Die Kombination macht‘s

Der Anwender kann nur dann sicher sein, ein steriles Filtrat zu erhalten, wenn sein Filterelement in der Lage ist, selbst die kritischste Mikrobiologie zurückzuhalten. Hierzu sollte auf jeden Fall der Nachweis vom Hersteller durch entsprechende Validierungsunterlagen vorliegen. Da jedoch die Betriebs- und Sterilisationsbedingungen in der Praxis immer unterschiedlich sind, muss die Arbeitsweise des Sterilfilters regelmäßig durch entsprechende Integritätstests überprüft werden. Als Integritätstest für Prozessgasfilter bieten sich vor allem der Aerosol-Beaufschlagungstest oder der WIT (Wasserintrosionstest) an.

In vielen Bereichen werden neben der Prozessgasfiltration auch flüssige Medien filtriert. Diese Medien können sowohl Endprodukte wie Pharmazeutika, Chemikalien oder Lebensmittel (z.B. Bier und Wein) als auch Roh- und Zwischenprodukte sein, vornehmlich auf wässriger Basis. Bei der Mikrofiltration von Flüssigkeiten mit Kerzenfiltern unterscheidet man die Klar-/Partikelfiltration, also die Entfernung von Schwebstoffen und Partikeln, die Stabilisierung, sprich die selektive Entfernung von Mikroorganismen zur Haltbarmachung der Produkte sowie die Sterilisierung. Letztere dient zur Entfernung der kompletten Mikrobiologie. Systeme zur Flüssigkeitsfiltration sind meist mehrstufig aufgebaut, mit einem Vorfilter als Schutzfilter und einem nachgeschalteten Endfilter zur Sicherstellung der gewünschten Endqualität.

Der Vorfilter hat die Aufgabe, die Flüssigkeit so aufzubereiten, dass der nachfolgende Endfilter (oftmals eine Membran) vor größeren Partikelmengen und hoher mikrobiologischer Fracht geschützt wird. Zur Vorfiltration setzt man Tiefenfilter ein, die eine unregelmäßige Faserstruktur aufweisen und eine hohe Filtertiefe (Dicke) haben. Die bevorzugten Materialien für Vorfilter sind Polypropylen und Glasfaser. Verunreinigungen werden aufgrund der hohen Filtertiefe trichterfömig in das Material geführt. Dabei bleiben große Partikel auf der Filteroberfläche zurück und kleine Partikel wandern in die Tiefe des Filtermediums. Durch diese fraktionierte Abscheidung sind Tiefenfilter in der Lage, größere Mengen an Verunreinigungen aufzunehmen, ohne dabei hohe Druckverluste aufzubauen.

Ob als Filtermedium Polypropylen oder Glasfaser eingesetzt wird, richtet sich nach den vorherrschenden Betriebsbedingungen wie Art des zu filtrierenden Produktes, Abscheidegrad, geplante Rückspülung und/oder Reinigung bzw. Sterilisierung des Filters. Die Auswahl und Dimensionierung sollte stets in Zusammenarbeit mit dem Filteranbieter erfolgen.

Sind Vor- und Endfilter optimal aufeinander abgestimmt, so ist der Endfilter effektiv geschützt und wird entsprechend lange Standzeiten erzielen. Der Endfilter zur Mikrofiltration ist in vielen Fällen eine Membran zur Sterilisation, Stabilisierung oder Reduktion der mikrobiologischen Belastung. In den letzten Jahren hat sich dabei die Polyethersulfon-Membrane (PES) mehr und mehr gegen Nylon, PVDF oder Zellulosederivate durchgesetzt. Das von Natur aus hydrophile Filtermedium zeichnet sich besonders durch die hohe mechanische und thermische Stabilität, die hohe Porösität und die asymmetrische (trichterförmige) Struktur aus. Zudem kann sie zur Filtration von Lösungen im gesamten pH-Bereich eingesetzt werden. Eine chemische Reinigung (CIP) oder Reaktivierung, selbst mit aggressiven oder oxidativ wirkenden Chemikalien (z.B. Chlordioxid), ist problemlos durchführbar.

Bei der Filtration von proteinhaltigen Lösungen, wie Pharmazeutika, klaren Frucht-säften, Bier, Erfrischungsgetränken, Wein etc., zeigt die PES-Membrane eine wesentlich geringere Adsorption von Farbstoffen und Schutzkolloiden. Eine Veränderung des Produktes durch den Endfilter findet damit nicht statt.

Ausschlaggebend für die sichere Sterilisation ist nicht nur das jeweilige Filterelement, auch das Filtergehäuse spielt eine entscheidende Rolle. Es sollte ausschließlich aus hochwertigen Edelstählen gefertigt sein, um ein Verrotten und Korrodieren auszuschließen. Zudem sollten die Innenoberflächen elektropoliert sein mit einer Rautiefe von weniger als 0,8 µm. Mikroorganismen können sich somit nicht in Vertiefungen des Edelstahls absetzen.

Eine strömungsoptimierte Konzeption ohne Ecken und Kanten sorgt zudem für geringste Druckverluste über Gehäuse und Element. Es ist ebenso empfehlenswert, nur Filtergehäuse einzusetzen, die eine Aufnahme von Filterelementen mit zwei außen liegenden O-Ringen und einer Zweifach-Bajonettverriegelung zulassen. Nur so ist eine Bypassbildung über einen eventuell defekten Element-O-Ring auszuschließen. Filtergehäuse für die Prozessgas-, Luft- und Gassterilisation sollten zudem immer mit stehendem Element eingebaut werden, denn sie besitzen einen Kondensatraum unterhalb der Elementaufnahme. In diesen Kondensatraum gelangt das bei der Dampfsterilisation des Filters entstehende Kondensat. Von hier aus kann es dann über einen entsprechenden Kondensatableiter aus dem Gehäuse geführt werden. Bei hängendem Einbau des Filterelementes besteht die Gefahr, dass das Kondensat den Sterilfilter in seiner Leistung beeinträchtigt.

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