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TAB-Filtration führt zu einer wesentlichen Verbesserung von Qualität und Ertrag bei trinkfertigem Tee

Filtrationslösungen zur sicheren Abtrennung von wärmeresistenten, acidophilen Bakterien

Übersicht

 

Trinkfertiger Tee, Fruchtsäfte und Fruchtgetränke, kohlensäurehaltige Softdrinks und andere alkoholfreie Getränke unterliegen aufgrund von wärmeresistenten, acidophilen Bakteriensporen (TAB) der Gefahr von mikrobiellem Verderb. Die thermoacidophilen Sporen gelangen durch den Kontakt mit landwirtschaftlichen Rohstoffen, bei der Fruchtsaftproduktion oder durch Kontamination von Getränkezusatzstoffe wie z.B. Süßstoffe, Saft- und Teekonzentrate oder Geschmacksstoffe, Essenzen und Farbstoffe aus natürlichen Extrakten in das Getränk. Die TAB-Sporen (thermoacidophile Bakterien) stammen von verschiedenen Bakterien der Gattung Alicyclobacillus, darunter A. acidoterrestris, A. acidocaldarius, A. herbarius, A. acidophilus und weitere. Gelangen sie in eine für die Keimung und das Wachstum geeignete Flüssigkeit, führt das beim Endprodukt zu einer Qualitätsminderung, hauptsächlich durch Fremdaromen und abweichende Geschmacksnoten.

 

Leider bleibt ein Befall in der Regel unerkannt, da die TAB-Organismen beim Wachstum keine Gase erzeugen und das Problem erst auffällt, wenn Beschwerden der Kunden eintreffen. Die Sporen sind überaus resistent gegenüber Wärmebehandlung, UV-Strahlen, Desinfektionsmitteln und extremen pH-Werten. Daher bieten häufig nicht einmal die üblichen Konservierungsmethoden für Getränke, wie die Pasteurisierung, ausreichend Schutz vor den Sporen.

 

Um die Sporen zu bekämpfen, müsste das Produkt einer überaus gründlichen und intensiven Wärmebehandlung unterzogen werden, was aber negative Auswirkungen auf Geschmack, Farbe und Nährwert hat und dazu noch kosten- und energieintensiv ist. Bakterien der Gattung Alicyclobacillus sind zwar nicht gesundheitsschädlich, verursachen aber ernste wirtschaftliche Schäden für Getränkehersteller. Sobald sie einmal in den Produktionsbereich gelangt sind, sind sie nur schwer zu kontrollieren. Daher müssen Lieferanten mitunter bereits bei den Ausgangsprodukten sporenfreie Ware garantieren. Eine ideale Lösung für dieses Problem ist der Einsatz geeigneter Filtrationstechnik, mit der die Sporen aus den Ausgangsprodukten bzw. den Endprodukten entfernt werden können.

 

Die Herausforderung

Betrachten wir das Beispiel eines Getränkeherstellers, der verschiedene trinkfertige Tees herstellt. Der Hersteller ist eine weit verbreitete nationale Marke, der jährlich5 Millionen Liter (1,32 million US gallons) an seine Kunden ausliefert Der Hersteller gewinnt Tee aus Teeblättern unterschiedlicher Herkunftsquellen. Immer wieder wurden im produzierten Tee TAB-Sporen festgestellt, die das Endprodukt negativ beeinträchtigten und zum Ausschuss der betroffenen Charge führten. Bei einem Endproduktwert von 85.000 USD je Charge war der finanzielle Schaden groß – eine Lösung musste gefunden werden. Dem Kunden schwebte eine integritätstestfähige Filtrationslösung vor, die die im Anwendungsbericht erreichte Qualität liefert und Produktverluste ausschließt.

 

Die Lösung

Pall MEMBRAcart XL II Membranfilterkerzen (0,45 µm) und ein Palltronic® Compact Star Integritätstestgerät sollten die Beseitigung von TAB-Sporen ermöglichen und die Filterleistung überwachen. Nach dem Aufgießen der Teeblätter mit heißem Wasser wird der gewonnene Tee mit einem Crossflow Mikrofiltrationssystem geklärt und anschließend abgekühlt. Danach folgt die endgültige Membranfiltration zur Entfernung der TAB-Sporen. Die filtrierte Charge wird auf die Einhaltung der Qualitätsanforderungen untersucht und gelangt nach erfolgreichem Bestehen zu weiteren Verarbeitungsschritten wie der Zugabe von Zutaten, dem Mischen, der Pasteurisierung und der Abfüllung.

 

Die Produktfamilie der MEMBRAcart XL II Filter wird in der Getränkeindustrie umfassend genutzt und sorgt dort für eine zuverlässige Beseitigung von Mikroorganismen, die ein Verderben der Produkte verursachen würden. Insbesondere die Option von MEMBRAcart XL II mit 0,45 µm filtert nachgewiesenermaßen nicht nur die Schadorganismen SerratiaMarcescens1, sondern auch TAB-Sporen2. Umfassende Laboruntersuchungen zur Wirksamkeit gegen Mikroorganismen ergaben, dass diese Filter TAB-Sporen in verschiedenen untersuchten Flüssigkeiten und bei festgelegten Testbedingungen vollständig zurückhalten konnten. Bei einer Beaufschlagung von 105 bis 106 Sporen von A. Acidoterrestris je cm2 Filterfläche erreichte die 0,45 PES-Membran (Polyethersulfon) einen Log-Reduktionswert (LRV, log reduction value) von über 7 bei einer angesäuerten Flüssigkeit (Apfelsaft) und über 7,8 bei einer hochviskosen Flüssigkeit (Maissirup). Dabei sollte erwähnt werden, dass der Einsatz von mikrobiologischen Filtern mit soliden Kontrollmechanismen und Dokumentation ergänzt werden sollte, da eine Rückhalterate in µm selbst keine Garantie für die gewünschten Ergebnisse ist.

 

Im Fall des Teeherstellers erfüllten die MEMBRAcart XL II Filter ihre Aufgabe zuverlässig, sodass im Tee keinerlei TAB-Sporen nachgewiesen wurden. Nach dem Filtern wird jede Charge mithilfe einer mikrobiologischen Zellkultur auf vegetative TAB-Zellen und Sporen3 untersucht. Die Filter können wiederholt im Steaming-in-Place-Verfahren (SIP) vor Ort dampfsterilisiert und mit heißem Wasser gereinigt werden, ohne Einbußen bei Robustheit und Filterleistung. Beim Getränkehersteller werden die Filter vor dem ersten Gebrauch dampfsterilisiert, üblicherweise für 121 Minuten bei 250 °C (20 °F). Nach der Luftkühlung beginnt die Filtration.

 

Am Ende jeder Charge werden die Filter mit kaltem Wasser gespült, erneut dampfsterilisiert und abgekühlt und warten anschließend im Filtergehäuse unter Kohlenstoffdioxiddruck auf den nächsten Einsatz. Vor jeder neuen Verwendung werden die Filter zunächst vor Ort dampfsterilisiert und abgekühlt. Durch diese Vorgehensweise erreicht der Teegetränkehersteller bei dieser Anwendung bis zu 320 Dampfzyklen. Die Filter können typischerweise bis zu vier Monate lang eingesetzt werden und leisten dabei einen Durchsatz von 140.000 Litern (37.000 US-Gallonen) Tee je Filterkerze mit 76,2 cm (30 in.).

 

Die extrem hohe Lebensdauer senkt die betrieblichen Ausgaben für Filtration, wie etwa für Wechselfilter, Wasser, Reinigungschemikalien sowie Personal, und verringert Ausfallzeiten. Um festzustellen, ob die Leistung der Filtermembran auch den Erwartungen entspricht, wird jede Charge vor und nach der Filtration mit einem Palltronic Compact Star Integritätstestgerät geprüft. Pall Compact Star ist ein tragbares, einfach zu bedienendes Gerät, das nach dem Prinzip des Druckabfall-Integritätstests arbeitet. Die Ergebnisse können zu Dokumentationszwecken ausgedruckt oder heruntergeladen werden.

 

Qualitätsüberwachung im Hinblick auf Kontamination mit TAB-Sporen

Angesichts immer größerer und komplexerer Verfahren nimmt das Risiko wirtschaftlicher Verluste durch Qualitätsmängel für die Hersteller zu. Robuste Hochleistungs-Filtrationstechnik sorgt für die gewünschten Ergebnisse – integrierte Mechanismen zur Qualitätssicherung an kritischen Kontrollpunkten im Verfahren sind aber dennoch unerlässlich. Jeder Verfahrensschritt, von der Annahme der Rohstoffe bis hin zur Endverpackung und zur Handhabung von Hilfsflüssigkeiten (wie etwa Wasser), birgt ein Risiko für unerwünschte Kontamination mit Mikroorganismen.

 

Das GeneDisc® RealTime PCR System (Polymerase-Kettenreaktion) ist eine schnelle, zuverlässige und einfach anzuwendende Methode zur Erkennung und Identifizierung von TAB-Bakterien mit hoher Sensitivität, die innerhalb von Stunden Ergebnisse liefert. Mit diesem schnellen Prüfgerät verringert sich nicht nur die Zeit bis zum Versand der Produkte, sondern es erlaubt auch die Überwachung von Prozessen zur Diagnose und Vermeidung von Problemen an kritischen Kontrollpunkten.

 

Die Vorteile

Dank MEMBRAcart XL II und Palltronic Compact Star konnte der Teegetränkehersteller seine Ziele erreichen und dabei die folgenden Vorteile realisieren:

 

  • Schutz der eigenen Marke durch konstant TAB-freie Produktion mit validierter Filtrationsleistung
  • Bessere Produktausbeute, da keine Chargen mehr wegen TAB-Befall entsorgt werden müssen
  • Schutz von Geschmack und Geruch des Produkts
  • Geringe betriebliche Ausgaben für Filtration dank hoher Lebensdauer
  • Überwachung, Sicherstellung und Dokumentation der Filterleistung durch einen einfachen Integritätstest

 

Fußnoten

  1. Technischer Bericht von Pall FBTPD1006 Rev. 2: „Mikrobiologische Filtrationsleistung von MEMBRAcart XL II Endfilterkerzen mit 0,45 µm“
  2. Technischer Bericht von Pall FBTPD1017: „Beseitigung von TAB-Sporen mit MEMBRAcart XL II Filterkerzen mit 0,45 µm“
  3. Pall bietet das GeneDisc Echtzeit-PCR-System für die Erkennung von TAB-Sporen an. Fragen Sie auch zusätzliche Informationen an wie etwa das Pall Technikbulletin FBTBGDTABEN „Neuartiges molekularbiologisches Test- und Probenvorbereitungsverfahren zur Detektion von Alicyclobacillus in Fruchtsaftkonzentraten und Stoffen des Abfüllprozesses“.

 

Über Pall Corporation

Die Pall Corporation ist weltweit führend im Bereich Filtration, Separation und Reinigung und erfüllt die anspruchsvollen Anforderungen der Kunden aus der Life Sciences-Branche und der Industrie an das Fluidmanagement. Gemeinsam mit unseren Kunden arbeiten wir an der Modernisierung von Technologien in den Bereichen Gesundheit, Sicherheit und Umwelt. Pall Food and Beverage bietet Produkte und Services zur Sicherung der Produktqualität und Prozesszuverlässigkeit in der Lebensmittel- und Getränkebranche. Unsere Lösungen tragen auch zum Verbraucherschutz, zur Senkung der Betriebskosten und zur Abfallminimierung bei.

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Bis zu 80 % des Extrakts in der überschüssigen Hefe, die sich nach der Gärung und Reifung am Tankboden ansammelt, kann jetzt wiedergewonnen anstatt entsorgt werden. Bier kann zurückgewonnen und beim Brauen mit einem Verhältnis von 5 % wieder beigemengt werden, ohne die Bierqualität zu beeinträchtigen. Das steigert den Ertrag und es muss insgesamt weniger Bier produziert werden. Daraus resultieren weniger CO2-Emissionen, geringerer Wasserverbrauch und gesenkte Produktionskosten. Zudem fallen weniger Abfälle an, wodurch die Entsorgungskosten sinken und weniger BSBs und CSBs an die Umgebung abgegeben werden.
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Obwohl Bier aufgrund seiner Eigenschaften wie niedrigem pH-Wert, Ethanolkonzentration und niedriger Sauerstoffgehalt einem geringen Bakterienwachstum unterliegt, können bestimmte verderbniserregende Bakteriengattungen, darunter Lactobacillus, Pediococcus, Pectinatus und Megasphaera, Fremdaromen, Trübheit und Schärfe verursachen. Derartige Qualitätsdefizite machen das Produkt unbrauchbar und verursachen oft wirtschaftliche Einbußen und Rufschädigungen. Während des gesamten Prozesses muss eine Kontamination durch unerwünschte Mikroben verhindert werden, um schlussendlich die gewünschte Güte des Biers zu erreichen. Derartige Kontamination kann aus der Umgebung stammen, oder von den Zutaten (einschließlich der Hefe), der Luft und dem Wasser, das mit dem Produkt in Kontakt kommt.
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Quellwasser ist eine wertvolle natürliche Ressource, die gründlich gereinigt werden muss, bevor sie als hochreines, optisch ansprechendes Produkt in die Läden gelangt. Filtration ist dabei ein wichtiger Prozessschritt, um dauerhaft eine hohe Produktqualität zu erzielen. Jedoch können die Kosten für die Filtration je nach Qualität des Quellwassers hoch liegen. Einwegfilter sind zwar technisch gut umsetzbar, jedoch über lange Sicht angesichts schwieriger oder wechselnder Quellwasserqualität wirtschaftlich nicht nachhaltig.
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Die Methode des Salzens durch Einlegen in Salzlake wird weltweit bei der Herstellung zahlreicher Käsesorten angewendet. Durch das wiederholte Eintauchen in die Salzlake bilden Fett, Quarkteilchen sowie akkumulierte Proteine und andere Bestandteile des Käses eine nährstoffreiche Umgebung für salzbeständige Mikroorganismen. Mehrfach verwendete Salzlake kann somit zum Sammelbecken unerwünschter Mikroorganismen werden, beispielsweise von gas- oder pigmentproduzierenden Bakterien, Hefe- und Schimmelpilzen oder salzresistenten pathogenen Mikroorganismen, die zu einer Kreuzkontamination des Käses führen und seine Qualität beeinträchtigen. Daher muss im Interesse einer konstanten Herstellungsqualität eine sorgfältige Kontrolle der Salzlake und des Salzungsvorgangs sichergestellt werden. Darüber hinaus steht die Entsorgung der Salzlake zunehmend im Mittelpunkt des Interesses. Volumenbegrenzungen führen vielerorts zu einer zunehmenden Nachfrage nach Wiederaufbereitung der Salzlake, um auf diese Weise die Betriebskosten zu senken und die Umweltbelastung so gering wie möglich zu halten.
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Die Filtration von Spirituosen ist überaus komplex und kann eine hohe Herausforderung für den Anwender darstellen. Dabei gilt es Trübungsverursacher zuverlässig aus den Spirituosen abzutrennen, ohne die qualitätsfördernden Bestandteile des Produkts negativ zu beeinträchtigen. Traditionell werden für diese Aufgabenstellung Filterschichten eingesetzt. Die Schichten bestehen aus einem einzigartigen Material-Matrix, der eine ideale Kombination aus Adsorption und Tiefenfiltration ermöglicht. Damit wird eine sehr schonende und effiziente Abtrennung der Spirituosentrübungsverursachern sichergestellt. Dies macht sie zur idealen Lösung zum Entfernen von Trübungen in Spirituosen. Filterschichten sind in verschiedenen Feinheitsgraden für ein breites Spirituosen-Anwendungsspektrum erhältlich, und können für die Filtration von Likören, zur Abtrennung von Kältetrübungen bei braunen Spirituosen bis hin zur Partikelabscheidung aus weißen Spirituosen eingesetzt werden. Die Schichtenfiltergestelle erlauben dabei eine flexible Anpassung an die vorliegenden Chargengrößen, und gewünschten Stundenleistungen durch geeignete Auswahl der jeweils erforderlichen Schichtenanzahl.
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Produzenten von Lebensmittel- und Futterzusätzen, wie Aminosäuren, organische Säuren und Vitamine, nutzen Fermentationsprozesse als Grundlage ihrer Produktion. Biotechnologische Prozesse in der modernen Industrie verwenden sorgfältig ausgewählte und gereinigte mikrobielle Zellkulturen, um immer vielfältigere Zusatzstoffe herzustellen und die Produktivität zu steigern. Bei der Fermentation vermehren sich die Mikroorganismen in industriellen Bioreaktoren. Kohlenhydrate dienen dabei oftmals als Energiequelle. Die Bedingungen für das mikrobielle Wachstum werden genau kontrolliert, z. B. die Belüftung, die Umwälzgeschwindigkeit, die Temperatur, der pH-Wert und andere Parameter. Die Gärung kann wenige Stunden oder mehrere Tage dauern. Die metabolischen Endprodukte der Mikroorganismen sind die Grundlage für viele der heute verwendeten Zusatzstoffe.
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Filtration ist ein zentraler Vorgang in der modernen Cider-Produktion, damit ein sichtbar klares und haltbares Produkt erreicht wird. Früher wurde Cider mit Kieselgur oder schichtenbasierter Filtration geklärt. Doch aufgrund des günstigeren, einfacheren Betriebs und der geringeren Abfallmenge haben sich Crossflow-Filtrationssysteme wie das Pall Oenoflow XL System im letzten Jahrzehnt immer stärker durchgesetzt.
Filtration ist ein zentraler Vorgang in der modernen Cider-Produktion, damit ein sichtbar klares und haltbares Produkt erreicht wird. Früher wurde Cider mit Kieselgur oder schichtenbasierter Filtration geklärt. Doch aufgrund des günstigeren, einfacheren Betriebs und der geringeren Abfallmenge haben sich Crossflow-Filtrationssysteme wie das Pall Oenoflow XL System im letzten Jahrzehnt immer stärker durchgesetzt.
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Trinkfertiger Tee, Fruchtsäfte und Fruchtgetränke, kohlensäurehaltige Softdrinks und andere alkoholfreie Getränke unterliegen aufgrund von wärmeresistenten, acidophilen Bakteriensporen (TAB) der Gefahr von mikrobiellem Verderb. Die thermoacidophilen Sporen gelangen durch den Kontakt mit landwirtschaftlichen Rohstoffen, bei der Fruchtsaftproduktion oder durch Kontamination von Getränkezusatzstoffe wie z.B. Süßstoffe, Saft- und Teekonzentrate oder Geschmacksstoffe, Essenzen und Farbstoffe aus natürlichen Extrakten in das Getränk.
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Querstrom-Trubfilter sorgt bei Yalumba für Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Die Rückgewinnung von Wein aus Weintrub stellt für Weinkellereien eine der anspruchsvollsten Filtrationsarten dar. Auf der einen Seite bedeutet die hohe Konzentration und Variabilität von Schwebstoffen eine begrenzte Auswahl an geeigneten Filtrationstechnologien, andererseits wird durch strenge Umweltvorschriften und Nachhaltigkeitsprogramme der Druck erhöht, die Abfallmengen zu reduzieren. Traditionell erfolgt die Trubfiltration mit Filterhilfsmittelsystemen wie Vakuumdrehfiltern oder …
Die Rückgewinnung von Wein aus Weintrub stellt für Weinkellereien eine der anspruchsvollsten Filtrationsarten dar. Auf der einen Seite bedeutet die hohe Konzentration und Variabilität von Schwebstoffen eine begrenzte Auswahl an geeigneten Filtrationstechnologien, andererseits wird durch strenge Umweltvorschriften und Nachhaltigkeitsprogramme der Druck erhöht, die Abfallmengen zu reduzieren. Traditionell erfolgt die Trubfiltration mit Filterhilfsmittelsystemen wie Vakuumdrehfiltern oder Kammerfilterpressen. Zwar bieten diese Systeme meist eine gute volumetrische Rückgewinnung des in den Feststoffen enthaltenen Weins, aber ihnen haften auch Nachteile an, die die Weinqualität beeinträchtigen können. Die offene Bauweise ermöglicht die Aufnahme von Sauerstoff und der zurückgewonnene Wein muss oft weiter verarbeitet werden. Der Wein wird meist wertmäßig heruntergestuft und in Verschnitten verwendet, anstatt zur Originalcharge zurückgeführt zu werden.
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