Test bestanden

Durch geeignete Werkstoffauswahl Aromatransfer verhindern

Pharma
Food
Kosmetik
Chemie
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

26.08.2011 Getränkeabfüller kennen die Problematik. Man füllt ein bestimmtes Produkt ab, reinigt die Anlage und füllt anschließend die nächste Charge ab. Verwundert stellt man fest, dass die soeben abgefüllte Charge leicht oder gar intensiv nach dem zuvor abgefüllten Produkt schmeckt. Es handelt sich dabei um einen Aromatransfer aus dem Getränk in den Dichtungswerkstoff und – schlimmer – wieder zurück. Mit der richtigen Elastomerauswahl kann dieser Effekt minimiert oder sogar ganz vermieden werden.

Entscheider-Facts Für Anwender

  • Die Beständigkeit gegenüber Aromastoffen verbindet man traditionell mit fluorierten Werkstoffen. Die Praxis zeigt jedoch, dass ein FKM nicht immer ein optimales Material ist.
  • Praktische Erfahrungen sowie Ergebnisse der Untersuchungen im Labor belegen, dass spezielle fluorierte Werkstoffe wie Fluoroprene XP 40 eine bessere Leistungsfähigkeit in unpolaren Medien liefern, jedoch teilweise Schwächen in rein polaren Aromalösungen aufweisen.
  • Einen optimalen Werkstoff für die individuelle Anwendung auszusuchen, bedarf der Berücksichtigung aller Einsatzfaktoren von der Reinigung bis zur Produktion der unterschiedlichen Produkte. Dies erfordert das Know-how eines Markt- und Dichtungsspezialisten.

Von aromatisierten Wassern bis zu Frucht-Konzentraten zum Verdünnen – die Getränkevielfalt auf dem Markt ist enorm. Die Schwierigkeit bei der Produktion der Getränke ist das notwendige schnelle Umstellen von einem Produkt zum nächsten. Die verschiedenen Geschmacksrichtungen erfordern eine überlegte Prozessoptimierung und Chargenreihenfolge. Dabei steht nicht nur das effiziente Planen der Abfüllung im Vordergrund, sondern auch das Sicherstellen des gewünschten Geschmacks der einzelnen Chargen. Unnötige Stillstandszeiten der Anlage aufgrund eines Dichtungsaustauschs können durch optimal auf die Prozessmedien angepasste Dichtungswerkstoffe vermieden werden.

Stolperstein Aromastoffe
Die verschiedenen Geschmacksrichtungen setzen sich aus einer Vielzahl von Aromastoffen zusammen, deren Einfluss auf Elastomere bis jetzt noch nicht tief erforscht wurde. Je nach Zusammensetzung und chemischem Charakter dieser einzelnen Aromainhaltsstoffe und des Gemisches lässt sich die Beständigkeit des Elastomers sowie die Aufnahme und Abgabe dieser Substanzen beurteilen. Die Beständigkeitsaussagen werden mit den Ergebnissen der Einlagerungstests untermauert.
Elastomere in der Prozessindustrie sollten im Idealfall den aggressiven Reinigungsmedien standhalten, beständig gegen alle Produkte der Getränkeabfüller sein und eine lange Standzeit aufweisen. Dies ist auf jeden Fall mit dem Perfluorelastomer Simriz möglich. Dieser Hochleistungswerkstoff wird vorzugsweise in der chemischen Industrie verwendet, wo unter anderem stark konzentrierte aggressive Chemikalien zum Einsatz kommen. Anders als in der genannten Branche finden in der Lebensmittelindustrie meistens verdünnte Reinigungsmedien Anwendung, denen andere wirtschaftlichere Werkstoffgruppen gut standhalten können.
So haben sich bei Untersuchungen der chemischen Beständigkeit in CIP-/SIP-Medien zwei Werkstoffe durch ihre sehr gute Standfestigkeit herauskristallisiert. 70 EPDM 291 zeichnet sich durch seine sehr gute Leistung in Reinigungsmedien aus und ist für die Produktion von Mineralwasser der am besten geeignete Werkstoff. Die Achillesferse von EPDM-Werkstoffen ist jedoch die fehlende Beständigkeit gegenüber den fetthaltigen Medien, die eine rasche Quellung des Compounds hervorrufen. Der Alternativwerkstoff für die Produktion von unpolaren Produkten ist der neue Werkstoff Fluoroprene XP 40. Dieses Material verbindet eine sehr gute Leistungsfähigkeit in Reinigungsmitteln mit unübertroffener Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten.

Alternative für Brauereien
In enger Zusammenarbeit mit Abfüllern der Getränkeindustrie konnten wichtige Erkenntnisse über das Verhalten von EPDM in unterschiedlichen Biersorten gewonnen werden. In Brauereien ist EPDM ein bewährter und gerne eingesetzter Dichtungswerkstoff. In Einzelfällen kann EPDM jedoch auch hier Schwächen zeigen. So ist für das Aroma eines Bieres zum größten Teil die Stammwürze verantwortlich. Ihr Gehalt kann je nach Art des Bieres variieren. Bei hellen Bieren liegt der Stammwürzgehalt bei rund 11 %, bei einem Bockbier bei bis zu 17 %. Hopfen ist einer der Rohstoffe zur Herstellung eines Bieres und ein wichtiger Geschmacks- und Aromaträger. Die „Hopfenblume“ oder die Hopfenölbestandteile sind zu 90 % Terpene wie Myrcen und Humulen, die aufgrund der Unpolarität eine große Ähnlichkeit zu EPDM aufweisen und leicht in die Elastomermatrix eindiffundieren.
Sitzt die Dichtung bei einer Starkbierproduktion unmittelbar nach der Würzpfanne oder einem anderen betroffenen Bereich, in dem die Stammwürze transportiert wird, sollte dort kein EPDM-Werkstoff eingesetzt werden. Hopfenöl verursacht eine rapide Volumenzunahme des Werkstoffes; dies kann sehr schnell zum Ausfall der Dichtung führen.
Eine ähnlich wirtschaftliche Alternative für diese Anwendung ist HNBR. Dieser Werkstoff ist für den Einsatz in fetthaltigen Medien sehr gut geeignet, allerdings wird seine Beständigkeit gegenüber sauren Reinigungsmedien lediglich als befriedigend eingestuft. Bei einer Lagerung von EPDM, HNBR und Fluoroprene XP 40 in 2 %iger Salpetersäure bei 80 °C beträgt die Quellung von EPDM nach 168 h (einer Woche) 7,8 %, die Volumenzunahme von Fluoroprene XP liegt bei 1,8 %. Die Quellung von HNBR unter gleichen Testbedingungen betrug 58 %, was einer langen Standzeit dieser Dichtung bei häufigen und längeren Reinigungszyklen mit Salpetersäure entgegensteht. Optimal eignet sich für diese Anwendung also Fluoroprene XP 40.
Ein weiteres Problem für EPDM-Dichtungen in einer Brauerei kann ein Orangen- oder Zitronenaroma darstellen. Von den bekannten Biermischgetränken wie Cola-Bier oder Radler/Alsterwasser bis hin zu Energy-Bier wird momentan auf dem Markt eine Vielzahl neuer Geschmacksrichtungen angeboten. Bier-Orange zum Beispiel enthält den Aromastoff Limonen, der zu der Chemikalienklasse der Terpene gehört und ähnlich wie Humulen in Bierwürze eine Quellung von EPDM verursacht. Darüber hinaus kommt es zum Aromatransfer zwischen den produzierten Chargen unterschiedlicher Produkte. Dies führt zur Geschmacksverfälschung und kann eine Charge eventuell verkaufsunfähig machen.

Auf die Probe gestellt
Jetzt wurden Dichtungswerkstoffe in handelsüblichen Aromen getestet. Die gängigen Konzentrationen von Limonen zum Beispiel liegen in Getränken zwischen 100 und 180 ppm. Die Testbedingungen wurden bewusst deutlich kritischer gewählt und die Konzentration auf 1.000 ppm gesetzt. So nimmt zum Beispiel ein EPDM unter diesen Bedingungen innerhalb von 4 h 98 % seines Volumens auf. In reinem Orangenöl liegt die Volumenquellung nach 96 h bei über 120 %. Ein HNBR beweist besseres Quellverhalten in reinem Orangenöl, scheidet allerdings mit 37,5 % Quellung für den Praxiseinsatz ebenfalls aus. Auch Silikon erweist sich als ungeeignet.
Fluorierte Werkstoffe zeigen dagegen eine minimale Volumenzunahme sowie eine zulässige Änderung der mechanischen Werte nach der Einlagerung in Orangenöl. Dabei ist zu beachten, dass die Beständigkeit eines Standard-FKM in unpolaren Medien zwar sehr gut ist, in CIP-/SIP-Medien jedoch Schwächen aufweist. Also ist Fluoroprene XP 40 mit seiner Standfestigkeit gegen CIP-/SIP-Medien für die Anwendung in Limonen-haltigen Getränken der am besten geeignete Werkstoff.

Heftausgabe: September 2011
Julia Eckstein, Anwendungsberatung Freudenberg Process Seals

Über den Autor

Julia Eckstein, Anwendungsberatung Freudenberg Process Seals

Julia Eckstein, Anwendungsberatung Freudenberg Process Seals

Loader-Icon