Materialverträglichkeit und gesetzliche Konformität für Speiseöle und Gewürze
Lebensmittelechte Kontaktmaterialien: Anforderungen gemäß FDA 21 CFR und EU-Verordnung 1935/2004 für ölfeste Komponenten
Gemäß den Richtlinien der FDA (21 CFR) und der EU (1935/2004) müssen Teile, die mit essbaren Ölen in Berührung kommen, so konstruiert sein, dass ein Zerfall und Auslaugen vermieden werden. Die Vorschriften besagen, dass für jede Oberfläche, die mit den Ölen in Kontakt kommt, nichtreaktive Materialien verwendet werden müssen. Komponenten, die über längere Zeit mit Ölen in Kontakt stehen, erfordern Edelstahl 316L und Dichtungen aus PTFE. Diese Materialien verhindern das Auslaugen oder Aufsaugen in lipophile Produkte wie Olivenöl. Bei Dichtungen hat sich in der Branche als Standard durchgesetzt, ölfeste Elastomere zu verwenden, die die ASTM-D471-Norm erfüllen und eine Absorption von Fettsäuren unter 10 % aufweisen. Beschichtungsmaterialien werden einer Tauchprüfung bei 40 °C unterzogen, um festzustellen, ob nach der Tauchdauer eine Quellung oder Abblätterung auftritt. Unternehmen, die diese Richtlinien ignorieren, tun dies auf eigenes Risiko. So wurden beispielsweise im Jahr 2023 von der FDA Verwarnungsbriefe wegen Kontaminationsproblemen infolge von Materialinkompatibilität ausgestellt, wobei die Strafen über 500.000 US-Dollar betrugen. Diese Richtlinien und Einschränkungen dienen dazu, sicherzustellen, dass auch die Hersteller von Füll- und Verschließmaschinen für Ausgussbeutel während des gesamten Verpackungsprozesses – von der Befüllung bis zum Verschließen – konform bleiben und keine Kontaminationen auftreten.
Viskositätsanpassung: Umgang mit niedrigviskosen Ölen (z. B. Rapsöl) bis hin zu hochviskosen Gewürzen (z. B. Senf, Chilipaste)
Die neuesten Abfüll- und Verschließanlagen für Ausgussbeutel bewältigen einen beeindruckenden Viskositätsbereich von vier Zehnerpotenzen – von 30 cP (Rapsöl) bis 50.000 cP (Chilipaste) – ohne dass Hardware-Änderungen erforderlich sind. Dies wird durch drei integrierte Merkmale ermöglicht.
1. Modulare Pumpsysteme: (1) Austauschbare Kolbenpumpen für niedrigviskose Öle; (2) Progressivkavitätspumpen für pastöse Produkte mit hohem Feststoffgehalt.
2. Beheizte Förderwege: (40–50 °C), um die Produktviskosität zu senken und eine Verdickung durch Temperaturabfall zu verhindern.
3. Düsenanpassung: Breitere, scherarme Düsen, die ungehindert Partikel wie Senfkörner durchlassen.
Für das Abfüllen von niedrigviskosen Flüssigkeiten werden Hochgeschwindigkeits-Anti-Spritz-Düsen eingesetzt. Hochviskose Gewürze erfordern eine verstärkte Steuerung des Abfüllprozesses, um Luftansammlungen zu reduzieren und eine vollständige Füllung der Hohlräume (25–50 % geringer) zur Dosierungskontrolle sicherzustellen. Dies ist die Gesamtheit der Merkmale und Modifikationen, die die Umrüstzeit im Vergleich zu herkömmlichen Einzelviskositätssystemen um 70 % senken können.
Präzises Abfüllverhalten von Schlauchbeutel-Abfüll- und Verschließmaschinen
genauigkeit von ±0,5 % bei 500 mL: Wie Servo-Kolbensysteme Durchflussmesser bei variablen Viskositäten übertreffen
Standard-Durchflussmesser sollen Volumina mit einer Genauigkeit von ±2 % messen, wenn Rapsöl (ca. 50 cP) und sehr zähe Produkte (über 20.000 cP), wie z. B. Chilipaste, gemessen werden. Die Leistungsfähigkeit von Durchflussmessern variiert stark in Abhängigkeit von der Viskosität des zu messenden Mediums, da sich die Bestimmung der Durchflussrate bei diesen Messgeräten auf die Viskosität der jeweiligen Flüssigkeit stützt. Dieses Phänomen tritt aufgrund der ruhenden (laminaren) sowie der chaotischen (turbulenten) Strömung der Flüssigkeit auf. Positivverdrängende Servokolbensysteme beseitigen dieses Problem. Konstruierte positivverdrängende Aktuator-(Kolben-)Systeme sind in der Lage, stets exakt dieselbe Menge einer gegebenen Flüssigkeit zu messen und abzugeben – unabhängig von deren Viskosität (einschließlich heißer und kalter Produkte) sowie vom Druck in allen Strömungsszenarien (einschließlich turbulenter Strömung). Die Packaging Technology Review (2023) beschreibt externe Tests, die angeblich den größten Viskositätsbereich von 1 bis 50.000 cP messen können. Was bedeutet dies für Hersteller? Eine verbesserte Gewinnspanne wird erreicht, wenn weniger Produkt verschwendet wird. Bei herkömmlichen Systemen entsteht hierdurch ein geschätzter Produktverlust von 1,2 %. Dieses System erfüllt zudem die strengeren Anforderungen an Kennzeichnung und Füllmenge, die von der FDA (21 CFR Part 101.105) und der EU (Richtlinie 2007/45/EG) festgelegt wurden. Da keine Anlagenstillstände zur Neukalibrierung (Justierung) einer Linie erforderlich sind, ermöglicht die Möglichkeit einer schnellen (Echtzeit-)Anpassung eine konsistentere (hochvolumige) Ausbringung und steigert so die betriebliche Effizienz solcher Systeme.
Tropfgeschützte Konstruktion: Vakuumdüsen-Einfahrfunktion und zweistufige Tropfkontrolle
Tropfenbildung nach dem Abfüllen führt zu Produktverschwendung, potenzieller Kreuzkontamination, Versiegelungsproblemen und mangelhafter Haftung der Verschlüsse. Dies tritt am häufigsten bei viskosen Produkten wie Honig, Sirup oder Senf mit Körnern auf. Ausgießbeutel-Abfüll- und Verschließmaschinen der neuesten Generation verwenden ein Verfahren namens vakuumunterstützter Düsenrückzug, um diese Probleme zu vermeiden. Während der Düsenrückzug erfolgt, wird ein Vakuum erzeugt, um den letzten Tropfen zurückzuziehen. Dies geschieht in einem zweistufigen Prozess, um die Wirksamkeit der Tropfenentfernung zu verbessern. Der erste Schritt ist ein schneller Rückzug, um den Produktstrom zu unterbrechen; im zweiten Schritt erfolgt ein starker Saugvorgang durch das Vakuum, um den letzten Tropfen vollständig zu entfernen. Eine letztes Jahr im „Food Processing Journal“ veröffentlichte Studie zeigte, dass diese Systeme die Tropfenverschwendung um 94 % gegenüber älteren Düsen-Systemen reduzieren. Die Aufrechterhaltung einer sauberen Düse ist ebenfalls wichtig, um Beschädigungen der Versiegelung und Korrosion durch Produktreste zu verhindern – dies ist insbesondere bei sauren Produkten wie Essig und Zitronendressings von Bedeutung, die mit freiliegendem Metall reagieren.
Undurchlässige Versiegelung und Integrität der Ausgusstülle bei flexiblen Ausgusstüten
Drehmomentkontrolle: Das richtige Gleichgewicht zwischen Versiegelungsqualität und Integrität der Ausgusstülle bei laminierten PE/AL/PE-Tüten finden.
Das beim Versiegelungsprozess lamierter Tüten verwendete Drehmoment ist von großer Bedeutung. Ein zu geringes Drehmoment führt zu Versiegelungsfehlern, während ein zu hohes Drehmoment die Ausgusstülle beschädigt und eine Versiegelungsstelle in der Aluminiumschicht erzeugt, was zu einer Sauerstoffaufnahme führt. Das ideale Versiegelungsdrehmoment liegt zwischen etwa 1,2 und 1,8 Nm. Innerhalb dieses Bereichs ist die Versiegelung vollständig, und die Integrität der einzelnen Schichten bleibt erhalten. Servogesteuerte Verschließköpfe sind heute Standard in der modernen Verpackungsindustrie. Sie regeln das Drehmoment an einzelnen Verschließköpfen basierend auf Echtzeit-Messwerten von Dehnungsmessstreifen. Dadurch wird eine Anpassung an Schwankungen in Materialbeschaffenheit von Ausgusstülle und Verschluss ermöglicht und eine deutlich höhere Qualitätskonsistenz über die gesamte Produktion hinweg erreicht.
Die folgende Tabelle veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Drehmoment beim Versiegeln und den damit verbundenen Risiken für die Dichtintegrität, Verformung des Ausgusses sowie das Leckagerisiko.
Die Echtzeit-Drehmomentsteuerung bietet eine Lösung für Versiegelungsfehler, die bei 23 % der Rückrufe von Saison-Beuteln aufgrund von Verschlussdichtungsfehlern (Packaging Digest 2023) die Ursache sind – insbesondere während des Transports, wenn durch die viskosen Inhaltsstoffe ein hydraulischer Druck eingeschlossen wird.
Fallstudie: Kühlöl-Füllmaschine CPM-800E, Füll- und Verschlussmaschine für Ausgussbeutel
Ein Unternehmen, das hochwertige kaltgepresste Olivenölprodukte anbietet, setzte die Maschine CPM-800E ein, um Leckageprobleme zu beheben und die Abfüllgenauigkeit zu verbessern. Der Servopiston des Systems gewährleistet eine konstante Öl-Volumenmessung (±0,5 %), unabhängig von Schwankungen der Ölviskosität aufgrund saisonaler Veränderungen. Zudem wurde eine Vakuumunterstützung implementiert, um die Abfülldüsen zurückzuziehen; dadurch wurden Tropfen nach dem Abfüllen eliminiert, die zuvor zu Verschütten auf den Beuteln geführt und die Lecktest-Leistung negativ beeinflusst hatten. Für das Versiegeln der Beutel wurde das Drehmoment auf etwa 1,5 Newtonmeter eingestellt – ein als akzeptabel geltendes Versiegelungsdrehmoment (zwischen 1,2 und 1,8 Nm). Dadurch entstanden gut geformte Versiegelungen, die verhinderten, dass die Ausgussöffnungen bei nachfolgenden thermischen Behandlungen zerdrückt wurden. Nach drei Monaten kontinuierlichen beschleunigten Haltbarkeitstests blieben rund 99,8 % der Beutel dicht. Darüber hinaus stieg die Produktionsgeschwindigkeit um 22 % infolge der Reduzierung der für Reinigungsarbeiten, Fehlerkorrekturen und manuelle Drehmomentanpassungen benötigten Zeit.
Häufig gestellte Fragen
Welche Materialien können für Anwendungen verwendet werden, die mit Speiseölen in Kontakt kommen?
Für Anwendungen, die mit Speiseölen in Kontakt kommen, werden Materialien wie PTFE-Dichtungen und Edelstahl 316L empfohlen, da sie resistent gegen Ölabbau sind und keine schädlichen Chemikalien in Lebensmittel auslaugen. Zudem wird empfohlen, dass die Dichtungen der verwendeten Produkte aus ölfesten Elastomeren bestehen.
Warum ist es notwendig, die Viskosität bei Abfüllmaschinen für Schüttebeutel anzupassen?
Dadurch können die Maschinen für eine breite Palette von Produkten eingesetzt werden – von niedrigviskosen Ölen wie Rapsöl bis hin zu hochviskosen Produkten wie Chilipasten-Gewürzen – ohne dass Hardware-Änderungen erforderlich sind.
Auf welche Weise verbessern Servo-Kolbensysteme die Abfüllgenauigkeit?
Sie nutzen sogenannte Verdrängermesssysteme, die sich als besonders geeignet für unterschiedliche Viskositäten erwiesen haben und daher genauer sind als herkömmliche Durchflussmesssysteme.
Welche Vorteile bietet die vakuumunterstützte Düsenrückführung?
Dies hilft dabei, das Tropfen von Produkten zu minimieren, wodurch Abfall reduziert und eine Kontamination des Produkts vermieden wird; zudem wird eine bessere Dichtung und ein optimaler Verschluss-Sitz gewährleistet.
Wie wird beim Verschließen das richtige Drehmoment erreicht?
Dies wird durch den Einsatz servogesteuerter Verschlussköpfe erreicht, sodass die Rotationskraft präzise gesteuert werden kann, um das erforderliche Drehmoment für eine sichere Dichtung zu erzielen, ohne die Beutelmaterialien zu beschädigen.