Иновации в хигиенния дизайн

Специален брой: Хранително-вкусова промишленост в България • 06.08.2020

В последно време наблюдаваните промени в хранително-вкусовата промишленост са по-скоро свързани с цялостния дизайн на оборудването, отколкото с използваните компоненти и материали. Въпреки това си заслужава да се отбележи, че неръждаемата стомана (SS) вече отговаря на изискванията в приложимите стандарти за отрасъла, докато сертифицирането на еластомерите все още предстои. Същевременно се забелязва доста по-значима динамика по отношение на дизайна на оборудването. Тенденциите са насочени към избягване на излишни ръбове, неизползвани затворени тръбни линии, контактни точки между метал и метал и др. В момента се изследват нови методи за заваряване, чрез които да се предотврати възникването на пукнатини и да се затворят всички съществуващи такива.

Въпреки незначителните промени в технологията на материалите, една добра новина е, че част от тях са станали по-достъпни за промишлеността. С особена сила това важи за някои от по-екзотичните пластмасови изделия, пригодни за употреба в хранително-вкусовата промишленост. Неръждаемата стомана винаги е била наличен ресурс, но сега разнообразието от предлагани форми и профили е още по-голямо. По отношение на частите за оригиналните производители на оборудване, у доставчиците започва да се утвърждава разбирането, че за да бъде годен за употреба в хранително-вкусовата промишленост даден компонент, той трябва да е със състав 100% инокс и повърхност, която не позволява задържането на бактерии, което прави материали със съдържание 90% неръждаема стомана/10% сплав на бронз и алуминий неподходящи.

Практиката за използване на безшевни тръбни профили (кръгли или правоъгълни), която се бе наложила като норма за известен период, според експертите е на път да бъде изместена, тъй като тенденциите са към използване на отворени, например L- или С-образни, сечения в конструкцията на машините, където затрудненията при почистване на затворената геометрия са елиминирани.

В етапа на проектиране и конструиране на оборудването се залагат и възможности за безинструментно разглобяване при почистване или обслужване. Пример за такива конструкции са голяма част от конвейерните системи на пазара, където за разглобяването на улеите, транспортните ленти, двигателя, задвижването, ролките и лагерите не са необходими инструменти.

Промишлени роботи за високи хигиенни изисквания

Все по-често в хранително-вкусовата промишленост се прибягва до внедряването на роботи за повишаване на производителността и ефективността. Използват се предимно три типа роботи – делта (с паралелна топология), 4-осни и 6-осни. Тъй като роботизираните технологии все повече навлизат в производствения цикъл на преработка на храни, адаптирането на тези технологии чрез интегриране на принципа на EHEDG (Европейската асоциация за хигиенен инженеринг и дизайн) за улеснено почистване и хигиенен дизайн добива все по-голяма важност.

› Реклама

При работа с бързо движещо се оборудване робот може да се загрее до 70°C. В чувствителна среда на работа при температура между 4°C и 10°C кондензът, топлинното разширение и охлаждането на маслото се проявяват в рамките на няколко минути. Точката на локално прегряване, която роботът формира, е най-отчетлива, когато той достигне края на производствения цикъл.


Идеалните условия за развитие на бактериална среда вътре в робота включват средни температури между 15°C и 40°C; наличие и въздействие на влага; конденз на изпарения от околната среда; неутрално pH; и най-вече невъзможен достъп за почистване на вътрешните части на оборудването. Същият проблем съществува и при контролните електрически табла: при липса на управление на въздушното налягане в рамките на няколко седмици могат да се развият бактерии и да се появи корозия. Прилагането на въздух под високо налягане в ръката на робота и електрическите табла е най-доброто решение по време и между производствените периоди.

Броят на периферните детайли от неръждаема стомана, свързани към делта робот, също е от значение за хигиенния дизайн. Колкото по-малко производствено оборудване е прикачено към робота, толкова по-лесно е почистването му и по-малко са зоните, където може да се задържат и развият бактерии. Делта роботите не са проектирани за маршрутизиране на гъвкави тръби и затова почти винаги тяхното свързване към подвижната ръка е изпълнено според конкретното приложение. Възможно е дори видимите кабелни връзки да попаднат в съприкосновение с хранителния продукт, а триенето между подвижните рамена от въглеродни влакна и връзките може да причини попадане на частици в храните.

При диелектричния обмен между пенообразуващи разтвори, например вода и различни метали, използвани в конструкцията на рамото, може да възникне същият проблем. Когато се използват детергенти върху оборудване с полиметален състав, под действието на електролизата се образуват корозионни петна и пукнатини, наподобяващи структура на “пчелна пита”, в които лесно може да възникне бактериален растеж.

Поради своята висока устойчивост на окисляване неръждаемата стомана е предпочитан материал за работа, но нейната механична обработка, пробиване и сложност на монтаж поставят известни предизвикателства пред производителите. Проведените тестове с роботи, конструирани от неръждаема стомана, сочат, че тя не е подходящ материал за динамичен робот. Най-добри резултати са установени при използване на специфичен алуминий (лек, с висока твърдост и утвърдени механични свойства за нуждите на роботиката).

Дори специфичният алуминий, предназначен за наситена на соли среда, може бързо да корозира в производство на сурови храни. Поради това е важно роботът да бъде проектиран така, че да бъдат избегнати зони на задържане и допълнителни компоненти за захващане.

CIP автоматизация

Първоначалните CIP системи прилагат един общ подход към всички типове групи цикли. Съвременните автоматизирани системи позволяват персонализиране на CIP “рецепти”, подобно на рецептите за партидни системи. На всеки продукт, обработван на дадена производствена линия от оборудването, съответства уникална CIP рецепта.

При партидното производство обикновено се изпълнява една основна рецепта в резервоарите за различните партиди. CIP рецептите се изпълняват по подобен начин. Когато те се прилагат на определена част от оборудването, системата извършва специфични корекции в главната CIP рецепта, за да оптимизира процеса за различните рецепти според физическото местоположение. С цел оптимизация на времето и разходите за почистване чрез CIP рецепти преработваният продукт се обвързва с локацията, където процесът се извършва. Съкращаването на разходите е в интерес на всеки производител, а оптимизирането на времето за почистване е от особен интерес за предприятия с ограничен капацитет, тъй като то позволява постигане на по-голям производствен капацитет чрез съществуващото преработващо оборудване.

Управлението на кръстосаното замърсяване с алергени и глутен е основен приоритет за преработвателите на хранителни продукти. Чрез планиране на график за продукцията автоматизираната система допринася за смекчаване на тези рискове, като същевременно оптимизира общия производствен капацитет. Това се постига, като се координират операциите на автоматизираната CIP система с автоматизираното производствено оборудване.

Тенденцията в много предприятия за производство на хранители изделия е насочена към обработка на все по-голям брой SKU (складови единици). Променящите се работни изисквания често усложняват процеса и отнемат значително време за съставянето на оптимален производствен график. Комбинирането на автоматизирано производствено планиране с редактор на CIP матриците носи съществен принос за разработването на най-ефективния метод за подготовка на продуктови партиди въз основа на получените поръчки. По време на реалния производствен процес системата за автоматизация ще използва матричните данни на CIP системата, за да валидира операцията. Когато една производствена партида бъде инициирана, най-напред се извършва проверка на всяко звено от технологичното оборудване, което ще участва в процеса, за да се гарантира, че то отговаря на изискванията на матрицата. В противен случай партидата не се изпълнява. Данните за конфигуриране на производствените партиди обикновено се поддържат и контролират от екипа, отговарящ за контрола на качеството, и не могат да бъдат променяни от оперативния персонал.

Уплътняващи компоненти

Хранително-вкусовата промишленост формулира някои от най-строгите работни изисквания за уплътняващи компоненти. В приложенията за хранителната индустрия, където уплътняващите компоненти се очаква да функционират дълготрайно и при високи хигиенни стандарти, те често са подложени на крайни стойности на температура и налягане при нулев допуск на грешка. Въздействието на технологичната среда и химикалите, използвани за почистване и стерилизация, също може да окаже значително влияние върху експлоатационния живот и надеждността на уплътненията. При обработката на храни и напитки хигиената е най-важният фактор преди всичко. Компрометираните уплътнителни системи трябва да бъдат установени и изолирани бързо и ефективно, преди да е възникнал риск за крайните потребители.

Характеристиките на хигиенните уплътнения за приложение в производството на храни и напитки, в това число масла, киселини, солени и захарни изделия и т.н., трябва да гарантират тяхната устойчивост на различни условия и химическа съвместимост. Продължителният контакт с продукта или неговите съставки може да повреди уплътненията и вследствие на това да доведе до замърсяване на продукцията. Наред с химическия състав на технологичната среда трябва да се вземат предвид и параметрите на температурата и налягането на производствените линии. Ако инженерните характеристики на уплътняващите компоненти гарантират, че те могат да се справят с комбинация от различни химически фактори и да се избегнат повреди или компрометиране на уплътненията, то технологичните линии могат да работят непрекъснато за по-продължителни периоди с по-висока производителност и ефективност.

Някои видове материали за уплътнение могат да бъдат значително увредени от агресивните химикали, използвани при CIP и SIP процедури за почистване. Въпреки че използването на тези силни химически агенти е жизненоважно за унищожаване на източниците на бактериално замърсяване след производствена партида, съществува риск химикалите трайно да повредят структурата на уплътненията. Химическите съединения, използвани в CIP процесите, могат да въздействат агресивно на еластомерните уплътнения, причинявайки подуване, разтваряне, загуба на механична якост, крехкост и в най-лошия случай дефектиране. Има потенциална опасност фрагменти от уплътненията да попаднат в обработваните хранителни материали.

Третирането с пара (обикновено от 120°С до 135°С) при SIP процесите намалява твърдостта и механичната якост на много еластомери, причинявайки екструзия навътре в тръбата. Това изтъняване на уплътненията намалява издръжливостта на налягане и може да доведе до течове, както и запушвания, в случай че уплътнението проникне в тръбата.

Недоглеждане при първоначалния монтаж на уплътняващия компонент може да повлияе на издръжливостта на уплътнението и да бъде причина за чести повреди. Ако уплътнението е поставено неправилно или е било повредено повърхностно по време на монтажа му, макар и незабележимо, то това е предпоставка за слабости на уплътнението, които могат да се проявят при излагане на термично и химично натоварване при дадено приложение. Тези недостатъци могат да бъдат избегнати чрез опростяване на системата за уплътняване или разширено обучение на персонала.

От инженерна гледна точка прилагането на ефективни хигиенни уплътнения започва с избора на правилния материал. Той трябва да се характеризира с широк профил на химическа съвместимост с почти всички технологични среди и висока издръжливост на режими на почистване и практики на стерилизация, включително с разтворители, пари и амини. Необходимо е да притежава устойчивост на механично и термично натоварване от порядъка на температури между -60°C и 327°C. Перфлуороеластомерните съединения (FFKM) се утвърждават като златния стандарт за химическа устойчивост в съчетание с високотемпературни характеристики. Каучуковата форма на уплътненията от FFKM, политетрафлуоретилен (PTFE), притежава доказани предимства в технологичните линии за храни и напитки, като например намаляване на замърсяването на процеса, съкращаване на престоя на оборудването, удължаване на експлоатационния живот на уплътненията и интервалите за планирана поддръжка на оборудването.

Освен основни уплътняващи материали пазарът на решения за уплътнение предлага широка гама от иновативни продукти, които се характеризират с подобрени хигиенни качества. Разработват са еластомерни уплътнения с метално съдържание например, които целят възможно най-ранно откриване на замърсяване с частици от този материал чрез засичане на метала, попаднал в системата. Някои брандове уплътнения с метално съдържание гарантират засичане на фрагменти с размери до 2 mm чрез детектори за метал и рентгенови скенери. Въпреки разработваните иновативни проследими материали предпочитан сценарий е да бъде предотвратено възникването на замърсяване на първо място, тъй като допускането на замърсяване води със себе си много разходи, свързани с проследяване, бракуване на продукция, почистване и подмяна на уплътнения.

Много процеси за производство на храни зависят до голяма степен от големи съоръжения за смесване и хомогенизиране. Приложенията могат да бъдат най-различни, от миксери за прахообразни продукти за протеинови шейкове до парни смесители за приготвяне на полуфабрикати. Предлага се богата гама от въртящи се ножови, плунжерни и лопаткови смесители предназначени за смесване, сушене, готвене и хомогенизиране. Проблемите, които възникват, зависят от размера на инсталацията и обемите, подлежащи на преработка, но някои трудности присъстват при всички процеси.

За разлика от високоскоростните ротационни помпи, които обикновено са добре балансирани и показват минимално отклонение на вала, много видове смесители имат този проблем. Освен това поради дължината на вала разстоянието между опорните лагери може да бъде значително, което да доведе до огъване. Поради температурната цикличност и термично разширение и свиване при работа, конфигурацията на уплътненията и лагерите трябва да позволява и компенсира тези колебания. Топлинно разширение на вала може да бъде причинено от движенията при смесване и рязане, без преработваната суровина да бъде загрявана. Ако бъдат добавени прахове, твърди частици, течности и суспензии, това ще създаде допълнителни торсионни и ударни натоварвания върху вала.

Използването на контактни валови уплътнения може допълнително да усложни нещата, защото работната повърхност на уплътнението е в контакт и се движи срещу вала, причинявайки триене. Фрикционно въздействие може да бъде пагубно и да се прояви по няколко начина: уплътнението може да износи вала и да причини разходи за ремонт или подмяна; контактната площ на уплътнението може да се износи, повреди и да се наложи подмяна; износените уплътнителни материали могат да проникнат в преработваната суровина и да замърсят процеса; генерираната фрикционна топлина може да навреди на суровината.

Съществуват различни решения, като предпазен ръкав на вала, уплътнения с по-нисък коефициент на триене или прилагане на охлаждаща смазка в областта на уплътнението. Тези решения обаче могат да добавят допълнителна себестойност към продукта и да усложнят процеса, а от друга страна, използването на охлаждащ агент невинаги е препоръчително в хигиенна производствена среда.

Антимикробни повърхности

Прилагането на антимикробни повърхности в хранително-вкусовата промишленост носи ползи за всички процеси на преработка. Въпреки че антимикробните повърхности са високо ценено решение за поддържане на хигиените стандарти в зоните на преработка и производство на храни, те не са единственото такова. Има две основни категории антимикробни повърхности – едните са получени чрез интегриране на биоцида в елемента, а другите имат само повърхностно покритие. Примери за първия вид са импрегнираните материали като пластмаса и ламинати. Повърхностните покрития, обикновено под формата на бои или специални покрития, се прилагат чрез пръскане, грундиране или потапяне.

Съществуват разнообразни изисквания по отношение на ефикасността и трайността. Някои системи изискват дезинфекция, докато повечето утвърдени продукти на пазара поддържат биостатична ефикасност. Досега не са правени преки сравнения на системи, тъй като не съществуваше международно признат стандарт за ефикасност и оценка на антимикробните повърхности. Проучванията за устойчивост показват широк диапазон от 7 дни до 30 години в зависимост от вида на продукта. Боите на полиуретанова основа, епоксидните материали или стирен акрилната емулсия достигат средна пригодност от десет години.

При биоцидно импрегнираните изделия антимикробното действие се проявява чрез присъствието на активното вещество по повърхността. Биоцидите установяват сложна връзка с полимерната матрица, която все още подлежи на проучване, и е възможно проникване в полимерните вериги и в аморфната структура на матрицата. Агентите за повърхностно покритие са фиксирани и следователно съответстват на стандартите за контакт с храни. В случай на абразия или износване след определен период от време е възможно самовъзстановяване в някаква степен чрез контакта с биоцида от подповърхностните слоеве. Следователно антимикробното действие продължава през целия живот на продукта. Концентрацията на биоцид в материала е важен фактор. Прекалено високите нива ще увеличат степента на антимикробно действие, но няма да са подходящи за употреба с храни, от друга страна, твърде ниска концентрация няма да е ефективна, а може дори да засили растежа на устойчиви щамове.

При повърхностните покрития биоцидът трябва да бъде фиксиран върху тях в тънък полимерен филм, за да осигурява биостатично действие. Повърхността не е токсична, тъй като няма отделяне на активното вещество. Биоцидът няма да повлияе на вкусовите качества, а повърхностната активност ще бъде постоянна, освен ако не е силно замърсена.

Предлагат се и други повърхностни продукти с дезинфекциращо действие, при които биоцидът не е ограничен в полимерен филм. Въпреки че това осигурява по-бързо антимикробно действие, то прави продукта по-токсичен и неподходящ за приложение при работа с храни.

ЕКСКЛУЗИВНО
Top