Sterile Luft – Was das ist und warum sie so wichtig ist

„Welche Aufgabe erfüllen die Luftfilter in Ihrem Lebensmittel- und Getränkewerk?“ Wenn Sie diese Frage stellen, lautet die Antwort üblicherweise: „Staub- und Schmutzabscheidung“. Einige aufmerksamere Beobachter schlagen vielleicht sogar die Öl- und Wasseraerosolabscheidung vor.

Alle diese Antworten sind richtig. Die wohl problematischsten Verunreinigungen, die es abzuscheiden gilt, wenn Luft direkt oder indirekt in Kontakt mit einem Lebensmittelprodukt kommt, dürften jedoch die Mikroorganismen sein. Diese mikroskopischen Organismen können entweder komplett harmlos oder – wenn bestimmte Bedingungen gegeben sind – lebensbedrohend sein. Druckluftkompressoren erzeugen jedoch zufällig ausgerechnet dieses feuchte, heiße und ölige Klima, in dem viele Organismen gedeihen und sich vermehren. Da es unmöglich ist, stets zu wissen, welche Organismen sich ein einem Druckluftsystem befinden, ist es äußerst wichtig, gute Fertigungsprozesse zu implementieren, die sowohl den Hersteller als auch den Kunden schützen.

Es gibt eine Vielzahl von Organisationen, die Standards, Empfehlungen und Best Practices erarbeitet haben, um das Risiko, dass Produkte aufgrund einer Verunreinigung durch Mikroorganismen verderben, so gering wie möglich zu halten. Hier finden Sie die Empfehlungen von Donald, die Ihnen dabei helfen, sich, Ihr Produkt und Ihre Verbraucher bestmöglich zu schützen: Filtration, Sterilisation, Überwachung und Instandhaltung.

1. Filtration

Vorfiltration

Die Verunreinigungen, die normalerweise in der Umgebungsluft vorhanden sind, werden vom Kompressor konzentriert, wodurch große Konzentrationen von Partikeln und Bakterien entstehen, deren Filterung eine Herausforderung darstellt. Durch die mechanische Bewegung des Kompressors werden außerdem noch mehr Partikel und Ölaerosole eingeschleust, die aus der Luft entfernt werden müssen. Wenn die Luft im Vorratsbehälter abkühlt, wird sie normalerweise zu 100 % mit Wasserdampf gesättigt, sodass es zur Kondensatbildung kommt. Wird dieses Kondensat nicht mit einem Abscheider und Koaleszenz-Vorfilter entfernt, gelangen kleine vernebelte Tröpfchen in nachgelagerte Elemente und überlasten und beschädigen sowohl die Kälte- als auch die Absorptionstrockner. Donaldson bietet für die Vorfiltration sowohl einen Zyklonabscheider als auch einen Koaleszenzfilter.

Trocknen

Im Vorfilter werden Luft-/Ölaerosole und Partikel mit einer Größe von über 5 Mikron aus der Luft entfernt. 

Die Luft, die den Vorfilter verlässt, ist jedoch immer noch gesättigt und bei Abkühlung bildet sich Kondensat.

Mit der Zeit verursacht das Kondensat beträchtliche Kosten, u. a. durch Korrosion und Gefrieren. Die flüssige Wasser- und Ölschicht bietet außerdem ideale Bedingungen für eine Bakterienbesiedlung.

Es ist einfacher und sicherer, das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern, als diese im Nachhinein abzufangen. Die beiden gängigsten Wege zur Reduzierung der Wasser- und Öldampfkonzentration sind die Kühlung der Luft mit einem Kältetrockner und die Adsorption des Dampfes mit einem Adsorptionstrockner. Donaldson empfiehlt den Einsatz eines kaltregenerierenden Adsorptionstrockners – des Ultrapac™ Smart. Dieser Trockner verwendet ein hygroskopisches Adsorptionsmittel, das sich durch einen kaltregenerativen Prozess selbst erneuert. Es können beträchtliche Betriebskosteneinsparungen erzielt werden, die mit Kältetrocknern und warmregenerierenden Trocknern nicht möglich sind. Der Ultrapac Smart verfügt außerdem über einen Vorfilter, der vor der Verunreinigung des Trockenmittels schützt, und einen Nachfilter, der nachgeschaltete Geräte schützt.

Filtration am Einsatzort

(Donaldson DF-Serie, P-EG-Serie, PG-EG-Serie)

Jetzt, da die Luft relativ sauber und frei von vernebeltem Wasser/Öl und größeren Partikeln ist, ist sie bereit für die Endfiltration. Diese erfolgt, bevor die Luft mit dem Produkt selbst oder mit einer Fläche in Kontakt kommt, die wiederum mit dem Produkt in Kontakt kommt. Die Filtration am Einsatzort ist wichtig, da die vorherige Filtration nicht dafür ausgelegt ist, die Bakterien komplett abzufangen. Außerdem kann es zwischen den Vorfiltern und dem Filter am Einsatzort zu Ablagerungen oder Verunreinigungen in den Rohren kommen. Kinetische Energie ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, sodass bei hohen Luftgeschwindigkeiten selbst kleine Partikel über genügend Energie verfügen können, um Sterilluftfilter zu beschädigen oder zu zerlegen. Donaldson empfiehlt einen Koaleszenzfilter mit Grad M oder S und einen Aktivkohlefilter. Der Aktivkohlefilter absorbiert diverse Verbindungen (z. B. Kohlenwasserstoffdampf, Parfüm, Zitronensäure, Schwefelsäure, Toluol und Methanol), die den Geruch oder Geschmack des Endprodukts beeinträchtigen könnten.

Ganz am Ende der Kette befindet sich der Sterilluftfilter selbst. Der Sterilluftfilter von Donaldson wurde speziell so konzipiert, dass über 99,99998 % der bakteriengroßen Verunreinigungen abgeschieden werden.

Beim Bakterienrückhaltetest nach Industriestandard ASTM F838 wird als Testorganismus das Bakterium Pseudomonas Diminuta (ATCC 19146) verwendet, das einen mittleren Durchmesser von 0,3 Mikron hat. Ein Sterilfilter produziert ein steriles Filtrat, wenn er im Test 1,0x107 Bakterien pro cm² filtert.

Es ist wichtig, das zu erwähnen, weil Filterhersteller die Abscheideleistung ihrer Sterilfilter manchmal mit 0,01 Mikron angeben. Die Filtrationsforschung zeigt jedoch, dass die meisten Filter eher 0,01 Mikron als 0,2 Mikron zurückhalten können. Deshalb gibt Donaldson die Abscheideleistung seiner Sterilfilterelemente mit 0,2 Mikron an. Das Sterilluftelement P-SRF von Donaldson filtert Partikel mit einer Größe von 0,2 Mikron und kleiner zu mindestens 99,99998 %.

2. Sterilisation

(Donaldson P-GS und P-GSL N Dampffilter)

Bislang wurden zwei Methoden zur Eindämmung des Wachstums von Mikroorganismen erläutert. Durch Trocknen wird das Wasser entfernt, das die Organismen zum Leben brauchen. Beim Filtern wird das Öl entfernt, von dem die Bakterien sich ernähren, und es werden die Bakterien selbst entfernt. Solange die Bakterien im Filter bleiben und die Luftzufuhr am Einsatzort trocken ist, sind die Bakterien inaktive Sporen. Unter bestimmten Bedingungen können die Bakterien jedoch reaktiviert werden. In einem solchen Fall können die Bakterien durch das Filtermedium wachsen und zu einem nachgelagerten Produkt oder Prozess vordringen.

Wie kann das Risiko durchwachsender Bakterien vermieden werden? Eine Möglichkeit ist die Dampfsterilisation oder das Autoklavieren der sterilen Luftfilter. Durch die Hitze, die bei diesen Prozessen entsteht, werden irreversible intrazelluläre Reaktionen ausgelöst, die zu einer dauerhaften Deaktivierung der Mikroorganismen führen. Da Dampf in Anlagen üblicherweise zur Sterilisation von Leitungen und Tanks verwendet wird, bietet es sich an, den Dampf auch für die Sterilisation von Filtern und Gehäusen zu nutzen. Sattdampf ist ideal für die Sterilisation von Filtern, weil er seine Hitze bei konstanter Temperatur abgibt. Diese Hitze wird dann verwendet, um die intrazellulären Proteine der Mikroorganismen zu denaturieren und die Mikroorganismen damit zu inaktivieren. Ebenso wichtig ist es, den Dampf selbst zu filtern. Donaldson bietet zwei verschiedene Typen von Dampffiltern zur Erzeugung von kulinarischem Dampf – den gesinterten Edelstahlfilter P-GS und den plissierten Edelstahlfilter P-GSL N.

3. Überwachung

Das Sterilluftelement erzeugt keinen Differenzdruck, um zu melden, dass ein Filterwechsel erforderlich ist. Es ist wichtig, in regelmäßigen Abständen Messungen vorzunehmen und zu dokumentieren, um mikrobielle Verunreinigungen festzustellen. Eine Methode ist die Durchführung von Integritätstests der Sterilluftelemente.

Welche Art von Test herangezogen werden kann, um die Integrität eines Filters zu überprüfen, hängt davon ab, welcher Typ von Sterilluftfilter verwendet wird. Im Fall von Tiefenfiltern (z. B. P-SRF und P-SRF V) kann die Integrität anhand eines Dispersionstests mit vernebeltem Öl getestet werden. Im Fall von Membranfiltern (z. B. PP N) wird die Integrität anhand von Bubble-Point- oder Luftströmungstests getestet. Diese Prüfverfahren sollten für alle Filter am Einsatzort verwendet werden, um zu prüfen, ob die Luft, die direkt oder indirekt mit den Lebensmitteln in Kontakt kommt, sauber und sicher ist.

4. Instandhaltung

Nach vielen Stunden im Einsatz verstopfen Verunreinigungen die Filter. Die Filtermedien sind enormen Belastungen ausgesetzt, was die Integrität des Filters irgendwann beeinträchtigen kann. Durch die richtige Aneinanderreihung aufeinanderfolgender Filter kann die Verstopfungstendenz deutlich verringert werden und die Integrität der Sterilfilter besser geschützt werden. Über die Zeit können aufgrund niedrigerer Instandhaltungskosten somit beträchtliche Einsparungen erzielt werden.

Donaldson hat die empfohlenen Filterwechselintervalle dokumentiert, sodass Sie Ihren Prozess schützen können, indem Sie sich an die Pläne für die präventive Instandhaltung einhalten. Der Schutz Ihres Prozesses, Ihres Kunden und der Ruf Ihres Unternehmens könnten davon abhängen.