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L'asettico secondo Krones: miglioramenti del coating superficiale dei contenitori di PET e sistemi di riempimento di nuova concezione per prodotti sensibili (sempre in bottiglie di PET). Caratteristiche e potenzialità di questi sviluppi tecnologici sono state illustrate durante il "Forum delle opportunità" di fine settembre a Garda. Luciana Guidotti
L'esigenza di aggiornamento costante e puntuale sulle tecnologie in grado di rendere ottimali i flussi produttivi (limitando al contempo possibili diseconomie) sollecita la reazione dei costruttori di sistemi, chiamati a svolgere un ruolo attivo in questo nuovo contesto, promuovendo cultura e conoscenze.
Nel caso di Krones Srl, la scelta di aggiornare in tempo reale i propri interlocutori ha assunto una connotazione precisa trovando, nell'organizzazione dei "Forum delle opportunità", ottimo equilibrio tra la comunicazione prettamente tecnica e il rispetto di regole commerciali (e di mercato) da condividere. D'altronde, l'innegabile spinta innovativa che distingue le molteplici soluzioni messe in campo dal costruttore tedesco (in fatto di riempimento, etichettatura e confezionamento a fine linea), è già di per sé stimolo a un dialogo costruttivo e costante con gli utilizzatori dei sistemi.
L'appuntamento di settembre organizzato nella "casa italiana" di Krones - sulle rive di "quel" lago di Garda sempre capace di stupire per bellezza e armonia - è stato dunque dedicato al riempimento asettico, una modalità di confezionamento che sta incontrando il favore di una fascia di mercato sempre più ampia, in virtù della possibilità di prolungare la shelf life dei prodotti.
In questo ambito sono stati dapprima tracciati i risultati più recenti ottenuti con il procedimento denominato LC2, messo a punto per il rivestimento superficiale dei contenitori di PET: una tecnologia che Krones intende perseguire migliorando l'efficienza (proprietà barriera adeguate) a costi competitivi.
Il rivestimento ha molteplici vantaggi, primo fra tutti quello di garantire proprietà barriera ai gas (che materiali standard non possono offrire) e trasparenza del contenitore, superando qualsiasi problema di delaminazione, in cui possono incorrere i materiali multistrato. Inoltre, migliorare il coating superficiale sulle bottiglie di PET consente di "agire" anche a monte, riducendo considerevolmente il peso delle preforme (requisito stimolante, se si considera la possibilità di progettare più liberamente forme e formati).
Ma è stato il sistema PET-Asept con isolatore il vero "protagonista" della giornata. Franco Tomba, amministratore delegato di Krones Srl, dopo aver illustrato lo stato dell’arte del riempimento in asettico, ha posto l’accento sui vantaggi della soluzione proposta dall’azienda, in termini di produttività, sterilità e contenimento dei costi.
Lo stato dell'arte
Come è ormai assodato, il riempimento in camera bianca garantisce un buon livello di sterilità e alte prestazioni; tuttavia gli elevati costi di gestione e il bagaglio tecnico richiesto agli operatori stanno orientando molti utilizzatori finali alla ricerca di soluzioni alternative.
«I nostri clienti - spiega a proposito Tomba - chiedono in primo luogo soluzioni flessibili: diverse produzioni hanno, ad esempio, andamenti stagionali e la camera bianca non rappresenta certo la soluzione più vantaggiosa. Altre richieste riguardano la riduzione degli agenti chimici impiegati nella sterilizzazione di macchine e bottiglie, la semplicità di cambio formato e la rapidità di ripristino delle condizioni di asetticità. Il cliente, inoltre, ha bisogno di soluzioni chiavi in mano e, nel tempo, vuole poter contare su un supporto tecnico, tecnologico e di competenze microbiologiche di alto livello».
Per rispondere a queste esigenze, sono state sviluppate parecchie soluzioni di riempimento asettico, che possono essere raggruppate in due famiglie distinte. La prima è quella delle riempitrici lineari che, a fronte di cadenze produttive non elevate e di un cambio formato talvolta laborioso, garantiscono semplicità d’uso e un veloce ripristino delle condizioni di asetticità. Il secondo gruppo è costituito dalle riempitrici rotative, in genere utilizzate da aziende che devono sostenere ritmi di produzione elevati e rapidi cambi formato, anche se il ripristino dell’asetticità e il controllo complessivo risultano più difficili.
Si tratta di soluzioni, secondo Tomba, a tutti gli effetti «competitive, anche se non riescono a soddisfare nello stesso tempo esigenze di tipo diverso. Krones è invece riuscita a riunire in un’unica soluzione i vantaggi di entrambi i sistemi, mettendo a punto una macchina veloce, compatta e con un buon rapporto prezzo/prestazione».
L’innovazione in pratica
Immaginando dunque la linea di riempimento asettico "ideale", il circuito prodotto deve essere molto breve e facile da sterilizzare (quindi con pochi punti da controllare), deve consentire di utilizzare acqua surriscaldata per la sterilizzazione, avere un numero limitato di rubinetti (che non devono entrare in contatto con la bottiglia). La riempitrice deve effettuare ovviamente il riempimento ad alta velocità, essere predisposta con false bottiglie automatiche, avere valvole e giunti con connessioni asettiche e offrire una protezione elevata agli operatori, salvaguardandoli da eventuali contaminazioni. Infine, il funzionamento del sistema deve essere facilmente controllabile, e consentire l'esatta tracciabilità delle fasi di produzione.
«Nel progettare il PET Asept - ricorda Tomba - abbiamo dapprima messo a fuoco gli elementi critici su cui intervenire e la nostra conclusione è stata "semplice": l’area da mantenere sotto controllo è soprattutto l’interno della bottiglia. In altre parole, serve che sia asettico il processo nel circuito interno e che siano protette le zone di dosaggio e riempimento. Di conseguenza, le dimensioni della camera asettica sono state drasticamente ridotte, il che ne agevola ulteriormente il controllo, riducendo al contempo i costi operativi. Cuore del sistema è l'Isolator Technology, un sistema di tenuta dinamica tra le parti rotanti e fisse della macchina, costituito da una doppia camera a due differenti pressioni, rispettivamente in sovra-pressione (30 Pascal) e depressione (-5 Pascal) - ma i valori sono regolabili - in grado dunque di governare i flussi d’aria. In questo modo è possibile garantire la sterilità del processo e impedire, al contempo, la fuoriuscita dei vapori di acido peracetico. Dal punto di vista strutturale, questa soluzione ha consentito di tenere separate dall'ambiente sterile le parti pneumatiche, elettriche e motrici, riducendo al minimo le possibilità di contaminazione del prodotto e facilitando l'accessibilità alle parti critiche del sistema».
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A step forward
Asepsis according to Krones: an improvement of the surface coating of PET containers and new concept filling systems for sensitive products (also in PET bottles). The features and potential of these technological developments were illustrated during the ‘Forums of Opportunity’ at Garda at the end of September. Luciana Guidotti
The need for constant and careful updating of technologies to optimise production flows (at the same time limiting possible uneconomic factors) gets a reaction from systems builders, called upon to perform an active role in this new context, promoting culture and knowledge.
In the case of Krones Srl, the choice of bringing interested parties up to date in real time took on a precise connotation by finding, in the organisation of ‘Forums of Opportunity’, a fine balance between decidedly technical communication and a respect for commercial (and market) rules. Furthermore, the undoubted innovative stimulus which distinguishes the many solutions developed by the German constructor (for filling, labeling and end of line packaging) is in itself a stimulus to a continuous constructive dialogue with users of their systems.
The event organised in September in Krones’ Italian headquarters - on the shores of Lake Garda with its capacity to astound with its beauty and harmony - was therefore devoted to aseptic filling, a method of packaging which is finding favour with an ever greater section of the market, due to its ability to prolong the shelf life of products.
In this regard, the first step was to report the most recently obtained results on the procedure known as LC2, designed for coating the surfaces of PET containers: a technology which Krones intends to pursue to improve efficiency (suitable barrier protection) at a competitive price.
The coating has many advantages, most of all ensuring barrier properties to gases (which standard materials cannot provide) and transparency of the container and overcoming de-lamination problems which can be encountered with multi-layer materials. Improving the surface coating of PET bottles also allows ‘actions’ upstream, considerably reducing the weight of the pre-mould (a necessary stimulant, bearing in mind the opportunities for freer designs of shapes and formats).
But it was the PET-Asept system with isolator which was the ‘star’ of the day. After describing the state of the art of aseptic filling, Franco Tomba, managing director of Krones Srl, concentrated on the advantages of the solution developed by the company, in terms of productivity, sterility and containment of costs.
The state of the art
As is now well-known, clean room filling ensures a good level of sterility and high performance; however, the high costs of management and the technical baggage required of operators are steering many end users to the search for alternative solutions.
“Our customers,” explains Tomba, “mainly ask for flexible solutions: several types of production, for example, are seasonal and the clean room is not the most advantageous solution. Other requests are concerned with the reduction of chemical agents used in the sterilisation of machines and bottles, simplicity of format change and a fast return to aseptic conditions. The customer also needs turnkey solutions and, over time, wants to be able to count on technical and technological support and a high level of microbiological expertise”.
To respond to these needs, several aseptic filling solutions have been developed, which can be placed in two distinct groups. The first is that of linear filling machines which, for low production runs and sometimes laborious format changes, ensure simplicity of use and a fast return to aseptic conditions. The second group consists of rotary filling machines, normally used in companies which have to sustain high levels of production and rapid format change, even if a return to aseptic conditions and overall control are more difficult.
These solutions, in Tomba’s opinion, are ‘competitive’, even if they cannot satisfy different requirements at the same time. Krones has, however, managed to combine the advantages of both systems in a single solution, developing a machine which is fast, compact and with a good price/performance ratio”.
Innovation in practice
So, in the ‘ideal’ aseptic filling line, the circuit of products must be very short and easy to sterilise (that is, with very few points to check), it must allow the use of superheated water for sterilisation and have a limited number of nozzles (which must not come into contact with the bottle). Obviously, the filling machine must carry out the filling at high speed, be fed with dummy bottles automatically, have valves and joints with aseptic connections and provide a high level of protection for the operators, preventing any possible contamination. Finally, the functioning of the system must be easy to check, and allow precise traceability of the stages of production.
“In designing PET Asept”, Tomba recall, “we first focussed on the critical elements to be dealt with and our conclusion was ‘simple’: the area to keep under control above all is the inside of the bottle. In other words, it is necessary for the process in the internal circuit to be aseptic and for the dispensing and filling areas to be protected. Consequently, the dimensions of the aseptic chamber were drastically reduced, which further aided checking, at the same time reducing operating costs. At the heart of the system is Isolator Technology, a dynamic sealing system between the rotating and fixed parts of the machine, consisting of a double chamber at two different pressures: over pressure (30 Pascals) and low pressure (-5 Pascal) respectively - although these levels can be adjusted - to control the airflow. In this way it is possible to ensure the sterility of the process and at the same time prevent peracetic acid vapour from escaping. From a structural point of view, this solution has allowed us to keep the sterile environment separate from the pneumatic, electrical and motor parts, reducing to a minimum the possibility of contamination of the product and facilitating access to the critical parts of the system”.
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Un riepilogo sul PET Asept
Il nuovo sistema di riempimento PET Asept con isolatore è una linea modulare, compatta, completa di sistemi per la sterilizzazione e il risciacquo di contenitori e chiusure, dispositivi di tappatura, controlli di processo e qualità. Studiato per prodotti ad alta e bassa acidità, piatti o carbonati, assicura alto rendimento meccanico (velocità delle linee fino a 1.000 rec/minuto), tempi di trattamento flessibili, affidabilità grazie ai comandi elettronici di processo.
Sterilizzazione e risciacquo delle bottiglie
• L'interno della bottiglia viene disinfettato con miscela di vapore acqueo (temperature superiori a 125 °C) e acido peracetico (PAA), il cui consumo viene comunque ridotto al minimo (è assicurata una diminuzione della carica batterica fino a log. 7). Il sistema prevede in simultanea il trattamento della superficie interna ed esterna.
• La soluzione disinfettante viene eliminata completamente mediante acqua sterile, il cui consumo è comunque contenuto grazie all'impiego di getti d'aria erogati da ugelli concentrici. Il drenaggio dell'acqua di risciacquo avviene rapidamente, e il flusso di tutte le sostanze è tenuto sotto controllo.
Sterilizzazione dei tappi
• Il processo di disinfezione dei tappi avviene per immersione nel PAA, è completamente automatico e dura circa 60 secondi. Acqua e aria sterili vengono invece impiegate per la spruzzatura.
Isolator technology
• La camera asettica è ridotta al minimo; le parti pneumatiche, elettriche e motrici sono separate dall'ambiente sterile; l'accessibilità alle parti critiche è facilitata e la sanificazione avviene in automatico. Assicura un contenimento dei costi operativi (grazie alle superfici e al volume d'aria ridotti).
Riempimento
• La valvola Volumetic è studiata per l'imbottigliamento di prodotti piatti. Il sistema di riempimento volumetrico è regolato da flussometro. Il riempimento a getto intero assicura la mancanza di contatto fra la bottiglia e la valvola di riempimento, consente di predisporre un'unica valvola di comando e non richiede la presenza di cilindri di sollevamento. La stazione è corredata dall'alimentazione automatica di false bottiglie CIP e dal sistema di lavaggio integrato delle superfici esterne e interne.
Tappatura
• Priva di connessioni meccaniche con le zone esterne, camme ed elementi di scorrimento si trovano sotto il collo della bottiglia. I coni lavabili sono gli unici elementi al di sopra della bottiglia aperta contenente il prodotto. È prevista la possibilità di utilizzare servomotori e la testina di tappatura è a lato della bottiglia. Il sistema di pick & place, montato su una colonna separata, ha un design aperto ed è facilmente lavabile. Inoltre i gruppi non richiedono lubrificazione.
Controllo di qualità
• Il sistema di comando dei processi è regolato da PCS, corredato da un sistema di documentazione dell'operatività delle linee (LDS), che consente di: effettuare rapporti "storici", registrare le variabili di processo e mettere a punto l'engineering, registrare eventuali disturbi e le formule.
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A summary of PET Asept
The new PET Asept filling system with isolator is a complete, compact, modular line of systems for the sterilisation and rinsing of containers and closures, capping devices, process and quality controls. Designed for high and low acidity products, still or sparkling, it ensures high mechanical performance (line speeds up to 1000 items/minute), flexible treatment times and reliability thanks to electronic process controls.
Sterilisation and rinsing of bottles
• The interior of the bottle is disinfected with steam (at a temperature of over 125°C) and peracetic acid (PAA), the consumption of which is however kept to a minimum (and ensures a reduction of bacteriological content up to log. 7). The system simultaneously treats internal and external surfaces.
• The disinfectant solution is completely eliminated by sterile water, the consumption of which is however kept to a minimum thanks to the use of jets of air fed from concentric nozzles. Draining of the rinsing water is carried out rapidly, and the flow of all substances is regulated.
Sterilisation of caps
• The process of disinfecting the caps takes place through immersion in PAA, is completely automatic and lasts about 60 seconds. Sterile air and water are used for the spraying.
Isolator technology
• The aseptic chamber is reduced to a minimum, the pneumatic, electric and motor parts are separated off in a sterile environment. Accessibility to critical parts is easy and sterilisation takes place automatically. Containment of operating costs is ensured (thanks to reduced surface area and volume of air).
Filling
• The Volumetic valve is designed for the bottling of still products. The volumetric filling system is regulated by a flow meter. Full jet filling ensures that there is no contact between the bottle and the filling valve, allows a single control valve to be used and does not require the use of lifting cylinders. The station is equipped with an automatic feed of dummy CIP bottles and an integrated system for washing both internal and external surfaces.
Capping
• With no mechanical connections to the outside, cams and flow components are located below the neck of the bottle. The washable cones are the only elements above the open bottles containing the product. The possibility of using servo motors is catered for, and the capping head is to the side of the bottle. The pick & place system, mounted on a separate column, has an open design and is easily washable. Also, the assemblies require no lubrication.
Quality control
• The process control system is regulated by PCS, equipped with a documentation system for the operation of the lines (LDS), which allows: the compilation of ‘historical’ reports, the recording of possible problems and formulae.
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