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Abfülltechnik in der Getränkeproduktion

Die Zukunft der Abfülltechnik ist flexibel, nachhaltig und digital

| Autor/ Redakteur: Alessandro Belló* / M.A. Manja Wühr

Die Sterilisation von Behältern für aseptische Getränke ist von elementarer Bedeutung für den Abfüllprozess. Es gibt verschiedene Abfüllverfahren, die alle ihre Vorzüge, aber auch Schwächen haben. Doch ob künftig Plasma, gepulstes Licht oder eine andere Methode zum Einsatz kommen – eines steht fest: Abfüllunternehmen werden verstärkt auf Digitalisierung und Nachhaltigkeit setzen. Mehr noch: Sie dürfen sich auf nachhaltigere Verfahren freuen.

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Die Zukunft der aseptischen Abfüllung ist flexibel, nachhaltig und digital.
Die Zukunft der aseptischen Abfüllung ist flexibel, nachhaltig und digital.
(Bild: ©Alterfalter - stock.adobe.com)

In der öffentlichen Wahrnehmung ist das Prädikat „natürlich“ so positiv belegt wie nie zuvor. Verbraucher wollen Produkte, die frisch schmecken, viele natürliche Inhaltsstoffe enthalten, einen hohen Nährwert haben und lange haltbar sind. In den Industrieländern kommen Menschen dank funktionierender Kühlketten ganz selbstverständlich in den Genuss dieser Nahrungsmittel. Wo es diese Möglichkeiten nicht gibt, war es bislang bedeutend schwieriger, Produktfrische und Haltbarkeit zu kombinieren. Doch die Vorzeichen haben sich geändert: Dank aseptischer Abfüll- und Verpackungstechnologie lassen sich heute mehr Menschen mit frischen Produkten versorgen und dabei die Umweltbelastungen durch die Kühlkette minimieren.

Aseptische Abfüllung, die Wasserverbrauch und Chemieabfälle minimiert

Die aseptische Abfülltechnologie gewährleistet, dass sterile Flaschen mit sterilen Produkten abgefüllt und mit sterilen Verschlüssen versiegelt werden – und alles in einer sterilen Umgebung. So lassen sich Bakterien abtöten, und Getränke und Lebensmittel herstellen, die auch bei Raumtemperatur mehr als sechs Monate unbedenklich gelagert und ohne geschmackliche Einbußen konsumiert werden können.

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Die aseptische Abfüllung kommt bereits vielfach zum Einsatz. Doch scheiden sich die Geister, in welcher Form die Flaschen und Verschlüsse sterilisiert werden sollten. Den erforderlichen Sterilisationsgrad zu erzielen, ist gewöhnlich nicht das Problem. Wie aber gleichzeitig Wasser- und Chemikalienverbrauch sinken, ist schon etwas komplizierter. Die Herstellung des benötigten sterilen Wassers ist mit hohen Kosten verbunden. Auch die zur Sterilisationschemikalien sind teuer. Zudem ist das Handling aufwendig, denn die Flaschen müssen vor dem Abfüllen von allen Rückständen befreit und auch die Chemikalien sicher und effizient extrahiert werden.

PAA-Sterilisation: wirkungsvoll, aber mit Verbesserungspotenzial

Das naheliegendste und wirkungsvollste Verfahren ist vermutlich die PAA-Sterilisation. Hierbei werden die Flaschen und Verschlüsse mithilfe einer warmen Peressigsäurelösung (PAA) entkeimt. Während des Reinigungsprozesses wird die biologische Verunreinigung neutralisiert, und es werden alle Ablagerungen – etwa Staub oder Plastikteilchen – aus den Flaschen entfernt. Anschließend werden die Flaschen mit sterilem Wasser von chemischen Rückständen befreit. Dieses Verfahren ist immer noch das effektivste, doch benötigt es viel Wasser – das möchte man grundsätzlich vermeiden. Viele Anwendungen sind bis heute auf die PAA-Sterilisation angewiesen, deshalb wird an den Schwächen Gearbeitet, um zum Beispiel den Wasserverbrauch erheblich zu reduzieren und Wasser eventuell sogar aufzubereiten. Gerade durch das immer ausgeprägtere Umweltbewusstsein rückt dieser Aspekt für viele Hersteller in den Vordergrund.

Sterilisation durch H2O2: eine Alternative – aber nicht für jeden

In vielen Bereichen ist der Einsatz von Wasser aber gar nicht notwendig. Flaschen und Verschlüsse können auch mithilfe von verdampftem Wasserstoffperoxid (H2O2) entkeimt und anschließend mit steriler Luft ausgeblasen werden. Dieses Verfahren ist ebenfalls effektiv, stößt aber dort an seine Grenzen, wo die anfängliche Biobelastung der gelieferten Preforms schlecht kontrollierbar und die Lagerbedingungen nicht optimal sind. Außerdem erfolgt bei der Trockensterilisation keine mechanische Reinigung. Daher gilt: Wann immer Rückstände in den Preforms verbleiben könnten, ist die Nasssterilisation durch PAA die beste Wahl. „Manche Kunden bevorzugen die H2O2-Sterilisation, weil sie weniger Kosten verursacht; außerdem ist das eine ganz neue Technologie“, so Paolo Abelli, Head of Product Development of Blow Molding and Filling bei Gea. „Trotzdem ist diese Methode nicht für jeden die beste Alternative. Bei unsachgemäßer Verwendung kann es zu – zufälligen – Verunreinigungen während der Produktion kommen.“

Sterilisation von Preforms

Gea hatte die Sterilisation der Preforms vor dem Ausblasen der Flaschen 2010 konzipiert – und ist tatsächlich bis heute das einzige Unternehmen, das eine FDA-Freigabe für dieses Verfahren innehat. Seitdem hat es sich in vielerlei Hinsicht bewährt. Hierbei werden die Innen- und Außenflächen der erhitzten Preforms gleichzeitig mit Wasserstoffperoxiddampf sterilisiert. Anschließend werden die Flaschen in der aseptischen Umgebung erst ausgeblasen und dann abgefüllt.

Weil Preforms kleiner und gleichmäßiger geformt sind als ausgeblasene Flaschen, benötigt die Sterilisation weniger Chemikalien. Folglich sinkt auch der PET-Anteil pro Flasche – schließlich besteht keine Gefahr, dass es während der Behandlung zu einer Schrumpfung kommt. Das gibt den Herstellern die Chance, mit Flaschendesigns zu experimentieren. Wer allerdings ein Höchstmaß an Sicherheit wünscht, muss sich im Design bescheiden.

Elektronenstrahlen statt Chemikalien

Ideal wären Sterilisationsmethoden, die komplett ohne Wasser und Chemikalien auskommen. Die Gea-Innovationsmanagerin Dr. Barbara Bricoli verweist darauf, dass manche Technologien wie gepulstes Licht und Elektronenstrahlverfahren durchaus Potenzial zeigen. Allerdings konnten sie bislang noch nicht erfolgreich in der Praxis umgesetzt werden. „Die Behandlung mit UV-Licht und gepulstem Licht sind vielversprechende Technologien für die Sterilisation von PET-Flaschen. Zur Entkeimung von Preforms können Elektronenstrahlen eingesetzt werden. Das Verfahren ist jedoch kostenintensiv, und man hört von Wartungsproblemen. Ich glaube, dass die Kosten momentan noch zu hoch sind für eine kommerzielle Nutzung dieser Technologien.“

So sieht es auch Abelli, der vor allem von der Elektronenstrahltechnik überzeugt ist. „Sie ist allerdings sehr komplex und kostspielig, nicht zuletzt, weil das Bedienpersonal sorgfältig geschützt werden muss. Ich glaube nicht, dass sich die Kosten für das Gerät in nächster Zeit durch den geringeren Verbrauch von Wasser und Chemikalien auffangen lassen. Außerdem müssen wir bedenken, dass die Energie, die hierfür gebraucht wird, auch ihren CO2-Preis hat.“ Die Elektronenstrahltechnologie hat in der praktischen Umsetzung also noch mit Herausforderungen zu kämpfen. Deshalb arbeitet Gea an diesen Einschränkungen. Ziel ist es, einen chemiefreien Sterilisationsprozess mit niedrigeren Total Cost of Ownership (TCO) im Vergleich zum Elektronenstrahl bereitzustellen.

Prozessverbesserungen: Ausfallzeiten minimieren

Neben der Weiterentwicklung der technologischen Ansätze beschäftigt sich die Industrie auch mit Prozessverbesserungen. Der Schwerpunkt der Entwicklung in der aseptischen Abfüllung liegt derzeit vor allem in der Reduzierung von Stillstandszeiten. Sie sind für Getränkehersteller unproduktiv vertane Zeit und damit unwirtschaftlich. Deshalb verpflichten sich Maschinenbauer wie Gea, Stillstandszeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Viele Ausfallzeiten entstehen gerade durch Reinigungs- und Sterilisationsvorgänge, wobei eine wöchentliche Reinigung die Regel für alle Prozess- und Abfüllanlagen ist. Obligatorische CIP und SIP lassen sich nicht verhindern, aber wenn die Sterilisationsverfahren an sich optimiert würden, reduzierte das sowohl die Ausfallzeiten als auch die Betriebskosten erheblich.

Zudem beeinflussen auch die Faktoren „Mensch“ und „Arbeit“ Stillstandsreduzierungskonzepte für Hersteller: Die Personalfluktuation ist in vielen Unternehmen merklich ein Problem, insbesondere wenn Sicherheit und Hygiene entscheidend sind, wie in der Getränke- und Lebensmittelproduktion. Aus diesem Grund müssen Benutzeroberflächen an der Schnittstelle Mensch-Maschine intuitiv gestaltet sein, um Probleme weniger aufwendig zu lösen und den Trainingsbedarf zu begrenzen. Dies ermöglicht eine flexiblere Arbeitsweise und hilft, Ausfallzeiten zu minimieren. Das aseptische Blas- und Abfüllsystem von Gea ist jetzt beispielsweise mit Software- und HMI-Schnittstellen ausgestattet, die die TPM-Methodik der Kunden unterstützen (Total Productive Maintenance), verbesserte Alarmierungen und leicht zugängliche Informationen zum Lösen der Probleme und Ermitteln der Ursachen bieten.

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