Bij het ontwerpen van machines en apparaten voor de voedingsmiddelenindustrie, diervoeder-industrie of de farmaceutische industrie speelt hygiëne een zeer belangrijke rol.

Dit artikel gaat in op de volgende belangrijke facetten van het hygiënisch ontwerpen:

  • De noodzaak van het hygiënisch ontwerpen
  • Programma van eisen en wensen versus hygiëne-eisen
  • Constructiematerialen
  • De inzet van diverse constructiematerialen bij het hygiënisch ontwerpen
    • Roestvast staal (RVS)
    • Kunststoffen
    • Elastomeren
  • Hygiënisch construeren
  • Ontwerpcriteria

De experts van Dinnissen Process Technology staan klaar voor al uw vragen:

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555

Noodzaak van hygiënisch ontwerpen

Een belangrijk aspect bij het ontwerpen van machines en apparaten vormt de hygiëne. Dit geldt speciaal voor machines die ingezet worden in bedrijven die voedingsmiddelen of diervoeder produceren en voor de farmaceutische industrie. Het hygiënisch ontwerpen van een machine heeft als doel om te voorkomen dat er vervuiling optreedt in de te vervaardigen of te bewerken producten, speciaal de vervuiling door bacteriën en virussen. Dit wordt microbiële besmetting genoemd. Machines en apparaten die ingezet worden in bovengenoemde branches dienen zo ontworpen en geproduceerd te worden, dat microbiële besmetting van de geproduceerde zaken wordt voorkomen.

Feeder valve Dinnissen

Hygiënisch ontwerp

Programma van eisen en wensen versus hygiëne

Uitgangspunt bij het ontwerp van machines is het programma van eisen. Dit programma is een combinatie van de functionele eisen en wensen en de hygiëne-eisen. De functionele eisen zijn gericht op het doel waarvoor de machine wordt ontworpen. De eisen met betrekking tot de hygiëne zijn geen doel op zich. Dit zijn noodzakelijk en wettelijk verplichte randvoorwaarden. In de ontwerpfase kan het voorkomen dat de functionele eisen en wensen in strijd zijn met de hygiëne-eisen. De ontwerper moet tot een aanvaardbaar compromis te komen tussen deze uiteenlopende belangen. De belangrijkste eis is dat de voedselveiligheid niet in het gedrang komt.

Het is erg belangrijk dat de hygiëne-eisen al vanaf de start van het ontwerpproces worden meegenomen. Als er vanwege de hygiëne-eisen achteraf aanpassingen in het ontwerp of aan het prototype moeten worden doorgevoerd, kan dat tot onevenredige inspanningen en kosten leiden. 

Een hygiënisch ontwerp zorgt in het algemeen voor een langere levensduur van het apparaat, voor lagere productiekosten en voor minder onderhoud.

De product gevoeligheid voor microbiële activiteit is een belangrijk gegeven voor de eisen die aan een te ontwikkelen machine worden gesteld. Microbiële activiteit treedt bij droge producten minder snel op dan bij vochtige producten.

Hygiëne-eisen zullen bepaald worden door de gebruikers van de producten. De eisen zullen strenger zijn voor producten van kwetsbare, zieke personen dan voor producten voor kerngezonde sporters. Het is zaak dat de ontwerper van de juiste richtlijnen uitgaat en zich hierover voldoende informeert. 

Geslepen_food-grade plaat.jpg

Geslepen food-grade plaat

Constructiematerialen

De machines en apparaten die voor de food en feed industrie worden gemaakt, moeten met betrekking tot de hygiëne-eisen voldoen aan de volgende normen:

  • Food processing machinery – Basic concepts – Part 2: Hygiene requirement.
  • Safety of machinery - Hygiene requirement for the design of machinery.

De hoogste eisen worden gesteld aan de materialen die met het product in aanraking komen. Ze moeten bij normaal gebruik niet door het product worden aangetast en ook de reinigings- en desinfectiemiddelen mogen het constructiemateriaal niet aantasten. 

Als op een voorgeschreven wijze wordt schoongemaakt mogen de oppervlakken die in contact komen met de producten niet beschadigd worden. 

Het constructiemateriaal mag geen giftige stoffen bevatten, zeker niet op de plaatsen die in contact kunnen komen met de producten.

Roest-vast staal_01 (1).jpg

Roestvast staal

Inzet van staal als constructiemateriaal

Over het algemeen zijn machines voor de voedselverwerkende industrie gemaakt van roestvast staal (RVS). Roestvast staal voorkomt corrosie en is vaak een goede oplossing voor de hierboven geformuleerde eisen. Tegenwoordig worden ook steeds vaker kunststoffen toegepast met inachtneming van de richtlijnen. Het toepassen van kunststoffen biedt bepaalden voordelen: extra mogelijkheden, betere constructieve oplossingen, lager gewicht, betere bestendigheid tegen schoonmaakmiddelen en chemische stoffen en soms een lagere prijs.

De materialen moeten voldoen aan de volgende eisen:

  • een goede weerstand tegen normale atmosferische corrosie,
  • een goede inzetbaarheid bij de volgende omgevingscondities,
  • oplossingen met een pH tussen 6,5 en 8
  • laag chloorgehalte is (max. 50 mg/l)
  • temperatuur is lager dan 25 oC.

Als aan deze voorwaarden wordt voldaan, is een van de austenitische RVS-staalsoorten AISI-304 of AISI-304L een goede keuze. Het verschil tussen AISI-304 en AISI-304L is dat de laatste makkelijker te lassen is. Een austeniet is een structuur van staal waarbij de atomen volgens een kubisch vlak gecentreerd atoomrooster zijn gestapeld. AISI-304 bevat 18% chroom en 10% nikkel; AISI-304L bevat meer chroom en nikkel en minder koolstof en is daardoor beter lasbaar.

Indien er bij gebruik van de machine op bepaalde plaatsen een maximaal 2x zo hoog chloorgehalte optreedt en de temperatuur tot 50 oC oploopt, wordt vaak AISI-316 of AISI-316L toegepast. Deze staalsoorten zijn beter bestand tegen scheur- en putcorrosie. AISI-316 ontstaat door molybdeen aan AISI-304 toe te voegen; AISI-316L bevat minder koolstof en is daardoor beter lasbaar.

Lopen de temperaturen in de machine nog hoger op (tot 150 oC), dan zijn AISI-410, AISI-409, AISI-329 of Incoly 825 geschikte materialen. De prijs van deze staalsoorten is wel hoger.

Inzet van kunststoffen als constructiemateriaal

De inzet van kunststoffen bij de constructie van machines voor de voedselindustrie biedt een aantal voordelen ten opzichte van het gebruik van RVS. Uiteraard moet aan de wettelijke eisen voldaan worden en indien mogelijk de aanbevelingen die hieraan gekoppeld zijn. Dit betreft met name:

  • Commission Directive 2002 relating to plastic materials and articles intended to come into contact with foodstuffs.
  • Code of Federal Regulations, Title 21, Part 170-199, Food and Drugs Administration.
  • VMQ: Siliconenrubber

Verder moet worden gecontroleerd de kunststof voldoet aan de volgende criteria:

  • Bestand tegen,
  • levensmiddelen en ingrediënten
  • reinigings- en ontsmettingsmiddelen
  • te hoge of te lage temperatuur
  • scheurtjes door spanning
  • uitloging
  • waterafstotend,
  • Geen adsorptie (vasthechten van laagje moleculen aan oppervlak),
  • Geen desorptie (het loslaten van stoffen vanuit het oppervlak),
  • Mechanische eigenschappen,
  • Hardheid
  • Veerkracht
  • Slijtweerstand
  • Goede verwerkbaarheid.

Veel toegepaste kunststoffen zijn:

  • POM: Polyoxymethyleen Acetaal Polymeer of Polyacetaal
  • PTFE: Polytetrafluoroethyleen (beter bekend onder de merknaam Teflon)
  • PP:   Polypropyleen
  • PVC:  Polyvinyl Chloride

Niet alle PTFE kunststoffen zijn geschikt, omdat sommige PTFE soorten poreus en moeilijk te reinigen zijn. Enkele aangepaste soorten PTFE en volledig gefluorideerde co-polymeren zoals PFA (Perfluoroalkoxy hars) voldoen wel aan de eisen.

PTFE_Plastics.jpg

PTFE

PVC_pipes.png

PVC

Inzet van elastomeren als constructiemateriaal

Bij het ontwerpen van machines en apparaten die ingezet worden in de voedselindustrie worden vaak onderdelen ingezet die verende eigenschappen moeten hebben. Elastomeren zijn synthetische polymeren die voldoen aan verende eigenschappen. Als een externe belasting wordt aangebracht zal de elastomeer vervormen. Na het verwijderen van de belasting zal de oorspronkelijk vorm weer worden aangenomen. Elastomeren worden toegepast bij afdichtingen, pakkingen en verbindingsringen.

Bij de inzet van elastomeren moet gecontroleerd worden of ze voldoen aan een aantal criteria. Dit is dezelfde lijst met criteria als bij de inzet van kunststoffen 

Veel toegepaste elastomeren zijn:

  • EPDM: Ethyleen Propyleen Dieen Monomeer
  • NBR: Nitril-Butyl-rubber
  • VMQ: Siliconenrubber

Uitgangspunt bij het ontwerp van machines is het programma van eisen. Dit programma is een combinatie van de functionele eisen en wensen en de hygiëne-eisen

Hygiënisch construeren

Het hoofddoel van de ontwerper van een machine of een apparaat is er voor zorgen dat de machine voldoet aan de functionele eisen. Met het voldoen aan de functionele eisen worden de gestelde doelstellingen behaald. Het ontwerp moet voldoen aan de noodzakelijke en wettelijk verplichte randvoorwaarden ten aanzien van de hygiëne. Er mogen geen microbiologische problemen ontstaan, zeker niet bij het in bedrijf zijn van de machine.

De ontwerper moet vanuit hygiënisch oogpunt aandacht geven aan de volgende zaken:

  • Reinigbaarheid en desinfectie: de machine moet op een zo eenvoudig mogelijke wijze schoon te maken zijn.
  • Voorkomen van het binnendringen van micro-organismen in producten: de machine moet ondoordringbaar zijn voor micro-organismen.
  • Voorkomen van groei van micro-organismen: met name dode hoeken, spleten en openingen moeten worden vermeden.
  • Afstemming van de hygiënische eisen met de functionele eisen: soms botsen hygiënische eisen met de functionele eisen en moeten er compromissen worden gesloten. Deze compromissen houden bijna altijd in dat het lastiger wordt om de machine of het apparaat te reinigen en te desinfecteren. Zulke compromissen moeten goed vastgelegd worden en met de gebruiker worden besproken.
  • Het valideren of er daadwerkelijk voldaan is aan de hygiëne-eisen: het is van groot belang is om na te gaan of de hygiëne eisen ook daadwerkelijk worden gerealiseerd. Is dat niet het geval, dan kan soms met relatief eenvoudige aanpassingen alsnog het vereiste hygiëne-niveau bereikt worden. Blijven er twijfels bestaan, dan is het mogelijk om het testen of inspecteren van de machine onderdeel te laten maken van de reguliere onderhoudsprocedures.

Ontwerpcriteria

De volgende basiscriteria maken deel uit van hygiënisch ontwerp: 

  • Geen onvolkomenheden in product-oppervlakken,
    • Geen ongelaste direct metaal-op-metaal verbindingen
    • Goede uitlijning van de leidingen en de apparatuur. Geen oneffenheden.
    • Geen O-ringen die in contact komen met het product. Indien dit toch noodzakelijk is, zorg dan voor een vlakke, statische afdichting.
    • Geen direct contact van product met schroefdraden.
    • Voorkom scherpe hoeken (< 90o). Radius van de hoeken tussen minimaal 3 mm en maximaal 6 mm.
  • Geen scherpe randen door ontbramen
  • Zo glad mogelijke oppervlakte afwerking en aanvaardbare oppervlakteruwheid,
  • Product oppervlakken dienen een aanvaardbare oppervlakteruwheid Ra te hebben. De maximale ruwheid voor grote contactoppervlakken is 0,8 μm,
  • Vermijd horizontale oppervlakken, zowel aan de binnen- als de buitenkant van de apparatuur, inclusief het leidingwerk,
  • Vloeistoffen moeten vrij kunnen lopen, altijd naar één kant,
  • Voorkom condensatie op apparatuur en leidingen. Indien dit niet mogelijk is moet condens weg kunnen vloeien,
  • Zorg voor goede, gladde lasnaden, ook voor oppervlakken die niet in aanraking komen met het product. Wordt hier niet aan voldaan, dan is nabewerking noodzakelijk. Dit kan door slijpen of polijsten van het materiaal,
  • Er mag geen water of vuil op ondersteuningen (bijvoorbeeld voor de leidingen) kunnen blijven staan,
  • Indien leidingwerk of onderdelen moeten worden geïsoleerd, dan kan dat met een volledig afgedichte roestvast stalen mantel. Deze mantel maakt het onmogelijk dat lucht en/of vocht binnendringen. Bij dubbelwandige leidingen kan de isolatie plaatsvinden door de ruimte tussen de wanden vacuüm te zuigen.

Uiteindelijk moeten alle oppervlakken die in contact komen met het product gemakkelijk met de hand schoon te maken zijn en gemakkelijk visueel te controleren zijn. Is dit niet mogelijk, dan moet worden aangetoond op welke wijze alle verontreinigingen verwijderd kunnen worden. 

Juul Jenneskens

Naam: Juul Jenneskens
Adviseur

Neem gerust contact op als u vragen heeft over dit onderwerp. Samen met mijn collega's sta ik klaar om u te helpen!

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555 [email protected]

Liever direct een adviesgesprek aanvragen?