Hygienisch sensible Lebensmittel sicher zu verpacken ist eine hohe Kunst. Die Haltbarkeit des Produktes bestimmt, welche Absatzmärkte sich für ein Produkt erschließen lassen. Außerdem schätzt der Verbraucher qualitativ hochwertige Produkte, die ihm durch ein Mindesthaltbarkeitsdatum von bis zu sechs Wochen bei Frischprodukten eine hohe Flexibilität in der Vorratshaltung gewähren, ohne auf Frische verzichten zu müssen. Produkte außerhalb der Kühllinie sind sogar bis zu 12 Monaten haltbar. Diese Herausforderungen müssen aseptische Verpackungsmaschinen für flüssige oder pastöse Lebensmittel erfüllen, egal ob in Schlauchbeutel, Flasche oder Becher abgefüllt wird.

Die eingesetzten Packmaterialien werden kurz vor der Produktbefüllung mit Wasserstoffperoxid (H2O2) desinfiziert. Diesen Schritt muss die Verpackungsmaschine absolut zuverlässig durchführen. Denn eine auf mangelhafte Packmitteldesinfektion zurückzuführende Fehlproduktion kann mit teuren Rückrufaktionen und einem Imageschaden verbunden sein.

Bewährtes Desinfektionsmittel

Aufgrund der hohen mikrobiziden Wirkung und seiner guten Umweltverträglichkeit hat sich H2O2 als Desinfektionsmittel bestens bewährt. In der Lebensmittelbranche wird es in 35 %iger Lösung verwendet. Die von den Herstellern angebotenen wässrigen H2O2-Lösungen sind immer mit Stabilisatoren versehen. Sie verhindern einen exothermen Zerfall der Lösung und sichern so ab, dass nach Lagerung und Transport die angegebene H2O2-Konzentration noch vorhanden ist. Nach Anbruch des Originalgebindes und Dosierung der H2O2-Lösung in die Vorratsbehälter der Verpackungsmaschine haben mehrere Faktoren Einfluss auf die Konzentration der Lösung: die Temperatur, die Verdunstung von Wasser und das Vorhandensein von Verunreinigungen. Letztere bewirken eine Zehrung des H2O2-Lösung. In der Regel werden diese Verunreinigungen durch das Packmittel in die Maschine eingeschleppt, denn die Unterfolie kann durch statische Aufladung Schmutzpartikel anziehen.

Um die desinfizierende Wirkung sicherzustellen, muss dass H2O2 in einer Mindestkonzentration vorliegen. Aber auch eine Aufkonzentrierung des Wasserstoffperoxids durch Wasserverdunstung kann negative Auswirkungen haben. So kann es bei zu hohen Konzentrationen zu Schädigungen des Packmaterials kommen.

Für die Packmitteldesinfektion in Tiefziehmaschinen sollte die H2O2-Konzentration zwischen 32 und 38 % liegen. Typischerweise läuft der Desinfektionsprozess bei Temperaturen zwischen 35 und 55 °C ab.

Die Desinfektion des Packmaterials erfolgt in H2O2-Bädern, die die von der Rolle kommenden Folien durchlaufen. Die Bäder werden im Kreislaufsystem von einem Zwischenbehälter beschickt. Einer Aufkonzentrierung der H2O2-Lösung durch Wasserverdunstung wird durch Zugabe von entmineralisiertem Wasser in den Zwischenbehälter entgegengewirkt. Da Verschmutzungen unter Sauerstoffbildung zum exothermen Zerfall der Lösung führen können, ist das System in regelmäßigen Abständen komplett zu entleeren und zu reinigen.

Die H2O2-Konzentration in den Vorratsbehältern der Tiefziehmaschinen lässt sich beispielsweise titrimetrisch bestimmen. Nachteil: Diese Methode ist zeitaufwendig und liefert keine kontinuierlichen Messwerte. Für die Füllstandmessung in den Vorratsbehältern haben sich kapazitive Füllstandssonden wie der Liquicap M FMI51 bewährt.

Einfach und zuverlässig

Eine einfache und sichere Regelung und Überwachung der H2O2-Konzentration ist mit dem Liquiphant M Dichte von Endress+Hauser möglich. Mithilfe einer Schwinggabel bestimmt das Gerät die Dichte von Flüssigkeiten. Als Vibrationsgrenzschalter stellt es ein mechanisch schwingfähiges System dar, das auf seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird. Herzstück des Schalters ist ein Piezoantrieb. Dieser überträgt die von ihm erzeugten Antriebsimpulse auf eine Schwinggabel aus Edelstahl, dem produktberührenden Teil des Systems. Als Grenzstandmelder hat die Elektronik bisher nur die Unterschreitung einer bestimmten Frequenz, hervorgerufen durch Bedeckung der Schwinggabel mit einer Flüssigkeit, erkannt und als digitales Signal an die Prozesssteuerung weitergegeben. Der Schalter konnte also nur erkennen, ob er in Luft oder in eine Flüssigkeit eintaucht.

Durch eine neue Elektronik wertet der Liquiphant M Dichte nun auch die Resonanzfrequenz aus, mit der die Gabel schwingt. Diese ist direkt abhängig von der Dichte des Mediums. Der Dichterechner FML621 ordnet dieser Resonanzfrequenz den entsprechenden Dichtewert zu und errechnet die Konzentration. Er verfügt über zwei 4…20-mA-Stromausgänge, über die die Daten in der Regel an die Steuerung der Packmaschine weitergeleitet werden. Bei Über- oder Unterschreitung der vorgegebenen H2O2-Konzentration wird die Maschine automatisch gestoppt. Gleiches passiert bei Überschreitung der vorgegebenen Maximaltemperatur.

Da die Dichte eine temperaturabhängige Größe ist, muss der Temperatureinfluss korrigiert werden. Dies erfolgt über einen Temperatursensor, der in der Nähe der Messstelle montiert ist. Außerdem muss dem Liquiphant-M-Dichte-Messsystem eine H2O2-Konzentrationstabelle hinterlegt sein. Für Interox AG, eine von Solvay Chemicals angebotene H2O2-Lösung, liegt diese für den Liquiphant M Dichte vor. Sie wurde gemeinsam von Solvay und Endress+Hauser erarbeitet.

Geeigneter Einbauort

Ein möglicher Einbauort für den Sensor könnte der Vorratsbehälter sein. Allerdings verfälschen hier Sauerstoffbläschen an der Schwinggabel das Messergebnis. Erfahrungen aus der Praxis haben gezeigt, dass die Messstelle am besten in der Rohrleitung des Zulaufes zum Tauchbad positioniert ist. Aufgrund der Strömung im Rohr kann es an dieser Stelle zu keiner Verfälschung der Messergebnisse durch Sauerstoffbläschen kommen. Die gewonnenen Messergebnisse sind mit der im Labor erzielten Genauigkeit von ±0,5 % vergleich- und reproduzierbar. Die Temperaturmessstelle, beispielsweise ein Easytemp TMR35, wird im Vorratsbehälter platziert.

Der Liquiphant M Dichte stellt eine lückenlose H2O2-Konzentrationsüberwachung sicher. Aufgrund seiner kontinuierlichen Arbeitsweise hat das Bedienpersonal an der Tiefziehmaschine jederzeit einen Überblick darüber, ob es zu einer Aufkonzentrierung oder Zehrung der H2O2-Lösung kam. In beiden Fällen wäre ein Eingreifen des Bedienpersonals notwendig und dank des Liquiphant M Dichte auch rechtzeitig möglich. Außerdem leistet das Messsystem einen wesentlichen Beitrag zur Verhinderung einer H2O2-Freisetzung. Sie ist das Ergebnis der Zersetzung des Desinfektionsmittels und der damit einhergehenden Sauerstoffbildung.

Halle 6, Stand A71

Online-Info www.dei.de/0511416

Tim Schrodt