In vielen Fertigungsprozessen der modernen Industrie ist Keimfreiheit von Packmitteln, Rohstoffen und Materialien unverzichtbar, um reproduzierbare Ergebnisse sowie Qualität und Sicherheit der Endprodukte zu gewährleisten. Unterschiedliche Verfahren können sich eignen, um Packmittel zu entkeimen. Die Beta-Gamma-Service GmbH (BGS) setzt besonders auf ionisierende Strahlung und berät Kunden zur passenden Technologie.
Auch der Trend in der Herstellung von kosmetischen Produkten und Lebensmitteln in Richtung Vermeidung von Konservierungsmitteln macht eine effektive Entkeimung notwendig. Für den raschen und kostengünstigen Durchsatz großer Mengen an Verpackungsmaterial hat sich die Behandlung mit Strahlen etabliert: Durch eine Behandlung mit Beta-, Gamma- oder Röntgenstrahlen können Packmittel aus Kunststoff wie beispielsweise Bag-in-box-Systeme (bib), Inliner, Flexitanks oder auch Ampullen, Beutel, Flaschen, Dosen und Tuben, entkeimt werden, sodass sie das zu verpackende Produkt nicht mikrobiell belasten. Vor allem Krankheitserreger wie Salmonellen werden bereits bei niedrigen Bestrahlungsdosen von 15 kGy effizient eliminiert. „Wir bestrahlen auch Verschlüsse sowie Auslassventile und Begrenzer wie Schiebehebel – alles in der Transportverpackung. Die Kartons werden von uns zu keiner Zeit geöffnet”, erklärt Barbara Schmitz, Expertin für die Sterilisation und Entkeimung mittels Strahlen bei BGS, den Prozess.
Vorteile der Strahlensterilisation
Zur Entkeimung und Sterilisation stehen verschiedene Verfahren und Technologien zur Verfügung. Ist die Entkeimung als ausgelagerter Prozess etabliert, ist die Behandlung mit Beta- und Gammastrahlen eine der gängigsten Technologien. Besonders häufig wird mit Gammastrahlen, zunehmend auch mit Elektronenstrahlen, entkeimt und sterilisiert. Röntgenbestrahlung (X-Ray) befindet sich in einer frühen Entwicklungsstufe.
Die Strahlensterilisation ist der einzige Prozess, Produkte in der abgedichteten Endverpackung zu sterilisieren, ohne die Temperatur nennenswert zu erhöhen und ohne Chemikalien einzusetzen. Ein weiterer Vorteil der Strahlensterilisation liegt in der zuverlässigen Durchdringungsfähigkeit der Materialien.
Elektronenstrahlung hat dabei eine hohe Dosisrate und eine eingeschränkte Eindringtiefe, wohingegen Gammastrahlung eine hohe Eindringtiefe und eine relativ geringe Dosisrate aufweist. Elektronenstrahlen zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, einzelne Verpackungen innerhalb von wenigen Sekunden zu bestrahlen. Im Gegensatz dazu dauert die Bestrahlung in Gammaanlagen einige Stunden. Gammastrahlen sind aufgrund der hohen Eindringtiefe in der Lage, komplette Paletten oder Gebinde zu durchdringen. „Die zu bestrahlenden Produkte können im Regelfall direkt auf den Anlieferungspaletten durch den Bestrahlungsprozess geführt werden“, erklärt Barbara Schmitz. „Durch die eingesetzten Strahlen entsteht aus physikalischen Gründen keine Radioaktivität.“
Sofern die Produkte für eine Bestrahlung geeignet sind, sind die Entkeimung und Sterilisation mittels Elektronen- oder Gammastrahlen für zeitlich anspruchsvolle Lieferketten eine gute Wahl. Nach dem Bestrahlungsprozess wird die aufgebrachte Strahlendosis mithilfe der am Produkt angebrachten Dosimeter überprüft. Entspricht alles den Vorgaben, erfolgt eine sofortige Freigabe durch die Qualitätssicherung.
Anwendung der Strahlensterilisation
Hersteller, die für die Abfüllung und Verpackung ihrer Produkte auf Keimfreiheit angewiesen sind, sollten der Wahl des Entkeimungsverfahrens schon in der Designphase des Produkts entsprechende Aufmerksamkeit schenken. Elektronen- und Gammastrahlen können die Materialeigenschaften der Produkte, insbesondere bei vielen Polymerwerkstoffen, verändern. Dies ist abhängig vom Material selbst und von der verwendeten Bestrahlungsdosis. Hintergrund sind durch die Strahlenenergie induzierte chemische Reaktionen, wie Vernetzung oder Abbaureaktionen. Einige Kunststoffe lassen sich problemlos bestrahlen, andere weniger gut oder sind sogar ungeeignet. Glas verfärbt sich unter Einfluss von ionisierender Strahlung, Keramik und Folien verhalten sich dagegen gegenüber Bestrahlung unauffällig.
Bei der Herstellung von Verpackungen kommen außerdem zunehmend Biokunststoffe, wie biobasiertes PE, PP oder PMPr zum Einsatz. Im Vergleich zu Standardpolyolefinen sind die Materialeigenschaften dieser neuen, biobasierten Materialien nach Bestrahlung identisch. Neben der Wahl eines geeigneten Materials müssen auch der Produktaufbau und die Funktionalität als Kriterien zur Anwendung der Strahlensterilisation geprüft werden. Weil das komplette Produkt durchstrahlt wird, empfiehlt sich die Strahlensterilisation auch bei schwierigen Geometrien. Auch Größe und Menge der Produkte spielen eine Rolle.
Mit dem passenden Verfahren Verfügbarkeit sichern
Bei der Auswahl der richtigen Methode geht es um mehr als um die zu erzielende Keimfreiheit eines Produkts. Eine Herausforderung, die auch den Packmittelmarkt für Kosmetikprodukte und Lebensmittel begleitet, sind die Verfügbarkeit der Kapazitäten und die Etablierung stabiler sowie langfristiger Lieferketten. „Hersteller sollten sich deshalb Kapazitäten frühzeitig sichern, um ihre Produkte sicher in keimfreien Verpackungen an die Endverbraucher ausliefern zu können“, rät Expertin Schmitz. „Darüber hinaus sollten Back-up-Prozesse etabliert werden. Das kann zum Beispiel bedeuten, die Produkte für eine zweite Anlage zu qualifizieren.“
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