Entkeimung mit ultraviolettem Licht
Generell handelt es sich bei diesem Entkeimungsverfahren um eine Desinfektion – keine Sterilisation – von Packstoffen: Ultraviolettes Licht, im Wellenlängenbereich von 254 Nanometer (nm) ist energiereicher als das terrestrische UV-Licht der Sonne. Dieses besonders kurzwellige UV-Licht zerstört die DNS von Mikroorganismen. Viren werden binnen Sekunden inaktiviert und Mikroorgansimen wie Bakterien, Hefen und Pilze ohne Zugabe von Chemikalien umweltfreundlich abgetötet. Für eine ganze Reihe von Mikroorganismen ist die „tödliche Dosis“ (letale Dosis) an UV-Strahlung bekannt, nach der die Zelle ihren Stoffwechsel nicht mehr aufrecht erhalten und sich auch nicht mehr vermehren kann. Aufgrund der Zellwandstrukturen ist die letale Dosis für die verschiedenen Erreger unterschiedlich hoch. Bakterien wie Salmonellen und Coli-Bakterien haben eine vergleichsweise dünne Zellwand. Sie sind deshalb äußerst UV-empfindlich, können das UV-Licht kaum abschirmen und werden sehr schnell inaktiviert. Schimmelpilzsporen schützen sich dagegen vor der UV-Strahlung mit einer dickeren Zellwand, die sogar pigmentiert sein kann. Für ihre Abtötung ist eine um 10- bis 100fach höhere UV-Dosis im Vergleich zu den Bakterien erforderlich.
Die notwendige letale UV-Dosis ist ein entscheidender Parameter bei der Auslegung und Auswahl der geeigneten UV-Lichtquelle. Geschwindigkeit der Maschine, Geometrie und Form des Packstoffes (zum Beispiel Becher oder Siegelfolie) sind weitere Kriterien für die Auslegung einer wirkungsvollen UV-Entkeimung.
Die erforderliche UV-Dosis errechnet sich aus der Bestrahlungsstärke (Intensität) der Lampe multipliziert mit der Bestrahlungsdauer. Die Intensität der UV-Bestrahlung ist wiederum von dem Abstand zwischen Modul und Packstoff abhängig. Darüber hinaus nimmt die UV-Intensität der Lampe mit zunehmender Anzahl der Betriebsstunden ab. Am Ende der Lampenlebensdauer muss noch eine ausreichend hohe UV-Intensität vorhanden sein, um in der definierten Bestrahlungszeit eine entsprechende Entkeimungsleistung, sowie die notwendige letale UV-Dosis sicherzustellen.
Erfahrungswerte bei der Joghurt-Abfüllung haben beispielsweise gezeigt, dass Becher mit einer Tiefe von 150 Millimeter (mm) innerhalb von vier Sekunden und Siegelfolie von zwei Sekunden bei gleicher Intensität wirkungsvoll entkeimt werden können.

UV-Entkeimung wird vor allem für Oberflächen von Packstoffen für kühlkettenabhängige saure Frischmilchprodukte wie beispielsweise Joghurt oder Kefir, genutzt, um deren Haltbarkeit zu verbessern. Molkereien profitieren von deutlich weniger Rückläufern von verdorbener Ware und sparen damit Zeit, Aufwand und Geld für deren Entsorgung.

Keimreduzierung bis zu 99,9 Prozent – Fraunhofer getestet
Äußerst intensiv und sicher werden die Anzahl der Keime auf der Oberfläche mit Premium UV-Modulen von Heraeus reduziert. Die neuen leistungsstarken Module wurden speziell zur UV-Entkeimung in der Lebensmittelindustrie entwickelt, sie reduzieren bis zu 99,9 Prozent der Keime. Das bestätigt auch der Prüfbericht des Fraunhofer-Institutes für Verfahrenstechnik und Verpackungen in Freising. Fraunhofer hat in Anlehnung an die Empfehlung des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) die Entkeimungseffizienz von Premium UV-Modulen bei bestimmten Mikroorganismen (Konidiosporen von Aspergillus niger, Endosporen von Bacillus subtilis) ermittelt. In diesen Keimreduktionstests wurden bei einem Bestrahlungsabstand von 20 mm drei beziehungsweise fünf Logstufen innerhalb von zwei Sekunden erreicht.

Die hohen UV-Intensitäten und eine deutlich lange Lebensdauer der UV-Lampen sind auf die neuartige Strahlertechnologie zurückzuführen. Oftmals ist eine UV-Strahlerkassette ausreichend, die dann entsprechend den Serviceaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert. Zur Betriebskostenreduzierung tragen ebenfalls die kurzen Belichtungszeiten bei. Je nach Material und Geometrie ist eine zwei bis vier Sekunden lange UV-Behandlung ausreichend.

Die UV-Lampe ist praktisch das einzige Verbrauchsgut. Diese hat eine Lebensdauer von bis zu 12.000 Betriebsstunden und ist damit im 24 Stunden Betrieb zwei Jahre effektiv einsatzfähig. Auf einer achtbahnigen Maschine können in dieser Zeit etwa 173 Millionen Becher mit Premium UV-Modulen entkeimt werden. Damit betragen die Investitionskosten auf einen Becher herunter gerechnet nur 0,03 Euro Cent, also sehr viel weniger als einen Cent.

Einfache Handhabung – große Sicherheit
Neben den wirtschaftlichen Vorteilen zeichnen sich die Premium UV-Module durch ihre einfache Installation und Bedienung aus. Die Module können problemlos in vorhandene Füll- und Verschließanlagen eingebaut beziehungsweise in diesen nachgerüstet werden.
Durch die Integration in das jeweilige HACCP-Konzept werden die Quarzglasscheibe, Temperatur und Lampenfunktion automatisch überwacht. Die Quarzglasabdeckscheiben der UV-Kassetten sind mit einem von Heraeus patentiertem Bruchdetektor ausgestattet und damit Teil des HACCP-Konzeptes. Beim Bruch der Quarzglasabdeckscheibe sendet dieser ein Signal zum sofortigen Stopp der Abfüllanlage. Das Premium UV-Modul erfüllt die Anforderungen der Schutzklasse IP67, damit ist es auch in nasser Umgebung einer CIP-Anlage (CIP = Cleaning In Place) voll einsetzbar. Transparente Kunststofftüren, zum Beispiel aus Makrolon, sind als Strahlenschutz ausreichend.

Elektronisches Vorschaltgerät und Lüftung sind in einer neuen Medienbox vereint, so wird die Nachrüstung einfacher und der benötigte Platz geringer. Nach dem Baukastenprinzip können ein bis drei UV-Kassetten mit einer Medienbox betrieben werden. Statt mit einer aufwendigen Wasserkühlung werden Premium UV-Module mit Luftkühlung betrieben. Auch die Lüftung einer Medienbox ist ausreichend, um bis zu drei UV-Kassetten zu kühlen. Die Medienbox in Edelstahlausführung ist EMV-fest (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und kann weltweit bei einer Versorgungsspannungsfrequenz von 50/60 Hertz betrieben werden. Sie hat zwei 180-264 Volt Anschlüsse. Premium UV-Module sind mit einem Betriebsstundenzähler und einem An / Aus – Lampensignal ausgestattet, wodurch die gesamte Überwachung erleichtert wird.

Das Premium UV-Modul kann optional mit einer patentierten Schnellstartlösung ausgestattet werden. Sie verkürzt die Einbrennzeit der UV-Lampe von etwa fünf Minuten auf circa 30 Sekunden. Damit kann der Abfüllprozess schneller angefahren werden.

Intensiv und trotzdem kalt
Premium UV-Module werden aufgrund ihrer Kassettenlänge besonders in Langläuferabfüllmaschinen mit vier bis zwölf Becherreihen zur Packstoffentkeimung eingesetzt. Die Module sind standardmäßig in drei Größen erhältlich, können aber auch auf die jeweilige Maschinenumgebung speziell angepasst werden.
Obwohl die UV-Kassetten eine sehr hohe Bestrahlungsstärke erzeugen, ist die UV-Strahlung kalt. Der Packstoff wird also nicht erwärmt. Damit ist das Entkeimungsverfahren für wärmeempfindliche Materialien wie Kunststoffbecher oder Siegelfolien bestens geeignet.

Die UV-Entkeimung mit Premium UV-Modulen ist, unter Berücksichtigung der Auslegungskriterien und mit ausreichend hoher Bestrahlungsstärke, ein einfaches, schnelles und zuverlässiges Verfahren, das im kontinuierlichen Betrieb von Abfüllanlagen eingesetzt wird. Auch außerhalb der Lebensmittelproduktion, beispielsweise bei Packstoffen von Pharmazeutika oder Kosmetika, leistet die Oberflächenentkeimung mit UV-Licht einen wichtigen Beitrag, Verderbniserreger umweltfreundlich zu inaktivieren.

(Bild: Heraeus Noblelight GmbH)