosagen. Dies wird über eine redundante, direkt mit der Anlagensteuerung vernetzten Einrichtung realisiert. Die Möglichkeit der Anbindung an übergeordnete Monitoring- und Scada-Systeme ist bei Waldner Standard.

Kurz, höchste Wirksamkeit mit durchgängig stabilen Entkeimungsraten > 5 log für nahezu jede Packmittelausprägung. Dabei liegen Restperoxidwerte und Umgebungsbelastung (< 0,5 ppm) bei einem absoluten Minimum und damit weit unter den gesetzlich vorgeschriebenen Werten. Zusätzlich bietet Waldner als einziger Hersteller die Flexibilität, diese Systeme sowohl auf Rund- als auch als Längsläufer jedweder Ausführung (mit/ohne Sterilluft-Tunnel beziehungsweise Laminar-Air-Flow-Haube) zu integrieren.

Hygienisches Umfeld

Die Keimbelastung der Luft im produktoffenen Bereich (von der Entkeimung über die Dosierung bis nach der Siegelung) spielt eine schwerwiegende Rolle. In vielen Betrieben ist durch Staub oder Zugluft aus den Bereichen Maschinenraum, Käseherstellung, Reifung/Lagerung oder Endverpackung (Kartongebinde/Paletten) eine hohe Keimbelastung zu verzeichnen. Somit ist es notwendig, den Schutz des produktoffenen Bereiches lagespezifisch detailliert zu planen und sich nicht von der zuvor propagierten Entkeimungsleistung für die Packmittel blenden zu lassen. Entkeimung nützt nur dann, wenn eine Re-Infektion nachhaltig ausgeschlossen werden kann.

Standardmäßig sind die Dosomaten der VDMA Klasse III mit einer hocheffektiven Laminarlufthaube ausgerüstet. Über Grobfilter G4 und Feinfilter H13 werden bis unterhalb des Drehtellers (bei Rundläufern) keimfreie Luftverhältnisse sichergestellt und somit eine Luftinfektion sicher ausgeschlossen. Natürlich werden auch reinfektionsfreie, sterilisierbare Füll-Aggregate verbaut.

Ist VDMA Klasse IV oder V gefordert, führt kein Weg an einer Anlage mit einem Sterilluft-Tunnel vorbei; sind doch Anforderungen, wie validierbare Reinigung und Sterilisation des produktoffenen Bereiches, genauso im Anforderungskatalog, wie eine sichere Verhinderung von Reinfektion in diesem Bereich. Auch hier kann Waldner auf zahlreiche Referenzen zurückgreifen anhand derer transparent belegt werden kann, dass es sich hier um hochwertigen, bis ins Detail durchdachten Maschinen- und Anlagenbau handelt, der allerdings auch notwendig ist um die heutigen, sehr hohen Anforderungen zu erfüllen.

Die Frage „Muss es immer gleich Aseptik sein?" kann somit nicht pauschal beantwortet werden. Vielmehr ist hier eine klare Abgrenzung gefragt um die spezifischen Vorgaben nachweisbar zu erfüllen. Waldner hat eine breite Kernkompetenz entwickelt, die es dem Unternehmen ermöglicht, seine Kunden optimal zu beraten und konkrete Kosten/Nutzen-Vergleiche zu erstellen, ehe man zusammen mit dem Kunden die Entscheidung für das passende Entkeimungssystem und Hygiene-Design der Anlage trifft.

Auswahl der passenden Basismaschine

Die Produktanforderungen, speziell das gewünschte MHD bei spezifizierten Lagerbedingungen, beeinflussen nicht nur die Auswahl des zweckmässigsten Entkeimungssytems sondern auch die Stufe der Hygiene-Ausführung der Maschine. Dass eine Maschine mit Packmittelentkeimung zwangsläufig hygenisch gebaut sein muss und über einen mehr oder weniger sterilen produktoffenen Raum verfügen sollte, ist soweit eigentlich eine klare Sache.

Schon auf den format- und produktflexiblen Dosomat-Rundläufern lässt sich ein sehr hoher Hygienestandard erreichen. Eine CIP/SIP-Dosierung vorausgesetzt, kann der Abfüller mit einer hochwertigen Laminar-Air-Flow-Kabine ausgestattet werden. Deren High-Lighs lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Türen aus bruchsicherem Marguard Lexgard Material (oberflächenvergütetes Polycarbonat),
  • aufgesetztes Sterilluftmodul mit eigener Sterillufterzeugung über großflächige Filter und Ringkanalgebläse,
  • Vorfilter in Klasse G 4 nach EN 779,
  • Hauptfilter in Klasse H 14 nach DIN EN 1822.

Die Haubenausführung erzeugt somit Reinluft gemäß der Reinraumklasse 100 = Reinraumklasse ISO 5 nach VDI 2083. Unter den Filtern ist eine Gaze installiert, die als Spritzschutz (keine Produktspritzer erreichen bei Crash oder bei der Innenraumreinigung die Filtermatten) und zur Luftfeinverteilung dient. Die Waldner Laminar-Kabinen sind so konstruiert, dass sich Becher- und Deckelstapel ohne Öffnen der Türen nachlegen lassen. Somit gibt es keinen Stopp der Maschine und keine Unterbrechung des laminaren Reinluftstromes.

Dieser ist mit einer Luftgeschwindigkeit circa 0,40 m/sec ausgelegt, was im Störungsfall das Öffnen einer Schutztür erlaubt, ohne dass darüber der laminare Reinluftstrom abreißt. Diese Kabinenausführung verhindert zuverlässig das Eindringen von Hefen und Schimmel in den produktoffenen Abfüllraum. Mit den beschriebenen Entkeimungssystemen und dieser Laminarluftausführung lassen sich Dosomaten in der VDMA Klasse III einfachst konfigurieren.

Soll die Abfüllmaschine in der Klasse IV validiert werden geht es, wie bereits beschrieben, um eine Anlage mit Sterilluft-Tunnel. Dies lässt sich mit einer überschaubaren Anzahl von Formaten und kleiner bis mittlerer Leistung durchaus auf einem Dosomat-Rundläufer realisieren. Waldner ist nach eigenen Angaben derzeit der einzige Hersteller, der einen Steriltunnel erfolgreich auf einem Rundläufer realisiert.

Bei größeren Leistungen bietet sich der Längsläufer vom Typ Dosomat 20 ES" an. Diese Maschine zeichnet sich durch eine geschlossene Wannen/Tunnelkonstruktion vom Bechersetzer bis nach der Siegelstation oder gar mit einem kompletten Tunnel bis nach dem Packergreifer aus. Die Reinigung des Tunnels wird automatisch mit Sprühkugeln ausgeführt. Bei Maschinen mit Lichtentkeimung (UVC und/oder Pulsed Light) wird im letzten Reinigungsschritt der Steriltunnel nach der CIP mit aktiver Sauerstofflösung gespült und desinfiziert. Anschließend wird der Tunnel mit Sterilluft geflutet und unter einem Überdruck von ca. 3mPa gehalten. Die Sterilluft wird über Reinluftmodule (Filterklasse H14) mit großem Luftdurchsatz und geringem Druck erzeugt.

Alternativ kann der Tunnel in der höchsten Ausbaustufe mit einem Sterilisationsprogramm mit Heißluft getrocknet, anschließend mit H2O2 angereicherter Sterilluft (>500 ppm) sterilisiert und dann unter Sterilluftatmosphäre gesetzt werden. Diese Tunnelausführungen verhindern zuverlässig das Eindringen von Hefen und Schimmel in den gekapselten Abfüllraum.

Letztlich steht fest, dass man auch im Hygienebereich nicht immer „mit Kanonen auf Spatzen schießen" muss. Allerdings sollte bei der Auswahl und Konzeption des Gesamt-Hygiene-Konzepts nicht die Durchgängigkeit (Packmittelentkeimung versus Anlagendesign) und Transparenz der Funktionen vernachlässigt werden.

Über den Autor
Autorenbild
Ralph Krauss, Christian Rotter, Waldner

Über die Firma
Hermann Waldner GmbH & Co. KG Dosomat
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