CN1052427C - 产生含过氧化氢的气态灭菌流体的方法 - Google Patents

Abstract

一种产生具有良好而均匀的灭菌性质的含氧化氢气态灭菌流体的方法，该方法是将液态过氧化氢以细分散态注入作为气化剂的空气流中使过氧化氢气化，空气流保持在恒定的或变化不明显的较高气化温度。确定空气流的均匀气化温度的方法是，在气化前，通过与具有大质量(热容)和大热交换表面积的加热元件进行热交换而将空气加热，该加热元件通过有控制地供给其能量而保持所要求的高温，该加热元件在间歇注入液态过氧化氢之间中止气化期间，借助贮存在该加热元件中的热量得到加热。

Description

产生含过氧化氢的气态灭菌流体的方法

本发明涉及一种产生气态灭菌流体的方法，该流体含有过氧化氢并具有良好而均匀的灭菌性质。该方法是在起气化剂作用的热空气流中将液态过氧化氢气化。

在包装工艺中，常用所谓无菌包装来包装和运输那些对细菌侵染特别敏感而只能短时间贮存的产品，例如食品和其它易腐商品。无菌包装比起其它非无菌包装有许多优点：例如，上述敏感型产品可以贮存相当长的时间而其鲜度不变或基本不受影响，而且在贮存时无需冷冻或连续的冷冻链，这大大提高而且在许多方面改进了有关产品的销售能力。从根本上说，无菌包装工艺或无菌包装的生产是基于这样一个想法，即，把用热处理或其它灭菌方法预先灭过菌的产品装入同样灭过菌或由灭菌包装材料生产的包装件或容器中，然后使之密封。整个填装操作都在无菌环境中进行，以避免灭菌产品发生再感染。当前，这种生产过程通常都是借助合理的现代包装机械进行，这些类型的包装机械都是在必要的无菌条件下形成、填装并密封成品包装。

使用这种先有技术包装机械生产一次性使用的无菌包装，用的是预制的有皱褶衬的坯料，这种坯料为弹性层压材料，通常是热塑性涂料纸，坯料中还有一层或更多层不同于上述材料的其它材料。生产时先把坯料改制成一个开口的管状(通常是正方形)纸板盒，然后把该纸板盒的端部折叠并密封在一起形成液密性底部密封，这样就形成了它的底。封底操作最普遍的是在纸板盒分段移动所经过的路径上分阶段进行。封底后，把带底的纸板盒直立送入与环境无菌隔离的灭菌填装区进行灭菌，然后在无菌气氛中进行装填和密封，制成成品无菌包装供销售。

利用另一种先有技术包装机械可以生产出类似的无菌包装，其生产方式基本上与上述相同，不同之处仅在于，先在管状纸板盒的一端做一个注塑塑料封口作为成品包装的顶部封口，然后把端封好的纸板盒灭菌、填装并以“倒立”的位置封底。按先叙述的生产原理生产的包装的一个例子是Tetra Rex(注册商标)，而按后一生产原理生产的包装的一个例子是Tetra Top(注册商标)。

不论是按前一种还是后一种生产原理来生产这些包装，通常都要利用含过氧化氢的气态灭菌流体对准备用于填装的封底或封顶包装盒进行灭菌，因为气态灭菌流体可能比相应的液态流体更容易穿透纸板盒的荫蔽空间(如由折叠操作在纸板盒的底部封口造成的折缝)而对其进行灭菌。同时，气态流体还更容易在完成灭菌后于填装操作前排掉。此外，气态灭菌流体还具有如下优点：它完全消除了在纸板盒的切口边缘产生所谓边缘吸收的危险。切口边缘很容易吸收液体，因此要想完全逐出过氧化氢即使不是不可能也较为困难。为了排除由这种边缘吸收造成的残留过氧化氢的危险，关键是要在整个灭菌过程中保持气态灭菌流体的温度超过过氧化氢的露点，即大约70℃，这意味着在包装盒于灭菌区内与灭菌流体接触时，必须加热到适当高于这一露点的温度并保持在这一温度，通常大约为80℃。

生产无菌包装时用来对包装材料和包装盒进行灭菌的一种高效含过氧化氢灭菌气体，由加热到大约120℃的空气/过氧化氢混合物组成，混合物中每1千克空气含大约25克过氧化氢。在经过很短时间(1秒的数量级)的灭菌后，这种混合物所产生的灭菌效果能充分满足对无菌包装的灭菌要求。

按照一种先有技术方法，上述类型的含过氧化氢气态灭菌流体的生产方法是：把细分散的液态过氧化氢喷到热金属表面上使过氧化氢气化，然后把气化的过氧化氢与经过调节的热空气流合并并混合。这种先有技术方法利用了从固体表面向液态过氧化氢的热传递，这种方法使金属表面逐渐覆盖了某些杂质，例如常用于液态过氧化氢中的稳定剂，这些稳定剂在高温下对过氧化氢的降解起到催化剂的作用，造成一部分过氧化氢在气化时被降解和破坏。

然而，如果用热空气作热传递介质进行液态过氧化氢的气化，就可以避免过氧化氢的“催化”降解所固有的问题。有一种按这种气化原理操作的先有技术方法是基于这样一种想法，即，通过与经过电加热的加热体进行热交换，或利用其它手段，把要用于气化过程的空气加热，然后对注入热空气流中的液态过氧化氢进行混合操作。这种先有技术方法只要连续进行，即不发生任何中断，它所得到的含过氧化氢气态灭菌流体就具有良好的灭菌能力。但另一方面也已证明它的作用不太令人满意，或者说有不可克服的问题，即如果由于某种原因而时常需要多次停止生产(时间或长或短)，则该方法就不能随意进行。一般来说，由液态过氧化氢的间歇气化产生的灭菌气体，表现出极大的温度变化，因而具有不同的灭菌能力，有时灭菌能力甚至差得难于或不可能满足必要的灭菌标准。为了确保欲填装无菌物的包装盒的灭菌达到所期望的灭菌效果，必要而适宜的是要在整个灭菌过程中连续产生气态灭菌流体，而这又会浪费例如在彼此相继的两次包装盒灭菌之间产生的流体(这种流体一开始就在某种程度上是多余的)。同样，在灭菌包装盒的通气过程中连续产生的流体也构成不必要的过量生产和经济损失因素。

因此，本发明的一个目的是提出一种产生含过氧化氢气态灭菌流体的方法，该方法与最后叙述的先有技术方法类似，是基于用热空气作气化剂来使液态过氧化氢气化这样一个想法，但与先有技术方法不同的是，它还可以间歇进行而同时使间歇产生的流体保留良好的灭菌性质。

本发明的另一个目的是提出一种上述类型的方法，该方法很容易付诸于对彼此相继传送的包装盒或其它物品进行灭菌，而不使所产生的灭菌流体的任何部分成为多余的而被废弃。

这些目的和其它目的是按照本发明而得到的，因为所介绍的方法的特征在于，把要用于加热过程的空气流加热到恒定的或基本恒定的较高气化温度并保持在这一温度，然后再进行液态过氧化氢的气化。

由于空气流在每次气化过程中都保持在这样一个恒定的较高气化温度(以前如果不用复杂的温度和能量调节设备一直很难确保达到这样的温度)，这就创造了必要的先决条件，使得即使生产过程中液态过氧化氢的气化出现或长或短的间断，也能使整个生产过程中所产生的气态流体获得均匀或变化不明显的温度，同时也获得了所寻求的均匀而良好的灭菌性质。

在本发明的容易付诸实施的方法中，一个特别优选的实施方案是，把气化用的空气加热到所要求的均匀气化温度并保持在这一温度，做法是使空气直接与加热元件的热传递表面接触而流动，该加热元件具有很大的热容和很大的热交换表面积，并采用电加热法或其它方法进行加热。该加热元件可以由铝或能贮存大量热能的其它高热容材料构成，因而不需要连续的能量供应来保持温度高到足以供所要求的空气流加热。此外，由于至少有一部分贮存在热加热元件中的热能参与了保持加热元件热交换表面的温度高到足以供空气加热之需，所以调节对加热元件的热能供应就成了一个很简单的问题。

从下面的附图简要叙述及其有关讨论中更容易理解本发明的本质及其各方面。

附图中：

图1-3图示了生产和使用含过氧化氢气态灭菌流体的设备，这种流体用于对间歇地彼此相继传送的物品进行灭菌。

因为图1-3说明的是同一台设备，所以将同时参照所有附图对该设备进行综合描述。为清楚起见，在所有附图中对相同的设备零件将采用相同的编号。

图1-3所示的系统包括一个用于间歇生产含过氧化氢气态灭菌流体的单元(标有通用编号1)，以及一个用于对物品3进行灭菌的设备(标有通用编号2)，物品3在以箭头A的方向间歇驱动的传送带4上以相继的顺序传送。物品3可以是上述类型的包装盒，在灭菌后准备填装无菌物，而后在无菌条件下密封而制成所谓的无菌包装。本说明书的后面还要提到这类包装盒的灭菌，但这不应认为是对本发明的限制，本发明就其宽范围而言，当然同样可应用于要在间歇条件下灭菌的任何其它类型物品的灭菌。

单元1包括一个带有入口5和出口6的预热器7，该预热器通过入口5与用于输入过滤空气的导管8连通。预热器7与带有入口9和出口10的热交换元件11相连，入口9通过导管13与连接预热器7出口6的导管12连通。导管14由热交换元件11的出口10引出，并与气化室17的入口相连，该气化室带有入口15和出口16，并有一个管18伸入其中调节液态(最好是细分散的)过氧化氢的供应(借助管18中的阀19)。

与预热器7的出口6相连的导管12通过中间可调阀20进一步与无菌过滤元件23的入口相连，过滤元件23带有入口21和出口22。无菌过滤元件23通过与出口22相连的导管24与导管25连通，导管25又与气化室17的出口16相连，并且在该气化室的出口16与连通导管24的通道之间配有可调阀26。

按照本发明，热交换元件11具有很大的质量(热容)和很大的热交换表面积，如上所述，该元件可以由铝或能贮存大量热能的其它高热容材料构成。热交换器11的热交换表面通过对其整体进行控制加热而保持在所要求的均匀高温，加热时可用电加热法，也可以用其它方法，例如以已知方式用过热蒸气进行加热。

设备2包括一个划分成三个独立室或区27-29的罩箱30，该罩箱配有闸门型的入口31和出口32，用于顺序地间歇传送竖立在传送带4的包装盒3使其通过罩箱30中的室或区27-29。

室27有一个流入管33和一个流出管34，用于通流加热包装盒3用的热流体如空气，而室28与单元1的导管25相连并配有流出管，造成灭菌过程所必需的流体的通流。

室29配有一个伸入其中的填装管36，用于把无菌物填装到灭菌包装盒中。室29中还配有一个合适的装置(未画出)用于在填装好的包装盒送出闸门式出口32之前将其无菌密封。

按照本发明，用如下方法产生含过氧化氢的气态灭菌流体，并应用附图中画出的上述系统对包装盒3进行灭菌。在送入灭菌室28的包装盒3进行灭菌(图1)期间，关闭导管12中的阀20，而开启装在该系统内的其它阀，即阀19和26。在预热器7中将通过导管8引入的过滤空气预热至大约90℃，并通过导管13引入热交换元件11，在这里使空气与加热到大约400℃的热交换表面接触而将其加热到所要求的较高气化温度，即360℃左右。加热过的空气通过出口10由热交换元件11排出，并通过导管14引入气化室17，在经与通过导管18以细分散态送入的液态过氧化氢混合而使过氧化氢气化，以便在所要求的均匀或变化不明显的温度下形成合格的含过氧化氢气态灭菌流体，从而使其具有良好而均匀的灭菌性质。所得到的灭菌流体的温度大约为120℃，其过氧化氢含量相当于每千克供给空气约25克过氧化氢。将该流体从气化室17中排出，通过导管25引入灭菌室28对上述包装盒3进行灭菌。在整个灭菌期间通过流出管35从室28中连续移出用过的灭菌流体。灭菌过程大致需要1秒。完成灭菌后(图2)，停止供应液态过氧化氢，即关闭导管25中的阀26使气化室17与灭菌室28之间的通路阻断，同时关闭导管18中的阀19。开启导管12中的阀20，从而使在预热器7中被加热到大约90℃的空气进入无菌过滤器，分离掉空气中可能存在的任何微生物。过滤空气通过导管24从无菌过滤单元23中排出，并通过导管25引入室28，以便在正常的灭菌过程之后通过流出管35排放并逐出残存的灭菌流体。继续排放大约0.5秒，然后把经过灭菌且排放过的包装盒3借助传送带4移置到室29内，通过填装管26(图3)填装无菌物。在这个移置过程中，同时将紧随其后的已在室27内预热的下一个包装盒3传送至灭菌室28内，重复上述灭菌和排放循环，做法是关闭导管12中的阀20，并开启分别位于导管18和25中的阀19和26，从而把气化室17中新产生的气态灭菌流体供入室28。然后相应地对传送带4上后续的其余包装盒顺序重复上述程序，传送带4经过罩箱30传送包装盒时，与其同步进行上述室28的灭菌和排放及随后在室29的无菌填装和密封，使所制成的成品无菌包装逐个送出闸门式出口32。

假定热交换元件11具有很大的热容和很大的质量，则为热交换元件的热交换表面加热所供应的能量可以在上述排放期间中止或进行调节，这样做没有任何风险，不会造成热交换表面不期望的冷却或留在热交换元件中待用空气过热，因为在中止或调节能量供应期间，热交换表面被贮存在热交换元件中的热加热，使其可靠地保持在所要求的均匀温度。这样就确保了在本发明方法中，在热交换元件中加热的空气在离开热交换元件而被引入气化室17时，保持在恒定的或变化不明显的气化温度，即使在生产含过氧化氢的气态灭菌流体时液态过氧化氢的供应频频出现或长或短的中断时也是如此。

这样，按照本发明，有可能应用简单的、易于控制的设备，在确定的均匀温度或变化不明显的温度下产生含过氧化氢的气态灭菌流体，并同时使产生的流体具有稳定而良好的灭菌性质，能有效地对包装盒或其它间歇传送的物品进行灭菌，而无需废弃所产生的流体的任何部分。

本发明不应被认为是只限于前面叙述的和附图所画出的内容，可以想象出许多修改而不偏离所附的权利要求书的要旨和范围。

Claims (6)

1.一种通过使液态过氧化氢在作为气化剂的热空气流中间歇气化而产生具有良好而均匀的灭菌性质的含过氧化氢气态灭菌流体的方法，其特征在于，把准备用于气化的空气流加热到恒定的气化温度360℃并保持在这一温度；和所述的液态过氧化氢是以细分散态注入所述的热空气中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过与具有大质量或大热容及大表面积的加热元件进行热交换，把准备用于气化的空气流加热到所要求的气化温度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使空气流直接接触加热元件的表面而流过。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过用电加热法或利用过热蒸气进行加热，使加热元件保持在恒定的温度400℃。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气流由从环境大气连续吸入的空气组成，这种空气已经过过滤和预热。然后最后加热到所要求的气化温度。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在气化中断期间中止液态过氧化氢的注入。

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