Chlordioxid vs. Peressigsäure in Brauereien

Chlordioxid vs. Peressigsäure in Brauereien
Stabil, wirksam und kostengünstig
Bei der Herstellung von Getränken sind Sauberkeit und hygienisches Verarbeiten oberstes Gebot. Dies gilt
auch für alle Tätigkeiten in Brauereien. Nur so lässt sich qualitativ hochwertiges Bier mit guter biologischer
Haltbarkeit herstellen. Steigende Verbrauchererwartungen und ein wachsender Wettbewerb zwingen
Brauereien zur wirtschaftlichen Produktion ihrer hochwertigen Produkte. Der Einsatz von Energie, Zeit und
Chemikalien ist vor allem in der CIP (Cleaning In Place) höher als in anderen Bereichen. Folgender Beitrag
zeigt, wie mit Chlordioxid als Alternative für Peressigsäure Entkeimungs- und Reinigungsprozesse optimiert werden können. Gleichzeitig lassen sich erhebliche Betriebskosten einsparen. Abhängig von der Größe der Brauerei ist sogar ein Return on Investment in wenigen Monaten möglich.
In vielen Brauereien kommt Peressigsäure (PES) zur Desinfektion im Füllbereich oder für CIP-Anwendungen
zum Einsatz. Es ist ein Desinfektionsmittel mit nahezu universeller Wirkungsbreite mit einigen Vorteilen im
Vergleich zu Chlor. Neben der Getränkeindustrie hat sich PES als „Chlorersatz“ auch im Molkereibereich
bewährt. Das hochpreisige Desinfektionsmittel muss jedoch in relativ hohen Anwendungskonzentrationen (bis zu 450 ppm) eingesetzt werden. Die hervorragende Wirksamkeit zieht einige prozesstechnische
Nachteile mit sich: So weist Peressigsäure, aufgrund ihrer geringen Stabilität als Oxidationsmittel, eine sehr
eingeschränkte Stapelfähigkeit auf. Die Lagerung größerer Mengen ist aufgrund des Gefährdungspotentials konzentrierter Stoffe teilweise nicht erlaubt, die Materialverträglichkeit gegenüber Elastomeren ist eingeschränkt und eine direkte Konzentrationsbestimmung relativ aufwendig. Da PES kein trinkwasserkonformes Desinfektionsmittel ist, muss es immer vollständig ausgespült werden. Hinzu kommt eine
ausgeprägte Geruchsbelästigung des Bedienpersonals, hervorgerufen durch ihren stechenden Geruch.
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Desinfektion mit Chlordioxid
In der Trinkwasseraufbereitung wurde die Chlorung durch Chlordioxid (CIO2) als Mittel zur Wasserdesinfektion weitgehend abgelöst. Ein entscheidender Vorteil gegenüber der Chlorung ist beispielsweise die
vom pH-Wert des Wassers unabhängige Wirkung. Im Gegensatz zu Chlor erzeugt es keine chlorierten Nebenprodukte. Gleichzeitig werden auch bei geringen CIO2-Konzentrationen Biofilme in Leitungen und Behältern abgebaut. Durch den Abbau der Biofilme, Nährboden für krankheitserregende Mikroorganismen,
lässt sich eine permanente Kontamination und der Befall durch Mikroorganismen zuverlässig verhindern.
Aufgrund der hohen Halbwertszeit von Chlordioxid ist eine Depotwirkung über mehrere Tage im behandelten Wasser gewährleistet.
Auch in Brauereien hat sich Chlordioxid seit Jahren in unterschiedlichen Bereichen als wirksames Desinfektionsmittel etabliert. Chlordioxidanlagen Bello Zon® sind für den Einsatz in Brauereien ideal geeignet. Sie
arbeiten nach dem Chlorit/Säure-Verfahren. Dabei wird eine chlorfreie Chlordioxidlösung erzeugt. Durch
das innovative Reaktordesign wird ein hervorragender Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent erzielt.
Durch das vor Ort erzeugte Desinfektionsmittel lassen sich Packmittel, Flaschenverschlüsse und Flaschen
am Rinser sowie Fülleroberflächen mit geringsten Konzentrationen wirksam entkeimen. Weitere Einsatzbereiche sind in der Flaschenwaschmaschine (Kaltwasserzone) und bei der CIP-Anwendung zu sehen. Hierzu wird mit Chlordioxiderzeugungs- und Dosieranlagen eine chlorfreie Chlordioxidlösung durchflussproportional oder messwertabhängig den Anwendungen zudosiert. Ein mit entscheidender Vorteil gegenüber
anderen Desinfektionsmitteln ist, dass gemäß TrinkwV 2001 auch Mengen von 0,2 ppm CIO2 zulässig sind.
Daher muss das trinkwasserkonforme Desinfektionsmittel nicht komplett ausgespült werden.
Typische Testparameter für Flaschenrinser
Die Desinfektionswirkung von Peressigsäure und Chlordioxid wurde in verschiedenen Testreihen1) untersucht: So wurde sie am Flaschenrinser bei Temperaturen von 20°C, 30° C und 40° C getestet. Desinfiziert
wurde jeweils für 2 bis 4 Sekunden, danach ließ man die Flasche 1 bis 3 Sekunden austropfen. Abschließend wurde mit Sterilwasser für 1 bis 2 Sekunden gespült, gefolgt von 1 bis 3 Sekunden austropfen. Die
Abtötungseffizienz gegenüber getränkespezifischen Hefen, vornehmlich aus dem Brauereibereich, wurde
überprüft. Als Testkeime dienten Saccharomyces cerevisiae (Wein-, Bier-, Bäckereihefe), Zygosaccharomyces bailii und Pichia anomala (Kahmhefe).
Während Peressigsäure mit Konzentrationen von bis zu 400 ppm bei 20° C bei Saccharomyces cerevisiae
lediglich eine mittlere logarithmische Keimreduktion (MLK) von maximal 1,5 bewirkte, konnte bereits 1
ppm Chlordioxid eine MLK von rund 6,5 erzielen. Beim Test mit Zygosaccharomyces bailii war die MLK von
rund 6 mit 1 ppm CIO2 rund doppelt so hoch wie die Abtötungsrate, die 400 ppm PES bei 20°C bewirkte.
Bei allen durchgeführten Tests mit den Hefekeimen konnte bei Temperaturen von 20° C eine Inaktivierungsrate mit 1 ppm CIO2 von mindestens 4,2 MLK nachgewiesen werden. Die Inaktivierungrate von Bierschädlingen, wie dem Lactobacillus brevis oder dem Pedioccus damnosus mit 1 ppm CIO2 betrug rund 7,5
MLK.
1) Zeitschrift Getränke! Ausgabe 1-2014, Seite 8-9, Sachon Verlag, Vortrag/Präsentation Dr. Diana Wolf
Materialverträglichkeit
Eine Frage, die bei CIP-Anwendungen immer wieder auftaucht: „Sind die eingesetzten Wirkstoffe auch
materialverträglich, oder greifen sie die Stähle der Verrohrungen an?“ Dieser Punkt wird vor allem dann
diskutiert, wenn es darum geht ein Desinfektionsmittel einzusetzen, bei dessen Erzeugung auch Chlorid
entsteht.
Bei der Chlordioxiderzeugung mit einer Bello Zon Anlage beispielsweise beträgt das Verhältnis Chlordioxid zu Chlorid maximal 1:2,5. Mit dem Verfahren des Heidelberger Herstellers wird demzufolge bei einer
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Dosierung von 1 ppm CIO2 dem Wasser maximal 2,5 ppm Chlorid zugegeben. Dieser Wert liegt deutlich unter
den von Anlagenbauern geforderten Grenzwerten.
Der letzte Desinfektionsschritt wird in der Regel nicht gestapelt. Eine Aufkonzentration des Chlorids kann
nicht stattfinden, da für den nächsten CIP-Kreislauf Frischwasser verwendet wird.
Sofern man das Wasser vor dem darauf folgenden CIP Prozess zum Ausspülen des Produkts verwendet, ist
dies auch unproblematisch. Es wird lediglich mit 0,4 ppm ClO2 aufgeschärft. Durch Verwendung geringster
Chlordioxid-Konzentrationen zur Desinfektionen werden Oberflächen der Verrohrungen, Maschinen- und
Anlagenteile nicht angegriffen, da nur sehr geringe Chlorid-Konzentrationen eingetragen werden. Eine Korrosion wird zuverlässig vermieden.”
Einsparpotential durch Einsatz von Chlordioxid
Um die Kosten einer Desinfektion mit Peressigsäure und denen mit Chlordioxid zu vergleichen, wurden die Ver-
brauchsmengen der beiden Desinfektionsmittel in der CIP Reinigung unterschiedlicher Brauereien herangezogen. Die Verbrauchswerte stammten aus Brauereien mit einem Ausstoß von über 100.000 hl Bier pro Jahr.
ROI in weniger als einem Jahr
In den Diagrammen 1 und 2 sind die ermittelten Verbrauchswerte sowie die notwendigen Kosten für die Dosieranlagen zur Dosierung der Peressigsäure, Kosten für Verrohrung, u.a. ebenso eingeflossen, wie die Investitionen für Chlordioxidanlagen. Die Investitions- und Verbrauchskosten von Brauereien mit einer Produktionskapazität von 100.000 Hektoliter bis zu 10 Mio. Hektoliter pro Jahr zeigen deutlich, dass die Desinfektion mit
Chlordioxid, verglichen mit der Desinfektion von Peressigsäure, deutliche Einsparungen ergibt. Bereits für
Brauereien ab einer Erzeugerkapazität von 100.000. Hektoliter Bier ergibt dies Einsparungen von mehr als
10.000 €/a.
Je größer die Kapazität der Brauerei, desto kürzer ist der Return on Investment (ROI). Bei Brauereien mit 50.000
hl ist ein ROI nach rund 1,4 Jahren, bei einer Produktionskapazität ab 100.000 hl nach weniger als einem Jahr,
bei Brauereien ab 300.000 hl sogar nach weniger als einem halben Jahr gegeben. Durch den Einsatz von
Chlordioxid (ClO2), erzeugt mit einer Anlage für mehrere Applikationen, wie z.B. Rinser und Kappendesinfektion, kann der ROI weiter verbessert werden.
Weitere Einsparpotentiale ergeben sich durch eine Optimierung der CIP Parameter, beispielsweise durch Reduktion von Spülwasser, da Chlordioxid (ClO2) im Trinkwasserbereich zugelassen ist und deshalb nicht zu
100% ausgespült werden muss.
Zusammenfassung
Zur Desinfektion in Brauereien werden kostenintensive Mittel wie beispielsweise Peressigsäure, Natriumhypochlorit oder Wasserstoffperoxid in sehr hohen Anwendungskonzentrationen eingesetzt. Durch den Einsatz
des vor Ort hergestellten Desinfektionsmittels Chlordioxid kann die Anwendungskonzentration und Anwendungstemperatur deutlich reduziert werden. Das führt, neben den preiswerteren Einsatzchemikalien, zu wesentlich verminderten Betriebskosten.
Aufgrund der sehr hohen Betriebskostenersparnis ist, auch wenn nur in der Abfüllung von einer Desinfektion
mit PES auf CIO2 umgestellt wird, bei Brauereien ab 50.000 Hektolitern ein ROI bereits in weniger als 2 Jahren
möglich.
Durch die richtige Implementation in die Maschinenkonzepte ist eine mikrobiologisch keimfreie Abfüllung
gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die Verwendung geringer Konzentrationen des trinkwasserkonformen
Desinfektionsmittels Wasser eingespart.
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Vorteile einer Chlordioxidanlage BelloZon®
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Kosteneinsparung dank minimalem Chemikalieneinsatz
Kostengünstige Realisierung mehrerer Dosierstellen
Geringe Anfahrzeit nach Stillstandszeiten durch langzeitstabile Chlordioxidlösung
Maximale Ausbeute aufgrund geschlossener Gasführung
Hohe Betriebssicherheit durch eigensichere Verfahrensführung
Einfachste Prozessintegration
Das trinkwasserkonforme Desinfektionsmittel muss nicht vollständig ausgespült werden
Diagramm 1: ROI nach einem Jahr Abfüllung
Diagramm 2: ROI nach 2 Jahren Abfüllung
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