10.02.2011: Die saubere Probenahme

Grundsätze der totraumfreien Installation von Probenahmeventilen

Im Rahmen der Qualitätssicherung ist es wichtig, an verschiedenen Punkten des Produktionsprozesses Proben zu nehmen. So werden in Rohrleitungen und an Tanks Probenahmestellen installiert, die regelmäßig, aber manchmal auch nur von Zeit zu Zeit verwendet werden. Vor allem während der Inbetriebnahme oder im Falle einer Prozessoptimierung werden gerne zusätzliche Probenahmestellen eingebaut.

Voraussetzung bei der Probenahme ist, dass die Proben die gleiche Qualität aufweisen wie das Lebensmittel in der Rohrleitung oder dem Tank. Wird im Verlaufe der Probenahme eine zusätzliche Kontamination mit eingebracht oder kommt es zu einer Veränderung des Lebensmittels, sind die Labormesswerte folglich nur wenig aussagefähig. Zur Vermeidung von mikrobiologischer Kontamination wird meist der Hahn für die Probenahme einer Hitzebehandlung durch einen Bunsenbrenner ausgesetzt.

Die Prozedur kann so weit gehen, dass die Metallhähne glühend sind und eine sehr lange Abkühlzeit benötigen. Da die Probe aber umgehend gezogen werden muss, kommt das „kalte“ Lebensmittel mit der heißen Oberfläche in Kontakt, sodass ein Anbrennen nicht auszuschließen ist. Die nachfolgende Reinigung ist erschwert. Vorteil ist jedoch, dass die mikrobielle Kontamination nahezu ausgeschlossen ist. Weiterhin besteht die Gefahr, dass die Ventile eine derartige Behandlung nicht überstehen und durch die Hitze beschädigt werden.

Ein weiterer Grund für mögliche Kontaminationen: Die Verwendung von falschen Probenahmeventilen. Selbstgebastelte Installationen erschweren nicht nur die Probenahme, sondern stellen zusätzlich noch eine Gefahr für das produzierte Lebensmittel dar. Die Rohrleitung kann durch ein Magnetventil, welches nicht reinigbar ist, ebenso kontaminiert werden. Bei anderen Installationen wird versucht, alle Wege gleichzeitig zu reinigen und anschließend zu dämpfen. Werden jedoch Verrohrungen mit Ringleitung (wie im Foto dargestellt) an Tanks angebaut, ist nicht sicher zu stellen, dass wirklich eine Zirkulationsströmung erfolgt. Zudem muss das Ventil manuell betätigt werden. Eine Anweisung, wann und wie lange das Ventil offen stehen muss, ist nicht vorhanden. Besser ist es, vollautomatische Systeme einzusetzen und diese in die Prozesssteuerung zu integrieren. Das erfordert einerseits einen Dampfanschluss für die Sterilisation. Anderseits muss es möglich sein, das Ventil während der Reinigung der Rohrleitung bzw. des Tanks ebenso mit zu reinigen. Bei Installation der Vorrichtung dürfen keine Toträume entstehen und keine Schnittstellen auftreten, die zu einem Kontaminationsrisiko beitragen. Bei Betriebsbegehungen fallen immer wieder die wildesten Installationen auf, die per se nicht funktionieren können. Im Folgenden soll daher die korrekte Installation beleuchtet werden, sodass eine zuverlässige Reinigung und Sterilisation von Probenahmeventilen ermöglicht wird.

Der Aufbau von Probenahmeventilen
Moderne Probenahmeventile werden totraumfrei an den Prozess angeschlossen. Dies kann über einen Flansch oder eine Einschweißmuffe geschehen. Das Ventil selbst besteht meist aus einem Kunststoffelement, das Ventilteller und Faltenbalg zugleich ist. Dieser Kunststoffkörper schließt direkt am Produktbereich ab. Als Werkstoff kommen entweder elastische Materialien wie EPDM oder härtere Werkstoffe wie PTFE zum Einsatz. Die Gehäuseform des Ventils muss so gestaltet sein, dass es einfach zu reinigen und zu entleeren ist. Die Aufnahme des Kunststoffkörpers muss spaltfrei erfolgen und darf keine reinigungstechnischen Probleme bereiten.

Der Faltenbalg hat je nach Hublänge unterschiedliche Formen. Häufig reicht eine große Welle aus, die dann auch einfach zu reinigen ist. Der Auslauf muss nach unten zeigen, damit die Probenflüssigkeit selbsttätig auslaufen kann. Der zweite Anschluss auf der oberen Seite wird mit der Dampfleitung verbunden. Dadurch ist die automatische Sterilisation möglich. Die Reinigung des Ventils erfolgt zeitgleich mit der Reinigung des Prozessraumes, da das Ventil nur dann zu öffnen ist.

Die Sterilisation der Ventile
Das Ventil wird durch den zweiten Anschluss im Gehäuse sterilisiert, wobei es prozessseitig geschlossen ist. Der Sattdampf strömt durch das Gehäuse, erhitzt alle produktberührten Flächen und entweicht über den Auslaufstutzen. Da hier Umgebungsdruck herrscht, werden keine Sterilisationstemperaturen über 100 °C erreicht. Es sollten zudem Wendeln eingesetzt werden, um den Dampf zu kondensieren.

Ein direkt ausströmender Dampf kondensiert dem gegenüber an den Oberflächen von Rohrleitungen und Anlagen und fördert darüber hinaus das Mikroorganismen- oder Schimmelwachstum. Im schlimmsten Fall schädigt das Kondensat bzw. der Dampf die Bauteile direkt. Der Dampfanschluss erfolgt häufig als fest verrohrte Leitung. Da die Dampfhauptleitung in den meisten Fällen nicht direkt neben dem Probenahmeventil verläuft, sind im Unternehmen längere Strecken mittels Rohrleitung zu überwinden. Die Rohrleitung kann dabei auch nach unten oder oben führen und wird erst mit einem Ventil an der Hauptleitung abgeschlossen.

Während der Sterilisation ergeben sich dadurch aber keine Nachteile, da der Dampf über derartige Strecken ohne weiteres übertragen wird und eventuelles Kondensat ausschiebt.

Die Problematik der Reinigbarkeit
Wird das Probenahmeventil unter den Gesichtspunkten des Hygienic Designs begutachtet, so sind viele auf dem Markt erhältliche Ventile als reinigbar einzustufen. Sie können gut durchspült werden und der Ventilkegel ist ebenfalls einfach zu reinigen.

Doch bevor gereinigt wird, erfolgt die Probenahme mittels sterilen Ventils. Hierzu wird das Ventil zur Dampfhauptleitung geschlossen. Es befindet sich Luft in der Leitung. Das Probenahmeventil wird geöffnet, und das Lebensmittel fließt nach unten aus. Hierbei dringt jedoch auch Flüssigkeit mit in die Dampfzuleitung ein. Je nachdem, wie diese verläuft, kann die Probenflüssigkeit die Zuleitung auch vollständig füllen. Ist die Probenahme beendet, wird das Ventil zum Prozessbereich geschlossen. Jetzt wird die Dampfleitung kurz aufgedreht und das Lebensmittel, zum Teil mit Kondensat, ausgespült.

In Abhängigkeit vom Aufbau der Rohrleitung kann es aber dabei sehr schnell zu Anbackungen auf den Oberflächen kommen. Wird der Prozessbereich gereinigt und das Probenahmeventil dabei mit geöffnet, ist eine vollständige Reinigung nicht möglich. Zwar wird der Bereich des Auslaufes gereinigt, nicht aber der gegenüberliegende Anschluss, der nur zum Teil mit Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt wird. Hier ist grundsätzlich ein Totraum vorhanden, der nicht unterschätzt werden darf. Durch die Dampfbeaufschlagung werden die meisten Mikroorganismen abgetötet, Produktreste aber bleiben vorhanden.

Die korrekte Installation
Soll das Risiko einer Kontamination minimiert werden, ist es wichtig, diesen Totraum zum Anschluss an die Dampfhauptleitung zu vermeiden. Das Gehäuse des Probenahmeventils muss direkt abgesperrt werden und nicht erst an der Dampfhauptleitung. Wird ein kleines Ventil direkt an den Stutzen des Gehäuses angeschweißt, bleibt immer noch ein Totraum vorhanden. Dieser ist zwar wesentlich kürzer, kann aber immer noch Probleme bereiten, da er verschmutzt und während der Reinigung nicht durchspült wird.

Die korrekte Installation muss also vorsehen, dass das Dampfzulaufventil direkt in den Ventilkörper integriert ist und totraumfrei mit dem Gehäuse abschließt, also grundsätzlich genauso, wie der Probenahmeventilkörper zur Prozessleitung. Einige Hersteller haben auf dieses Problem bereits reagiert und entsprechende Lösungen auf den Markt gebracht. JH/TW