Lebensmitteltechnik: Verpacken und Abfüllen

Lebensmitteltechnik: Verpacken und Abfüllen

 

Bis auf wenige Ausnahmen wie Trockenfrüchte oder Räucherschinken nutzt auch die beste Konservierung nichts, wenn die Ware nicht ordnungsgemäß verpackt wird, und selbst in diesen Fällen wird meist nicht auf eine Verpackung verzichtet. Dementsprechend sind Lebensmittel heutzutage in Supermärkten oder Lebensmittelläden kaum noch lose und unverpackt erhältlich. Was lässt die Verpackung so unentbehrlich erscheinen? Sie erfüllt eine Vielzahl von Aufgaben, indem sie zusätzliche Produkthaltbarkeit gewährleistet, Schmutz abhält, wenn nötig, vor schädlichen Einwirkungen durch Licht und Sauerstoff schützt, eine problemlose Handhabung der Ware bei Transport und Lagerung ermöglicht und auf den Verbraucher attraktiv und kauffördernd wirken soll. Die Verpackung hat jedoch den Anforderungen des Abfallgesetzes (1986) und der Verpackungsverordnung (1991) zu genügen. Da diese Ansprüche einander zum Teil widersprechen, stellt jede Verpackung letztlich einen Kompromiss dar.

 

Nicht zu allen Zeiten herrschte ein derart verschwenderischer Umgang mit Verpackungsmaterial wie heute. So war es früher selbstverständlich, die zur Verpackung verwendeten Körbe, Kisten, Flaschen, Krüge, Schläuche, Säcke und Tücher erneut zu verwenden. Die Wiederverwendung ist heute im Wesentlichen auf Flaschen beschränkt, für andere Verpackungsmaterialien wie Kartons, Plastikbecher oder Blechdosen ist eine Wiederverwertung (Recycling) nach dem Dualen System vorgesehen.

 

 Dosenfutter

 

Da sich Weißblechdosen magnetisch vom restlichen Abfall trennen lassen, besitzen sie eine überdurchschnittlich gute Wiederverwertbarkeit. Auch hinsichtlich der Qualität der darin abgefüllten Lebensmittel besitzen sie einige Vorzüge. Wie schon beim Thema Hitzekonservierung ausgeführt, bleiben empfindliche Vitamine bei der ausgeklügelten Prozessführung der Konservenherstellung in nahezu vollem Umfang erhalten — natürlich sofern auch wirklich frische Ware verarbeitet wird. Dank moderner Beschichtungstechnologie sind Korrosion der Dose und Schwermetallbelastung des Inhalts keine ernsten Themen mehr. Daher ist es inzwischen auch nicht mehr nötig, eine angebrochene Dose umzufüllen.

 

Das Prinzip, Lebensmittel in einer dicht schließenden Hülle durch Erhitzen haltbar zu machen, fand zwar bei Wurstwaren schon in prähistorischen Zeiten Anwendung, die Konservierung in Gläsern oder Dosen ist jedoch eine relativ junge Methode. Die Hitzekonservierung in korkverschlossenen Flaschen wurde erstmals 1809 von dem Pariser Koch und Konditor Nicolas Appert beschrieben, der damit ein Preisausschreiben Napoleons I. zur Verbesserung der Truppenverpflegung gewann. Die eigentliche Konservendose ist eine Erfindung des Engländers Peter Durand aus dem Jahr 1810. Ursprünglich bestanden die Dosen nur aus Zinn, doch bereits 1839 wurden fast ausschließlich Behälter aus zinnbeschichtetem Eisenblech (Weißblech) verwendet. Die Beschichtung erfolgte anfangs in einer Zinnschmelze (Feuerverzinnung), seit 1934 aber durch elektrolytische Abscheidung mit anschließendem Aufschmelzen des Zinns. Dadurch sind wesentlich dünnere Zinnschichten möglich. Zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit werden die beschichteten Bleche noch lackiert. Der erste brauchbare Dosenöffner wurde übrigens erst 1860 entwickelt.

 

Nach der Befüllung mit Gemüse, Würstchen, Eintopf oder anderen Lebensmitteln werden die Dosen unverschlossen erhitzt, gegebenenfalls bei vermindertem Druck, um eingeschlossene oder gelöste Luft zu entfernen. Danach werden die Dosen verschlossen und sterilisiert, indem sie in einem Autoklaven (Druckbehälter) bei etwa drei Bar auf 120 bis 130 ºC gebracht und — je nach Lebensmittel — zwischen einer und 20 Minuten auf diesen Temperaturen gehalten werden. Die Abkühlung erfolgt entweder an der Luft oder durch Kühlwasser, bei großen Konservendosen auch unter Druck, damit der innere Dampfdruck die Dosen nicht sprengt. Durch definierte, rasche Abkühlung lässt sich unkontrolliertes Nachgaren vermeiden und die gewünschte Konsistenz erhalten. Die abgekühlten Dosen werden etikettiert und zum Transport in Kartons verpackt.

 

Zur Abfüllung in Dosen sind nahezu alle Lebensmittel geeignet. Man findet eingedost sowohl feste als auch flüssige Lebensmittel: Gemüse, Wurst- und Fleischwaren, Fisch, Fertiggerichte, aber auch Getränke sind so in bequem transportierbare, lagerfähige Portionen verpackt.

 

 Flaschen: keine Versager

 

Kohlensäurehaltige Getränke in Dosen konnten zwar einen großen Marktanteil erobern, die meisten Getränke — ob sprudelnd oder still — werden allerdings in Flaschen verkauft. Dies war nicht immer so. Glasgefäße waren von der Entdeckung der Glasherstellung etwa 3000 v. Chr. bis zu ihrer Massenherstellung im 19. Jahrhundert Luxusartikel zur Aufbewahrung von Öl oder Duftstoffen, die sich nur Wohlhabende leisten konnten. Für Getränke verwendete man vorwiegend Tongefäße, deren Herstellung bereits 4000 Jahre länger bekannt ist. Getränkeflaschen aus Glas traten ihren Siegeszug aufgrund niedriger großtechnischer Herstellungskosten, aber auch wegen ihrer den Tonkrügen überlegenen Eigenschaften an: geringere Zerbrechlichkeit, Luftundurchlässigkeit und Transparenz. Seit Mitte der 1980er-Jahre hat das Glas jedoch durch Kunststoffe wie Polyethylen-Terephthalat (PET) Konkurrenz bekommen, sind doch Letztere nahezu unzerbrechlich und zudem leichter. Sowohl Glas- als auch Kunststoffflaschen sind hervorragend wieder verwendbar. Für die Getränkeindustrie stellen Pfandflaschen ein gewisses Problem dar, da sie häufig stark verschmutzt oder schadhaft sind.

 

Die Flaschenabfüllung erfolgt beim Getränkehersteller, der dazu neue Flaschen kauft und Pfandflaschen wieder verwendet. Zur Reinigung werden sämtliche Flaschen kopfüber in eine Flaschenwaschmaschine befördert, wo sie zunächst in ein Tauchbad mit heißer alkalischer Reinigungslösung gelangen, die die angetrockneten Verschmutzungen und die Etiketten ablöst. Anschließend werden eventuell vorhandene Rückstände durch mehrmaliges Spülen mit einer Spüllösung und zum Schluss mit Trinkwasser entfernt. Gegebenenfalls kann sich noch eine Sterilisierung anschließen. Bevor die Flaschen befüllt werden, müssen unbrauchbare Exemplare ausgesondert werden. Dies geschieht automatisch in einem Bottle-Inspector. Zur Untersuchung auf Defekte oder Schmutzreste dienen verschiedene optische Detektoren. Mit ihrer Hilfe ist eine automatische Mündungs- und Gewindekontrolle sowie Überprüfung auf Fremdkörper und Restflüssigkeit möglich. Wenn die Flaschen diese Prüfung erfolgreich überstanden haben, sind sie bereit für die Abfüllung.

 

Fruchtsaft wird zur Ausschaltung von Keimen meist bei Temperaturen von etwa 90 ºC abgefüllt. Bei qualitativ besonders hochwertigen Fruchtsäften verwendet man die kaltaseptische Abfüllung, für die in der Anlage sterile Bedingungen herrschen müssen. Dies gilt nicht nur für die Atmosphäre in der Anlage, sondern auch für Flasche, Füllgut und Verschluss. Um ein Eindringen verkeimter Umgebungsluft zu verhindern, steht die Anlage unter einem geringen Überdruck, der durch Zufuhr von Sterilluft aufrechterhalten wird. Nach Abfüllen, Verschließen und Etikettieren werden die Flaschen in Kästen eingestellt, die anschließend palettiert werden.

 

 Kartonverpackungen

 

Auch Kartonverpackungen eignen sich zum Abfüllen von Getränken, wenn auch — wegen des Drucks — nicht für stark kohlensäurehaltige. Darüber hinaus sind diese Verpackungen auch für pastöse Lebensmittel wie Frucht- oder Gemüsepürees verwendbar. Gegenüber Glas liegt ihr Vorteil im vergleichsweise geringen Gewicht, als Verbundmaterialien sind sie allerdings im Hinblick auf Recycling weniger günstig als Dosen und Flaschen. Sie bestehen aus Karton beziehungsweise Pappe, meist auf der späteren Kartoninnenseite mit Aluminium und beidseitig mit mehreren Schichten aus Kunststoff kaschiert. Hergestellt werden die Kartons entweder aus vorgefertigten Zuschnitten oder von der Rolle.

 

Die mantelförmigen Zuschnitte, deren Längsnaht bereits vom Hersteller versiegelt wurde, werden beim Lebensmittelproduzenten mit Hilfe eines Saugers einzeln aus einem Magazin entnommen, aufgefaltet und auf einen Edelstahlblock geschoben. Fehlerhaftes Material wird automatisch erkannt und ausgeworfen. Der Boden wird vorgefaltet und der Kunststoff der Bodensiegelfläche mit Heißluft geschmolzen. Im nächsten Schritt erfolgt die Versiegelung des Bodens durch Anpressen. In den offenen Karton wird Druckluft geblasen, um Staubpartikel zu entfernen. Nun muss der Karton noch innen sterilisiert werden. Dazu wird eine genau dosierte Menge heiße, 35-prozentige Wasserstoffperoxidlösung eingesprüht. Nach ausreichender Einwirkzeit wird die Packung durch Sterilluft getrocknet. Ein Ventilator fördert die Dämpfe über einen Katalysator ins Freie, wobei das Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff umgesetzt wird.

 

Die sterilisierten Kartons gelangen in die Füllanlage, wo eine Sterilluftatmosphäre mit einem geringen Überdruck herrscht. Damit wird verhindert, dass Keime aus der Umgebung der Verpackungsmaschine zum Dosierbereich gelangen. Das Füllgut wird in die offene Packung eindosiert, bis diese restlos gefüllt ist, damit kein Luftsauerstoff mehr oxidierend einwirken kann. Manche Packungen sollen jedoch vor dem Öffnen geschüttelt werden können, zum Beispiel solche von fruchtfleischhaltigen Säften. Dazu ist ein Kopfraum in der Verpackung erforderlich. Er wird erzeugt, indem man eine bestimmte Menge Stickstoff eindüst. Aus dem erzeugten Schaum bildet sich später der Kopfraum. Nach dem Füllen wird die Packung durch Versiegeln der Kopfnaht verschlossen, und die beim Falzen entstandenen Zipfel werden an den Seiten angeklebt.

 

Bei der erwähnten Rollentechnik werden die Kartons beim Lebensmittelproduzenten aus einer aufgerollten Packstoffbahn hergestellt. Diese besteht aus einem Laminat von Pappe, Aluminium und mehreren Schichten Kunststoff. Sie wird durch ein Sterilisationsbad mit 35-prozentigem Wasserstoffperoxid geführt und anschließend mit Sterilluft abgeblasen. Die Packstoffsterilisation kann auch durch heißen Wasserdampf erfolgen. Nach der Keimtötung wird aus der Bahn durch Versiegeln der Längsnaht ein Schlauch gebildet. Aus diesem wird der spätere Karton vorgeformt, indem ein Backenpaar in regelmäßigen Abständen eine Quernaht presst, verschweißt und entzwei schneidet. Dadurch wird zugleich die Oberseite des unteren und die Unterseite des von oben nachfolgenden Kartons verschlossen. Das Füllgut wird in den oberen, oben offenen Karton dosiert. Ein eventuell erforderlicher Kopfraum wird hier erzeugt, indem man beim Füllen, das unter einer Stickstoffatmosphäre erfolgt, einen Rest Gas über der Flüssigkeit lässt. Nach dem Einfüllen tritt das Backenpaar wieder in Aktion. Der gefüllte Karton wird dabei abgetrennt und ist nun komplett verschlossen. Seine obere und untere Naht werden an den Ecken gefalzt und umgeklappt, wodurch der Karton seine endgültige Form erhält. Die oberen Zipfel werden an den Seiten der Packung, die unteren an der Unterseite angeklebt. Die fertigen Kartons werden in Umkartons, Trays oder Wrap-arounds, gestellt, die für Transport und Lagerung auf Paletten gestapelt werden.

 

 Die Schlauchbeutelmaschine

 

Ganz ähnlich wie die eben beschriebene Rollenanlage zu Herstellung, Füllung und Verschluss von Kartonverpackungen funktioniert die Schlauchbeutelmaschine. Sie dient zur Produktion von Beuteln für die Verpackung pulverförmiger, flockiger oder stückförmiger Lebensmittel wie Instantsuppen oder -soßen, Cornflakes, Schokoriegel, Eiscreme und Gebäck.

 

Die Verpackungsfolie für Produkte wie Suppenpulver wird von einer Rolle abgezogen, über eine Formschulter geführt und so zu einem flachen Schlauch geformt, der längs seiner seitlichen Naht verschweißt wird. Zwei Schweißbacken erzeugen die Kopfnaht des unteren Beutels und gleichzeitig die Fußnaht des darüber befindlichen Beutels, der tütenförmig geöffnet ist. Im gleichen Arbeitsgang werden die Beutel auseinander geschnitten. In den geöffneten Beutel wird das Suppenpulver durch ein Abfüllrohr eindosiert. Der befüllte Beutel erhält nun seine Kopfnaht, wird abgetrennt und in die Verkaufsverpackung befördert.

 

Bevor die fabrikfrisch verpackten Lebensmittel, seien es Tütensuppen, Bierkästen oder Margarinebecher, zur Verkaufsstelle, meist einem Supermarkt, gelangen, ist eine Reihe logistischer Zwischenschritte erforderlich.

 

 Alles Paletti?

 

Die Logistik hat die Aufgabe, die produzierte Ware bedarfs- und termingerecht an den Verkaufsort zu schaffen. Als Hilfsmittel benötigt sie dazu Transportmittel und Lagerstellen, seit den 1970er-Jahren stehen zur Koordination auch Computer zur Verfügung.

 

Zum Warentransport und zur Warenlagerung dienen Paletten, stabile Holzkonstruktionen genormter Größe, die sich leicht mit einem Gabelstapler aufnehmen lassen. Auf diese werden Stückgüter wie Kartons, Kisten oder auch Säcke gestapelt. Auf eine Palette passen meist mehrere Lagen Ware. Um die einzelnen Lagen zusammenzusetzen, müssen die Stückgüter zunächst ausgerichtet werden. Dazu werden die Kartons auf einer Förderspur in die Palettiermaschine eingelenkt. Auf einem Verteiler werden die Stückgüter in die richtige Position geschoben. Durch Klammerwender können die Kartons so gedreht werden, dass die beschriftete Kartonseite auf der Palette nach außen zeigt. Die korrekt positionierte Warenlage wird durch Lichtschranken kontrolliert und mithilfe eines Schiebers auf die bereitgestellte Palette befördert. Dies geschieht mehrere Male, bis die maximal zulässige Stapelhöhe erreicht ist. Die fertig beladene Palette kann abschließend durch Umreifung oder Umwicklung mit einer Folie gegen Verrutschen gesichert werden.

 

Rollenförderer transportieren die Palette nun ins Lager, häufig ein Hochregallager. In der Lebensmittelbranche gilt bei der Lagerhaltung das First-in-first-out-Prinzip, auch Rotationslagerhaltung genannt. Damit die Ware nicht unnötig altert, muss die am längsten im Lager befindliche Ware unbedingt vor frischer Ware ausgeliefert werden. Die Paletten sind meist durch einen scannerlesbaren Strichcode markiert, sodass Ware und Herstellungsdatum jederzeit automatisch erkannt werden können. Die Regalbediengeräte, große, rechnergesteuerte Gabelstapler, befördern die Paletten zu den jeweiligen freien Lagerplätzen. Dabei wird nicht nach Produkten oder Haltbarkeit sortiert, sondern es wird einfach der am schnellsten erreichbare freie Lagerplatz angefahren. Dies nennt man das Prinzip der chaotischen Lagerhaltung, was aber keineswegs zum Chaos führt, da »Kollege« Computer stets den Überblick bewahrt, redundant abgesichert durch ein Reservesystem (Fail-Safe-System), welches das Primärsystem überwacht und bei eventuellen Fehlfunktionen sofort einspringt.

 

Die auszuliefernde Ware wird nun zur Vorbereitung für den Versand nach Auslieferungstouren zusammengestellt, sie wird kommissioniert. Dabei gibt es zwei mögliche Prinzipien: »Mann zu Ware« oder »Ware zum Mann«. Beim ersten Verfahren fährt ein Mitarbeiter mit einem Gabelstapler die Lagerstellplätze an und sammelt die Ware gemäß Kundenauftrag. Hierbei erhält er per Datenfunk Rechnerunterstützung, sodass er stets den kürzesten Weg einschlagen kann. Bei der anderen Methode befördert das Regalfahrzeug die Ware zu einem Übergabepunkt, von wo sie über Rollenförderer zum Kommissionierbereich transportiert wird. Dort packen Mitarbeiter die Produkte den Kundenaufträgen entsprechend zusammen. Die versandfertigen Paletten werden schließlich zur LKW-Laderampe und von dort zu einer weiteren Distributionszentrale oder direkt zum Supermarkt transportiert.

 

Ohne moderne Logistik wäre die Vermarktung von annähernd 230 000 Lebensmitteln undenkbar. Diese enorme Zahl von anhand ihrer Strichcodes unterschiedenen Artikeln befindet sich bundesweit im Lebensmittelhandel.

 

Dipl.-Ing. Thomas Birus

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Lebensmittel und ihre Herstellung

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Konservierung von Lebensmitteln

 

Literatur:

 

Allgemeines Lehrbuch der Lebensmittelchemie, herausgegeben von Claus Franzke. Hamburg ³1996. Nachdruck Hamburg 1998.

 Belitz, Hans-Dieter / Grosch, Werner: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. Berlin u. a. ⁴1995.

 

Grundzüge der Lebensmitteltechnik, herausgegeben von Horst-Dieter Tscheuschner. Hamburg ²1996.

 

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 Kapfelsperger, Eva / Pollmer, Udo: Iß und stirb. Chemie in unserer Nahrung. Köln ⁵1997.

 Kessler, Heinz-Gerhard: Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik. Molkereitechnologie. München ⁴1996.

 Krusen, Felix: Unsere Lebensmittel. Zusammensetzung, Verarbeitung, Nährwert. Hamburg 1989.

 Kunz, Benno: Lexikon der Lebensmitteltechnologie. Berlin u. a. 1993.

 

Lebensmittelführer. Inhalte, Zusätze, Rückstände, bearbeitet von Günter Vollmer u. a. 2 Bände. Stuttgart u. a. ²1995.

 

Lebensmitteltechnologie. Biotechnologische, chemische, mechanische und thermische Verfahren der Lebensmittelverarbeitung, herausgegeben von Rudolf Heiss. Berlin u. a. ⁵1996.

 

Lebensmitteltoxikologie, herausgegeben von Rainer Macholz und Hans-Jochen Lewerenz. Berlin u. a. 1989.

 Lindner, Ernst: Toxikologie der Nahrungsmittel. Stuttgart u. a. ⁴1990.

 Marriott, Norman G.: Grundlagen der Lebensmittelhygiene. Aus dem Englischen. Hamburg 1992.

 Muermann, Bettina: Lexikon Ernährung. Hamburg ²1993.

 Piringer, Otto G.: Verpackungen für Lebensmittel. Eignung, Wechselwirkungen, Sicherheit. Weinheim u. a. 1993.

 Pollmer, Udo u. a.: Vorsicht Geschmack. Was ist drin in Lebensmitteln. Mit einem Verbraucherlexikon der Zusatzstoffe. Stuttgart u. a. 1998.

 Schormüller, Josef: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. Berlin ²1974.

 Stehle, Gerd: Verpacken von Lebensmitteln. Hamburg 1997.

 Uhlig, Helmut: Enzyme arbeiten für uns. Technische Enzyme und ihre Anwendung. München u. a. 1991.