Laadukas ja oikealla tavalla toteutettu mikrobientorjunta on kartonginvalmistuksessa keskeinen tuoteturvallisuutta ja -laatua parantava tekijä. Kemian toimittajan asiantuntemus on avainasemassa oikean menetelmän valinnassa.
Kartonkikoneella mikrobit voivat aiheuttaa ajettavuusongelmia, sekä lopputuotteeseen erilaista laatuvikaa, kuten reikiä ja pilkkuja. Mikrobit voivat myös vaarantaa lopputuotteen hygienian. Riski on merkittävin silloin, kun kartonkia käytetään elintarvikkeiden pakkaamiseen.
”Kartonkipakkauksia käyttävien elintarvikevalmistajien joukossa on merkittäviä brand ownereita, joille on äärimmäisen tärkeää, että heidän valmistamansa lopputuote on kuluttajalle täysin turvallinen käyttää”, BIMin Paper & Board Segment-tiimin vetäjä Juha-Pekka Järveläinen kertoo.
Bakteereita prosessiin raakavedestä
Bakteerit ovat kartonkikoneilla yleinen mikrobityyppi. Usein ne päätyvät prosessiin joko ilmateitse, raaka-aineiden, kuten massan, pigmenttien ja tärkkelyksen, tai veden mukana.
”Kartongin valmistus kuluttaa vettä, ja käytännössä kartonkitehtaat sijaitsevat aina lähellä jotain vesistöä, josta ne ottavat tarvitsemansa raakaveden”, BIMin Head of Sales Ossi Mäenpää kertoo.
Vesiteitse aiheutuvan bakteerikuormituksen määrä vaihtelee. Korkeimmat kuormituspiikit ajoittuvat kevään ja syksyn valumahuippuihin.
Tehokas raakavesien mikrobientorjunta vähentää koneelle tulevien mikrobien määrää, mutta ei aina tapa kaikkia mikrobeja.
Bakteerien suojautumismekanismit biofilmi ja itiöinti – irtoava biofilmi johtaa prosessi- ja laatuongelmiin
Prosessissa lisääntyessään bakteerit muodostavat biofilmin. Mikrobiologinen, limamainen kokonaisuus alkaa kehittyä, kun alun perin puhtaalle pinnalle muodostuu esimerkiksi puun uuteaineista ja liuenneista häiriöaineista koostuva peruskasvualusta.
Peruskasvualustaan kiinnittyneet primääritarttujabakteerit alkavat muodostaa solunulkoisia polysakkarideja (EPS), joita mikro-organismit tuottavat sekä ruokavarastoksi että suojatakseen itseään.
”Kypsyttyään biofilmi irtoaa, mikä voi johtaa laitteiden toimintahäiriöihin ja tuotannon häiriöihin, kuten ratakatkoihin. Lopputuotteeseen biofilmin irtoaminen voi aiheuttaa laadullisia ja tuotannollisia ongelmia, kuten värivirheitä, reikiä ja ratakatkoja. Irtoava biofilmi on myös hygieniariski”, Järveläinen sanoo.
Itiöityminen vaikea tunnistaa prosessissa
Prosessiin päässeet bakteerit elävät ja jakaantuvat niin pitkään kuin olosuhteet säilyvät niille suotuisina. Epäsuotuisissa olosuhteissa ne siis joko kasvattavat ympärilleen suojaavan biofilmin tai itiöityvät, eli muodostavat kestäviä, lepotilassa olevia rakenteita.
”Kartonkikoneella itiöityminen voi alkaa periaatteessa missä tahansa kohtaa prosessia, jossa viive on niin pitkä, että bakteereilta loppuu niille elintärkeät ravinto tai happi”, Järveläinen sanoo.
Itiöitymisen seurauksena bakteerit pysyvät elossa, ja voivat levitä lopputuotteen pakkaukseen. Mikäli pakkauksessa tarjolla on oikea lämpötila, ravinteita ja sopivat kosteusolosuhteet, itiö alkaa itää. Se vapauttaa aktiivisen bakteerin, joka kasvaa ja jakautuu normaalisti.
”Kartonkiprosessin kannalta itiöinnin tekee ongelmalliseksi se, ettei tuotannon operaattoreilla käytännössä ole mitään keinoa itse tunnistaa sitä. Ongelman selvittäminen vaatii laboratorioanalyysin”, Mäenpää sanoo.
Nopeat analysoinnit omassa laboratoriossa
Elintarvikekartongin valmistajat seuraavat tuotteensa hygieenistä laatua ulkopuolisen tahon teettämin laboratoriomittauksin. Haasteena on, että tulosten saamista edeltää viive, jonka aikana analysoitu erä on usein jo ehditty toimittaa asiakkaalle.
”Meidän vahvuutemme on, että pystymme määrittämään bakteeri-itiöiden määrän luotettavasti ja nopeasti omassa laboratoriossamme Kouvolassa. Kun tarjoamme asiakkaallemme mikrobientorjuntaa, meidän vastuullamme on myös huolehtia siitä, etteivät raja-arvot ylity”, Mäenpää sanoo.
Älykkäiden järjestelmien, kuten BIM BRiDGE ja BIM BRiDGE BOX ansiosta itiöitymisen ennustaminen, mallintaminen ja paikallistaminen ovat ottaneet ison kehitysaskeleen.
”Vielä toistaiseksi älykkäät järjestelmät ovat toimintaa tukevassa roolissa, eivät ohjaamassa sitä. Kehitys on kuitenkin todella nopeaa”, Mäenpää sanoo.
BIMin laboratoriossa analysoidaan viikoittain yli 200 mikrobinäytettä.
Kohdekohtainen torjuntaohjelma tarpeen
Kartonkikoneella mahdollisesti esiintyvien mikrobien määrät ja lajit ovat riippuvaisia olosuhteista. Yhtä, jokaiselle tehtaalle soveltuvaa mikrobientorjuntaohjelmaa ei ole, vaan valinta on aina tehtävä kohdekohtaisesti.
”Mikrobientorjunnassa prosessin läpikotaisin tunteva kemian toimittaja on yleensä paras asiantuntija kertomaan, mikä menetelmä sopii parhaiten juuri kyseisiin olosuhteisiin”, Mäenpää sanoo.
BimTwin2 tukee peroksidijäämän pysymistä
Peroksidivalkaisu on yksi massanvalmistuksessa käytettävistä valkaisumenetelmistä. Siinä massan valkaisemiseen käytetään kloorin sijaan vetyperoksidia (H2O2), joka toimii hapettavana aineena massan epäpuhtauksia hajottaen ja massaa valkaisten.
Valkaisuprosessista jäänyt peroksidi saattaa kulkeutua massan mukana kartonkikoneelle, ja toimia osaltaan mikrobientorjunnassa. Tavallisinta tämä on silloin, kun massa tulee kartonkikoneelle niin sanotusti ”putkea pitkin”. Kuivauksessa tapahtuva vesikierron katkeaminen vähentää paalimassan peroksidijäämää siinä määrin, ettei jäämällä enää välttämättä ole merkitystä mikrobientorjunnan kannalta.
”Peroksidijäämän käyttö mikrobien torjunnassa on kannattavaa monestakin syystä. Se luo kustannussäästöjä, sillä peroksidijäämä on tullut prosessiin ikään kuin kaupantekijäisenä. Se on happihapettimena niin sanotusti vihreää kemiaa, ja myös vähentää prosessiin annosteltavan kemian kokonaistarvetta”, Järveläinen sanoo.
Peroksidijäämän pysyvyyttä tukee oikeanlainen mikrobientorjuntaohjelma, jonka hapetin ei tuhoa peroksidijäämää.
BIMin BimTwin2 on mikrobientorjuntaohjelma, jonka stabiloitu kloori sopii hyvin yhteen peroksidijäämän kanssa. Stabiloitu kloori läpäisee bakteerin soluseinän ja aiheuttaa solun sisäisissä toiminnoissa häiriöitä, jotka johtavat bakteerin kuolemaan.
Kyseessä on niin sanottu total kill -ohjelma, joka tähtää mikrobien täydelliseen eliminoimiseen. Ohjelma toimii laajalla pH-alueella ja sitä on helppo hallita ja ohjata kloorijäämää mittaamalla. Ohjelma ei reagoi haitallisesti kuidun tai muiden kemikaalien kanssa, ja sitä voidaan tarvittaessa täydentää perinteisillä biosideillä.
Katalaasientsyymin hallinta on tärkeää aina, kun mikrobientorjuntaan halutaan käyttää jäännösperoksidia, Järveläinen muistuttaa.
Katalaasientsyymi on bakteerien tuottama entsyymi, joka hajottaa vetyperoksidia, muuttaen sen alkuaineiksi, vedeksi ja hapeksi.
”Yksi molekyyli katalaasia hajottaa miljoona molekyyliä vetyperoksidia, ja yksi kilo katalaasia hajottaa 300 kiloa vetyperoksidia sekunnissa. Jos katalaasientsyymi ei ole hallinnassa, vetyperoksidin desinfiointitehokkuus voi heiketä merkittävästi.”
Kun total kill -ohjelma on käytössä, ihanteellisessa tilanteessa bakteerien määrä on niin alhainen, ettei katalaasientsyymi aiheuta ongelmia. Ongelmia voi kuitenkin ilmetä epästabiileissa tilanteissa, kuten esimerkiksi seisokkeja seuraavissa ylösajoissa.
Bimogard hillitsee biofilmin muodostumista
Bimogard on ei-biosidinen, ligniinipohjainen puhtaanapitomenetelmä. Sen teho perustuu biodispergointiin, eli prosessiin, jossa estetään mikrobien kertyminen saostumiin.
Bimogard-menetelmä hyödyntää kolmea erilaista mekanismia biofilmin hallinnassa. Kemiallisesti siinä yhdistyvät pinta-aktiivinen komponentti ja ei-biosidinen ligniinipolymeerin johdannainen.
Bimogardin pinta-aktiivinen komponentti ehkäisee tai hillitsee uuteaineista muodostuvan peruskasvualustan kehittymisen. Tämän jälkeen Bimogardin ligniinipohjainen johdannainen estää mikro-organismien kiinnittymisen alustaan ja keskeyttää tahmean EPS:n muodostumisen.
Lopuksi Bimogardin ligniinipolymeerin johdannainen pidentää viivettä, joka edeltää mikro-organismin uudelleenkasvua.
”Bimogard sopii prosessiolosuhteisiin, joissa hapettava mikrobientorjunta ei ole mahdollista, sekä tilanteisiin, joissa tehdään lajinvaihtoja ruskean ja valkaistun massan välillä. Se sopii myös prosesseihin, joiden lyhyen kierron kloorijäämää joudutaan pitämään alhaisena korroosioriskin minimoimiseksi”, Järveläinen sanoo.
Perinteikäs menetelmä elää parasta aikaa uutta tulemistaan. Kartonginvalmistuksessa mikrobien torjuntaan käytettävien orgaanisten biosidien käyttöä on rajoitettu sekä Euroopassa että maailmanlaajuisesti, mikä on lisännyt Bimogardin kaltaisten, myrkyttömien torjuntamenetelmien kysyntää.
Halogeenihapetinten väärä annostelu altistaa korroosiolle
Halogeenihapettimet ovat kemikaaleja, jotka sisältävät halogeeneja, kuten klooria. Ne ovat voimakkaita hapettimia, ja siksi niitä on pitkään käytetty mikrobientorjuntaan kartonkikoneilla.
Halogeenihapetinten suosio perustuu niiden tehokkuuteen, sillä jo pieninä pitoisuuksina ne voivat tuhota laajan kirjon mikrobeja. Niiden vaikutusaika on lyhyt, joten mikrobiologisiin ongelmiin pystytään reagoimaan nopeasti.
”Halogeenihapetinten käyttö perustuu total kill-menetelmään, jossa bakteerien määrä saadaan torjunta-aineen avulla nopeasti nollaan”, Järveläinen kertoo.
Monipuolisuutensa ansiosta halogeenihapettimet soveltuvat erilaisiin prosesseihin, ja monesti niiden käyttö on kustannustehokasta. Halogeenihapetinten vääränlainen annostelu voi kuitenkin altistaa laitteiston korroosiolle.
Haihtuvat klooriyhdisteet yhdistetään usein kuivatusosan korroosio-ongelmiin. Tämä riski johtuu tyypillisesti haloamiinien haihtumisesta. BimTwin 2-ohjelmassa tämä on huomioitu monin tavoin, ja klooripohjaista kemiaa ei annostella lyhyeen kiertoon ollenkaan, Mäenpää sanoo.
Järveläinen muistuttaa, että korroosion riski on tiedostettava aina, kun halogeenihapettimia käytetään mikrobientorjunnassa.
”Me annostelemme halogeenihapettimen kauas lyhyen kierron alueelta, ja seuraamme CMV online-sensoreilla kuivausosan klooripitoisuutta. Kun meillä on jatkuva tieto prosessin klooripitoisuudesta, voimme modernin annostelulaitteistomme avulla säätää annostelua automaattisesti.”