Joghurt- und Dessert-Produkte haben für die Molkerei-Industrie einen besonderen Stellenwert. Die Filtration ist dabei eine der Schlüsseltechnologien im biotechnologischen Prozessablauf: Bei der Sterilfiltration von Druckluft erweisen sich Filter mit verlängerter Standzeit als wichtiger wirtschaftlicher Faktor.

Plissierte Steril-Tiefenfilter(P)-SRF C von Donaldson kommen in der Joghurt-Produktion beiDanone zum Einsatz.

In Deutschland lag der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch für Jogurt 2016 bei jährlich 16,8 kg.

Activia von Danone gehört zu den bekanntesten Joghurtmarken. Die Herstellung im Werk Ochsenfurt am Main erfolgt unter besonderen Bedingungen der Produktintegrität, auch bei der Filtration der nötigen Druckluft.

Der Filterhersteller Donaldson hat im Frühjahr 2017 eine lange Versuchsreihe mit Sterilfiltern für Druckkluft, Fermentationsluft, Kohlendioxyd und sonstigen Prozessgasen abgeschlossen. Damit ließ sich die Standzeit der Sterilfilter-Baureihe (P)-SRF erheblich verlängern und gleichzeitig die – für die Produkt- und Prozessintegrität entscheidende – hohe Rückhalterate sicherstellen. Filtermedien mit optimierter mechanischer und thermischer Stabilität ermöglichten diesen Fortschritt. Die Kundenwünsche, die weltweit höheren Qualitätsstandards in der Produktion und die Leitlinien des Managements zur Steigerung von Sicherheit und Nachhaltigkeit lassen sich damit erfüllen.

Für Thomas Karollus, Beratungsingenieur bei Donaldson im Prozessfilterbereich, war der nächste Schritt klar: Er wollte Danone die neuen Filter vorstellen und empfehlen, diese mit der bisherigen Serie im praktischen Einsatz zu vergleichen. Seit Juli 2017 werden die bisherigen (P)-SRF und (P)-SRF N-Filterelemente sukzessive durch die neuen Sterilfilter der Serie (P) SRF C (C = Compressed Air /Druckluft) ersetzt.

Der Sterilfilter (P)-SRF C erfüllt die hohen Anforderungen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Pharmazeutischen Industrie und bewährt sich auch unter extremen Betriebsbedingungen. Das Filterelement ist ein plissierter Tiefenfilter, dessen innerer und äußerer Stützmantel sowie Endkappen aus Edelstahl bestehen. Das Borsilikat-Filtermedium ist mit PTFE imprägniert und hat zudem noch ein PTFE-Aussenschutzgewebe. Die Rückhalterate beträgt >99,99999995 % bezogen auf 0,2 μm und > 99,99999995 % bezogen auf 0,02 μm. Für nano-skalige Partikel (0,003 μm) liegt die Rückhaltung bei > 99,999999991 %, was in Anlehnung an DIN EN 1822 verifiziert wurde.

Filteranlage im Tankraum: Sterilfilter halten die zum Entleeren nötige Druckluft partikelfrei.

Alle Komponenten entsprechen den Anforderungen für den indirekten Kontakt mit Lebensmitteln gemäß CFR (Code of Federal Regulations) Title 21 und (EG) No. 1935/2004. Das Filtermedium ist ohne Verwendung von chemischen Zusatzstoffen hergestellt. Die stabile Konstruktion ermöglicht mehr als 160 Sterilisationszyklen bei 141 °C in beiden Strömungsrichtungen und erlaubt auch die Anwendung anderer Sterilisationsarten wie Ozon oder VPHP.

Die Bedeutung dieser Sterilfilter wird deutlich, wenn man den Prozessablauf der Joghurtproduktion betrachtet: Der Fett- und Proteingehalt der angelieferten Frischmilch wird angepasst und die Milch wird so stark gerührt, dass die Fettkügelchen in kleinere Teilchen zerbersten und sich gleichmäßig verteilen. Bei der anschließenden Pasteurisierung wird sie für einige Minuten auf 90 bis 95 °C erhitzt, bevor sie auf 40 °C heruntergekühlt wird.

Mischung aus fünf Bakterienstämmen in einem Tank, dessen Temperatur über acht Stunden konstant bei 37 °C gehalten wird. In dieser Zeit säuert die Milch und wird allmählich dicker. Während dieses Vorgangs wird die Masse vorsichtig gerührt, um eine geschmeidige Konsistenz zu erhalten. Anschließend wird die Masse für zwei Stunden auf 20 °C gekühlt, um die Aktivität der Gärmittel zu verringern. Danach erfolgt die Befüllung der Becher oder Flaschen unter abschließender Kühlung auf 4 °C, damit die Kulturen intakt bleiben.

Die Leerung der Tanks erfolgt durch Beaufschlagung mit hochreiner, steriler Druckluft. Hier kommt die Filtrationstechnik ins Spiel: Die in der zentralen Druckluftstation ölfrei erzeugte und getrocknete Druckluft wird auf ca. 2 bar im Druck reduziert und der Sterilfilter sorgt dafür, dass diese Luft steril und partikelfrei ist. Die hohe Rückhalterate von Bakterien, Viren und Partikeln bis 3 nm sichert die Produkt- und Prozessintegrität.

Der Sterilfilter (P) SRF C sorgt für hohe Rückhalteraten und lange Standzeiten im Tankraum. (links)

Seit der Einführung der neuen Sterilfilter hat sich bei unterschiedlichen Einsatzbedingungen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie gezeigt, dass über 160 Sterilisationszyklen möglich sind. Dies gilt zum Beispiel für die 20-Minuten-Sterilisation in beiden Flussrichtungen mit 131 °C Sattdampf. Auf der Zeitschiene liegt das vom Filterhersteller empfohlene Wechselintervall bei 12 Monaten.

Beim Joghurthersteller erfolgt die Sterilisation der Filter mit Sattdampf, der den ebenso hohen Ansprüchen an Reinheit entsprechen muss und mit Dampffilterelementen der Serien (P)-GS und (P)-GSL N gefiltert wird. Die gute Dampfqualität leistet einen Beitrag zur Standzeit der zu sterilisierenden Filter und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses.

Ein weiteres Herausstellungsmerkmal der neuen Sterilfilter bezieht sich auf die Trocknungscharakteristik. Das Trockenblasen und die sofortige Rückkehr zu niedrigen Differenzdrücken nach der Dampfsterilisation, erfolgt innerhalb weniger Sekunden. Stillstandzeiten, Energieverbrauch und die mechanische Belastung des Filtermediums werden dadurch deutlich reduziert.

Dampffilter der Serie (P)-GSL N (rechts) halten den zur Sterilisation genutzten Sattdampf seinerseits steril. Bilder: Donaldson

Mit dem Filter Test Center (FTC) ist ein DOP-Integritätstest der Sterilfilter vor Ort möglich. Dieser wird als Integritätstest ausschließlich für Steriltiefenfilter angewandt ermöglicht eine Aussage über die Abscheidungsleistung des Filterelementes. Die Durchführung des Tests erfolgt in Anlehnung an EN 1822 und ASTM (American Society for Testing and Materials) D 2986-91. Ein Aerosolgenerator erzeugt einen Paraffinölnebel mit einem Partikelspektrum zwischen 0,1 und 0,5 µm. Mit diesem Prüfnebel wird das Filterelement beaufschlagt. Hinter dem Element misst ein Laserpartikelzähler die Anzahl der Partikel, die das Filterelement passiert haben. Ein „steriles“ Element muss dabei einen sogenannten LOG Reduction Value (LRV) von > 7/cm2 Filterfläche haben. Das bedeutet, dass von ursprünglich 107 Partikeln pro Quadratzentimeter Filterfläche maximal ein Partikel pro Quadratzentimeter das Medium durchdringen darf. Der LRV ist dann größer als Sieben und das Element ist integer und kann als Sterilfilter eingesetzt werden.

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