artikel

Reiniging van roestvast staal

Algemeen

In de voedingsmiddelenindustrie komen veel producten in aanraking met roestvast stalen oppervlakken en hechten zich daaraan. Reiniging is vaak langdurig en kostbaar. TNO ontwikkelde samen met partijen in de keten een model dat uitgaande van de ruwheid van het oppervlak de aanhechtingskans van een product voorspelt. Resultaat: een effectievere reiniging tegen lagere kosten.

Technologie [techniek/apparatuur]

Ing. Jacques Kastelein, projectcoördinator TNO, tel. 030 – 694 4685, e-mail jacques.kastelein@tno.nl.

TNO ontwikkelt nieuwe analysemethode met partijen in de keten
Reiniging van roestvast staal
In de voedingsmiddelenindustrie komen veel producten in aanraking met roestvast stalen oppervlakken en hechten zich daaraan. Reiniging is vaak langdurig en kostbaar. TNO ontwikkelde samen met partijen in de keten een model dat uitgaande van de ruwheid van het oppervlak de aanhechtingskans van een product voorspelt. Resultaat: een effectievere reiniging tegen lagere kosten.

De ruwheid, structuur en topografie van het productcontactoppervlak spelen een belangrijke rol bij aanhechting van (bio)materiaal. Ze bepalen mede hoe goed een oppervlak te reinigen is. Dit is onder meer van belang bij kritische procesapparatuur, bijvoorbeeld in de farmaceutische en in de voedingsindustrie. Door verschillen in de oppervlaktestructuur kan vuil, zoals aangehechte micro-organismen en eiwitten, na reinigen achterblijven en zodoende de kwaliteit van de producten beïnvloeden.
De ruwheid van (RVS) materialen wordt doorgaans uitgedrukt in de zogenaamde Ra-waarde. Deze waarde blijkt echter onvoldoende de reinigbaarheid te kunnen voorspellen.
TNO ontwikkelde in samenwerking met partners in de keten de SRI-analysemethode (Soil Retention Index). Deze methode is een van de oppervlakteruwheid afgeleide index, die meer op detailniveau rekening houdt met de ‘werkelijke oppervlaktestructuur’. Dit zorgt voor een nauwkeuriger correlatie tussen de mate van ruwheid en de vuilretentie.

SRI-analysemethode
Het voordeel van de SRI-analysemethode is dat subtiele verschillen in materiaalstructuur beter in kaart worden gebracht. Bij de keuze voor oppervlaktebehandeling van metalen, of bij het bouwen van kritische apparatuur is de SRI een hulpmiddel om te komen tot een voor de reinigbaarheid optimale keuze. De verworven inzichten kunnen tevens de kosten omlaag brengen.

SRI geeft meer inzicht in het voorspellen van aanhechting van ‘vuil’ en de reinigbaarheid van oppervlakten dan de huidige Ra-methode (ruwheidswaardemeting). In de SRI-analysemethode zijn onder andere de Ra-waarde, de Piekcount-waarde en de vorm van de pieken en dalen (Mr) opgenomen en geeft daardoor een gedetailleerde benadering van de oppervlaktestructuur.

De Ra-waarde is de gemiddelde absolute afwijking van de middellijn over een bepaalde lengte gemeten en geeft geen inzicht in topografie, structuur van het productcontactoppervlak en het effect van reiniging op het oppervlak.
Ook al is de gemeten Ra-waarde laag, dan kunnen er nog veel oneffenheden in het oppervlak zitten, waardoor ‘vuil’ zich goed hecht.

Onderzoeksopzet
Bij het TNO-onderzoek is gekeken naar karakterisering van oppervlaktebewerking, detectiemethoden van vuil, modelopbouw en naar aspecten zoals hechting van product en reinigbaarheid. Uitgangsmateriaal was roestvast staal AISI316L. Op maat gesneden platen werden naar de verschillende oppervlaktebewerkingsbedrijven gebracht en daar bewerkt tot twee verschillende oppervlakteruwheden; 0,4 µmRa en 0,8 µmRa. De toegepaste oppervlaktebewerkingen waren koud walsen (uitgangsmateriaal), mechanisch polijsten, glasparelstralen, keramisch parelstralen, beitsen en elektrolytisch polijsten.
Voor de karakterisering en visualiseren van oppervlaktebewerking zijn technieken als Scanning Electron Microscopy (morfologie) en Laser profilometrie (microruwheid, 2D en 3D) toegepast. Voor de detectie van vuil (productresten) is de techniek Fluorescentie microscopie (Dead/live kleuring met SYTO 9 en Propidium Iodide) toegepast.

Resultaten
Uit de resultaten van het onderzoek met bijvoorbeeld een eiwitvervuiling blijkt dat de SRI-analysemethode betrouwbaardere resultaat geeft dan de Ra methode. Figuren 1 en 2 geven de correlatie aan tussen de vuilretentie en de ruwheidanalysemethode.

Fig. 1
Fig. 2
Ra correleert slecht met vuilretentie, terwijl de nieuwe SRI-analysemethode een sterk verbeterde correlatie met vuilretentie vertoont.

Verder is uit het onderzoek naar voren gekomen dat elektrolytisch polijsten (E) van het oppervlak (na mechanische voorbewerking) tot het beste reinigingsresultaat leidt, gevolgd door keramisch parelstralen (K). Glasparelstralen (G) van het oppervlak leidt tot verminderde reinigbaarheid ten opzichte van het uitgangsmateriaal (U-koud gewalst staal). De oppervlakken met een Ra-waarde van 0,4µm geven een betere reiniging dan de oppervlakken met een Ra-waarde van 0,8µm.
Fig. 3
Vanuit het oogpunt van voedselveiligheid en houdbaarheid van producten is het van groot belang dat de toegepaste materialen voor productcontactoppervlakken van procesapparatuur goed te reinigen zijn en dat ze bovendien bestand zijn tegen het product en de reinigings- en desinfecteermiddelen. Hierbij is een gladde en goede afwerking een belangrijke parameter, waardoor deze materialen niet (snel) vervuilen. De ruwheid, structuur en topografie van productcontactoppervlakken kunnen beïnvloed worden door het type bewerking van het oppervlak, bijvoorbeeld slijpen, stralen of polijsten. Het is nu duidelijk dat elektrolytisch polijsten van het oppervlak de beste resultaten levert. Echter deze methode van oppervlaktebewerking is duur en niet altijd noodzakelijk. Keramisch parelstralen van een oppervlak is voor veel toepassingen een goed alternatief.

Kostenbesparingen
De uitkomsten van de SRI-analysemethode kunnen bedrijven helpen bij een betere hygiënische procesvoering en het nemen van kostenbesparende maatregelen. Wanneer bij het ontwikkelen en vervaardigen van procesapparatuur de toepassing bekend is, dan kan met het SRI-analysemethode een verantwoorde keuze worden gemaakt voor het type oppervlaktebewerking dat het meest geschikt is voor die toepassing. De reinigingskosten en energiekosten kunnen omlaag doordat er minder vaak gereinigd hoeft te worden en er minder water en reinigingsmiddelen nodig zijn. Wanneer de gebruiker immers onbekend is met de kwaliteit en de structuur van het te reinigen productcontactoppervlak neemt men het zekere voor het onzekere en wordt er veel en intensief gereinigd, waarbij een overmaat aan water en chemicaliën wordt gebruikt. Het gevolg hiervan is een snelle veroudering van materialen, meer slijtage en onderhoud aan apparatuur.

[Kaders in de kantlijn/de derde kolom: De projectpartners aan het woord]

[kader 1]
Brenntag: meerwaarde
Jan Deurloo van Brenntag, leverancier van straalmiddelen, wijst op de toegenomen aandacht voor voedselveiligheid en de eisen die in dat verband aan machines voor de voedselproductie worden gesteld. “We hadden zelf de indruk dat door de gladdere wand die je met keramisch parelstralen krijgt, veiliger en goedkoper kunt produceren. Maar we konden het niet staven. Met behulp van toegepaste wetenschap kan dat nu wel en het blijkt de kosten aanzienlijk te verlagen. De nieuwe methode heeft duidelijk een meerwaarde ten opzichte van de geldende hygiënenorm EN 1672.”
[einde kader 1]

[kader 2]
Kiremko: klanten eisen meer
Kiremko in Montfoort ontwikkelt, produceert en installeert machines voor de aardappelverwerkende industrie en de verwerking van knolgewassen. Innovatiemanager Eric van Oorschot: “Keramisch parelstralen van roestvast stalen oppervlakken van machines gebeurt bij Kiremko al negen jaar. Uit het onderzoek komt naar voren dat dit betere resultaten geeft met betrekking tot voedselveiligheid dan andere methoden, maar dat wisten we niet toen we als participant aan het onderzoek begonnen.”
Van Oorschot plaatst wel de kanttekening dat er verschil is tussen machines en de plaats die ze innemen in het proces: “Daar waar bijvoorbeeld ongewassen aardappels van zand en modder worden ontdaan, worden andere machines ingezet dan de plaats waar het eindproduct in de verpakking gaat.” Belangrijk is dat door keramisch stralen oppervlakken langer schoon blijven dan machines, dus langer in productie kunnen blijven.
[einde kader 2]

[kader 3]
Stork Townsend: trend
Ook bij Stork Townsend in Oss worden oppervlaktes van machines door medewerkers van het bedrijf zelf gestraald. Het gaat hierbij om machines voor de vleesverwerkende industrie, variërend van skinners (voor het verwijderen van huid en vlees) tot machines die ontbenen en systemen om via co-extrusie worst te produceren. “We gebruiken veel roestvast staal 304, soms 316 als het om zure stoffen gaat”, vertelt Wim Manders, engineeringmanager. “Hygiënisch ontwerpen is zeker een trend, maar ik verwacht dat het langzaam zal gaan. Het hangt van het moment in het proces af hoe schoon en glad de oppervlaktes van het roestvast staal moeten zijn. Onderdelen die zeer intensief in contact komen met het eindproduct, daar zul je extra goed op moeten letten. Meestal kiezen we voor keramisch parelstralen, maar als een gladder oppervlak noodzakelijk is laten we het buiten de deur elektrolytisch polijsten.”

Peka Kroef: audits
“Onze industrie maakt duidelijk een omslag van aardappelleverancier naar levensmiddelenleverancier”, zegt Frans Habraken, hoofd Technische dienst bij Peka Kroef, producent van aardappelspecialiteiten. “Klanten worden steeds kritischer als het om hygiëne gaat”, vervolgt hij en duidt daarbij op de vele audits (BRC, GMP, IFS, HACCP) waar zijn bedrijf mee te maken heeft. “Voor een producent van onze omvang, met 270 medewerkers, is het onmogelijk om het onderzoek dat TNO heeft uitgevoerd, zelf te doen. Daarom is het mooi dat we kunnen meeliften. Hygiënisch ontwerpen heeft sowieso onze aandacht en ook zullen we bij onze leveranciers aandringen om altijd hygiënisch te ontwerpen. Maar je moet wel reëel blijven. Oude systemen zullen nog jaren blijven bestaan, je kunt er vooral met nieuwe systemen en machines je voordeel mee doen. Ik noem de wetenschap dat keramisch parelstralen veelal voor de beste oplossing zorgt een kwestie van voortschrijdend inzicht.”

Reageer op dit artikel