BR0206826B1 - Método e unidade para esterilizar material em folha de acondicionamento para produzir embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis - Google Patents

Description

“MÉTODO E UNIDADE PARA ESTERILIZAR MATERIAL EM FOLHA

DE ACONDICIONAMENTO PARA PRODUZIR EMBALAGENS SELADAS DE PRODUTOS ALIMENTÍCIOS DESPEJÁVEIS” CAMPO TÉCNICO

Trata a presente invenção de um método e unidade para esterilizar material em folha de acondicionamento para fabricar embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis.

HISTÓRICO DA TÉCNICA

Como se sabe, numerosos produtos alimentícios despejáveis, tais como suco de frutas, leite UHT (processado em temperatura ultra alta), vinho, molho de tomate, etc, são vendidos em embalagens modeladas em máquinas acondicionadoras totalmente automáticas, a partir de material em folha de acondicionamento, que pode ser constituído por membros em bruto pré-cortadas ou por uma tira ou tela contínua de material de acondicionamento que é dobrado e selado longitudinalmente para definir um tubo de material de acondicionamento contínuo e selado longitudinalmente. O material de acondicionamento pode ser constituído por um material plástico de uma única camada ou de múltiplas camadas, material polimérico enchido com mineral ou um material do tipo de papelão laminado. \ A título de exemplo, um tipo conhecido de material de acondicionamento do tipo de papelão possui uma estrutura de múltiplas camadas que compreende uma camada de material de papel coberto, em ambos os lados, por camadas de material termo-selado, por exemplo, polietileno. No caso de embalagens assépticas para produtos de longa armazenagem, tais como leite UHT, o material em folha de acondicionamento compreende uma camada de material de barreira definida, por exemplo, por uma película de alumínio, que é superposta a uma camada de material plástico termo-selado e é, por sua vez, coberta por uma outra camada de material plástico termo-selado que eventualmente define a face interna da embalagem que contacta o produto alimentício.

Para produzir embalagens assépticas em máquinas acondicionadoras do tipo de encher e selar, de forma convencional, a tira de material de acondicionamento é provida, por exemplo, desenrolada de um cilindro, e é alimentada através de uma unidade esterilizante na qual é esterilizada, por exemplo, por imersão num banho de agente esterilizante líquido, tal como uma solução concentrada de peróxido de hidrogênio e água.

Mais especificamente, a unidade esterilizante compreende um banho enchido, durante o uso, com o agente esterilizante, ao qual a tira é alimentada. O banho convenientemente compreende dois ramos verticais paralelos ligados no fundo para definir uma trajetória em forma de U de um comprimento que depende da velocidade de deslocamento da tira e de modo a permitir tempo suficiente para tratar o material de acondicionamento. Para um tratamento eficaz e razoavelmente rápido, de modo a reduzir o tamanho da câmara de esterilização, o agente esterilizante deve ser mantido a uma alta temperatura, digamos de aproximadamente 70°C. A unidade esterilizante compreende ainda uma câmara asséptica na qual a tira de material de acondicionamento que sai do banho esterilizante é tratada mecanicamente (por exemplo, por meio de roletes de secagem) e termofluidicamente (por exemplo, por meio de jatos de ar quente) para remover qualquer agente esterilizante residual. A quantidade de agente esterilizante residual permitida no produto embalado, na verdade, é determinada por padrões rígidos (a quantidade máxima permissível sendo da ordem de 0,5 partes por milhão). A câmara asséptica deve também ser mantida um pouco acima da pressão ambiente para assegurar que qualquer vazamento através dos selos ocorra para fora, em vez de para dentro, da câmara, para manter fora quaisquer agentes contaminantes.

Antes de sair da câmara asséptica, a tira é dobrada em forma de cilindro e é selada longitudinalmente para formar, de uma maneira conhecida, um tubo contínuo, vertical e selado longitudinalmente. O tubo de material de acondicionamento, na realidade, forma uma extensão da câmara asséptica, e é enchido continuamente do produto escoável e em seguida é alimentado a uma unidade modeladora para formar embalagens individuais e em que o tubo é agarrado entre pares de mordentes para selar o tubo transversalmente e formar pacotes de almofada assépticos.

Os pacotes de almofada são separados cortando as partes seladas entre os pacotes, e são em seguida alimentados a uma estação de dobramento final onde são dobrados mecanicamente na forma acabada.

Altemativamente, o material de acondicionamento é esterilizado pela aplicação, no lado do material de acondicionamento que eventualmente define a face interna da embalagem, de uma película fina de peróxido de hidrogênio, que é posteriormente removida por aquecimento. São conhecidas também unidades esterilizantes nas quais o peróxido de hidrogênio é aplicado na superfície do material em folha de acondicionamento por atomização líquida ou condensação de gás.

As máquinas de acondicionamento do tipo acima são usadas em ampla escala e satisfatoriamente numa vasta faixa de indústrias alimentícias; e o desempenho da unidade esterilizante, em particular, é tal que amplie a conformação às normas que regem a assepsia das embalagens e agente esterilizante residual.

Na indústria, todavia, existe uma demanda de maiores aperfeiçoamentos, especialmente no tocante à eliminação de agente esterilizante residual, e que decorre, em particular, da demanda do mercado de embalagens que apresentem dispositivos de abertura que podem ser fechados de novo, que sejam fáceis de abrir e proporcionem o despejamento fácil do produto.

No caso de máquinas de acondicionamento não-assépticas, tais dispositivos podem ser aplicados, por exemplo, por moldagem por injeção direta, ao material de tira antes das embalagens serem formadas.

Reciprocamente, no caso de máquinas de acondicionamento assépticas, quaisquer dispositivos de abertura normalmente são aplicados após as embalagens serem formadas, o que apresenta desvantagens do ponto de vista de produção, pela exigência do emprego de sistemas sofisticados para suprir e aplicar os dispositivos.

Os dispositivos de abertura mencionados acima, caso sejam aplicados de antemão no material em folha de acondicionamento, forma rupturas na continuidade operacional do material em folha de acondicionamento, onde o agente esterilizante residual pode ficar aprisionado, e dos quais o agente esterilizante não pode ser removido completamente usando as técnicas conhecidas.

Por outro lado, o emprego de recursos convencionais para remover o agente esterilizante pode apresentar um efeito negativo sobre os parâmetros de operação, em particular a temperatura e a pressão da câmara asséptica, e prejudicar o desempenho da unidade esterilizante como um todo.

Para eliminar as desvantagens acima, foram concebidas unidades esterilizantes que utilizam feixe de elétrons para irradiar material em folha de acondicionamento em movimento.

Mais especificamente, conforme ensinado no documento SE- A-9503810, o material em folha de acondicionamento é irradiado sobre uma face por um feixe de elétrons emitido de um acelerador localizado num lado do material de acondicionamento. O feixe de elétrons penetra no material de acondicionamento e assim esteriliza ambas as faces opostas simultaneamente. O método acima, todavia, não está isento, por si próprio, de inconvenientes, que residem principalmente na alteração do material de acondicionamento mediante a passagem dos elétrons. Mais especificamente, o produto embalado pode adquirir, do material de acondicionamento, um assim chamado “sem flavor” (“off-flavor”), que é desagradável.

DESCRIçãO DA INVENçãO r E um objeto da presente invenção prover um método para esterilizar material em folha de acondicionamento para fabricar embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis, projetado para prover uma solução eficaz, simples e de baixo custo para os problemas mencionados acima.

De acordo com a presente invenção, é apresentado um método para esterilizar material em folha de acondicionamento para fabricar embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis, o método compreendendo a etapa de irradiar o material de acondicionamento com elétrons, e se caracterizando pelo fato de que a etapa de irradiar compreende a etapa de direcionar, sobre faces opostas do material em folha de acondicionamento, feixes de elétrons de baixa tensão, cada um com uma energia de no máximo 100 KeV. A presente invenção se refere também a uma unidade para esterilizar material em folha de acondicionamento para fabricar embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis, a unidade compreendendo dispositivos de irradiação para irradiar o material de acondicionamento com elétrons, e se caracterizando pelo fato de que os dispositivos de irradiação compreendem dois dispositivos geradores para gerar feixes de elétrons de baixa tensão, e que estão localizados de lados opostos do material em folha de acondicionamento e gerar feixes de elétrons respectivos, direcionados para faces opostas do material de acondicionamento, cada um possuindo uma energia de no máximo 100 KeV.

DESCRIçãO RESUMIDA DOS DESENHOS

Uma realização preferida, não-limitativa, da presente invenção será descrita à título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 mostra uma vista lateral de uma parte de uma máquina de acondicionar para produzir embalagens seladas assépticas de produtos alimentícios despejáveis, e que focaliza uma unidade esterilizante de acordo com a presente invenção; a figura 2 mostra uma vista ampliada em perspectiva da unidade esterilizante da figura 1; a figura 3 mostra uma seção em escala ampliada de um detalhe da unidade esterilizante da figura 1; e a figura 4 mostra uma seção de uma parte de um material em folha de acondicionamento para fabricar embalagens de produtos alimentícios despejáveis.

MELHOR MODALIDADE DE EXECUTAR A INVENçãO O número 1 na figura 1 indica, como um todo, uma máquina de acondicionar para produzir embalagens seladas assépticas (não mostradas) de produtos alimentícios despejáveis, a partir de material em folha de acondicionamento 2. A máquina 1 compreende uma unidade esterilizante 3 para esterilizar o material em folha de acondicionamento 2, que é alimentado, por exemplo, a partir de um cilindro conhecido (não mostrado) ao longo de uma trajetória substancialmente vertical P. Mais especificamente, ao deixar o cilindro, o material em folha de acondicionamento 2 é alimentado, no exemplo ilustrado, ao longo de uma trajetória substancialmente horizontal Q, e é conduzido para efetuar uma volta ao longo de uma trajetória vertical P por um rolete de guia 4.

Para produzir embalagens com artigos auxiliares previamente aplicados, tais como dispositivos de abertura que podem ser fechados de novo 5 de material plástico - por exemplo, do tipo ilustrado no pedido de patente internacional WO 98/18,684, depositado pelo presente Requerente - material em folha de acondicionamento 2 é alimentado através de uma unidade de aplicação convencional (não mostrada) - por exemplo, uma unidade de moldagem por injeção do tipo descrito no pedido de patente internacional WO 98/18,608, depositado pelo presente Requerente - na saída da qual o material em folha de acondicionamento 2 compreende uma sucessão de dispositivos de abertura 5 espaçados uniformemente ao longo de uma parte longitudinal intermediária de material em folha de acondicionamento 2. Na saída da unidade de aplicação e a montante da unidade esterilizante 3, um depósito (não mostrado) é convenientemente provido para armazenar material em folha de acondicionamento 2 e compensar as diferentes alimentações das duas unidades (etapas alimentação e alimentação contínua, respectivamente). A máquina 1 compreende ainda uma câmara 6 na qual o material em folha de acondicionamento 2 é mantido num ambiente de ar esterilizado. A câmara 6 compreende uma parte de topo 7, a partir da qual a unidade esterilizante 3 se estende para baixo; e uma parte de fundo ou torre 8, que se estende verticalmente de um lado da parte de topo 7 e paralelamente à unidade esterilizante 3, e na qual o material em folha de acondicionamento, o qual, no exemplo ilustrado, compreende uma teia contínua ou tira 2, é dobrado longitudinalmente para dentro de um cilindro e é selado longitudinalmente para formar um tubo contínuo (não mostrado). O tubo é enchido continuamente com o produto alimentício esterilizado ou processado estéril para acondicionamento, é selado ao longo de seções transversais igualmente espaçadas, e é submetido a operações sucessivas de dobramento mecânico, para formar as embalagens acabadas.

Cumpre notar que a unidade esterilizante 3 pode estar localizada em qualquer posição conveniente em relação à câmara 6, ou pode até ser incorporada na mesma.

Com referência à figura 4, o material em folha de acondicionamento 2, mostrado à título de exemplo, possui uma estrutura de múltiplas camadas e compreende substancialmente uma camada de material fibroso 9, por exemplo, papel, coberta de ambos os lados por camadas respectivas 10, 11 de material plástico termo-selado, por exemplo, polietileno.

Quando é usado para produzir embalagens assépticas de produtos de longa armazenagem, tais como leite UHT, o material em folha de acondicionamento 2 compreende ainda, no lado que eventualmente contacta o produto alimentício, uma camada de oxigênio e material de barreira de luz definido, por exemplo, por uma folha de alumínio 12, a qual, por sua vez, é coberta por uma outra camada 13 de material plástico termo-selado, por exemplo, polietileno. Conforme mencionado anteriormente, o material em folha de acondicionamento pode também ser constituído por um material plástico de uma única camada ou de múltiplas camadas, material polimérico, polímeros enchidos com mineral, etc.

Cada dispositivo de abertura 5 (figura 1) compreende, de uma maneira conhecida, uma parte de base 15 fixada a material em folha de acondicionamento 2; e uma parte de tampa 16 articulada lateralmente para a parte de base 15 e fechada sobre a mesma.

Um aspecto importante da presente invenção é que a unidade esterilizante 3 compreende duas fontes de irradiação de elétrons conhecidas 20 situadas de lados opostos do material em folha de acondicionamento 2 e ativadas simultaneamente para direcionar feixes de elétrons respectivos, que possuem uma energia de no máximo 100 KeV, sobre faces opostas 2a, 2b do material em folha de acondicionamento 2.

No exemplo mostrado, as fontes de irradiação 20 estão alinhadas entre si numa direção perpendicular ao material em folha de acondicionamento 2. Altemativamente, as fontes de irradiação 20 podem até estar deslocadas uma em relação a outra.

As fontes de irradiação 20, de preferência, estão incorporadas em carcaças fixas respectivas 21, entre as quais é suprido o material em folha de acondicionamento 2 a ser esterilizado, e já dotado de elementos auxiliares, por exemplo, dispositivos de abertura 5.

Com referência particularmente às figuras 1 e 2, as carcaças 21 estão fixadas na estrutura da máquina de acondicionar 1, e cooperam de lados opostos com uma peça de guia fina e em forma de caixa 22, fixada entre membros de suporte 21 e através das quais, em uso, é suprido o material em folha de acondicionamento 2 a ser esterilizado.

Cada fonte de irradiação 20 compreende um invólucro tubular 24 que possui um eixo paralelo ao plano do material em folha de acondicionamento 2 e perpendicular à trajetória P, e que é mantido sob vácuo e possui um orifício 25 voltado para o material 2 e fechado por uma folha metálica de janela 26 que é facilmente penetrada por elétrons. A folha metálica de janela 26 é constituída, por exemplo, por uma folha de material tal como titânio, alumínio, silício, etc, que possui uma espessura de uns poucos mícrons, por exemplo, 2-35 pm, e preferivelmente 2-8 pm.

Cada fonte de irradiação 20 compreende ainda uma peça emissora de elétrons, tal como, por exemplo, um filamento de tungstênio 27 (mostrado esquematicamente por linha tracejada na figura 3), a qual, no exemplo ilustrado, está alojada num revestimento 28 por sua vez encaixado dentro do invólucro 24, e é aquecida para emitir elétrons. Qualquer outro dispositivo emissor de elétrons pode ser usado.

Em uso, os elétrons são acelerados na forma de um feixe entre o filamento 27 de potencial negativo e a folha metálica de janela 26, que está em potencial de terra.

Em particular, os elétrons emitidos são acelerados no vácuo para formar feixes direcionados para o material em folha de acondicionamento 2 por campos elétricos respectivos gerados por diferenças de potencial de 90 kV ou menos, e de preferência inferiores a 80 kV.

Os elétrons atingem a sua velocidade máxima dentro do ambiente de vácuo definidos pelo invólucro 24, e desaceleram e gradativamente perdem parte de sua energia ao colidirem com os átomos que constituem a folha metálica de janela 26 e o material em folha de acondicionamento 2.

No exemplo mostrado, a energia produzida pelos feixes de elétrons ao colidirem com o material em folha de acondicionamento 2 mata quaisquer microorganismos no material.

Devido ao seu nível de energia (100 KeV), os feixes de elétrons gerados por fontes de irradiação 20 penetram no material em folha de acondicionamento 2 até a profundidade de uns poucos pm, que é suficiente para assegurar esterilização de superfície do material em folha de acondicionamento em ambas as faces 2a, 2b, ao mesmo tempo minimizando o efeito de radiação sobre o próprio material de acondicionamento. A unidade 3 compreende também uma peça de blindagem 30 (indicada por linha tracejada na figura 1) fixada na estrutura da máquina de acondicionar 1 e, por sua vez, compreende uma primeira parte 31 que circunda as carcaças 21 de fontes de irradiação de elétrons 20, e uma segunda parte substancialmente em forma de L 32 que se estende para baixo a partir da parte 31 e envolve o rolete de guia 4 e a parte do material em folha de acondicionamento 2 que se estende entre o rolete 4 e as fontes de irradiação de elétrons 20. As partes 31, 32 constituem toda a blindagem, porém outras soluções são possíveis.

Usando potenciais de aceleração de elétrons inferiores a 90 kV, a peça de blindagem 30 pode ser produzida indiferentemente de aço com menos de 20 mm de espessura - por exemplo, 12 mm com um potencial de aceleração Va de 75 kV - ou de chumbo de 30 mm espessura unitária - por exemplo, 2 mm com um potencial de aceleração Va de 75 kV, ou 1 mm com um potencial de aceleração Va de 50 kV. Os testes revelaram que os membros de blindagem 30 formados conforme descrito acima são capazes de proteger a área em tomo das fontes de irradiação 20 contra raios-x produzidos como um efeito secundário de absorção de elétrons por material em folha de acondicionamento 2 ou partes de máquina de acondicionar 1.

As vantagens da unidade esterilizante 3 de acordo com a presente invenção serão evidentes a partir da descrição acima.

Em particular, com emprego de duas fontes de irradiação 20 que geram feixes de elétrons de baixa tensão respectivos direcionados para faces opostas 2a, 2b do material em folha de acondicionamento 2 e que possuem uma energia de no máximo 100 KeV, cada feixe penetra no material de acondicionamento até uma profundidade de uns poucos μπι, valor que, conforme afirmado, é suficiente para assegurar esterilização de superfície de ambas as faces opostas do material de acondicionamento, ao mesmo tempo minimizando qualquer alteração possível do material de acondicionamento, e assim impedindo que o material de acondicionamento adquira um sabor desagradável, que pode ser transmitido para o produto alimentício.

Além disto, usando feixes de elétrons, o sistema esterilizante descrito não deixa resíduo sobre os materiais processados, e portanto pode ser usado para esterilizar material em folha de acondicionamento (2) com artigos aplicados ao mesmo, tal como dispositivos de abertura pré-aplicados (5). Isto traz enormes vantagens em termos de produção, pelo fato dos dispositivos de abertura 5 serem muito mais fáceis e menos onerosos de aplicar diretamente ao material em folha de acondicionamento 2 do que as embalagens acabadas.

Outrossim, não há necessidade de recursos adicionais para remover, do material de acondicionamento, o agente esterilizante normalmente usado em unidades conhecidas do tipo descrito anteriormente. A unidade esterilizante 3 é particularmente eficaz, pelo fato dos feixes de elétrons emitidos serem capazes de atingir qualquer superfície ou irregularidade de dispositivos de abertura 5.

Finalmente, a capacidade de produção da unidade esterilizante 3 pode ser facilmente aumentada sem necessidade de alterações na unidade.

Evidentemente, poderão ser efetuadas mudanças na unidade esterilizante 3 aqui descrita e ilustrada sem, todavia, se afastar do escopo das reivindicações apensas.

Claims (14)

1. Método para esterilizar material em tolha de acondicionamento (2) para produzir embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis, o método compreende a etapa de irradiar o material de acondicionamento (2) com elétrons, referida etapa de irradiar compreendendo a etapa de direcionar, sobre faces opostas (2a. 2b} do referido material em folha de acondicionamento (2), feixes de elétrons de baixa tensão respectivos, cada um com uma energia dc no máximo 100 KeV, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa dc alinhar os referidos feixes dc elétrons entre si em uma direção perpendicular ao referido material em folha de acondicionamento (2) e direcionar referidos feixes dc elétrons simultaneamente para as referidas faces opostas (2a, 2b) do referido material em folha de acondicionamento (2) para assegurar esterilização de superfície simultânea de ambas as faces do referido material em folha de acondicionamento (2).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido material de embalagem sendo do tipo que apresenta uma estrutura em múltiplas camadas e incluindo um lado do mesmo adaptado para ser colocado cm contato com um produto alimentício, uma camada dc oxigênio e material de barreira de luz (12) e uma camada de material plástico termo-selado (13).

3. Método dc acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida etapa de direcionar cada um dos referidos feixes de elétrons compreende as etapas de irradiar elétrons e acelerar os referidos elétrons sobre as referidas faces opostas (2a, 2b) do referido material em folha dc acondicionamento (2).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a referida etapa de acelerar os referidos elétrons é executada pela aplicação dc um campo elétrico gerado por uma diferença de potencial de 90 kV ou menos.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a referida diferença de potencial é inferior a 80 kV.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de ser aplicado a faces opostas (2a, 2b) de um material em folha de acondicionamento (2) que possui diversos membros auxiliares previamente encaixados (5).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de ser aplicado a faces opostas (2a, 2b) de um material em folha de acondicionamento (2) na forma de uma tela contínua.

8. Unidade (3) para esterilizar material em folha de acondicionamento (2) para produzir embalagens seladas de produtos alimentícios despejáveis, a unidade compreende dispositivos de irradiação (20) para irradiar o referido material em folha de acondicionamento (2) com elétrons, referidos dispositivos de irradiação compreendendo dois dispositivos geradores (20) para gerar feixes de elétrons de baixa tensão, e que estão localizados de lados opostos do referido material em folha de acondicionamento (2) e gerar feixes de elétrons respectivos, direcionados para faces opostas (2a, 2b) do material de acondicionamento (2), cada um possuindo uma energia de no máximo 100 KeV, caracterizada pelo fato de que os referidos dispositivos geradores (20) estão alinhados entre si numa direção perpendicular ao referido material em folha de acondicionamento (2), para irradiar simultaneamente lados opostos (2a, 2b) de um material de acondicionamento (2).

9. Unidade de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que cada um dos referidos dispositivos geradores (20) compreende dispositivos emissores de elétrons (27) e dispositivos geradores (27, 26) para gerar um campo elétrico e acelerar os referidos elétrons num feixe dirigido para o referido material em folha de acondicionamento (2).

10. Unidade de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o referido campo elétrico é gerado por uma diferença de potencial de 90 kV ou menos.

11. Unidade de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a referida diferença de potencial é inferior a 80 kV.

12. Unidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos uma blindagem (30) para blindar a região que circunda os dispositivos geradores (20) para gerar feixes de elétrons.

13. Unidade de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a referida blindagem (30) é produzida de aço com menos de 20 mm de espessura.

14. Unidade de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a referida blindagem (30) é produzida de aço com cerca de 3 mm de espessura.