CN1272341A - 用于对瓶装饮料进行灭菌的连续方法和设备 - Google Patents

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法布里齐奥·普雷蒂
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Abstract

本发明涉及用于对包含在塑料材料瓶内具体说是对苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)瓶内的饮料进行灭菌的连续方法和相关设备。具体地说,本发明涉及一种旋转或线性的对瓶装饮料进行连续灭菌的设备,该设备包括沿该设备操作线设置的多个灭菌装置,每个灭菌装置都制作成能包含要进行灭菌的瓶。灭菌装置最好是用于生成流体静力学高压的装置。

Description

用于对瓶装饮料进行灭菌的连续方法和设备
本发明涉及用于对包含在塑料材料瓶内具体说是PET(对苯二甲酸乙二醇聚酯)瓶内的饮料进行灭菌的连续方法和相关设备。
实践中存在有多种用于对饮料及其容器进行灭菌—巴斯德灭菌的方法。
第一种方法用热处理来对饮料进行灭菌并在高温下将饮料装瓶，以便将热能用作容器的灭菌剂。这种方法可供能保持其物理化学特征的容器使用并且通常供玻璃或铝(罐)或重结晶PET制的容器使用。
第二种方法是在将饮料装瓶之前用热处理来对饮料进行灭菌并随后在环境温下填充事先杀过菌的容器。这种系统的前提是用化学物理制剂对容器进行灭菌并在填充和封闭步骤用容积为若干立方米的适当消毒箱(称为“白箱”)来保持无菌环境，在工业环境下所述消毒箱难以进行管理。
近年来新食物制品的增多需要能提供除加热以外的灭菌法，以避免改变食物制品性质的不可逆的过程，在所说的新食物制品中已增加了对补充食物来说是重要的维它命和/或微量元素。
在所使用的多种用脉动电场、磁场、微波等的方法中，目前认为使用高压箱的方法是特别重要的，在所说的高压箱中，通过在流体静力学高压下进行处理可以进行灭菌。众所周知，使用高压会导致微生物体细胞在形态上的变化，这就能导致细胞膜的破裂，从而导致微生物体最终的死亡。
高压所导致的变化的程度和变化的早期出现取决于多种因素，包括压力的强度、作用的时间以及所使用的加压/降压循环的类型。
用高压进行灭菌的方法在食品工业中的应用是周知的。但是，这种方法因为使用了其中插入有一批要灭菌的制品的大型高压箱而具有不连续的缺点。此外，这种方法的特征在于长的灭菌循环时间，这部分地是因为所述设备要达到操作压力并在结束时返回大气压力所需的时间。所以，应该注意，这种周知的方法有不佳的通用性并且不能使设备有足够的效率。
本发明的问题是提供用于对瓶装饮料进行灭菌的方法和设备，它们能克服先有技术的缺点特别是克服与效率低有关的问题。
依照后附的权利要求，用一种方法和具体用来实现该方法的设备可以解决上述问题。
可参照下述附图从对以非限制性实例方式给出的某些实施例的说明中清楚地看出构成本发明主题的对瓶装饮料进行灭菌的方法和设备的其它特点和优点，在附图中：
图1是本发明的对饮料装瓶和灭菌的设备的概略平面图；
图2是构成本发明主题的灭菌单元的局部概略透视图；
图3是本发明加压装置的剖面透视图；
图4是图3中的加压装置的门的细节的侧剖图；
图5a-5c按加压装置正剖图示出了将瓶装进图3的加压装置的顺序；
图6是本发明方法的加压和降压的可能循环的曲线图；
图7是本发明方法的加压和降压的第二种可能循环的曲线图。
参照图1，通常用标号1来表示的本发明用于对瓶进行填充和灭菌的设备包括一漂冼单元2、一填充单元3、瓶盖装嵌装置4和一灭菌装置5。
设备1能对瓶6进行连续的装填和灭菌并且可呈如图1所示的旋转体的形式或者呈线性的形式，其中，各种操作单元沿传送带顺序地设置。
图1的设备还包括多个星形传送单元7，它依照周知的并在这种类型的机械中使用的方法将各个瓶传送至和传送自操作单元2、3、4和5。
螺纹分隔件8设置在这些传送单元7中的第一个单元附近，所述第一个单元将到达的瓶传送至漂洗单元2。螺纹分隔件8的功能是将到达的瓶6的间距从基本上接触的状态改变成在操作单元2、3、4和5中进行后续处理所需要的分离状态。
通过传送系统9a将瓶6提供给设备1，并且，当完成处理时，由第二传送系统9b卸下所说的瓶。传送系统9a、9b是周知类型的，所以不作进一步的说明。与此相似，漂洗单元2、填充单元3和瓶盖装嵌单元4与传送单元7是周知类型的，所以不需要作更详细的说明，因为，它们并不构成本发明的主题。
参照图1和图2，灭菌装置5包括多个加压装置10，它们按一定的相互轴向距离设置，所述距离对应于这样的轴向间距，按该距离来供给瓶6。加压装置10以周知的方式连接于灭菌单元5的旋转结构(图中未示出)，所述转旋结构(或可转动结构)是周知类型的并在旋转机械中有广泛的应用。相应凸轮所控制的传动装置10a设置在各加压装置10的下方并与该装置的纵轴相对齐。
在灭菌装置5的下部上，一用于汇集通过泵(图中未示出)与水箱11b相连的水的通道11位于灭菌装置10和传动装置10a的下方，所说的水箱最好在相对灭菌装置5的中心位置处设置在灭菌装置10的上方。正如以下将详细说明的那样，水箱11b通过多个管11a借助阀门24与各个装置10相连。
参照图3，各个灭菌装置10均包括一基本为柱形的中空主体10′，它带有一下部开口12。开口12带有一内边，该内边扩张成喇叭形以形成一锥形座12a。主体10′的顶部包括一封闭盖10″，它最好是截头锥形的。
装置10是由诸如厚度足以抗住其内部产生的高压的不锈钢之类的具有高机械强度的材料制成的。
门13封住了开口12，所说的门具有最好是半球形的凸起上表面。门13的下表面具有扩张成喇叭形的边缘，它们与锥形座12a互补，从而能获得灭菌装置10的封盖，该封盖即使是在内部加压过程中也能确保密封。要包容一适当密封件例如一橡胶O形环的环形座13a也形成在喇叭形边缘的表面上。所述密封件即使在于大气压力下用水来填充装置10的步骤中也能确保防止泄漏。
一操作支臂14铰接于门13的下表面，所述支臂通过终止于小轮的适当从动部件14a与一转轨凸轮15(图2示出了其细节)相连。从动部件14a还以可滑动的方式接合在一引导支承件16上，该支承件与中空主体10′相连，这就能使得中空主体10′沿垂直方向受引导移动。
如图3所述，由于以下将会更清楚地表现出来的原因，将操作支臂14分成两个平行的支臂14′和14″。
配备有开槽18的连杆17也铰接于门13的下表面。与引导支承件16相连的销19插在开槽18内。连杆17相对支臂14′和14″设置在中间位置，以便在门13的开启运动中使操作支臂14与连杆17相交叉。
具有T形截面的活塞20以可滑动的方式插在中空主体10′的上部内。具有密封功能的弹性壁面21a和21b设置在活塞20的下方和上方并与之相接触。活塞20还被下部壁面21a保持成垂直。弹性壁面21a、21b可例如是由适当的耐油塑料材料制成的。
突出于中空主体10′的内壁的环形凸肩20a设置在活塞20的较大直径部分的下方。环形凸肩20a具有在加压过程中对活塞的行程进行限制的功能。所以，应该注意到，在静止状态下，环形凸肩20a与活塞20的大直径部分的下表面之间存在有间隙。
用于包容瓶6的加压箱22在壁面21a的下方被限定在中空主体10′内。诸如与加压箱内壁相连的如图2所示的环或支架之类的定心装置23设置在加压箱22内。定心装置23的功能是使瓶6在多种处理步骤中保持直立并与装置10的纵轴对齐。
具有蘑菇形挡板部件的阀门24刚好在壁面21a的下方被包容在加压箱的上部壁面上。阀门24的功能是在加压步骤之前调节进入箱22内的水流。所以，阀门24通过管11a与水箱11b相连。另外，阀门24也可以直接与主水管相连。
具有蘑菇形挡板部件的第二阀门25设置在加压箱22的同一上部部分上，但最好与第一阀门24相间隔。阀门25的功能是在用水进行填充时排放残留的空气。
选定蘑菇形挡板及其相联的锥形座即使在按高压操作的步骤中也能对阀门进行高度的密封。
完全填充有不可压缩液体的箱26在壁面21b的上方被限定在中空主体10′内。
用于活塞27的座形成在封闭盖10″上，所说活塞通过终止于小轮的从动部件28a而受转轮凸轮28(仅在图2中示出了其细节)的控制。
活塞27具有较大直径的上部部分27′，该部分被包容在相关座内。其上承载有弹簧测力计29的凸肩形成在较大直部分27′与活塞27的较小直径部分之间的交界处附近。
重要的是，活塞27具有这样的截面，其表面面积因以下将显示出的原因而远小于壁面21b的表面面积。
参照附图，构成了本发明主题的用于对瓶装饮料进行灭菌的装置的功能如下所述。
灭菌装置5由一可沿图2所示方向旋转的并且其上固定有灭菌装置10的可转动结构构成。
到达灭菌单元5的瓶6可被星形传送单元7借助传动装置10a(如图2和5a所示)传送至加压装置10。装置10在该位置处是空的并且门13是开启的。
这时，如图5b所示，门13因被凸轮15所移动的操作支臂14的作用而开始关闭。同时，传动装置10a开始回移，以便使瓶6与门13的凸起表面相接合。为了进行这种运动，凸轮15进行一第一负升程，这就能如前所述那样使门13在图5b所示的位置处位于瓶的基体的下面，从而执行静止步骤，在该步骤中，门13保持静止。在静止步骤中，如前所述，传动装置后移，并且，瓶的基体与门13的凸出表面相接合。然后，凸轮进行一第二负升程，该升程能使门13完全关闭。门13的凸出表面被保持成连续地与瓶的基体相接触，并伴随着瓶直至到达了门的关闭位置，如图5c所示。定心装置23可永久地将瓶6保持直立并与中空主体10′的纵轴相对齐。
门13的开启与关闭运动在本质上是周知的并且可通过操作支臂14和连杆17的组合作用来实现。在实践中，将门双较接于操作支臂14和连杆17能使得门在开启时有直立和旋转的位置并在关闭时有水平的且与开口12相对齐的位置。此外，以滑动方式与销19相接合的开槽18的存在能使门在关闭门的最后步骤(或在开启门的最初步骤)进行线性垂直运动，因此，门13的下表面会适当地与锥形座12a相接合。在这一步骤中，销19沿开槽18滑动，所以不会对门施加任何的力。但是，一旦销19到达了开槽18的端部，它就会用作门13的铰接点并使门绕穿过销的轴旋转。
至于装置10的功能，一旦完成了关闭门13的步骤，阀门24就会开启，水通过阀门24进入加压箱22内。同时，用于将残余空气从加压箱22内排出的阀门25也会开启。一旦对加压箱的填充结束，这一点可用从阀门25中的出水量来检测，那么，阀门25和24就会接顺序地关闭。包含在座13a内的门的密封件会在大气压下进行的填充步骤中防止水从底部漏出。
这时，压加步骤开始，活塞27会因凸轮28在箱26内执行预定的行程，而箱26则已经填充有了不可压缩的流体。因此，依照帕斯卡定理，所施加的压力会被放大到弹性壁面21b上。通过活塞20的较小直径部分对壁面21a的作用可进行第二次放大，壁面21a直接与加压箱22内的流体相接触。通过这种方式，可在加压箱22内获得高达10000巴的压力。通过使活塞27返回至活塞座可很容易地进行降压步骤。可重复上述操作，以进行加压和降压循环，最好不超过60秒，这就能在非常短的时间内杀死饮料中存在的微生物体。图6和7示出了为本发明而执行的加压—降压循环的两个实例。正如所看到的那样，最大压力点(10000巴)的后面是部分降压的步骤。仅在循环结来时压力才能回到大气压。
为了减少灭菌所需的时间，可使得加压箱22填充有预热至40℃的水。为此，水箱11b可配备有适当的加热装置。与此相似，可在该温度下事先将饮料装瓶。
由活塞27所施加的取决于活塞在箱26内的行程的特定初始压力对应于加压箱22内的预定压力。例如，这个由活塞27所施加的初始压力最好是500kg/cm2。但是，必需以能产生较高压力的方式来设定活塞行程，因为，由于瓶6未被完全填满，所以，压缩瓶内的残余空气会部分地吸收掉压力箱22内形成的压力。但是，为了防止填充程度因瓶而异从而不可能提供与压力箱22内的一个特定压力相对应的活塞27的初始压力所导致的过压，配备有一弹簧测力计29。设置在例如压力为500kg/cm2的测力计29能通过吸收任何的内部过压而确保加压箱22内有均匀的压力。
在加压和降压的循环完成时，就从装置10中取下瓶6，这时，装置10位于星形传送单元7附近，这就能从灭菌装置5中取下所说的瓶。按相反的次序(见图5a-5c)重复业已说明的用于装填瓶的操作。在开启门13时，压力箱22内存在的水会被通道11所汇集并重新流至水箱11b。
一控制和监视单元(图中未示出)对整个设备的功能进行管理并且适当地实现上述一系列操作。所述控制和监视单元是周知类型的，所以不再作详细说明。
应该注意，业已说明的实施例仅仅是构成了本发明主题的一个具体实施例，本技术的专家在不脱离本发明保护范围的情况下可将任何必要的改进形式加至上述实施例，以使之适用于特定的应用。
例如，可以用诸如使用空气的事先被加压至预定压力的测力计之类的不同类型的测力计装置来取代弹簧测力计29。
可用重力来从装置10中取下瓶，并将瓶汇集到适当地设置其下的袋中。

Claims (16)

1、一种旋转或线性的对瓶装饮料进行连续灭菌的设备，该设备包括沿该设备操作线设置的多个灭菌装置(10)，每个灭菌装置(10)都制作成能包含要进行灭菌的瓶(6)。
2、如权利要求1的设备，其特征在于，所述灭菌装置(10)是用于生成流体静力学高压的装置。
3、如权利要求2的设备，其特征在于，所述灭菌装置(10)包括一中空的主体(10′)，其内部限定了一加压箱(22)，加压箱(22)的底部被门(13)所封住，设置有阀门装置(24、25)以使水进入并使空气逸出，所述灭菌装置(10)包括用于生成流体静力学高压的装置。
4、如权利要求3的设备，其特征在于，所述用于生成流体静力学高压的装置包括用于放大流体静力学压力的装置。
5、如权利要求4的设备，其特征在于，所述用于放大流体静力学压力的装置包括一第一活塞(27)，它与一凸轮(28)相连，箱(26)填充有不可压缩的流体，第一活塞(27)在箱(26)中起作用，箱(26)的底部被弹性壁面(21b)所限定，一第二活塞(20)设置在弹性壁面(21b)的下方并与该壁面相接触，第二活塞(20)的底部被第二弹性壁面(21a)所支承，壁面(21a)将第二活塞与加压箱(22)分隔开，第一活塞(27)具有一定的截面，该截面表面面积小于弹性壁面(21b)的表面面积。
6、如权利要求5的设备，其特征在于，所述第二活塞(20)具有一T形截面。
7、如权利要求5或6的设备，其特征在于，所述第一活塞(27)具有较大直径的上部部分(27′)，其上承载有弹簧测力计(29)。
8、如权利要求1至7中任何一个的设备，其特征在于，用于瓶(6)的定心装置(23)固定在灭菌装置(10)内，所述定心装置(23)的形状是按能使瓶(6)保持直立并与所述装置的纵轴相对齐的方式制成的。
9、如权利要求3至8任何一个的设备，其特征在于，所说的门(13)具有一凸出的上表面，它最好是半球形的并且是向内开启的。
10、如权利要求3至9任何一个的设备，其特征在于，所说的门(13)的底部铰接在一操作支臂(14)和一连杆(17)上，所述操作支臂(14)与凸轮(15)相连。
11、如权利要求1至10任何一个的设备，其特征在于，各个灭菌装置(10)均通过导管(11a)与水箱(11b)相连。
12、如权利要求1至11任何一个的设备，其特征在于，传动装置(jack)(10a)以与灭菌装置的纵轴相对齐的方式设置在各个灭菌装置(10)的下方。
13、如权利要求1至12任何一个的设备，其特征在于，一用于汇集在操作结束时从所述灭菌装置中排放出来的水的通道(11)设置在灭菌装置(10)的下方。
14、如权利要求3至10任何一个的灭菌装置(10)。
15、用于对瓶装饮料进行连续灭菌的方法，该方法包括下列步骤：——提供如权利要求1或2的设备；——将瓶(6)放进各个灭菌装置(10)内；——执行在灭菌装置(10)内的加压和降压的循环；——从各个灭菌装置(10)上取下瓶(6)。
16、如权利要求15的方法，其特征在于，所述加压和降压循环持续不超过60秒，并且，所述压力高达10000巴。
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