Prozessintegration in Perfektion

Hochautomatisiertes Titriersystem in der Qualitätssicherung bei Krombacher

  • Abb.1: Probenroboter Omnis für die Reinigeranalytik.

Ochsengalle, Wacholder, Gagel, Schlehe, Eichenrinde, Wermut, Kümmel, Anis, Lorbeer, Schafgarbe, Stechapfel, Enzian, Rosmarin, Rainfarn, Johanniskraut, Fichtenspäne, Kiefernwurzeln, vor allem aber auch Bilsenkraut. All diese Zutaten fanden sich in Bieren wieder bevor im April 1516 das Reinheitsgebot, die älteste auch heute noch gültige Lebensmittelgesetzgebung, in Kraft trat. Das Reinheitsgebot von 1516 hat auch heute nichts von seiner Aktualität eingebüßt. Denn es garantiert in einer Zeit, in der andere Lebensmittel oft negative Schlagzeilen machen, einen wirksamen Verbraucherschutz: Deutsches Bier enthält keine künstlichen Aromen und keine Zusatzstoffe - nur Wasser, Malz, Hopfen und Hefe.

Im Jahr 2017 lag der Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland bei mehr als 100 Liter Bier. Damit gehört Bier zu den meist konsumierten Lebensmitteln in Deutschland.

Dies bedingt eine streng regulierte Analytik, um die Reinheit und die Qualität zu gewährleisten. Diese Analytik beschränkt sich jedoch nicht ausschließlich auf die qualitative und quantitative Zusammensetzung des Bieres. Der gesamte Produktionsprozess muss überwacht werden.

Eine der größten Privatbrauereien in Deutschland ist die Krombacher Brauerei mit einem Bierausstoß von ca. 6 Mio Hektoliter im Jahr. Urkundlich wurde sie erstmals im Jahr 1803 erwähnt, jedoch geht die Brautradition bis ins Jahr 1618 zurück. Pils, Weizen, naturtrübe Spezialitäten, Biermixgetränke bis hin zu 0,0% Bieren, sowie eine ganze Reihe nichtalkoholischer Getränke, die Produktpalette bei Krombacher ist sehr breit und stellt dadurch bedingt auch sehr hohe Anforderungen an die Produktion und Abfüllung.

Der Großteil des produzierten Biers verlässt die Brauerei in Mehrwegflaschen. Wie die meisten großen Brauereien hat man bei Krombacher inzwischen anstelle der klassischen 0,5 L Standardflaschen individuelle, teils auch produktspezifische Flaschenformen eingeführt. Der daraus resultierende Flaschenmix macht den Produktionsprozess auf den acht Abfüllanlagen noch komplexer.

Sicherstellung von Produktsicherheit und Hygiene

Bevor das Bier in Mehrwegflaschen abgefüllt werden kann, müssen die mit angelieferten Fremdflaschen aussortiert werden.

Einer der wenigen noch komplett manuell durchgeführten Schritte in einer ansonsten hochautomatisierten Prozessumgebung. Den verbleibenden sortenreinen, brauereieigenen Flaschen steht danach ein sehr wichtiger Bearbeitungsschritt bevor. Die Reinigung in der Flaschenwaschmaschine. Dieser Prozessschritt erlaubt keinerlei Fehler hinsichtlich der Produktsicherheit und Hygiene. Die Flaschen werden innen wie außen gereinigt. Die alten Etiketten müssen abgelöst werden und zusammen mit dem Leim, mit dem sie angebracht wurden, rückstandfrei aus der Reinigungsanlage entfernt werden, so wie auch weitere Verunreinigungen, wie Bierreste und andere z.B. durch den Verbraucher in die Flasche gebrachte Fremdstoffe. Diese sind ein idealer Nährboden für Mikroorganismen. Sie können zudem noch mit Rückständen und Schadstoffen belastet sein. Ziel ist daher die zuverlässige und rückstandslose Entfernung selbst starker Verunreinigungen.

Die Flaschenreinigung trägt daher eine sehr große Verantwortung für den Verbraucher hinsichtlich mikrobiologischer Sicherheit und Hygiene. Dieser Verantwortung muss sie zu 100 Prozent gerecht werden. Man erreicht dies durch den Einsatz vollautomatischer, mehrstufig arbeitender Flaschenreinigungsanlagen in denen, je nach Typ von 5.000 bis zu 135.000 Flaschen pro Stunde gereinigt werden können.

Nach der Flaschenaufgabe werden die Flaschen in sogenannten Flaschenträgern in Schleifenführung durch die bis zu 60 qm großen Flaschenreiniger geführt. In der Vorbehandlung werden sie mechanisch gereinigt, innen ausgespritzt, vorgewärmt und im weiteren Verlauf in der Heißlaugenzone bei Temperaturen von 70 bis 80°C mit Natronlauge bei ausreichend langer Standzeit behandelt. In der Nachbehandlung wird die Lauge von Feststoffen gereinigt, die Flaschen selbst weiteren Klarspülschritten unterzogen. Am Ende verlassen hygienisch einwandfreie Flaschen die Flaschenreinigung und werden dem nächsten Schritt, der Abfüllung zugeführt.

Die analytische Aufgabenstellung

Wichtig ist während der Reinigung mit Waschlauge das Abfallen der Laugenkonzentration im Wäscher zu verhindern. Lauge wird zum einen bei der Reinigung verbraucht zum anderen sinkt die Konzentration aber auch zwangsläufig durch Reaktion mit dem in der Umgebungsluft enthaltenen Kohlendioxid. Durch das daraus entstehende Natriumkarbonat (Soda) verliert die Waschlauge ihre ursprüngliche und zwingend erforderliche Reinigungswirkung. Zum Nachschärfen wird daher der Waschlauge frische konzentrierte Natronlauge, sowie Additivlösung aus Vorratstanks im laufenden Prozess zu dosiert. Die Kontrolle der Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten für Natronlauge und Additiv, erfolgt in jeder Schicht regelmäßig an allen 8 Flaschenreinigungsmaschinen. Neben der Kontrolle der Waschmaschinen Laugen fallen weitere Proben aus der Reinigung von Mehrwegfässern, sogenannten Keg‘s an, wie sie in der Gastronomie eingesetzt werden. Hier werden zusätzlich zu den Laugen, auch phosphorsäurehaltige Reiniger eingesetzt, die ebenfalls kontrolliert werden. Einmal pro Woche ergänzen zudem noch ca. weitere 50 Sonderanalysen aus der Produktion den Analysenumfang. Alle zu untersuchenden Proben werden im 24/7 Schichtbetrieb vom jeweiligen Schichtpersonal gesammelt, zur Analyse ins nahegelegenen Betriebslabor gebracht und dort umgehend untersucht.

Integration der Analytik

Die Durchführung der notwendigen titrimetrischen Analytik erfolgt mit einem Metrohm Omnis Sample Robot S und ist speziell auf die Bedürfnisse im 24/7 Schichtbetrieb abgestimmt. Die Labormitarbeiter, in der Regel Brauereitechniker oder diplomierte Braumeister platzieren die Schichtproben auf dafür bereitgestellte Probenracks, rufen am Steuer-PC des automatischen Titrationssystems vorgefertigte Probenlisten auf, starten die Analysenserie und gehen unmittelbar danach wieder anderen wichtigen Tätigkeiten im Betrieb nach. Die Analytik läuft derweil im Hintergrund unbeaufsichtigt und autark weiter. Selbst in der Nachtschicht ist so mit geringstem Personaleinsatz ein einwandfreier Analysenbetrieb zur Prozesskontrolle möglich. Die Analysenergebnisse werden nach Serienende vom Verantwortlichen in der Anwendungsdatenbank gesichtet und zur weiteren Prozessdokumentation an ein übergeordnete LIMS exportiert.

Das Setup des Omnis Automationssystems besteht für die durchzuführenden Titrationen aus fünf Dosierern für Hilfsreagenzien und Titriermittel. Der Sample Robot ermöglicht die Platzierung der Probenbecher auf zwei getrennten Probenracks à 16 Proben. Jedem Parameter, Säure und Lauge- bzw. Additivgehalt, wird ein Rack eindeutig zugeordnet. Die Probenbecher werden den parameterspezifisch ausgestatteten Arbeitsstationen vom Greiferarm des Probenroboters zugeführt. Jeder Bestimmung läuft unabhängig und parallel von der anderen ab. Freiwerdende Arbeitsstation werden sofort mit neuen Proben versorgt. Schlauchpumpen entsorgen am Ende jeder Titration die austitrierten Proben und Versorgen die beiden Arbeitsstationen auch mit Spülwasser. Das System ist modular und skalierbar und kann damit jederzeit auf weitere zukünftig relevant werdende Parameter oder auch auf höheren Probendurchsatz angepasst werden. Vorbereitet für zukünftige Herausforderungen.

Der gesamte Reinigungs- und Abfüllprozess erfordert die Kontrolle über ein Höchstmaß an Sauberkeit und Reinheit. Über allem, neben Robustheit, Verlässlichkeit, Betriebskosten, Effizienz und intelligentem Ressourcenmanagement steht der Schutz des Verbrauchers. Sein Vertrauen in das Produkt darf zu keinem Zeitpunkt gefährdet werden. Von Vertrauen geprägt sind auch die Beziehungen zwischen Lieferant und Anwender. Nicht zufällig ist die Analytik zur Kontrolle der Waschlaugen im Krombacher Betriebslabor die konsequente Weiterführung einer seit beinahe drei Jahrzehnten bestehenden erfolgreichen Geschäftsbeziehung. Präsenz und Kompetenz vor Ort, Branchenverständnis und schnelle Verfügbarkeit der Produktspezialisten im Servicefall sind extrem wichtig, um den kontinuierlichen Prozessverlauf nicht zu gefährden.

Vielleicht - beim nächsten genussvollen Schluck Bier sollten wir kurz innehalten und kurz darüber nachdenken was alles getan wird, um uns diesen Genuss sorgenfrei zu ermöglichen. Prost!

 

Autoren
Rainer Paschen1, Karsten Efferenn2, Peter Krebs2

Zugehörigkeiten
1Krombacher Brauerei, Kreuztal-Krombach, Deutschland
2Metrohm Deutschland, Filderstadt, Deutschland

Kontakt   
Peter Krebs

Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG
Filderstadt, Deutschland
peter.krebs@metrohm.de

Kontaktieren

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