Aria sterile: che cos'è e perché è importante

Fai la domanda: "Quale funzione hanno i filtri dell'aria all'interno del tuo stabilimento per la produzione di alimenti e bevande?" e la risposta includerà, generalmente, la rimozione di sporcizia o polvere. Alcuni osservatori più perspicaci potrebbero persino suggerire la rimozione di aerosol di olio e acqua.

Sebbene si tratti di risposte corrette, la principale contaminazione da rimuovere quando l'aria entra in contatto diretto o indiretto con il prodotto alimentare riguarda indiscutibilmente i microrganismi presenti nell'aria. Queste entità microscopiche potrebbero essere del tutto innocue o, in presenza di determinate condizioni, rivelarsi potenzialmente letali. Casualmente, un compressore d'aria produce questo "particolare" ambiente di umidità, calore e olio, che permette a molti organismi di prosperare. Poiché è impossibile essere costantemente a conoscenza di quali organismi siano presenti all'interno di un sistema di aria compressa, è estremamente importante implementare validi processi produttivi che proteggano sia il processore sia il cliente.

Esistono un certo numero di organizzazioni che prepongono standard, raccomandazioni e best practice utili a mitigare il rischio di deterioramento del prodotto dovuto alla contaminazione causata dai microrganismi. Si riportano di seguito le raccomandazioni di Donaldson per proteggere al meglio te stesso, il tuo prodotto e i tuoi consumatori: filtrazione, sterilizzazione, monitoraggio e manutenzione.

1. Filtrazione

Prefiltrazione

I contaminanti, naturalmente presenti nell'aria dell'ambiente, vengono concentrati dal compressore provocando grandi concentrazioni di particelle e batteri molto difficili da filtrare. Inoltre, l'azione meccanica del compressore introduce ancora più particelle e aerosol d'olio, che devono essere rimossi dall'aria. Man mano che l'aria si raffredda all'interno del serbatoio di stoccaggio, generalmente si satura al 100% con vapore acqueo che forma condensa. Questa condensa viene trasportata a valle per mezzo di piccole goccioline nebulizzate che, se non vengono rimosse da un separatore di trascinamento e da un prefiltro a coalescenza, sovraccaricheranno sia gli essiccatori refrigerati sia gli essiccatori ad essicante danneggiandoli. Donaldson offre sia un separatore a ciclone sia un filtro a coalescenza per la prefiltrazione.

Essiccazione

Dopo aver lasciato i prefiltri, l'aria è stata trattata per rimuovere aerosol d'aria/olio e particelle di dimensioni> 5 micron. 

Tuttavia, l'aria è ancora satura e qualsiasi raffreddamento formerà condensa.

Nel tempo, la condensa comporterà costi significativi, compresi corrosione e congelamento. L'interazione di acqua allo stato liquido e di olio offre inoltre determinate condizioni che favoriscono la colonizzazione batterica.

Risulta più semplice e sicuro arrestare la crescita dei microrganismi piuttosto che intrappolarli successivamente. I due metodi più frequentemente adottati per ridurre la concentrazione di vapore acqueo e d'olio prevedono il raffreddamento dell'aria per mezzo di un essiccatore refrigerato o l'adsorbimento del vapore con un essiccatore ad adsorbimento. Donaldson raccomanda l'utilizzo di un essiccatore ad adsorbimento rigenerato a freddo: Ultrapac™ Smart. Si tratta di un essiccatore che impiega un materiale adsorbente igroscopico in grado di autorinnovarsi mediante un processo di rigenerazione a freddo. Ne derivano significativi risparmi sui costi operativi che gli essiccatori refrigerati e gli essiccatori a rigenerazione di calore non riescono a eguagliare. Ultrapac Smart prevede inoltre un prefiltro per proteggere l'essiccante dalla contaminazione e un postfiltro per proteggere le apparecchiature a valle.

Filtrazione al punto di utilizzo

(Serie DF, serie P-EG e serie PG-EG Donaldson)

Ora che l'aria è relativamente pulita e non contiene acqua/olio nebulizzati né particelle più grandi, è pronta per la filtrazione finale, prima che l'aria entri in contatto con il prodotto o con una superficie a contatto con lo stesso. La filtrazione al punto di utilizzo è importante poiché la precedente filtrazione non è progettata per rimuovere i batteri con un tasso di ritenzione assoluto. Potrebbero inoltre esserci incrostazioni nei tubi o contaminazioni tra i prefiltri e il filtro al punto di utilizzo. L'energia cinetica è proporzionale al quadrato della velocità, in modo che anche particelle di piccole dimensioni possano possedere energia sufficiente a danneggiare e a disattivare un filtro dell'aria sterile a elevate velocità dell'aria. Donaldson consiglia di utilizzare un filtro a coalescenza di grado M o S e un filtro a carbone attivo. Il filtro a carbone attivo assorbirà diversi composti (ad esempio: vapore di idrocarburi, profumo, agrumi, acido solforico, toluene e metanolo) che potrebbero pregiudicare l'odore o il sapore del prodotto finale.

Infine, c'è il filtro dell'aria sterile. Il filtro dell'aria sterile di Donaldson è progettato specificamente per rimuovere oltre il 99,99998% dei contaminanti di dimensioni equivalenti a quelle dei batteri.

Uno standard ASTM F838, accettato per l'industria, utilizza Pseudomonas Diminuta (ATCC 19146) come organismo campione con un diametro medio di 0,3 micron. Un filtro di grado sterile produrrà una filtrazione sterile quando viene impiegato in presenza di batteri 1,0x107 per cm².

Ciò è importante, in parte perché i produttori di filtri classificano talvolta i loro filtri sterili a 0,01 micron. La scienza della filtrazione mostra che, in realtà, per la maggior parte dei filtri è più semplice catturare particelle da 0,01 micron piuttosto che da 0,2 micron, motivo per cui Donaldson classifica i propri elementi sterili a 0,2 micron. L'elemento ad aria sterile P-SRF Donaldson ha un'efficienza pari o superiore al 99,99998% nella rimozione di particelle di dimensioni pari o inferiori a 0,2 micron.

2. Sterilizzazione

(Filtri per vapore P-GS e P-GSL N Donaldson)

Finora sono stati spiegati due metodi per controllare i microrganismi. L'essiccazione rimuove l'acqua necessaria alla vita. La filtrazione rimuove l'olio, di cui si alimentano i batteri, e anche i batteri stessi. Fintanto che i batteri rimangono nel filtro e finché la somministrazione d'aria nel punto di utilizzo è asciutta, i batteri sono spore inattive. Tuttavia, in determinate condizioni, i batteri possono riattivarsi. In tal caso, i batteri possono crescere attraverso il mezzo filtrante e raggiungere un prodotto o processo a valle.

Un modo per proteggersi dal rischio di proliferazione batterica è sterilizzare a vapore o in autoclave i filtri dell'aria sterili. Il calore di questi processi crea reazioni intracellulari, irreversibili, che inattivano permanentemente i microrganismi. Dato che le installazioni dispongono generalmente di vapore per sterilizzare linee e serbatoi, risulta conveniente impiegare questo vapore per sterilizzare filtri e alloggiamenti. Il vapore saturo è ideale per la sterilizzazione del filtro poiché rilascia il proprio calore a temperatura costante, e questo calore viene utilizzato per denaturare le proteine intracellulari dei microrganismi e inattivarle. È altrettanto importante filtrare il vapore stesso. Donaldson offre due diversi tipi di filtri per vapore utili a produrre vapore culinario: il filtro P-GS in acciaio inossidabile sinterizzato e il filtro P-GSL N in acciaio inossidabile pieghettato.

3. Monitoraggio

L'elemento dell'aria sterile non genererà una pressione differenziale per indicare quando è necessario sostituire un filtro. È importante effettuare e registrare periodicamente le misurazioni per rilevare la presenza di contaminazione microbica. Un metodo è quello di condurre test di integrità degli elementi per l'aria sterile.

Il tipo di filtro dell'aria sterile utilizzato determinerà il tipo di test necessario a verificare l'integrità del filtro. Per gli elementi filtranti di profondità (ad es. P-SRF e P-SRF V), i filtri possono essere testati sull'integrità impiegando un test di dispersione dell'olio nebulizzato. Per i filtri a membrana (ad es. PP N), viene verificata l'integrità mediante test del punto di bolla o test di diffusione. Questi metodi di prova dovrebbero essere utilizzati per tutti i filtri al punto di utilizzo per verificare che l'aria a contatto diretto o indiretto con gli alimenti sia pulita e sicura.

4. Mantenimento

Nel corso di molte ore di utilizzo, i filtri si intasano di contaminanti. I mezzi filtranti sono soggetti a enormi sollecitazioni e, prima o poi, è possibile che venga compromessa l'integrità del filtro. Scegliere la corretta disposizione dei filtri in serie sequenziale ridurrà notevolmente la tendenza all'intasamento, permetterà di proteggere meglio l'integrità del filtro sterile e di ottenere un risparmio considerevole grazie a una riduzione dei costi di manutenzione nel corso del tempo.

Donaldson ha documentato gli intervalli raccomandati per la sostituzione del filtro, che garantiranno la protezione del tuo processo se i programmi di manutenzione preventiva saranno rispettati. La protezione del tuo processo, del cliente e della reputazione della tua azienda potrebbe dipendere da questo.