Dieser Artikel behandelt:

  • Hygienische Gestaltungskriterien für Maschinen, die trockene Stoffe verarbeiten
  • Die Eigenschaften von trockenen Stoffen
  • Die verschiedenen Methoden zur Reinigung von Maschinen nach der Verarbeitung von trockenen Stoffen
  • Konstruktionsmaterialien in der Ausrüstung, die die hygienische Verarbeitung beeinflussen

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Hygienische Gestaltungskriterien für Maschinen, die trockene Stoffe verarbeiten

Jedes Material, das in der Lebensmittelindustrie verarbeitet wird, erfordert spezifische Sicherheitsanforderungen. Dies gilt auch für trockene Stoffe. Die Maschinen müssen verschiedenen hygienischen Gestaltungskriterien entsprechen. Häufig eingesetzte Geräte bei der Verarbeitung trockener Stoffe sind: Mühlen, Mischer, Siebe, Pulverklappen, Trockner, Dosiersysteme, Lagerbehälter, Silos, Agglomeratoren und Granulatoren. Bei all diesen Geräten muss es möglich sein, sie zu reinigen, sodass das trockene Lebensmittelprodukt nicht verunreinigt wird.

Wenn Pulver wie Agglomerate und körnige Materialien verarbeitet werden, besteht die Gefahr der Verklumpung. Es besteht auch das Risiko von Produktablagerungen und mikrobiellem Wachstum bei zu hohem Feuchtigkeitsgehalt. Dies muss im Entwurfsprozess der Geräte berücksichtigt werden. Darüber hinaus besteht das Risiko von Staubbildung. Wenn während der Verarbeitung zu viel Staub entsteht, steigt die Gefahr von Staubexplosionen. Auch dies muss in der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Das endgültige Design der Maschine hängt vor allem von der Reinigungsmethode und dem Feuchtigkeitsgehalt des trockenen Materials ab.

Eigenschaften von trockenen Stoffen

Im Allgemeinen werden Pulver als einzelne Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 150 μm definiert. Je nach Art des Pulvers kann dieser Durchmesser abweichen. So haben ultrafeine Partikel, wie Antiklumpmittel, einen durchschnittlichen Durchmesser von 10 μm. Agglomerate und Granulate, wie bei Suppe und Kaffee, können einen Durchmesser von einigen Millimetern haben. Trockene Stoffe können also stark variieren. Eine genaue Definition der mikrobiellen Stabilität ist daher schwer zu formulieren. Die folgende Faustregel wird in der Industrie verwendet: Wenn die Wasseraktivität unter 60 % liegt, tritt wenig bis gar kein mikrobielles Wachstum auf.

Eine umfassende Definition von Staubpartikeln ist schwer zu formulieren. Staubpartikel können jedoch anhand der Eigenschaften der einzelnen Partikel und der Bulk-Eigenschaften charakterisiert werden. Bulk-Eigenschaften zeigen, wie sich der Stoff in der gesamten Masse verhält, wie Abriebfestigkeit, Schüttgewicht, Fließeigenschaften, Partikelgrößenverteilung und Staubigkeit. Die Eigenschaften der einzelnen Partikel hingegen zeigen, wie sich ein Staubpartikel individuell verhält. Typische Eigenschaften der einzelnen Partikel sind: Dichte, Härte, Feuchtigkeitsgehalt, Form und Klebrigkeit. Beide Arten von Eigenschaften sind wichtig und variieren je nach Staubart, wodurch auch die Verarbeitungszeit eines Stoffes variiert.

Eine wichtige Bulk-Eigenschaft von Pulver ist das Fließverhalten. Wenn Pulver nicht gut fließt, kann ein Teil in der Maschine zurückbleiben, was die Hygiene beeinträchtigt. Diese Fließeigenschaft kann auf verschiedene Weise verbessert werden:

  • Den Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, was zu weniger Klebrigkeit führt,
  • Die Menge an feinem Staub zu verringern,
  • Die Neutralisierung der Oberflächenladungen zu verringern,
  • Die Partikelgröße und die Bildung von Kugeln zu vergrößern.

Die verschiedenen Methoden zur Reinigung von Maschinen nach der Verarbeitung trockener Stoffe

Wenn trockene Materialien, wie Pulver, auf hygienische Weise verarbeitet werden, beeinflusst dies die Aromen, Farben, Geschmäcker sowie chemische, physikalische und biologische Aktivitäten. Um diese gewünschten Eigenschaften zu bewahren, ist eine gründliche Reinigung entscheidend. Die Reinigung kann trocken oder nass erfolgen. Darüber hinaus kann der Reinigungsprozess manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden. Wenn mit Wasser gereinigt wird, müssen die Kontaktflächen leicht geneigt sein, damit die Reinigungsmittel einfach abfließen können. Um auch sicherzustellen, dass sich kein Material ansammelt, sollten scharfe Ecken (Radius ≤ 6 mm) und Hohlräume in der Maschine so weit wie möglich vermieden werden.

Trockenreinigung kann an Orten angewendet werden, an denen:

  • Eine oder mehrere Staubschichten des trockenen Materials verbleiben und keine Gefahr für das Material darstellen, das später in derselben Maschine verarbeitet wird,
  • Eine mögliche Kreuzkontamination von verbleibendem und neuem Material kein Problem darstellt,
  • Das verbleibende Material keine mikrobielle Vermehrung aufgrund von Feuchtigkeit und Temperatur verursacht,
  • Das trockene Material nicht hygroskopisch oder klebrig ist.

Bei der manuellen Trockenreinigung werden die größten Ablagerungen und Staubschichten mit einem Staubsauger entfernt. Weitere Rückstände werden manuell mit Bürsten oder Schabern abgekehrt oder abgekratzt. Dabei darf nicht zu viel Staub entstehen. Aus diesem Grund ist die Reinigung mit Druckluft keine gute Option, da hierbei Staubwolken entstehen, die Staub und Schmutz verbreiten.

Bei der halbautomatischen Trockenreinigung werden eingebaute Luftgebläse und ausziehbare Sprühdüsen eingesetzt. Luftgebläse blasen das zurückgebliebene Material in einen Auffangraum, sodass es weiterverarbeitet werden kann. Voraussetzung ist, dass die Oberflächen nicht verschmutzt sind und die Luft von Prozessqualität und gefiltert ist. Außerdem können Staubsauger eingesetzt werden, und harte Partikel wie Reis oder Kunststoffkügelchen dienen als Schleifmittel für das Rohrleitungssystem.

Nassreinigung kann an Orten angewendet werden, an denen:

  • Das verbleibende trockene Material ein Risiko für das trockene Material darstellt, das danach verarbeitet wird,
  • Keine Kreuzkontamination zwischen verbleibendem und neuem Material auftreten darf,
  • Das verbleibende Material mikrobielle Vermehrung durch Feuchtigkeit und Temperatur verursachen kann,
  • Das trockene Material hygroskopisch ist oder einen niedrigen Schmelzpunkt hat, wodurch Ablagerungen entstehen können, die in der Maschine zurückbleiben.

Die manuelle Nassreinigungsprozedur beginnt mit dem Entfernen der Ablagerungen durch eine Trockenreinigungsmethode. Anschließend werden die Kontaktflächen mit Wasser eingeweicht und mit Bürsten, Schabern oder Wasserstrahlen gereinigt. Nach der manuellen Reinigung muss die Maschine sofort und gründlich mit warmer Luft getrocknet werden, bevor ein neues Produkt verarbeitet werden kann.

Die halbautomatische Nassreinigungsmethode wird als Washing-In-Place (WIP) bezeichnet. Hierbei werden Sprühdüsen in das Rohrleitungssystem oder in die Silos abgesenkt, die die verschmutzten Oberflächen mit Wasser und Reinigungsmitteln reinigen. Anschließend wird die Maschine mit Wasser nachgespült und muss sofort gründlich mit warmer Luft getrocknet werden. Die Reinigungsflüssigkeiten werden aufgefangen und über das Reinigungssystem recycelt. Für Reinigungswasser, -mittel oder spezielle Flüssigkeiten werden separate Lagertanks verwendet.

Die automatische Nassreinigungsmethode wird als Cleaning-In-Place (CIP) bezeichnet. Dies ist ein vollständig automatisierter Reinigungsprozess, bei dem es nicht erforderlich ist, Teile zu demontieren, um Sprühdüsen zu platzieren. Diese Reinigungssysteme enthalten fest installierte Sprühköpfe, die mit den Rezirkulationspumpen und den Lagertanks für Reinigungsflüssigkeiten verbunden sind. Nach Abschluss wird die Ausrüstung automatisch und direkt mit warmer Luft getrocknet.

Bei der Reinigung der Maschinen steht die Hygiene im Vordergrund, aber die Sicherheit darf ebenfalls nicht vergessen werden. Bei einigen Reinigungsmethoden, wie der manuellen Nass- und Trockenreinigung, müssen die Maschinen manchmal zerlegt werden. Dies muss auf sichere Weise erfolgen. Es dürfen keine speziellen Werkzeuge oder Hebevorrichtungen benötigt werden. Außerdem darf die Reinigungsgeräte nicht für andere Materialien oder Zwecke verwendet werden. Die Reinigungsgeräte müssen regelmäßig gereinigt und gewartet werden. Die Ausrüstung muss in einer sauberen Umgebung gelagert werden. Defektes Werkzeug darf nicht verwendet werden, da beschädigte Teile in der Maschine zurückbleiben und eine Kontamination verursachen können.

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Trockenreinigung

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Nassreinigung

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CIP-Reinigung

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Konstruktionsmaterialien in der Ausrüstung, die die hygienische Verarbeitung beeinflussen

Bei der hygienischen Verarbeitung von Stoffen haben die Konstruktionsmaterialien in der Ausrüstung ebenfalls einen entscheidenden Einfluss. Die Konstruktionsmaterialien, die mit dem Lebensmittel in Kontakt kommen, müssen lebensmittelgeeignet (food-grade) sein. Das bedeutet, dass diese Materialien ohne Risiken mit dem trockenen Stoff in Kontakt kommen können. Welche Konstruktionsmaterialien genau verwendet werden können, hängt von den trockenen Materialien, der Reinigungsmethode und den Reinigungsmitteln ab.

Am besten sollten Kontaktflächen aus Edelstahl oder anderen korrosionsbeständigen Metallen verwendet werden. Andere Materialien können nur unter bestimmten Bedingungen eingesetzt werden. Aluminium und Aluminiumlegierungen sind nur für die Trockenreinigung geeignet, da Aluminium bei Nassreinigung zu Korrosionsproblemen führen kann. Darüber hinaus dürfen auch Kunststoffe bei der Verarbeitung trockener Materialien verwendet werden. Sie sollten jedoch minimale Kontaktflächen aufweisen, wenn das trockene Material abrasive Eigenschaften hat. Wenn Kunststoffe mit dem trockenen Material in Kontakt kommen, müssen sie auch unter Produktionsbedingungen ihre ursprünglichen Oberflächenmerkmale und Formen beibehalten. Wird auf nicht-metallische Oberflächen gesetzt, kann dies elektrostatische Ladung auf dem trockenen Material verursachen. Kleine Partikel haften dann an der nicht-metallischen Oberfläche, was zu Problemen führen kann, auch in pneumatischen Transportsystemen.

Unabhängig vom verwendeten Material müssen Produktoberflächen immer vollkommen glatt sein, damit kein Material eindringen kann. Eine Oberflächenrauhigkeit von Ra ≤ 0,8 μm wird empfohlen, wenn ein Risiko für mikrobielle Wachstums aufgrund hoher Feuchtigkeit besteht oder wenn Nassreinigung durchgeführt wird. In diesem Fall ist keine weitere Behandlung von kaltgewalztem Stahl erforderlich, und die Oberflächenrauheit entspricht den allgemeinen Edelstahlvorgaben. Die Oberflächenrauheit von gegossenen Materialien und Kohlenstoffstahl entspricht jedoch nicht diesem Standard. Daher sollte die Hygiene der Teile dieses Materials in Kombination mit dem trockenen Stoff untersucht werden.

Auch die Oberflächen von Schweißnähten müssen hygienisch sein. An diesen Stellen dürfen keine Probleme mit Korrosion und Materialablagerungen entstehen. Es ist wichtig, dass keine unterbrochenen Schweißnähte auftreten, da diese nicht den hygienischen Anforderungen entsprechen. Außerdem sollten die metallurgischen Eigenschaften des Schweißmaterials möglichst mit dem zu schweißenden Metall übereinstimmen. In den meisten Fällen können jedoch geschweißte Oberflächen nicht den Standard von Ra ≤ 0,8 μm erfüllen, sodass die Reinigbarkeit dieser Teile zunächst überprüft werden muss.

Juul Jenneskens

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