Wie kann man Mikroorganismen in der Druckluft vermeiden?

Bei hygienesensiblen Anwendungen, wie sie in Lebensmittel- und Getränkeunternehmen eingesetzt werden, wird versucht, das Risiko des Wachstums von Mikroorganismen im Endprodukt zu reduzieren und somit auch potenzielle Kontaminationsquellen zu beseitigen, z. B. durch Hilfsmittel wie Druckluft. Nahrungsmittelhersteller sind heutzutage besorgt über die Lebensmittelsicherheit. Um das Wachstum von Mikroorganismen zu stoppen, ist es notwendig, die Bedingungen zu beseitigen, die die Reproduktion von Organismen ermöglichen.

Alle Mikroorganismen benötigen fünf Faktoren, um lebensfähig zu bleiben und sich fortzupflanzen:

• Nährstoffe

• Richtiger pH-Wert

• Gase

• Angemessene Temperatur

• Feuchtigkeit

Die Nährstoffe, der richtige pH-Wert und die Gase werden nicht von der Luft im Verdichtungsprozess beeinträchtigt, sofern ein ölfrei verdichtender Kompressor mit Nachkühler verwendet wird. Die letzten beiden Faktoren – angemessene Temperatur und Feuchtigkeit – stehen in direkter Verbindung bzw. können direkt durch die Verdichtung atmosphärischer Luft beeinflusst werden.

Hitze ist tödlich für Mikroorganismen, aber jede Art hat ihre eigene Wärmetoleranz. Mesophile Bakterien und Pilze bevorzugen moderate Temperaturen, die zwischen 25 und 40 °C liegen. Thermophile (wärmeliebende) Mikroorganismen wachsen bei einer Temperatur zwischen 45 und 90 °C. Während eines thermischen Vernichtungsprozesses, wie z. B. der Pasteurisierung, ist die Vernichtungsrate logarithmisch, ebenso wie das Wachstum. Dies bedeutet, dass die Bakterien, die Hitze ausgesetzt sind, mit einer Geschwindigkeit abgetötet werden, die proportional zu der Anzahl der vorhandenen Organismen ist. Der Vernichtungsprozess hängt sowohl von der Temperatur, als auch von der benötigten Zeit ab. Die Temperatur bei ölfreien Verdichtungselementen (>180 °C) ist hoch genug, um vorhandene Mikroorganismen deutlich zu reduzieren, obwohl die Dauer dieser Temperatur nicht lang genug ist, um als Sterilisation zu gelten.

Es hängt von der spezifischen Art der Bakterien oder Pilze ab, wie viel Wasser (Dampf) sie zum Wachsen benötigen. Jedoch benötigen alle irgendeine Form von Wasser, um sich fortzupflanzen. Im Allgemeinen benötigen sie eine relative Luftfeuchtigkeit (RH) von 75 % oder mehr. Einige können in einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 50 % und 75 % überleben und sich vermehren. Unter einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % gibt es in der Regel keine mikrobielle Ausbreitung. In anderen Worten, sinkende Temperaturen und Feuchtigkeit (RH) verringern beide die Möglichkeit für die Existenz einer lebensfähigen Atmosphäre für Mikroorganismen.

Der Taupunkt ist die Temperatur, bis zu der die Luft gekühlt werden muss, um Sättigung zu erreichen. Dies bedeutet, dass eine bestimmte Konzentration von Wasserdampf in der Luft zu Tau führt. Er ist schlichtweg ein Maß für die Luftfeuchtigkeit. Der Taupunkt ist als Temperatur auf der Skala in °C oder °F ausgedrückt. Er kann als der maximale Wassergehalt gesehen werden, in Gramm oder Unzen, für ein Normvolumen der Luft zu dieser bestimmten Temperatur. Wenn es um Druckluft geht, wird dieser Begriff als Drucktaupunkt oder DTP bezeichnet. Dies ist wichtig, denn bei einer Änderung des Drucks eines Gases, ändert sich auch dessen Taupunkt. Der DTP ist der maximale Wassergehalt in der Druckluft unter Druckbedingungen. Wenn die Luft nach der Ausdehnung in Kontakt mit dem Produkt kommt, was meistens der Fall ist, ist der Taupunkt oder Wassergehalt erheblich niedriger. In diesem Fall ist der atmosphärische Taupunkt oder ATP relevanter.

Für Anforderungen bei niedrigem Taupunkt können verschiedene Technologien verwendet werden, wie

• kaltregenerierende Zwillingsturm-Adsorptionstrockner,
•  warmregenerierende Gebläsetrockner, 
• Verdichtungswärme-Zwillingsturm, 
• Verdichtungswärme-Drehtrommel, 
• Kühltrockner etc. 

Einige Trocknungstechnologien, die entworfen wurden, um einen bestimmten und sehr niedrigen Taupunkt zu erreichen, können 10 bis 20 % der angeschlossenen Kompressorleistung verbrauchen. Die jährlich benötigten Energieausgaben für diese Trocknungstechnologien können bis zu 13.000 EUR pro 100 kW installierter Kompressorleistung betragen. Eine relative Luftfeuchtigkeit von maximal 10 bis 20 % ist in den meisten Fällen niedrig genug, um das Wachstum von Organismen zu vermeiden. Die Verwendung relativer Feuchtigkeit beim Festlegen der Druckluft, anstelle des DTP auf der Temperaturskala, kann zu einer hygienisch sicheren und energiesparenden Anlage beitragen.

Mikroorganismen benötigen eine feuchte Umgebung zum Wachsen. Die Regulierung der Feuchtigkeit in Lebensmitteln ist eine der ältesten genutzten Konservierungsstrategien. Lebensmittelmikrobiologen beschreiben die Anforderungen an das Wasser von Mikroorganismen üblicherweise über die Wasseraktivität (aw) der Nahrung oder Umgebung. Es ist wichtig, zwischen Bakterien und Schimmelpilzen zu unterscheiden. Für Bakterien ist ein minimaler aw-Wert von 0,75 (relative Luftfeuchtigkeit von 75 %) in der Regel ausreichend. Für Schimmelpilze wird ein minimaler aw-Wert von 0,6 (relative Luftfeuchtigkeit von 60 %) als sichere Grenze angesehen. Eine Spezifikation des Drucktaupunktes bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 10 %, oder sogar weniger als 20 %, gilt als sicher für Nahrungsmittel und Hygiene. Erhebliche Energieeinsparungen können erreicht werden, wenn der richtige Taupunkt innerhalb der verfügbaren Trocknungstechnologien ausgewählt ist, und dies, ohne dabei die Lebensmittelsicherheit zu gefährden oder einen hygienisch bedenklichen Zustand herbeizuführen. Abschließend ist es auf der Grundlage der nachfolgenden Grafik möglich, den spezifischen Drucktaupunkt zu berechnen, um eine bestimmte relative Luftfeuchtigkeit (aw) in der verdichteten Luft bei einer gegebenen Umgebungstemperatur zu erreichen.