Sprężone powietrze wykorzystywane w procesach bezpośredniego kontaktu z żywnością stanowi jedno z najbardziej krytycznych mediów technologicznych. Nieodpowiednia jakość powietrza może prowadzić do skażenia produktu cząstkami stałymi, olejami, mikroorganizmami lub pyłkami, co zagraża zdrowiu konsumentów oraz zgodności z przepisami HACCP i Wytycznymi BCAS BPG 102. Aby zapewnić najwyższy poziom bezpieczeństwa, powszechnie stosuje się klasy czystości ISO 8573-1 [2:2:1] lub wyższe. W Polsce badania sprężonego powietrza pod kątem czystości (cząstki), wilgotności i zawartości oleju i mikrobiologii realizuje Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA, wspierając producentów żywności w weryfikacji zgodności z międzynarodowymi standardami.
1. Rola sprężonego powietrza w procesach bezpośredniego kontaktu
Bezpośredni kontakt oznacza, że powietrze styka się fizycznie z produktem lub wewnętrzną powierzchnią opakowania przed napełnieniem. Typowe aplikacje to:
- transport i fluidyzacja proszków (mąka, cukier, kakao),
- nadmuchiwanie i schładzanie wyrobów (lody, produkty cukiernicze),
- formowanie opakowań PET i HDPE,
- sprężone powietrze w dyszach natryskowych (np. do ciśnienia dwutlenkiem węgla).
W każdym z tych procesów czystość powietrza ma bezpośredni wpływ na jakość organoleptyczną, mikrobiologiczną i fizykochemiczną produktu.
2. Wymagania normatywne i branżowe
2.1 ISO 8573-1: klasy czystości
Norma ISO 8573-1:2010 klasyfikuje sprężone powietrze względem trzech kategorii: cząstek stałych (A), wody (B) i oleju całkowitego (C). Dla kontaktu bezpośredniego wyznaczono następujące granice:
- Cząstki stałe – klasa 2: maks. 400 000 cząstek 0,1–0,5 µm na m³, 6 000 w przedziale 0,5–1,0 µm i 100 w przedziale 1,0–5,0 µm
- Punkt rosy – klasa 2: ≤ –40 °C
- Oleje całkowite – klasa 1: ≤ 0,01 mg/m³
Oznaczenie [2:2:1] jest minimalnym wymaganiem dla bezpośredniego kontaktu z żywnością.
2.2 BCAS BPG 102
British Compressed Air Society zaleca w „Best Practice Guideline 102” stosowanie klasy ISO 8573-1 [2:2:1] w aplikacjach bezpośredniego kontaktu, z audytami powietrza dwa razy w roku. Wymóg ten jest powszechnie przyjmowany jako standard branżowy.
2.3 FDA FSMA i Title 21 CFR
Amerykańska Food Safety Modernization Act nie podaje szczegółowych klas ISO, lecz wymaga, by media technologiczne „nie stwarzały ryzyka zanieczyszczenia”. W praktyce przyjmuje się klasy [2:2:1] lub lepsze oraz dokumentację badań w planie HACCP.
3. Składniki zagrożeń w powietrzu procesowym
3.1 Cząstki stałe
Atmosferyczne pyły, sadza, zarodniki pleśni i rdza z instalacji mogą przeniknąć do powietrza sprężonego. Klasa 2 ogranicza tę liczbę do wartości bezpiecznych dla żywności.
3.2 Woda
Wilgoć sprzyja rozwojowi mikroorganizmów i przyspiesza korozję instalacji. Punkt rosy ≤ –40 °C gwarantuje niemal całkowite usunięcie kondensatu.
3.3 Oleje
Olej smarny z kompresora w formie aerozoli lub par może zmieniać smak, zapach i zapach produktu. Klasa 1 (0,01 mg/m³) minimalizuje ryzyko migracji związków zapachowych.
3.4 Mikroorganizmy
Chociaż ISO 8573-1 nie określa limitów mikrobiologicznych, w aplikacjach spożywczych dla kontaktu bezpośredniego zaleca się wykrywalność < 10 CFU /m³. Pomiar CFU wg ISO 8573-7 uzupełnia analizę czystości.
4. Elementy uzdatniania sprężonego powietrza
4.1 Separator wstępny
Cyklonowy separator oddziela duże krople wody i oleju (> 5 µm), chroniąc dalsze etapy filtracji i osuszania.
4.2 Filtry koalescencyjne
Usuwają aerozole olejowe i kondensat do 0,01 mg/m³, co chroni osuszacz chłodniczy oraz zabezpiecza proces bezpośredniego kontaktu.
4.3 Osuszacz chłodniczy
Schładza powietrze do +3 °C, obniżając punkt rosy do klasy 4–3 i eliminując większość wilgoci. W aplikacjach spożywczych często stosuje się punkt rosy ≤ –40 °C przy użyciu osuszaczy adsorpcyjnych.
4.4 Filtr dokładny (final coalescer)
Zapewnia usunięcie ultraaerozoli i drobinek mniejszych niż 0,1 µm. Chroni mikrofiltry i osuszacze przed uszkodzeniem.
4.5 Filtr węglowy
Adsorbuje pary olejowe do poziomu ≤ 0,01 mg/m³ i usuwa lotne związki organiczne, gwarantując neutralność organoleptyczną powietrza.
4.6 Filtr sterylny (opcjonalnie)
Membranowy filtr 0,01–0,2 µm zatrzymuje bakterie, grzyby i endotoksyny, co może być wymagane w liniach o najwyższych standardach higieny.
5. Monitorowanie i walidacja jakości
5.1 Pomiary cząstek
Laserowe liczniki cząstek (0,1 µm rozdzielczość) umożliwiają liczenie w trzech przedziałach, z interpretacją względem klasy 2 ISO 8573-4.
5.2 Punkt rosy
Higrometry chłodzonego lustra oraz czujniki pojemnościowe realizują pomiar zgodnie z ISO 8573-3, umożliwiając weryfikację klasy B.
5.3 Zawartość oleju
Chromatografia gazowa (ISO 8573-5) jest metodą referencyjną do określania par olejowych, wspieraną przez detektory fotojonizacyjne (PID) dla monitoringu ciągłego.
5.4 Analiza mikrobiologiczna
Badania CFU/m³ metodą slit-to-agar (ISO 8573-7) pozwalają ocenić ryzyko bakteryjne.
Wszystkie te pomiary, wraz z dokumentacją i analizą trendów, prowadzi w Polsce Biuro Naukowo-Techniczne SIGMA.
6. Dobór i eksploatacja systemu
- Przyjmując jako punkt wyjścia klasę [2:2:1], projektuje się kaskadę filtrów i osuszaczy dobraną do przepływu i ciśnienia.
- Wdrożenie monitoringu online PDP, Δp i zawartości oleju umożliwia natychmiastową reakcję na odchylenia.
- Harmonogram badań – co 6 miesięcy pełne audyty jakości powietrza; testy punktu rosy i oleju dwa razy w roku; mikrobiologia raz w roku.
- Działania korygujące obejmują wymianę wkładów filtracyjnych, regenerację osuszaczy i serwis separatorów.
7. Wnioski
Zapewnienie czystości sprężonego powietrza klasy [2:2:1] w bezpośrednim kontakcie z żywnością to proces wieloetapowy, łączący precyzyjną filtrację, dokładne osuszanie, selektywną adsorpcję par olejowych oraz monitoring krytycznych parametrów. Kluczowe jest holistyczne podejście obejmujące projektowanie, eksploatację i walidację systemu. Dzięki wspólnym działaniom zespołów technicznych i wsparciu pomiarowym Biura Naukowo-Technicznego SIGMA polskie zakłady spożywcze mogą osiągać najwyższe standardy bezpieczeństwa żywności, minimalizując ryzyka zdrowotne i ekonomiczne.