Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 03/2018, 06.03.2018

Aseptische Abfüllung: Die Vorteile

«Im Vergleich zur Heissabfülltechnologie macht die aseptische Kaltabfüllung Nahrungsmittel haltbarer, ohne die Qualität des Produkts zu beeinträchtigen», sagt Alessandro Bellò, Leiter Blowing, Filling und Packaging bei GEA.

Autor: Alessandro Bellò, Vice President of Blowing-Filling & Packaging GEA

Aseptik ist ein multidisziplinärer Ansatz: Eine aseptische Abfüllanlage ist viel mehr als eine Reihe miteinander verbundener Maschinen. Es handelt sich um ein integriertes System, dessen Leistung und Effizienz beeinflusst werden von: einem effizienten Sterilisationsprozess, einer korrekten thermischen Behandlung des Produkts, einer unterschiedlichen Wärmedurchdringung der Pulpe, einem totraumlosen, aber attraktiven Behälterdesign und einem Abfüll- und Verschliessbereich, der eine Kontamination von aussen ausschliesst. Eine erfolgreiche aseptische Abfüllanlage muss alle diese Aspekte des Prozesses berücksichtigen. Zudem müssen neben Behältern auch die Verschlüsse vor der Abfüllung sterilisiert werden, um eine Wiederkontamination im Prozess zu vermeiden.

Die Sterilisation zielt darauf ab, alle vegetativen mikrobiellen Formen zu zerstören und keimunfähig zu machen. Kaum eine Technologie kann absolute Sterilität erreichen, zumal das nicht einmal die beste Lösung wäre. Aus diesem Grund praktizieren die industriellen Lebensmittelhersteller die so genannte «kommerzielle Sterilität», einen Kompromiss zwischen den Vorteilen einer angemessenen Haltbarkeit und dem Nachteil höherer Kosten für den aufwendigen Sterilisationsprozess. Die Wirksamkeit der Sterilisation wird von drei grundlegenden Faktoren beeinflusst: Temperatur, chemischer Konzentration und Kontaktdauer. Von diesen Faktoren hat die Temperatur den grössten Einfluss auf die Sterilisation, gefolgt von der chemischen Konzentration und der Kontaktdauer. Für den Verarbeiter ist es wichtig, die richtige Balance zu finden: Je länger die Kontaktzeit, desto schlechter ist die Produktivität. Um sie zu beschleunigen, können also Chemikalien höher konzentriert werden, was Mehrkosten und potenziell ein Umweltproblem verursacht. Hohe Temperaturen dagegen heisst Energie verschwenden und kann sogar dazu führen, dass die Flasche schrumpft. Der Kompromiss besteht darin, das optimale Niveau zwischen diesen Elementen zu finden.

Sterilisationsverfahren

Es gibt vier anerkannte und kommerziell erhältliche Sterilisationsverfahren für aseptische Hochgeschwindigkeitsabfüllanlagen, die sowohl auf PET- und HDPE-Flaschen als auch auf Kunststoffverschlüsse mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften angewendet werden können:

  • Bei der nassen PAA-Sterilisation wird flüssige Peroxyessigsäure bei hohem Druck und relativ niedriger Temperatur gesprüht. Ein robustes und einfaches System, bei dem leichte PET-Flaschen nicht schrumpfen und auch Flachverschlüsse ein PAA-Sterilisationsbad nehmen können.
  • Bei der PAA-Behandlung mit Dampf werden kleine Mengen von PAA in lebensmittelechtem Dampf verwendet. Dies erfordert nur sehr geringe Mengen an Chemikalien, ist jedoch komplizierter, da die Temperatur der Flasche zur Aktivierung des Sterilisationsmittels genau überwacht werden muss. Bei hohen Sterilisationsniveaus ist PAA möglicherweise nicht ausreichend wirksam.
  • Bei der H₂O₂-KWK-Behältersterilisation wird ein Wasserstoffperoxiddampf verwendet, der beim Einspritzen in die Flasche kondensiert und Mikrotropfen an den Innenwänden entstehen lässt. Diese werden mit Heissluft entfernt. Die H₂O₂-KWK-Behandlung wird auch für die Foliensterilisation eingesetzt.
  • Die H₂O₂-VHP-Methode (Vaporised Hydrogen Peroxide) ist eine trockene Sterilisationstechnik mit Verwendung von H₂O₂-Dampf. Die Flaschen werden vor der Behandlung erwärmt, um zu verhindern, dass der Dampf auf den Innenflächen kondensiert, so dass Rückstände minimiert werden. Dieses Verfahren lässt sich leicht zur Behandlung sterilisierbarer Flach- und Sportkappenverschlüsse anwenden.

Preforms sterilisieren

Um die Hitzeeinwirkung auf die Flaschen zu reduzieren, wird in manchen Systemen die Preform vor dem Blasen in einer sterilen Umgebung sterilisiert, wodurch die Menge der benötigten Chemikalien minimiert und ein Schrumpfen verhindert wird. KWK- und VHP-Prozesse werden bevorzugt für die Dekontamination von Preforms in aseptischen Anlagen eingesetzt. Der KWK-Sterilisationsprozess findet vor dem Ofen statt: Dies bedeutet einen Anstieg der Kosten und Risiken, weil eine Wiederkontamination der Preform im Ofen vermieden werden muss, die Anfangstemperatur der Preform schwer kontrollierbar ist – und damit die Menge an H₂O₂ die in der Preform kondensiert. Die VHP-Behandlung von Preforms erfolgt nach dem Ofen: Der Ofen erwärmt die Preform auf ca. 100 °C und wird anschliessend mit H₂O₂-Dampf bei 80–90 °C behandelt. Nach der Sterilisation wird die Preform in einer sterilen Umgebung geblasen und anschliessend abgefüllt.

Aseptische Abfüllung

Die aseptische Abfülltechnologie zielt darauf ab, die beste Abfüllgeschwindigkeit, Genauigkeit und Flexibilität zu erreichen und gleichzeitig die Sterilität des Produkts und der Behälter während des gesamten Prozesses aufrechtzuerhalten.

Die Behälter können nach Volumen oder Gewicht befüllt werden. Beide Verfahren haben sich als vorteilhaft erwiesen und sind anderen bisher verwendeten Abfülltechnologien überlegen, die den Kontakt zwischen Flasche und Abfülldüse erfordern. Die volumetrische Befüllung verwendet ein magnetisches Durchflussmessgerät, das an jedem Füllkopf angebracht ist, um den Durchfluss der Flüssigkeit zu kontrollieren. Die Durchflussmesser können die Membranventile direkt ansteuern, um den Füllzyklus zu starten und zu stoppen. Die meisten aseptischen Produkte sind noch flüssig, so dass sie abgefüllt werden können, ohne dass der Füllkopf die Flasche berührt. Einige Produkte bilden jedoch Schaum, so dass es notwendig ist, die Durchflussmenge zu kontrollieren und gegebenenfalls während des Füllens jeder Flasche zu variieren, um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen. Die Abfüllung nach Gewicht ist in der Regel flüssigen Lebensmitteln vorbehalten, deren Inhalt auf der Verpackung in Gramm angegeben ist. Es kann auch als zweite Kontrolle verwendet werden, um Temperatur- und Viskositätsschwankungen zu berücksichtigen. Die Füllung nach Gewicht kann jedoch im Hochgeschwindigkeitsbetrieb schwieriger zu kontrollieren sein, da Vibrationen und Kollisionen innerhalb des Systems die Messungen beeinflussen können.

Verschliessen und Versiegeln

In einer aseptischen Abfüllanlage ist der Verschliesser in den mikrobiologischen Isolator integriert. Bei der Konstruktion des Verschliessers ist es wichtig, eine Kreuzkontamination auszuschliessen. Dies erfordert die Isolierung beweglicher Teile, die geschmiert werden müssen, aus dem aseptischen Bereich innerhalb des Isolators.

Die wichtigsten Arten von Verschlussvorrichtungen, die üblicherweise für PET-Getränkeflaschen verwendet werden, sind Kunststoffverschlüsse mit Gewinde, Lippendichtung und Liner-Dichtung. Verschweisste Folienverschlüsse sind bei HDPE-Flaschen vorgeschrieben, bei denen es aufgrund der natürlichen Geschmeidigkeit des Materials schwierig ist, eine luftdichte, robuste Versiegelung allein durch die Verwendung eines Schraubverschlusses zu gewährleisten. Folien werden auch auf PET-Flaschen eingesetzt, wenn das Verschlussdesign keine perfekte Versiegelung mit dem Flaschenhals gewährleisten kann. Daher ist es wichtig, dass jedes aseptische Abfüllsystem flexibel genug ist, um alle Variationen der Verschliesstechnologie zu berücksichtigen, so dass der Hersteller die für die Anwendung am besten geeignete Verschlussvariante auswählen und zugleich die Sterilität des Prozesses sicherstellen kann.

Kosten-Nutzen-Analyse

Die aseptische Technologie ist heute das beste Produktionssystem für die Getränke-industrie, aber die Investitionskosten für die Installation sind hoch. Die Kosten-Nutzen-Analyse für die aseptische Abfüllung basiert auf drei Faktoren: dem Produktionsvolumen, der geforderten Produktqualität und dem Flaschendesign.

  • Volumen: Aseptische Anlagen sind für einen 24-Stunden-Betrieb ausgelegt und gewährleisten eine hohe Effizienz. Durch den hohen Ausstoss amortisieren sich die Kosten bei höheren Produktionsdurchläufen. Der Einsatz für kleinere Volumina kann jedoch durchaus sinnvoll sein, wenn das vom Markt geforderte Qualitätsniveau ausreichend hoch ist.
  • Produktqualität: Schon auf dem niedrigsten Leistungsniveau liefert die aseptische Technologie einen sehr konstanten Output bei minimalem Einsatz von Chemikalien oder Additiven. Der maximale Nutzen wird jedoch bei Anwendungen erzielt, bei denen eine hohe Produktqualität entscheidend ist, da die individuelle Charakteristik der Rohstoffe wie Geschmack, Farbe und Nährwert erhalten bleiben.
  • Flaschendesign: Die Abfüllung bei Raumtemperatur ermöglicht eine wesentlich grössere Flexibilität bei der Flaschengestaltung. Wenn Hersteller komplexe Designs wünschen oder diese häufig wechseln, dann hat die aseptische Technologie einen klaren Vorteil.

Es gibt noch andere Überlegungen: Wenn Unternehmen in absehbarer Zeit eine Produktionserweiterung in Erwägung ziehen, wird die Installation einer aseptischen Anlage die Produktionslinie zukunftssicher machen und so dazu beitragen, den sich entwickelnden Bedürfnissen des Unternehmens gerecht zu werden. Die aseptische Technologie kann auch die Konsolidierung der Produktion in grössere, effizientere Anlagen ermöglichen, da die längere Haltbarkeit bedeutet, dass das Produkt während der Lagerung und des Transports nicht beschädigt wird.

GEA Group www.gea.com



GEA Fillstar CX EVO für die aseptische Softdrinkabfüllung ohne Umrüstzeit auf derselben Maschine. (Bilder: GEA)


Die «Aseptic Blow Fill»-Lösung, geeignet für säurehaltige und säurearme Getränke, bietet eine sichere, flexible und aseptische Abfüllung von Kunststoffflaschen. Es kann mit Sterilfoil VHP L ausgestattet werden, einem H₂O₂-Sterilisationssystem, das für die Foliensterilisation entwickelt wurde.