CN101282880B - 塑料瓶灭菌方法 - Google Patents

Abstract

无菌填充系统中的塑料瓶灭菌方法，其通过边将瓶内压维持在1kPa～20kPa边喷射65℃～90℃的加热灭菌流体，从而至少将瓶的内表面或外表面灭菌。

Description

塑料瓶灭菌方法

技术领域

本发明涉及无菌填充系统中的PET瓶等塑料瓶的灭菌方法。

背景技术

近年来，作为防止饮料等内容物因加热而导致的味道劣化的向容器填充的方法，多采用无菌填充法。在无菌填充中，容器为PET瓶等塑料瓶时，一般采用：填充饮料等内容物之前从瓶的口部向瓶的内表面喷射温水或经加热的过乙酸、过氧化氢、碱等灭菌剂，至少将瓶的内表面灭菌的方法。在这种情况下，瓶必须有对应于灭菌温度的耐热性(强度)，在超过耐热温度的灭菌温度下存在瓶发生热收缩而变形的问题。

特别是近年来，瓶的轻量化作为社会需求不断增高，伴随着瓶的轻量化，瓶本体的厚度有变薄的趋势，所以容易引起热收缩的问题也明显化。

因此，以往作为使PET瓶等非耐热性塑料瓶不发生热收缩地将瓶内表面灭菌的方法，一般采用如下方法：避免通常的灭菌温度且引起瓶热收缩的温度即70℃～95℃的范围，将温度低于70℃的温水或经加热的灭菌剂喷射到瓶内表面，由此进行灭菌。例如，特开2003-181404号公报公开了如下的瓶灭菌方法：从第1喷嘴将经加热的灭菌剂喷射到倒立的瓶内表面，并且使规定量的灭菌剂滞留在瓶口部，将该滞留的灭菌剂用从第2喷嘴喷射出的灭菌剂搅拌而扬起，由此滞留在瓶口部的一部分灭菌剂飞散向瓶内表面，使灭菌效果提高，但该灭菌剂的温度为低于瓶发生热收缩的温度下限值的温度即63℃，灭菌时间为10秒。虽然不担心该方法会引起瓶的热收缩，但由于灭菌温度低而存在灭菌时间延长，生产效率变差的问题。

此外，作为不使非耐热性塑料瓶发生热收缩地进行灭菌的方法，已知在通常的灭菌温度(70℃～95℃)下由不发生热收缩的塑料树脂形成瓶的方法，但该方法的耐热性塑料树脂昂贵，且瓶成型工序也为多工序等，所以有瓶的制造成本显著增加的缺点。

此外，特开平7-187149号公报公开了如下方法：通过将热水供给塑料瓶的至少内表面，同时将比该热水低温的冷却水供给其外表面，即使是非耐热性的瓶，即使将例如85℃以上的高温水喷射到瓶内侧时，也不会伴有热收缩所导致的变形地实现灭菌。此外，还公开了同样地将蒸气喷射到塑料瓶内侧，同时将比该蒸气低温的冷却水供给其外表面，由此防止瓶热收缩的方法。然而，这些瓶灭菌方法由于利用瓶内表面的热水或蒸气进行加热的同时用冷却水冷却瓶外表面，所以产生如下问题：瓶内表面充分灭菌所必需的热在短时间内难以传开，灭菌时间延长，生产效率变差，并且由于灭菌时间延长而生产线也大规模化，导致设备费和设置空间的增加。进而，这些方法由于在瓶内表面灭菌的同时用冷却水冷却瓶的外表面，所以瓶的外表面也必须进行灭菌，这种情况下，必须再次用热水将外表面灭菌，由于在整体上必需2道工序而产生设备进一步增大的问题。

本发明是鉴于以往无菌填充系统中的塑料瓶灭菌方法的上述问题点而完成的，提供如下的塑料瓶灭菌方法：无需长的灭菌时间、大型的装置，通过简单的方法，使用通常的灭菌温度即70～95℃的温水、加热灭菌剂等加热灭菌流体将瓶灭菌，同时不担心会产生瓶因热收缩引起的变形。

发明内容

本发明人等为了达成上述本发明的目的进行了精心研究和反复实验，结果发现，通过使温水或经加热的灭菌剂滞留在倒立的瓶的口部，或者向瓶内喷射空气等的方法，使瓶内部达到1kPa～20kPa的微正压，由此在使瓶膨胀的状态下将65℃～90℃的温水或经加热的灭菌剂等加热灭菌流体至少喷射到瓶的内表面，则即使不同时进行瓶外表面的冷却也可以在不引起瓶热收缩的状态下于短时间内进行瓶内表面的灭菌，从而完成了本发明。

即，达成本发明上述目的的无菌填充系统中的塑料瓶灭菌方法，从瓶的喷口将加热水或加热化学试剂喷射到瓶的至少内表面，进行瓶的灭菌，其特征在于，边将该瓶的内部进行加压和加热边进行灭菌。

本发明一方面提供一种塑料瓶灭菌方法，其特征在于，瓶内部的加压是通过将加热水或加热化学试剂的喷射嘴插入到倒立状态的瓶的喷口，调节瓶喷口的开口面积来控制从喷口排出的流量而得到的。

本发明一方面提供一种塑料瓶灭菌方法，其特征在于，在上述灭菌方法中，灭菌结束后立即向瓶的至少内表面或外表面喷射冷却水，由此使瓶温度快速下降到低于引起瓶热收缩的温度。

本发明另一方面提供一种塑料瓶灭菌方法，其特征在于，将喷射嘴插入到倒立状态的瓶的喷口，控制从瓶喷口排出的液体流量等来使加热水或加热化学试剂滞留在倒立状态的瓶的喷嘴部和肩部的内部，或者向瓶内喷射空气，进而联用加热水或加热化学试剂的喷射与空气喷射来保持内压，由此获得瓶内部的加压。

根据本发明，通过边加压并加热瓶内部边进行灭菌，在维持瓶内压的状态下将65℃～90℃的加热水或加热化学试剂等灭菌剂等加热灭菌流体至少喷射到瓶的内表面，由此即使不同时进行瓶外表面的冷却也可以在不引起瓶热收缩的状态下进行瓶内表面的灭菌。因此，与以往在低于70℃的温度下进行灭菌的灭菌方法、或同时进行瓶外表面冷却的灭菌方法相比，可以在短时间内进行灭菌，且可以节约设备费和设置空间，可以提高生产效率。此外，由于无需使用昂贵的耐热性塑料树脂，所以与使用耐热性塑料瓶的方法相比，可以降低制造成本。

在本发明的一方面中，瓶的加压(保持微正压等)可以通过控制从瓶喷口排出的流量来实现。

此外，在本发明的一方面中，上述灭菌方法通过在灭菌结束后立即向瓶的至少内表面或外表面供给冷却水来冷却瓶，由此使瓶温度快速下降到低于引起瓶热收缩的温度，与瓶自然冷却时相比，能够减少在灭菌结束后温度降到低于引起瓶热收缩的温度即70℃期间的热史，所以可以进一步完全防止瓶的变形。

进而，在本发明的另一方面中，通过将喷射嘴插入到倒立状态的瓶的喷口，控制从瓶喷口排出的液体或空气的流量等来使加热水或加热化学试剂滞留在倒立状态的瓶的喷嘴部和肩部的内部，或者向瓶内喷射空气来保持内压，由此获得瓶内部的加压，从而容易实现将灭菌时的瓶内压维持在1kPa～20kPa。

附图说明

图1是表示用于将灭菌中的瓶内压维持在微正压的一种方法的瓶的部分截面图。

图2是表示用于实施本发明方法的喷嘴形状的部分截面图。

图3是表示喷嘴的动作的部分截面图。

图4是表示灭菌后瓶自然冷却和利用冷却水进行冷却的曲线图。

图5是表示用于实施本发明方法的喷嘴的其他例子的部分截面图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

作为本发明对象的瓶是非耐热性PET瓶等非耐热性塑料瓶。

本发明的瓶灭菌方法的特征是：在无菌填充系统中，在将非耐热性塑料瓶的内压维持在微正压的状态下，将65℃～95℃的加热灭菌流体至少喷射到瓶的内表面。

瓶内压必须为1kPa～20kPa范围内的微正压，优选的微正压范围是1～15kPa，特别优选的范围是1～5kPa。

作为加热灭菌流体，可以使用加热到65℃～90℃的热水或过乙酸、过氧化氢、碱等灭菌剂作为液体。加热灭菌流体优选的喷射时间是3～5秒。此外，还可以在利用加热化学试剂进行灭菌后，利用加热水等进行清洗。

为了将瓶内压维持在该范围内的微正压，除了向瓶内部供给加热水或加热化学试剂之外，还可以联用向瓶内部供给加压空气来进行。因此，在该方法中，适合采用图5中示出截面图的喷射嘴等。该喷射嘴具有如下结构：将加热水或加热化学试剂供给到瓶内表面，控制该加热水或加热化学试剂所排出的流量，边将加热水或加热化学试剂滞留在瓶口部和肩部的内部，边供给加压空气到瓶内部，使得从第1喷射孔2喷射加热水或加热化学试剂，从第2喷射孔3喷射加压空气。第2喷射孔3与形成于控制板13内部的空气积存处连通，该空气积存处13a与外部的加压空气供给源连接。

为了使规定量的加热水或经加热的灭菌剂滞留在倒立的瓶的口部，扩大将加热灭菌流体喷射到瓶内表面的喷嘴的管径，并使喷嘴与瓶口部之间的面积变窄。例如，可以取本发明人的申请即特开2003-181404号公报中记载的那样的结构。在该结构中，喷嘴是具有第1喷射孔和第2喷射孔的多段喷嘴，第2喷射孔在滞留的加热水或加热化学试剂中开口，通过从第2喷射孔的喷射将加热水或加热化学试剂扬起。即，如图1所示，从插入到倒立的瓶10的口部(喷口)11中的灭菌用喷射嘴1的前端部形成的第1喷射孔2以及和在其下方开口的第2喷射孔3喷射出的加热灭菌流体喷射后沿口部11流下。由于在喷射嘴1与口部11内径之间的间隙较小，所以沿口部11流下的灭菌流体的不全部从口部11出来而是一部分滞留在口部11内，通过从第2喷射孔3喷射出的灭菌流体搅拌而扬起，向瓶10的内表面飞散，所以可以高效地进行瓶10内部的灭菌。通过该灭菌流体滞留在口部11而在瓶内产生1kPa～20kPa的微正压。应说明的是，无需灭菌流体扬起带来的灭菌流体飞散效果时，不设置第2喷射孔3而仅设置第1喷射孔2就足够了。

图1的实施方式是为了使规定量的加热水或经加热的灭菌剂滞留在瓶口部而将喷嘴的管径加粗，但并不限于此，为了使加热水或经加热的灭菌剂滞留在瓶口部，例如，可以通过在位于瓶口部的喷嘴周围设置陀螺状的部件，或者在瓶口部下方的喷嘴部分设置控制板，适当设置与瓶口部前端的距离等方法，进而与通过设定喷嘴的管径来调节开口面积联用等，使加热水等滞留在瓶口部。

图2是表示在瓶下方的喷嘴部分设有控制板的一例结构的截面图，在喷射嘴1与瓶口部11的下端面间隔着规定的间隙D形成圆板状的控制板12，控制从瓶口部11的内径φA与喷射嘴1的外径φB之间的间隙C以及从从瓶下端面与控制板12上端面之间的间隙D所排出的流量，如图3的截面图所示，灭菌流体滞留在瓶口部11和肩部13。

在本发明优选的实施方式中，在上述灭菌方法中，通过在灭菌结束后2秒内立即对瓶的内表面或外表面或者内外表面喷射5℃～40℃的冷却水，由此将瓶的温度快速冷却到低于引起瓶热收缩的温度，与瓶自然冷却的情况相比，能够减少灭菌结束后温度降到低于引起瓶热收缩的温度即70℃期间的热史，所以能够进一步完全防止瓶的变形。例如，如图4所示，将灭菌流体的温度设为87℃进行瓶内表面的灭菌，在规定的灭菌时间结束后放置瓶使其自然冷却的情况下，瓶下降到低于70℃的时间延长，其间因瓶承受的热史导致瓶发生某种程度的热收缩；而对瓶喷射冷却水进行冷却时，由于瓶的温度快速降低到低于70℃，所以此其间瓶承受的热史与自然冷却的情况相比大为减少，能够将瓶的热收缩抑制到最小限度。

此外，灭菌结束后，立即从倒立状态的瓶的喷口将冷却水供给到瓶的内部，控制从瓶的喷口排出的流量，由此使冷却水滞留在倒立状态的瓶的喷嘴部和肩部的内部，从而使该瓶内部产生内压，还可以边对瓶内部加压边进行冷却。

应说明的是，用于瓶冷却的冷却水可以使用通常的水，较好的是使用适于饮用的水，特别是将冷却水供给到瓶内部时，较好的是使用经灭菌或经除菌的水，该灭菌条件为所填充内容物的灭菌条件同等以上。

通过将冷却水供给到这样的瓶的内表面或外表面或者内外表面来防止瓶热收缩，可以联用向瓶内部供给加压空气来进行。图5是表示通过将冷却水供给到瓶内表面、并控制该冷却水排出的流量，边将冷却水滞留在瓶的口部或肩部的内部边将加压空气供给到瓶内部的结构的截面图，形成从第1喷射孔2喷射冷却水，从第2喷射孔3喷射加压空气。第2喷射孔3与形成于控制板13内部的空气积存处连通，该空气积存处13a连接到外部的加压空气供给源。

应说明的是，用于瓶冷却的加压空气较好的是使用经灭菌或经除菌的空气，该灭菌条件为所填充内容物的灭菌条件同等以上。

实施例1

将容器内保持正压状态，利用加热水进行瓶内表面的灭菌时，观察瓶注满内容量的变化量(因瓶热收缩导致的变化量)。

①使用瓶

在本体中央部具有截面呈略圆形的腰部(中间细部)，在腰部的上下具有形成多条棱线的上侧本体部、下侧本体部，内容量为2000ml，非耐热性PET瓶，重量为35g。

②喷射嘴

图5表示的多段喷嘴，从第1喷射孔喷射加热水，从第2喷射孔喷射经无菌化处理的空气，第1喷射孔通过阀连接到加热水罐，第2喷射孔通过阀连接到加压空气罐。

③控制板

使用在内部具有空气积存处(空气积存处与第2喷射孔连通)的控制板，控制在瓶灭菌中所排出的液体和空气流量。

④灭菌方法

使瓶形成倒立状态，从喷口插入多段喷嘴，从多段喷嘴的第1喷射孔将经加热的加热水以6L/分钟的流量喷射，分别将加热水(喷射时的温度)调整到55℃、65℃、75℃、85℃、90℃。

此外，将调节到各个温度的加热水分成3秒、10秒、20秒向瓶内表面喷射。

⑤内压的测定方法

将1.0mm横孔针安装在株式会社KEYENCE制的耐环境型数字压力传感器(显示分解能0.01kPa)的前端，并将该针安装到上述瓶，测定实际灭菌时的瓶内压。

⑥内压的调整

边观察瓶内压的测定数据，边通过阀的开关操作来调节空气流量(喷射量)，分别使灭菌时瓶内压的平均值为0kPa、1kPa、2kPa、10kPa、20kPa、50kPa。应说明的是，空气喷射从喷射加热水开始经过规定时间(1～2秒)后进行，即，从排出到倒立状态的瓶内部的加热水滞留(不包括瓶内压的平均值为0kPa的情况)开始喷射空气。不进行灭菌后的冷却。其结果示于表1。

表1

没有变形：○(将灭菌前的瓶容量±1％判断为佳品)

(2000ml±20ml)

收缩变形：×(从灭菌前的瓶容量收缩超过1％)

膨胀变形：××(从灭菌前的瓶容量膨胀超过1％)

由表1可知：

①瓶内压为0kPa时，无论灭菌时间(加热水的喷射时间)如何，加热水的温度为55℃时，瓶注满内容量也看不到大的变化，因加热引起的热收缩基本上得到抑制。

然而，当加热水温度超过65℃时，瓶注满内容量减少，认为发生因加热导致的热收缩。

由此可认为，瓶内压为0kPa时，由于加热水的温度超过实施例的55℃～65℃的中间范围即超过60℃时，所以利用加热水进行灭菌一定时间就会开始引起热收缩。

加热水的温度低于55℃(60℃)时，虽然与灭菌时间也有关系，但难以得到充分的灭菌效果，难说是实用的范围。

②瓶内压为1kPa和2kPa时，无论灭菌时间(加热水的喷射时间)如何，直到加热水的温度达到75℃为止，瓶注满内容量也看不到大的变化，因加热引起的热收缩也通过内压基本上得到抑制。

如果加热水的温度大大超过将非结晶瓶进行灭菌时通常使用的温度范围(60～70℃)，则瓶注满内容量减少。

瓶内压为1kPa和2kPa时，无论灭菌时间(加热水的喷射时间)如何，加热水的温度在实用范围时，确认加压空气的喷射量也被抑制到很低，并可以高效地进行灭菌，如果将灭菌中的瓶内压维持在正压状态，则判定因灭菌时的加热导致的加热收缩得到抑制。

③瓶内压为10kPa和20kPa时，用85℃或90℃的加热水进行20秒灭菌时，虽然不会引起瓶热收缩地因内压而向外突出、变形，但在实用的灭菌时间和加热水的温度范围下，瓶注满内容量看不到大的变化，因加热引起的热收缩也通过内压基本上得到抑制，所以如果将灭菌中的瓶内压维持在正压状态，则判定因灭菌时的加热导致的加热收缩得到抑制。

④使瓶内压为50kPa时，由于本实施例中使用的瓶较轻且为薄壁，因此因内压而向外突、变形。

⑤在上述实施例1中，观察从最初将加热水喷射到倒立状态的瓶内部并使加热水滞留在内部开始、到开始喷射空气而保持内压一定时的瓶的注满内容量的变化量(因瓶热收缩导致的变化量)。该内压保持方式，即将加热水和加压空气同时喷射到倒立状态的瓶内部，不使加热水滞留地持续供给比实施例1更多量的加压空气而保持内压一定(其他条件没有变更)，观察此时的瓶注满内容量的变化量(因瓶热收缩导致的变化量)，得到与上述实施例1几乎相同的结果。

由此可判断，无论内压的保持方式如何，只要边将灭菌中的瓶内压保持在正压状态边进行灭菌，则即使是轻量且薄壁的瓶，也可以不引起因加热导致的热收缩地高效地进行灭菌。

⑥在上述实施例1中，使用加热水作为加热介质。

加热该加热介质即过乙酸浓度为2000ppm～3000ppm的过乙酸类灭菌剂(商品名：TOYO-ACTIVE)，其他条件不变，进行与实施例1同样的瓶灭菌试验，观察瓶注满内容量的变化量(因瓶热收缩导致的变化量)。

观察得到的结果几乎与上述实施例1相同，看不到因加热介质带来的差异。

实施例2

作为瓶使用圆筒形状(没有减压板的形状)的2000ml的非耐热性PET瓶(重量53g)，灭菌方式采用：加热水滞留在喷嘴口部和肩部的方式的图2所示的加热水喷射嘴，形成图3的状态，由此边将灭菌中的瓶内压维持在2kPa边将加热水以6L/分钟的流量喷射到瓶内表面，在灭菌温度90℃、灭菌时间3秒钟的条件下进行灭菌，并且灭菌结束后立即以12L/分钟的流量将30℃的无菌冷却水喷射到瓶内表面0秒、1秒和2秒，边冷却瓶边将加压空气供给到瓶内部，从而将内压保持在2kPa，测定瓶容量的变化。此外，作为比较例，使加热水直接进入，不产生滞留，使得瓶内不产生内压地进行灭菌，除此之外，在与实施例2同样的条件下测定瓶容量的变化。将其结果示于表2。

表2

由表2可知，在将瓶内压保持在2kPa的状态下进行90℃的灭菌，将该灭菌和灭菌结束后立即在保持内压的状态下进行冷却组合，则可以抑制瓶的收缩。与此相对，在比较例中进行冷却之前瓶就收缩了。

Claims (13)

1.一种塑料瓶灭菌方法，从瓶的喷口将加热水或加热化学试剂喷射到瓶的至少内表面，进行塑料瓶的灭菌，其特征在于，对该瓶的内部进行加压和加热，并且在抑制瓶的热收缩的同时进行灭菌，灭菌结束后立即将冷却水供给瓶的至少内表面或外表面来冷却瓶，

其中，边将灭菌中的瓶内部压力保持在1～20kPa边进行灭菌，另外，通过喷射加热到65℃～90℃的加热水或化学试剂进行瓶内表面的灭菌，

瓶内部的加压是通过将喷射嘴插入到倒立状态的瓶的喷口，控制从瓶喷口所排出的加热水或加热化学试剂的流量而进行的。

2.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，与从该喷嘴喷射空气联用。

3.如权利要求2所述的灭菌方法，其特征在于，瓶内部的加压是通过进一步控制空气的流量而得到的。

4.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，在该喷射嘴的下部设置控制板，控制从瓶排出的流量。

5.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，瓶内部的加压是通过将喷射嘴插入到倒立状态的瓶的喷口，控制从瓶喷口所排出的流量，通过使加热水或加热化学试剂滞留在倒立状态的瓶的喷嘴部和肩部的内部而得到的。

6.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，将加热水或化学试剂喷射3～20秒。

7.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，边将加压空气供给瓶内部，边供给冷却水来冷却瓶。

8.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，该冷却是在瓶的灭菌结束后，在2秒内将5℃～40℃的冷却水供给瓶外表面。

9.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，灭菌结束后立即从倒立状态的瓶的喷口将冷却水供给瓶内部，控制从瓶喷口排出的流量，使冷却水滞留在倒立状态的瓶的喷嘴部和肩部的内部，由此将该瓶内部边加压边进行冷却。

10.如权利要求9所述的灭菌方法，其特征在于，通过与供给该冷却水联用而供给加压空气到瓶内部。

11.如权利要求1所述的灭菌方法，其特征在于，该瓶的灭菌与外表面灭菌联用进行。

12.一种塑料瓶灭菌方法，从瓶的喷口将加热水或加热化学试剂喷射到瓶的至少内表面，进行塑料瓶的灭菌，其特征在于，对该瓶的内部进行加压和加热，并且在抑制瓶的热收缩的同时进行灭菌，灭菌结束后立即将冷却水供给瓶的至少内表面或外表面来冷却瓶，

其中，边将灭菌中的瓶内部压力保持在1～20kPa边进行灭菌，另外，通过喷射加热到65℃～90℃的加热水或化学试剂进行瓶内表面的灭菌，

瓶内部的加压是通过将滞留在倒立状态的瓶的喷口中的加热水或加热化学试剂扬起而进行的。

13.如权利要求12所述的灭菌方法，其特征在于，在瓶口部下方的喷嘴部分设置控制板，适当设置该控制板与瓶口部前端的距离。

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