CN107074378A - 无菌填充设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将无菌散装材料、特别是皮肤美容制剂或植物制剂包装到容器（210）的设备，包括：a.无菌外壳（101）；b.料斗（200），位于无菌外壳中，其容纳散装产品并且沿轴向方向包括圆柱形储存器部件（201）以及连接到圆柱形部件（201）的倾倒部件（202）；c.传送装置（115），适于运送容器（110）到料斗（200）下方以在称为填充区的区域中填充容器；d.用于将超滤空气从外壳（101）的顶部吹到底部的装置（150），适于产生围绕填充区的称为保护流的气流；e.具有不对称锥形形状的倾倒部件（202）的轴线（205）偏离储存器部件（201）的轴线（210），使得倾倒开口（206）偏向储存器的外壁。

Description

无菌填充设备和方法

本发明涉及用于无菌填充的一种设备和一种方法。本发明特别、但不排他地适合于包装皮肤美容产品或植物制品，特别适合于包装无菌化妆品。

更确切地，根据本发明的设备和方法适用于一种无菌散装产品自动工业包装于单个无菌容器中，例如安瓿、小瓶、注射器或管，当然并没有详尽列举。分装的产品具有液体、凝胶或膏状物的形式，其粘度通常为600cP至45000cP（6至45Pa.s）。术语“无菌包装”因此是指用无菌产品填充一个无菌容器，使得以这种方式包装的产品实现给定的无菌程度，而在包装后无需灭菌。

在本发明的实施背景的一个实例中，使用专利文献WO2013007755中描述的设备和方法来分装一种大量生产的无菌皮肤美容产品。

根据现有技术，没有生物抑制制剂的无菌皮肤美容产品被包装在具有一个小容量的容器中，以便限制在容器已经打开之后产品的逆向污染的风险；因此，一旦容器打开，产品必须非常快速地使用。这种小数量、单剂量的包装、且打开后具有很短的保质期限制了这类产品的商业开发的可能性。在无菌条件下的这种单剂量包装通常采用一种称为吹填密封技术的方法，这种方法不能结合用于闭合容器的一个复杂设备，因此此方法限于单剂量包装。

现有技术的这些生产方法具有联接生产容器和生产无菌产品的缺点。例如，存储产品意味着在相同的条件下存储容器，反之亦然。容器和产品必须以相同的速度生产，这使得当产品以不同的可能包装销售时，生产流程的管理更加复杂。

使用如专利文献FR2873358中所述的用于密封地闭合容器的系统使得可以消除产品的逆向污染的风险，并且为更常规的包装（例如具有几百毫升的管）开辟了道路。但是，尽管可以找到适合于这种容器的非无菌制剂的包装系统，但在化妆品或植物制剂领域没有无菌包装线适于处理与例如专利文献WO2013007755中所描述的灭菌方法相兼容的一个生产流程。

在现有技术的替代实施例中，产品在包装之后被灭菌，具体是通过使包含产品的容器经受电离辐射。该实施例限制了容器类型的选择，特别是容器的材料、形状，容器确定了经受电离辐射的产品的厚度和用于容器上印的装饰的墨的厚度，所列举的并非详尽。

根据现有技术，应用于非无菌包装，将散装制剂置于一个料斗中，并且一个传送装置将容器置于料斗下以填充容器。在本文中，词语“料斗”是指包括一个称为倾倒部件的一个部件的容器，其形状像一个圆锥体或倒置的金字塔并且用作漏斗以将容器的内容物向一个倾倒开口引导，其中容器是圆柱形、圆形截面、矩形或任何其它形状。

根据应用于灭菌食品的包装的现有技术，在填充区周围吹入一个超滤的气流，以便保护从料斗输送的散装产品在其填充容器时免受污染。该气流防止颗粒与倾倒至容器中的产品接触。

专利文献WO2012171958描述了用于食品的一种无菌包装系统。在该系统中，与料斗相距一定距离的填充区位于一个无菌外壳中，该无菌外壳从顶部到底面都处在一种层流保护中。这些现有技术中的工业系统适用于大量生产，其设计基本上用于食品，并且连续处理相同材料，因而这些工业系统在用于植物或皮肤美容产品领域时，不能达到在填充期间散装保护所需的性能水平。事实上，在无菌植物制剂或化妆品领域，无菌要求远高于食品。因此，根据关于医疗设备和欧洲药典的标准EN556，当产品的灭菌过程可达到一个值F0，并维持15分钟，即相当于持续暴露于121℃的温度15分钟，则被称为无菌的。对于不含防腐剂的无菌化妆品，所需的无菌率对应于产品中微生物增殖低于10^-6的可能性。通过对应于F0维持22分钟的一个热灭菌过程，以实现关于孢子化的嗜热脂肪地芽孢杆菌的灭菌水平。作为比较，对于食品的超高温灭菌中，与牛奶相对应的是F0维持约3分钟。

这种水平的无菌必须保留到包装的最终步骤。此外，根据现有技术的设备应用到皮肤美容产品领域中时，食品的填充区中产生于保护性气流中的湍流将以不可接受的方式增加散装产品受污染的可能性。实际上，即使环境保持清洁和无菌，考虑到工业系统的体积，在填充时总是存在颗粒被引入容器中或制剂中的风险。矛盾的是，由于这些湍流存在，保护性气流成为使散装产品污染的主要原因。此外，在皮肤美容产品领域中，生产按产品的批次进行，其中产品的物理性质、尤其是粘度和单独包装的体积变化范围很大。因此，在同一个生产线上快速改变生产批次的能力是必不可少的。

在用于无菌包装的现有技术的解决方案中，例如专利文献EP2179925中所描述的，料斗远离填充区。现有技术的这种解决方案中，在料斗和填充区之间存在一定长度的管道。但是所有这样的管道必须在每次更换批次时，即每次更换包装的产品类型时完全清洁。当包装的产品是一种乳膏或软膏形式的粘性皮肤美容产品时，这种清洁是特别困难的。此外，在所有这些长度的管道中包括一定的区域，微生物可以在这些区域中残留产品的痕迹中生长。

本发明旨在弥补现有技术的缺点，并因此涉及一种用于将无菌散装材料、特别是一种皮肤美容或植物制剂包装到一个容器中的设备，该设备包括：

a.一个无菌外壳；

且在该无菌外壳中包括：

b.一个料斗，其容纳散装产品并且沿轴向方向包括一个圆柱形的储存器部件和连接到圆柱形部件的一个倾倒部件；

c.一个传送装置，其适于运送容器到料斗下方以便在一个称为填充区的区域中填充容器；

d.用于将超滤空气从外壳的顶部吹到底部的一个装置，适于产生围绕填充区的一种气流，该气流被称为保护流；

e.其中具有不对称锥形形状的倾倒部件的轴线不与储存器部件的轴线重合，使得倾倒开口偏向储存器的外壁。

因此，料斗放置得尽可能靠近填充区，同时使散装产品和容器之间的管道长度最小化。该料斗的存在不会干扰填充区中的保护性气流层，从而避免湍流并消除在填充过程期间由气流携带的颗粒污染产品的风险。

本发明可以有利地在下面描述的实施例中实现，这些实施例可以单独地或者以任何技术上可操作的组合来考虑。

有利地，根据本发明的设备包括：

f.吸气装置，其适于产生清洁传送装置的气流。

这些装置有利于实现围绕填充区的保护性层流气流，并且将可能污染产品的所有颗粒引向吸气装置，从而将其从吸气装置移出填充区。

在特定实施例中，根据本发明的设备适于填充在一端闭合的一个柔性管，并且在该实施例中包括：

g.用于将柔性管保持在传送装置上、并将管的开口端保持在倾倒开口下方的装置；

h.用于密封管的开口端的一个封口站，该封口站在填充区之后与传送装置连接，其中封口站处于保护流中。

因此，管在填充之后立即在无菌条件下密封，并且倒入管中的产品暴露于空气的时间非常短并且总是在超滤空气的保护流下。

有利地，管由热塑性材料制成，并且管的封口通过将管的开口端的边缘焊接来实现。

该实施例特别经济和快速，并且确保管的开口端的完全密封地闭合。

有利地，柔性管的初始闭合端是塞子，其适于避免使包含在管中产品被逆向污染。因此，该产品有利地包装在适于日常使用的容器中。

有利地，用于将柔性管保持在传送装置上的装置包括一个蜂窝状收集器，该收集器中插有柔性管。因此，所提供的每批管是无菌的，安装在于收集器，该收集器安装在根据本发明的用于包装产品的设备的传送装置之上。

本发明还涉及用来制造和包装一种无菌散装产品、特别是一种皮肤美容制剂或植物制剂的方法，该方法使用根据本发明的一种包装设备和包括蒸汽发生器的用于蒸汽注入灭菌的一种设备，该方法包括以下步骤：

i.灭菌步骤：在使用蒸汽注入方法的设备中对散装产品进行灭菌；

ii.转移步骤：将由此灭菌的大量产品转移到根据本发明的包装设备的料斗中；

iii.提供无菌组合件步骤：提供包括保持在蜂窝状收集器中的容器的无菌组合件；

iv.填充包装步骤：使用填充方法将散装产品包装在容器中，该填充方法包括：将蜂窝状收集器中的数个容器传送到包装设备的料斗下方，其中包装设备位于一个超滤层流下。

该方法使得可以从未灭菌的原料制备无菌皮肤美容制剂或植物制剂，而不在包装后对其进行灭菌，因此在原料的选择方面、包装的体积和类型（管、安瓿）选择方面、以及制造包装的材料方面都有很大灵活性。

在该方法的一个替代实施例中，通过将灭菌后的产品从蒸汽注入设备直接转移到料斗执行步骤（ii）。该替代实施例适合于在相同地理位置的即时大量生产。料斗用作缓冲容积。

在另一替代实施例中，根据本发明的方法包括位于步骤（i）和步骤（ii）之间的以下步骤：

v.无菌罐存储步骤：将灭菌的散装材料存储在闭合的无菌罐中，其中通过将散装产品从无菌罐转移到料斗中来执行步骤（ii）。

该替代实施例使得可以在一个位置上对散装产品进行灭菌并将其在另一个位置上包装。更一般来说，它为生产管理提供了更大的灵活性。

在一个特别有利的实施例中，根据本发明的方法包括在步骤（i）之前的以下步骤：

vi.系统灭菌步骤：通过在整个所述系统中循环由蒸汽注入装置产生的高温蒸汽来对整个系统灭菌。

因此，由用于生产的设备产生的蒸汽可以用于对整个系统灭菌，而不需要添加单独的设备。因此，该系统适于运行的快速变化。

根据本发明的方法有利地利用容量范围在50ml和400ml之间、包括一个防止逆向污染的塞子的呈管状的一个容器来实现。

在该实施例中，根据本发明的方法有利地包括以下步骤：

viii.闭合步骤：填充之后用一个焊接线将管密封。因此，管在离开无菌包装区域之前被密闭。

有利地，在步骤（viii）之后包含在管中的散装产品是无菌的，使得组合物中微生物生长的可能性低于10^-6。因此，包含在管中的产品适合于保存。

结合附图，下文用不具有以任何方式限制性的优选实施例描述本发明，其中附图：

-图1示出了现有技术中适用于例如包装食品的无菌包装设备的实施例的示意图；

-图2示出了根据本发明的用于包装无菌散装产品的设备的实施例的示意图；

-图3示出了用于无菌皮肤美容产品的生产和包装系统的实施例的示意图；

-图4示出了根据本发明的用于无菌皮肤美容制剂的容器的实施例的示意图，图4A是在容器被填充并保持在蜂窝状收集器中之前的正剖视图，图4B是填充和卷曲后的正视图；

-图5是根据本发明的用于包装无菌散装产品的方法的逻辑图。

在现有技术的一个示例性实施例的图1中，特别是在用一种食品填充一个容器（110）的情况下，散装产品盛放在一个料斗（100）中。通过一个连接到料斗（100）的倾倒开口（106）的填充尖嘴，产品从料斗（100）倒入容器（110）中。

容器（110）由一个传送装置（115）承载，该传送装置（115）将该容器（110）从一个装载站（120）带到一个卸载站（130）。整个机器放置在通过一个气闸进入的一个外壳（101）中。在容器（110）被填充之后和在被送到卸载站（130）之前，通过一个闭合装置（140）将其闭合和密封。为了确保在填充过程期间不被颗粒污染，吹气装置（150）产生从设备顶部到设备底部的超滤气流。该气流（151）在外壳的容积中大部分是层流的；然而，料斗（100）的存在导致在气流中，尤其是特别是在填充区中产生湍流（152）。这些湍流易于导致容器被颗粒污染。如果散装产品是食品，因为机器本身的外壳是清洁的并且无菌的，则由于湍流产生污染的风险是可接受的。对于不含防腐剂的化妆品，这种受污染风险则不能满足所要求的无菌率。

在图2中，为了弥补现有技术的缺陷，根据本发明的设备使用一个特殊的料斗（200），其包括称为储存器的一个圆柱形部件（201），随后沿轴向是被称为倾倒部件的一个部件（202），该倾倒部件呈不对称锥形并连接到圆柱形的部件（201）。限定倾倒部件（202）的形状的锥体的顶点所在的轴线（205）不与圆柱形部件（201）的轴线（210）重合。因此，料斗的倾倒开口（206）基本上与倾倒部件（202）的成形锥的顶部的轴线（205）齐平，朝向料斗（200）的储存部件的外壁（201）偏移。该布置使得可以在容器的填充区中保持层流，从而显著地限制在填充期间用颗粒污染产品的风险。实际上，在这种布置中，被称为储存器的圆柱形部件（201）不会将填充区与来自顶部的气流（150）隔离开。根据本发明的设备在该示例性实施例中包括设置在传送装置（115）下方的吸气装置（250）。在根据本发明的设备的构造中，该吸气装置用气流清洁传送装置，并且还有利于围绕填充区产生层流气流。在该示例性实施例中，容器（110）是一个管，管的一端打开用于填充而另一端由一个专用塞子（211）闭合，适合于当管被消费者使用时、防止管中容纳的产品的任何逆向污染。管（110）的外壳由热塑性材料制成，并且容器的闭合通过焊接开口端的边缘来实现。在该示例性实施例中，管具有50ml至450ml的容量，但是这些值不具有限制。在该实例中，散装产品是一种皮肤美容产品，其采取粘度范围在600cps和45000cps之间的乳液的形式。

在根据本发明的方法的一个示例性实施例的图3中，使用UHT或“超高温”方法对皮肤美容制剂或植物制剂（300）进行热灭菌。为此，在该示例性实施例中，在一个预加热步骤（310）期间，将制剂加热至适当的温度，特别是使其具有适合于期望的灭菌处理的粘度。在该示例性实施例中，通过蒸汽注入进行灭菌步骤（320）。根据该方法，将预加热制剂以一种喷射的形式引入到包含确定温度下的清洁水蒸汽的外壳（321）中。由于制剂流和蒸汽之间的大的交换表面，以及蒸汽在制剂流上的冷凝，制剂在瞬间被加热。在将制剂注入真空室（323）中之前，根据所需的灭菌水平，在该温度下将制剂保持（322）非常短的时间，在真空室中制剂由于在加热阶段（321）期间冷凝的水在真空下的蒸发而经历非常快速的冷却。然后在将制剂在搅拌作用下逐渐冷却（330）至有利于包装的温度（例如30℃至40℃的温度）。在该示例性实施例中，制剂储存在闭合的缓冲罐（340）中。在根据本发明的方法的示例性实施例中，该缓冲罐（340）通过管道（345）连接到根据本发明的包装设备的料斗（200）。选择灭菌条件即预加热的温度和速度、蒸汽注入灭菌的温度和时间以及灭菌后的冷却速度，使得组成制剂的乳液在该过程中不被破环，即该制剂不丧失其乳液性质并保持其对于感官刺激作用的特性。因此，通过蒸汽注入过程灭菌的制剂以无菌散装产品的形式转移到包装设备中，而没有任何其他处理。散装产品通过无菌管道（345）转移到料斗（200）中，使得散装产品不与空气接触，因此消除了在填充之前的污染的风险。

有利地，在根据本发明的方法的实施方式的这种配置中，蒸汽注入灭菌设备（320）的蒸汽发生器用于当整个生产和包装线路完全排空产品时，通过在整个生产和包装线路中循环蒸汽来对整个系统灭菌，即特别是管道、加热和冷却设备、缓冲罐（340）和料斗（200）。或者，将无菌制剂存储在密封缓冲罐（340）中，然后运输到远离灭菌地点的进行包装。

在图4A中，在包装操作之前，将无菌空管（110）放置在例如可以由蜂窝聚丙烯板制成的蜂窝状收集器（415）中。防止逆向污染的塞子（211）安装在管（110）的端部。然后整体被灭菌和装袋。作为非限制性示例，管（110）的外壳（410）由单层聚乙烯制成。在替代实施例中，管外壳由若干层制成并且包括不透氧的聚合物层。在替代实施例中，管（110）的外壳（410）由金属制成。在实际生产中，管材料的选择非常广泛，因为根据本发明的方法和设备在包装后不需要灭菌。

在图4B中，填充的管不经历任何其他灭菌操作，并且在管印制之后将空管安装在蜂窝状收集器中。有利地，管（110）和收集器（415）包括标记（未示出），该标记适于正确调整管的印制部件（420）相对于焊接线（440）的朝向，该焊接线在管被填充之后用于闭合该管。

在图5中，根据本发明的方法使得可以实现生产速度约为每小时2000kg的工业生产模式，在可以直接零售、并且包括所有强制性信息和适当的特色标志的一个容器中生产不含防腐剂的无菌皮肤美容产品或植物产品。该方法包括用于生产无菌散装产品的步骤（510），特别是通过蒸汽注入灭菌方法，以及同时，还包括用于为无菌容器提供称为无菌组件的收集器、特别是袋装蜂窝状收集器的步骤（520）。因此，与用于单剂量包装的吹-填-密封类型、或容器中的产品灭菌的现有技术的方法不同，根据本发明的方法使得可以使两个生产流程分离，从而提供更大的生产灵活性，并保留即时生产的优势。在用于制备容器的步骤（525）中，将收集器从其袋中移出，并且完全在清洁的环境中放置在根据本发明的包装设备的台上。同时，在用于供应散装产品的步骤（515）中，将在先前的生产无菌散装产品的步骤（510）中产生的无菌散装产品引入根据本发明的填充设备的料斗中。在根据本发明的替代方法中，由此引入到料斗中的散装产品直接来自灭菌设备或者料斗从无菌罐提供。容器和散装产品被转移到包装设备中，并且在一个填充步骤（530）期间填充和密封容器。

作为一个实例，根据本发明的方法和设备使得可以生产用于分配到一个容量为50ml至400ml的管状容器中的无菌产品。该产品呈乳液的形式，并且包装在容器中的组合物是无菌的，微生物增殖的概率低于10^-6，即使在这种不含防腐剂的情况下。这种类型的产品旨在施用在皮肤上，并且不能以单剂量包装生产。

不含防腐剂的产品意味着其不含旨在防止配方中细菌或真菌增殖的化合物，例如特别是称为对羟基苯甲酸酯或对羟基苯甲酸酯、三氯生、溴化十六烷基三甲铵、甲基异噻唑啉酮、甲醛、苯氧基乙醇或硫酸盐洗涤剂，这个列表并非是穷举的。

因此，使用根据本发明的灭菌和包装方法的组合使得可以提供在允许容易使用和应用的包装中不含防腐剂的这种无菌产品。

这是因为具有防止逆向污染的塞子的管使得能够移除些许产品并将其施用在皮肤上，并且根据需要重复该操作以覆盖整个施用表面而不浪费产品，并同时保持其无菌。

在示例性实施例中，根据本发明的方法和设备被实施用于制造和包装无防腐剂的无菌乳膏，包括：

2％至5％鲸蜡硬脂基葡糖苷；

0.1％至0.5％的卡波姆；

5％至12％的甘油；

2％至10％的辛酸癸酸甘油三酯；

5％至10％的液体石蜡；

水，以将成分补足至100％。

在该示例性实施方式中，将产品包装在含有50ml至400ml产品的管中，并通过防止逆向污染的塞子闭合。

因此，根据本发明的方法和设备使得可以对产品进行灭菌和包装，由于其粘度或固体或蜡状化合物的存在，该产品不能通过穿过膜而被灭菌，并且其容器不会使其自身在容器中灭菌。

上面的描述和示例性实施例示出了本发明实现了其目的，特别地，其提供了用于在高生产速度下生产无菌皮肤美容制剂或植物制剂的灵活且及时的工业生产方法，确保了高的无菌依从性，也就是说在整个生产线上具有15分钟以上的F0。它使得可以用大体积容器包装不含防腐剂的无菌产品，其允许容易且经济地使用该产品。

Claims (13)

1.用于将无菌散装材料、特别是皮肤美容制剂或植物制剂分装到一个容器（110）中的设备，其包括：

a．一个无菌外壳（101），

在所述无菌外壳中包括：

b.一个料斗（200），其容纳所述散装产品并且沿着一个轴向方向包括一个圆柱形的储存器部件（201）以及一个倾倒部件（202），所述倾倒部件（202）连接到所述圆柱形的储存器部件（201）；

c.一个传送装置（115），其适于运送所述容器（110）到所述料斗（200）下方以便在一个区域中填充所述容器，该区域称为填充区；

d.用于将超滤空气从所述外壳（101）的顶部吹到底部的一个装置（150），适于产生围绕所述填充区、被称为保护流的一个气流；

e.其特征在于具有一个不对称锥形形状的所述倾倒部件（202）的轴线（205）不与所述储存器部件（201）的轴线（210）重合，使得倾倒开口（206）偏向储存器部件的外壁。

2.根据权利要求1所述的设备，包括：

f.吸气装置（250），其适于产生清洁所述传送装置（115）的一个气流。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述容器（110）是一端闭合的一个柔性管，所述设备包括：

g.用于将所述柔性管保持在所述传送装置上、并将所述管（110）的开口端保持在所述倾倒开口下方的装置（415）；

h.用于密封所述管的所述开口端的一个封口站（140），该封口站（140）在所述填充区之后与所述传送装置连接，其中所述封口站处于所述保护流中。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述管（110）由热塑性材料制成，并且所述管的封口通过将所述管的所述开口端的边缘焊接（440）来实现。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述柔性管的初始闭合端是适于避免包含在所述管中的产品被逆向污染的一个塞子（211）。

6.根据权利要求3所述的设备，其中，用于将所述柔性管保持在所述传送装置上的装置包括一个蜂窝状收集器（415），该蜂窝状收集器（415）上能够插入有数个所述柔性管（110）。

7.使用根据权利要求1所述的包装设备和包括蒸汽发生器用于蒸汽注入灭菌的设备（320）来制造和包装一种无菌散装产品、特别是皮肤美容或植物制剂的方法，其特征在于包括以下步骤：

i.灭菌步骤（510）：在使用一种蒸汽注入方法的设备中对所述散装产品灭菌；

ii.转移步骤（515）：将如此灭菌的所述散装产品转移到根据权利要求1所述的一个包装设备的所述料斗；

iii．提供无菌组合件步骤（520）：供应包括保持在一个蜂窝状收集器中的数个容器的一个无菌组件；

iv．填充包装步骤（530）：使用一种填充方法将所述散装产品包装到所述数个容器中，填充方法包括：将所述蜂窝状收集器中的所述数个容器传送到所述包装设备的所述料斗下方，其中所述包装设备位于一个超滤层流下。

8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤（ii）通过从所述蒸汽注入设备直接转移到所述料斗进行。

9.根据权利要求7所述的方法，包括在步骤（i）和步骤（ii）之间的如下步骤：

v．无菌罐存储步骤：将灭菌的散装材料存储在一个闭合的无菌罐（340）中，其中通过将所述散装产品从所述罐转移到所述料斗中来执行步骤（ii）。

10.根据权利要求7所述的方法，包括在步骤（i）之前的如下步骤：

vi．系统灭菌步骤：通过在整个所述系统中循环由所述蒸汽注入设备产生的高温蒸汽来对整个系统灭菌。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述容器是容量范围在50ml和400ml之间，且包括防止逆向污染的一个塞子的一个管。

12.根据权利要求11所述的方法，包括如下步骤：

viii．闭合步骤：所述管被填充之后用一个焊接线闭合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述产品包括：

2％至5％鲸蜡硬脂基葡糖苷；

0.1％至0.5％的卡波姆；

5％至12％的甘油；

2％至10％的辛酸癸酸甘油三酯；

5％至10％的液体石蜡；

水，用以将成分补足至100％；

不包括任何防腐剂。