DE102008037898A1 - Method and device for sterilizing packaging and / or filter material and / or containers, use of plasma in this regard and appropriately treated material or container - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial angegeben, wobei das Material bzw. der Behälter mit einem in einem Plasmareaktor erzeugten Gas behandelt wird. Durch die Plasmabehandlung wird eine deutlich verbesserte Entkeimung von entsprechenden Materialien, insbesondere Verpackungsmaterialien und/oder Behältern zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen, erreicht. Schließlich wird noch die Verwendung von Plasma zur Behandlung solcher Materialien oder Behälter sowie entsprechend behandelte Materialien oder Behälter vorgeschlagen.The invention relates to a method and a device for disinfecting or sterilizing packaging material and / or containers and / or filter material, wherein the material or the container is treated with a gas generated in a plasma reactor. The plasma treatment achieves a significantly improved sterilization of corresponding materials, in particular packaging materials and / or containers for packaging and / or storage of foods, beverages and other hygienically sensitive substances. Finally, the use of plasma to treat such materials or containers as well as appropriately treated materials or containers is suggested.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, insbesondere für Nahrungsmittel, Getränke, Kosmetika, medizinische Geräte und sonstige Produkte mit erhöhten hygienischen Anforderungen, insbesondere auch für Luftfilter für keimfreie Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von Plasma zur Behandlung von solchen Materialien oder Behältern. Schließlich betrifft die Erfindung entsprechend behandelte Materialien bzw. entsprechend behandelte Behälter.The The invention relates to a method and a device for disinfection or sterilization of packaging material and / or containers and / or filter material, in particular for food, Drinks, cosmetics, medical devices and others Products with increased hygienic requirements, in particular also for air filters for germ-free filling and / or packaging equipment. Furthermore, the invention relates to Use of plasma for the treatment of such materials or Containers. Finally, the invention relates appropriately treated materials or treated accordingly Container.
Aus dem industriellen Bereich sind eine Vielzahl von festen, flüssigen oder pastösen Produkten bekannt, die vor der Verwendung bzw. zum Weitertransport in Behältnisse, wie Flaschen, Gläser bzw. Verpackungen ab- oder eingefüllt werden müssen. Um die abgefüllten Produkte danach haltbarer zu machen, werden verschiedene Methoden angewendet, wovon das bekannteste die Wärmebehandlung (Einkochen, Autoklavieren) ist. Dabei werden Keime, die sich im Produkt oder am Verpackungsmaterial befinden, inaktiviert, so dass eine spätere bedenkliche Verkeimung (Verderben) des Produkts unterdrückt oder ganz verhindert wird.Out In the industrial field are a variety of solid, liquid or pasty products known before use or for further transport into containers, such as bottles, Glasses or packaging to be filled or filled have to. To make the bottled products then more durable Different methods are used, of which the best known the heat treatment (boiling, autoclaving) is. there become germs contained in the product or packaging material, inactivated, leaving a later questionable bacterial contamination (Spoiling) of the product suppressed or completely prevented becomes.
Es gibt aber eine Vielzahl von Produkten, die man nicht thermisch behandeln kann oder will, da dadurch z. B. Geschmacksveränderungen entstehen, wertvolle Inhaltsstoffe beeinträchtigt werden (z. B. Vitamine) oder sich das Produkt insgesamt nachteilig verändert (z. B. Karamellisieren, Schmelzen). Des Weiteren stellt die thermische Behandlung erhöhte Anforderungen an das Behältnis, den Verschluss bzw. die Verpackung und ist auch insgesamt sehr kostenintensiv, da hohe Energiemengen aufgewendet werden müssen und sich dieser Prozess darüber hinaus sehr langwierig gestaltet.It But there are a lot of products that you do not treat thermally can or wants, as this z. B. taste changes arise, valuable ingredients are impaired (eg, vitamins) or the product is adversely affected altogether (eg caramelizing, melting). Furthermore, the thermal Treatment increased demands on the container, the closure or the packaging and is also very costly overall, since high amounts of energy have to be spent and themselves Moreover, this process is very tedious.
Obwohl bei der industriellen Verarbeitung und Verpackung von Produkten meist höchste hygienische Sorgfalt angewendet wird, kommt es doch immer wieder zu mikrobiologischen Kontaminationen während des Verpackungs- oder Abfüllvorgangs. Diese können jedoch nicht unmittelbar danach festgestellt werden, sondern erst nach längerer Zeit (Tage, Wochen), wenn sich das Produkt schon beim Endverbraucher befindet. Dabei können nachteilige geschmackliche Wahrnehmungen oder im schlimmsten Fall sogar ernsthafte gesundheitliche Probleme auftreten.Even though in the industrial processing and packaging of products usually highest hygienic care is applied comes it always comes back to microbiological contamination during the packaging or filling process. these can but not immediately after, but first after a long time (days, weeks) when the product already at the end user. This can be disadvantageous taste sensations or even serious at worst health problems occur.
Der kritische Moment, der zu einer mikrobiologischen Kontamination führen kann, findet statt, wenn das Produkt beim Abfüllen oder Verpacken mit dem Material des Behälters oder der Verpackung in Berührung kommt und das Material bereits unerwünschte Keime trägt, die z. B. über den Luftweg oder durch sonstige Kontakte darauf gelangt sein können.Of the critical moment leading to microbiological contamination may take place when the product is bottling or Packaging with the material of the container or packaging comes into contact and the material is already undesirable Carries germs, the z. B. via the airway or through other contacts may have reached it.
In diesem Zusammenhang ist bekannt, entsprechende Abfüll- und/oder Verpackungsschritte in praktisch keimfreier Umgebung (sogenanntes Aseptic Filling) vorzunehmen. Die Atmosphäre in solchen keimfreien Abfüll-/Verpackungsanlagen wird dabei durch Hochleistungsfilter, nämlich sogenannte High Efficiency Particulate Airfilter (HEPA-Filter) bereitgestellt. Solche Filter verfügen über einen derart geringen Porendurchmesser, dass selbst Viren zurückgehalten werden können. Jedoch neigen auch diese Filter zu einer Verkeimung, so dass letztlich die Keimfreiheit während des Abfüll-/Verpackungsschritts nicht sichergestellt werden kann.In In this context, it is known to and / or packaging steps in virtually germ-free environment (so-called Aseptic Filling). The atmosphere in such germ-free filling / packaging systems is thereby High-performance filter, namely so-called high efficiency Particulate Airfilter (HEPA filter) provided. Such filters have such a small pore diameter that even viruses can be held back. however These filters also tend to germinate, so ultimately the sterility during the filling / packaging step can not be guaranteed.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und schonende Entkeimung von Verpackungsmaterial und/oder Behältern kurz vor dem Einfüll- oder Verpackungsvorgang zu realisieren sowie eine wirkungsvolle Entkeimung von Filtermaterial bereitzustellen.Of the The present invention is therefore based on the object, a fast and gentle sterilization of packaging material and / or containers to be realized shortly before the filling or packaging process and to provide effective sterilization of filter material.
Diese Aufgabe ist in Bezug auf ein Verfahren zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, insbesondere von solchen Verpackungsmaterialien aus Kunststoff, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach wird das Material bzw. der Behälter mit einem in einem Plasmareaktor erzeugten Gas behandelt.These Task is with respect to a method of disinfection or sterilization packaging material and / or containers and / or filter material, in particular of such plastic packaging materials, solved with the features of claim 1. After that is the material or the container with a in one Plasma reactor produced gas treated.
Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von derartigen Materialien oder Behältern angegeben.With the features of claim 22 is an inventive Device for disinfecting or sterilizing such materials or containers indicated.
Des Weiteren werden mit den Patentansprüchen 24 und 25 entsprechend behandelte Verpackungs- oder Filtermaterialien oder Behälter bzw. die Verwendung von Plasma zur Behandlung von solchen Materialien oder Behältern vorgeschlagen.Of Further are corresponding to the claims 24 and 25 treated packaging or filter materials or containers or the use of plasma for the treatment of such materials or Containers proposed.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.advantageous Embodiments of the invention are the respective subsequent claims removable.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch die Behandlung mit einem Plasma die hygienischen Eigenschaften von Verpackungs- und Behältermaterialien oder Filtermaterialien, insbesondere jedoch von Verschlusselementen, insbesondere aus Kunststoff, deutlich verbessert werden können.According to the invention It has been recognized that by treating with a plasma the hygienic properties packaging and container materials or filter materials, but especially of closure elements, in particular of plastic, can be significantly improved.
Plasma ist dabei ein teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, das zu einem nennenswerten Anteil freie Ladungsträger wie Ionen, aber vor allem freie Elektronen aufweist. Dabei kann Plasma aus der Umgebungsluft oder anderen geeigneten reinen Gasen oder Gasgemischen erzeugt werden.plasma is a partially or fully ionized gas, that to a considerable extent free charge carriers such as Ions, but especially free electrons. It can plasma from the ambient air or other suitable pure gases or Gas mixtures are generated.
Die
Verwendung von Plasma ist bisher lediglich aus anderen technischen
Gebieten bekannt. So wird in
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass die Oberfläche von Verpackungsmaterialien durch den Kontakt mit Plasma bzw. den im Plasma erzeugten Gasen in besonders vorteilhafter Weise modifiziert wird. Behandelte Materialien werden in wenigen Sekunden entkeimt, d. h. desinfiziert. Die Temperatur steigt dabei nur um wenige Grad C an, was die behandelten Materialien nicht beeinträchtigt.in the Under the present invention, it has been recognized that the surface of packaging materials by contact with plasma or the modified gases produced in the plasma in a particularly advantageous manner becomes. Treated materials are sterilized in a few seconds, d. H. disinfected. The temperature only rises by a few degrees C, which does not affect the treated materials.
In erfindungsgemäßer Weise ist zur Desinfektion der Oberflächen der Verpackungsmaterialien lediglich ein geringer Energieeinsatz erforderlich.In According to the invention, the disinfection of the Surfaces of the packaging materials only a small Energy input required.
Es wird vermutet, dass das Plasma die Luftmoleküle teilweise bis in atomare Bruchstücke aufspaltet und dabei sog. „Reactive Oxidizing Species" (ROS), z. B. aus Luft OH-Radikale, erzeugt. Daneben können elektronisch angeregte Sauerstoffmoleküle sowie atomarer Sauerstoff im Grundzustand und im angeregten Zustand entstehen. Des Weiteren geht die Erzeugung von Plasma unter Anwesenheit von Sauerstoff im Allgemeinen mit der Produktion von Ozon (O3) einher.It is believed that the plasma partially breaks down the air molecules into atomic fragments and thereby generates so-called "reactive oxidizing species" (ROS), eg from air OH radicals In addition, the generation of plasma in the presence of oxygen is generally associated with the production of ozone (O 3 ).
Das Plasma bewirkt einen Elektronenaustausch an der Oberfläche der behandelten Materialien, was zu einer Hydrophilisierung der Oberfläche führt und somit die „Klumpenbildung" von Mikroorganismen verringert.The Plasma causes an exchange of electrons on the surface the treated materials, resulting in a hydrophilization of the Surface leads and thus the "clumping" reduced by microorganisms.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial, sondern lässt sich auch erfolgreich zur Behandlung von Filtermaterial einsetzen, um eine Verkeimung zu beseitigen. So kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Zusammenhang mit Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen zur periodischen Behandlung dort eingesetzter HEPA-Filter genutzt werden. Es sind jedoch auch alle anderen denkbaren Filtermaterialien behandelbar.The inventive method is not only suitable for disinfection or sterilization of packaging material, but can also be successfully used to treat filter material use to eliminate microbial contamination. Thus, the inventive Method especially in connection with filling and / or Packaging plants for the periodic treatment used there HEPA filters are used. However, there are also all other possible Filter materials treatable.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Produkt und/oder die Produktoberfläche mit einem Plasma, insbesondere mit einem nicht-thermischen atmosphärischen Plasma, in Berührung gebracht. Ein atmosphärisches Plasma wird bei Umgebungsdruck aus der umgebenden Luft gewonnen. Bei einem nicht-thermischen Plasma weisen die Elektronen eine höhere Temperatur als die schweren Teilchen auf. So kann die Temperatur des Gases im Bereich der Umgebungstemperatur angesiedelt sein, während einzelne Elektronen sehr hohe Energieinhalte aufweisen. Während die Erzeugung eines atmosphärischen, nicht-thermischen Plasmas bevorzugt ist, ist alternativ auch die Anwendung eines Niederdruck- oder Hochdruckplasmas denkbar. Des Weiteren kann sich das verwendete Plasma auch im vollständigen oder im lokalen thermischen Gleichgewicht befinden. Alternativ kann das Produkt nicht direkt mit dem Plasma, sondern viel mehr mit dem im Plasma erzeugten Gas in Kontakt gebracht werden.In A preferred embodiment of the method is the product and / or the product surface with a plasma, in particular with a non-thermal atmospheric plasma, in Brought in touch. An atmospheric plasma is obtained at ambient pressure from the surrounding air. At a non-thermal plasma, the electrons have a higher Temperature than the heavy particles. So can the temperature of the gas be settled in the range of ambient temperature, while individual electrons have very high energy contents. While the generation of an atmospheric, non-thermal Plasma is preferred, alternatively, the application of a low pressure or high-pressure plasma conceivable. Furthermore, the used Plasma also in complete or local thermal equilibrium are located. Alternatively, the product can not be used directly with the plasma, but much more in contact with the gas produced in the plasma become.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn das mit Plasma behandelte Gas nach der Passage über die zu desinfiziernde Oberfläche recycled wird, d. h. erneut in die Plasmazone eingespeist wird.With The process of the invention will be particularly Good results are obtained when the plasma treated gas after the passage over the surface to be disinfected recycled, d. H. is fed again into the plasma zone.
Es ist eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei dem das erzeugte Gas Ozon (O3) und/oder OH-Radikale und/oder weitere Oxidationsmittel (Reactive Oxidizing Species, ROS) aufweist. Durch das Vorhandensein solcher stark reaktiver Bestandteile werden einerseits Mikroorganismen vernichtet und wird andererseits die Oberfläche des zu behandelnden Materials in oben beschriebener, vorteilhafter Weise konditioniert.An embodiment of the method is preferred in which the generated gas has ozone (O 3 ) and / or OH radicals and / or further oxidants (reactive oxidizing species, ROS). Due to the presence of such strongly reactive constituents, on the one hand microorganisms are destroyed and on the other hand the surface of the material to be treated is conditioned in an advantageous manner as described above.
Eine weitere Wirkungssteigerung ergibt sich, wenn man dem Plasmareaktor zusätzlichen Sauerstoff zuführt. Da der Stickstoff der Luft (mit ca. 78%) nicht an der Plasma-Reaktion teilnimmt, kann hierdurch die Konzentration an ROS deutlich gesteigert werden.A further increase in efficiency results when looking at the plasma reactor supplies additional oxygen. As the nitrogen the air (about 78%) does not participate in the plasma reaction can This significantly increases the concentration of ROS.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gaserzeugung im Hinblick auf einen hohen Gehalt an OH-Radikalen optimiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte festgestellt werden, dass ein erhöhter Gehalt an solchen Hydroxyl-Radikalen im Gasstrom in überraschender Weise zu einer stark verbesserten Entkeimung führt. Die OH-Radikale weisen demnach besonders wirksame antimikrobielle Eigenschaften auf.In a further advantageous embodiment of the invention Process is the gas generation in terms of a high content optimized for OH radicals. In the context of the present invention could be found that an increased content of such Hydroxyl radicals in the gas stream in a surprising manner leads to a greatly improved sterilization. The OH radicals therefore have particularly effective antimicrobial properties on.
Im Hinblick auf einen erhöhten Gehalt an OH-Radikalen ist bevorzugt, dass dem Plasmareaktor Wasser, insbesondere in Form von Luftfeuchtigkeit und/oder Wasserdampf, zugeführt wird. So lässt sich während der Plasmaerzeugung eine erhöhte Ausbeute an OH-Radikalen erzielen, nämlich einerseits aus dem Wasser selber gemäß der Reaktion H2O → OH + H, und andererseits unter weiterer Reaktion des molekularen Wasserstoffs mit dem während der Plasmaerzeugung gebildeten Ozon, nämlich gemäß der Reaktion H + O3 → OH + O2.With regard to an increased content of OH radicals, it is preferred that water is supplied to the plasma reactor, in particular in the form of atmospheric moisture and / or water vapor. Thus, an increased yield of OH radicals can be achieved during the plasma generation, namely on the one hand from the water itself according to the reaction H 2 O → OH + H, and on the other hand with further reaction of the molecular hydrogen with the ozone formed during plasma generation, namely the reaction H + O 3 → OH + O 2 .
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt im Plasmareaktor erzeugtes Ozon durch nachfolgende Beaufschlagung mit UV-Strahlung und einen darauf folgenden Kontakt mit Wasser in OH-Radikale überführt wird. So ist festgestellt worden, dass Ozon mittels einer Beaufschlagung mit UV-Strahlung in elektronisch angeregten atomaren Sauerstoff überführbar ist, nämlich gemäß O3 → O2 + O(1D). Dieser elektronisch angeregte atomare Sauerstoff O(1D) lässt sich durch die weitere Reaktion mit vorhandenem Wasser in OH-Radikale überführen, nämlich gemäß O(1D) + H2O → 2 OH.A further preferred embodiment of the method is characterized in that in a first step, ozone generated in the plasma reactor is converted into OH radicals by subsequent application of UV radiation and subsequent contact with water. Thus, it has been found that ozone can be converted into electronically excited atomic oxygen by means of exposure to UV radiation, namely according to O 3 .O 2 + O (FIG. 1 D). This electronically excited atomic oxygen O ( 1 D) can be converted by the further reaction with existing water into OH radicals, namely according to O ( 1 D) + H 2 O → 2 OH.
Im Hinblick auf eine besonders effektive Bildung des elektronisch angeregten atomaren Sauerstoffs O(1D) einhergehend mit einer möglichst hohen Ausbeute an OH-Radikalen wird vorgeschlagen, dass die verwendete UV-Strahlung eine Wellenlänge von ca. 240 nm bis zu ca. 300 nm, insbesondere ca. 270 nm, aufweist. Im genannten Wellenlängenbereich konnte in überraschender Weise eine besonders hohe Ausbeute an OH-Radikalen erhalten werden.With regard to a particularly effective formation of the electronically excited atomic oxygen O ( 1 D), accompanied by the highest possible yield of OH radicals, it is proposed that the UV radiation used has a wavelength of about 240 nm up to about 300 nm, in particular about 270 nm. In the stated wavelength range, a particularly high yield of OH radicals could be obtained in a surprising manner.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Plasma, vorzugsweise ein nicht-thermisches atmosphärisches Plasma, durch eine dielektrisch behinderte Entladung (Barriereentladung) gewonnen. Dabei kann trotz herrschenden Umgebungsdrucks ein Plasma erzeugt werden, das weit vom thermischen Gleichgewicht entfernt ist. Damit lassen sich besonders energiereiche Elektronen bereitstellen. Obwohl die Durchführung einer dielektrisch behinderten Entladung bevorzugt ist, kann das Plasma auch durch andere Arten erzeugt werden, bspw. durch Laserstrahlung, durch Gleichspannung (Funkenüberschlag), durch Mikrowellenstrahlung, magnetische Anregung oder dergleichen.In In a particularly preferred embodiment, the plasma is preferably a non-thermal atmospheric plasma, by a dielectrically impeded discharge (barrier discharge) won. Despite the prevailing ambient pressure, a plasma can be used produced far from thermal equilibrium is. This makes it possible to provide particularly high-energy electrons. Although the implementation of a dielectrically handicapped Discharge is preferred, the plasma can also by other species be generated, for example by laser radiation, by DC voltage (Sparkover), by microwave radiation, magnetic Suggestion or the like.
Darüberhinaus wird vorgeschlagen, dass Barrieren verwendet werden, welche mit photoaktivem Titandioxid beschichtet sind, wobei die Barrieren gegebenenfalls keramisches Material aufweisen. Keramische Materialien stellen zunächst besonders wirksame Dielektrika bereit. Die Barriere kann nun mit photoaktivem Titandioxid beschichtet werden. Dieses Titandioxid zeichnet sich durch eine Energieaufnahme während der Entladung aus, wobei die aufgenommene Energie daraufhin unter anderem als ultraviolette Strahlung wieder abgegeben wird. Demgemäß kann die so emittierte UV-Strahlung einen wertvollen Beitrag zur wie oben beschriebenen Bildung von elektronisch angeregtem atomarem Sauerstoff O(1D) leisten.In addition, it is proposed that barriers are used which are coated with photoactive titanium dioxide, the barriers optionally having ceramic material. Ceramic materials initially provide particularly effective dielectrics. The barrier can now be coated with photoactive titanium dioxide. This titanium dioxide is characterized by an energy absorption during the discharge, wherein the absorbed energy is then released again, inter alia, as ultraviolet radiation. Accordingly, the UV radiation thus emitted can make a valuable contribution to the formation of electronically excited atomic oxygen O ( 1 D) as described above.
Im Hinblick auf eine Plasmaerzeugung durch elektrische Entladung ist eine Weiterbildung des Verfahrens bevorzugt, bei der die elektrische Spannung von ca. 15 kV bis ca. 40 kV beträgt und/oder die Plasmafrequenz von ca. 5 kHz bis ca. 50 kHz beträgt. Mit diesen Parametern sind besonders gute Ergebnisse erzielt worden.in the With regard to plasma generation by means of electrical discharge a development of the method preferred in which the electrical Voltage of about 15 kV to about 40 kV and / or the Plasma frequency of about 5 kHz to about 50 kHz. With These parameters have been achieved particularly good results.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird das Plasma gepulst erzeugt, wobei ein Takt von ca. 0,1 sec bis ca. 3 sec, insbesondere ca. 2 sec, verwendet wird. Mit diesen Parametern sind gute Ergebnisse erzielt worden.In a further advantageous embodiment of the inventive concept The plasma is pulsed generated, with a clock of about 0.1 sec until about 3 sec, in particular about 2 sec, is used. With these Parameters have been achieved good results.
Die Behandlung der Materialien wird in vorteilhafter Weise so durchgeführt, dass das Material und/oder die Materialoberfläche bzw. der Behälter und/oder die Behälterinnenfläche und/oder die Behälteroberfläche mit dem Plasma, insbesondere einem nicht-thermischen atmosphärischen Plasma, in Berührung gebracht wird. Im Sinne einer schonenden Behandlung, insbesondere unter Beachtung einer Höchstgrenze des Wärmeeintrags, kann es jedoch auch ausreichend sein, die zu behandelnden Materialien mit dem in Plasma erzeugten reaktiven Gas in Berührung zu bringen. Dabei kann das erzeugte reaktive Gas den zu behandelnden Materialien zugeleitet werden. Die Materialien können dabei einen gewissen Abstand von dem Plasma bzw. der Entladungszone einnehmen.The Treatment of the materials is advantageously carried out in such a way that the material and / or the material surface or the container and / or the container inner surface and / or the container surface with the plasma, in particular a non-thermal atmospheric plasma, is brought into contact. In the sense of a gentle treatment, especially taking into account a maximum limit of heat input, However, it may also be sufficient, the materials to be treated with the reactive gas generated in plasma in contact bring to. In this case, the generated reactive gas can be treated Materials are supplied. The materials can do this occupy a certain distance from the plasma or the discharge zone.
Vorzugsweise wird die Behandlung des Produkts in einem Reaktor und/oder in oder hinter einer Entladungszone durchgeführt. In besonders bevorzugter Weise befindet sich dabei eine Entladungszone in einem in geeigneter Weise abgekapselten Reaktor. Das zu behandelnde Produkt wird dann mit dem im Plasma erzeugten reaktiven Gas in Kontakt gebracht. Für einen kontinuierlichen Betrieb ist des Weiteren eine Vorbeileitung für den Produktstrom durch den Reaktor vorzusehen.Preferably is the treatment of the product in a reactor and / or in or performed behind a discharge zone. Especially Preferably, a discharge zone is located in an in suitably encapsulated reactor. The product to be treated is then brought into contact with the reactive gas generated in the plasma. For a continuous operation is further one Provide bypass for the product flow through the reactor.
Als besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich eine Behandlungsdauer von ca. 20 sec bis ca. 120 sec insbesondere ca. 60 sec bis ca. 120 sec, und insbesondere ca. 90 sec herausgestellt. Die genannten Behandlungszeiten stellen dabei einen optimalen Kompromiss zwischen Behandlungserfolg (Keimabtötung) und Wirtschaftlichkeit dar. Das zu behandelnde Material kann wahlweise während der Behandlung auch ständig in Bewegung gehalten werden (In-line Treatment).When particularly advantageous for the invention Procedure has a treatment duration of about 20 sec to about 120 sec, in particular about 60 sec to about 120 sec, and in particular about 90 sec exposed. The mentioned treatment times ask doing an optimal compromise between treatment success (germ killing) and economy. The material to be treated can optionally during the treatment also constantly in motion be kept (in-line treatment).
Sofern das zu behandelnde Material nicht direkt mit dem Plasma in Berührung kommen soll bzw. darf, hat sich ein Abstand des zu behandelnden Materials von dem Plasma bzw. von der Entladungszone von ca. 5 cm bis ca. 20 cm, insbesondere von ca. 11 cm bis ca. 17 cm, als besonders wirksam erwiesen.Provided the material to be treated is not in direct contact with the plasma should come or may, has a distance to be treated Material from the plasma or from the discharge zone of about 5 cm to about 20 cm, especially from about 11 cm to about 17 cm, as a special proved effective.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Materialien bzw. Behälter aus Kunststoff besonders gut antimikrobiell behandeln. Solche Materialien tolerieren im Allgemeinen keine starke Temperaturerhöhung, so dass eine thermische Behandlung meist nur mit einer letztlich nicht ausreichenden Erhitzung durchführbar ist.With the process of the invention can be materials or plastic containers particularly good antimicrobial to treat. Such materials generally do not tolerate strong ones Temperature increase, allowing a thermal treatment usually feasible only with an ultimately insufficient heating is.
Daher sind diese Materialien prädestiniert für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Therefore These materials are predestined for the application the method according to the invention.
So lassen sich Materialen bzw. Behälter zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach, schonend und schnell entkeimen.So can be materials or containers for packaging and / or Storage of food, drinks and other hygienic sensitive substances with the inventive Easy, gentle and quick sterilization process.
Besonders gute Ergebnisse sind bei der Behandlung von Getränkeflaschen und insbesondere den zugehörigen Verschlusselementen (Schraubdeckel) aus Kunststoff erzielt worden. Bei den behandelbaren Getränkeflaschen kann es sich sowohl um Einweg- als auch um Mehrwegprodukte handeln. Obwohl die verwendeten Schraubdeckel stets fabrikneu auf die Getränkeflaschen aufgebracht werden, ist eine vorherige Entkeimung notwendig, insbesondere beim Abfüllen von Limonade, Säften oder dergleichen Erfrischungsgetränken.Especially Good results are in the treatment of beverage bottles and in particular the associated closure elements (screw cap) made of plastic. For the treatable beverage bottles It can be both disposable and reusable. Although the screw caps used always brand new on the beverage bottles be applied, a previous sterilization is necessary, in particular when bottling lemonade, juices or the like Soft drinks.
Alternativ oder zusätzlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch beliebige Filtermaterialien, insbesondere jedoch HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Airfilter) behandeln, welche zur Luftreinigung für keimfreie Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen verwendbar sind.alternative or in addition can be with the inventive Process also any filter materials, but especially HEPA filters (High Efficiency Particulate Air Filter) treat which for air purification for germ-free filling and / or Packaging plants are used.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial weist schließlich eine Ein- und/oder Ausschleussvorrichtung für das zu behandelnde Material und/oder Behälter auf. Dadurch ist eine kontinuierliche und rasche Behandlung der Materialien ermöglicht.A preferred device for disinfecting or sterilizing packaging material and / or containers and / or filter material finally shows an input and / or rejection device for the treatment to be treated Material and / or container on. This is a continuous and rapid treatment of the materials.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Versuchsbeispielen zu verweisen. Die nachfolgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstands, ohne ihn jedoch auf diese beschränken zu wollen.It Now there are different ways of teaching the present Invention in an advantageous manner and further develop. On the one hand, on the subordinate claims, on the other hand, the following explanation of experimental examples to refer. The following examples are for closer Explanation of the subject invention, but without him to limit to this.
Versuchsbeispieletest Examples
Versuchsbeispiel 1:Experimental Example 1
Zur Feststellung der Wirksamkeit der im Plasma erzeugten oxidierenden Species (ROS), insbesondere Ozon und OH-Radikale, wurde eine Vielzahl von Versuchsschalen mit einer Methylenblau-Lösung dem erzeugten Gas ausgesetzt. Methylenblau ist ein Phenothiazin-Derivat und ein bekannter Redoxindikator. Eine oxidierende Wirkung des erzeugten Gases führt dabei zu einer Entfärbung der anfangs tiefblauen Lösung.to Determination of the effectiveness of plasma-generated oxidizing Species (ROS), especially ozone and OH radicals, has become a variety of test dishes with a methylene blue solution produced Exposed to gas. Methylene blue is a phenothiazine derivative and a known redox indicator. An oxidizing effect of the produced Gas leads to a decolorization of the initial deep blue solution.
Dabei sind folgende Parameter variiert worden:
- – Abstand vom Plasma (6 cm, 11 cm und 17 cm),
- – Behandlungsdauer (60 sec, 90 sec und 120 sec),
- – Feed für den Plasmareaktor (Luft oder reiner Sauerstoff, ggf. mit Wasserbeimischung), und
- – zusätzlicher Einsatz von UV-Strahlung.
- Distance from the plasma (6 cm, 11 cm and 17 cm),
- Duration of treatment (60 sec, 90 sec and 120 sec),
- - Feed for the plasma reactor (air or pure oxygen, possibly with added water), and
- - additional use of UV radiation.
Die Versuchsschalen wurden unter Variation der oben genannten Parameter mit dem im Plasma erzeugten Gas behandelt. Der Erfolg der Behandlung wurde anhand der erreichten Entfärbung der jeweiligen Probe beurteilt.The Experimental dishes were under variation of the above parameters treated with the gas generated in the plasma. The success of the treatment was determined by the achieved decolorization of each sample assessed.
Während bei der alleinigen Verwendung von atmosphärischer Luft bei allen drei Abständen und einer Behandlungsdauer von 120 sec nur eine schwache Entfärbung festgestellt werden konnte, führte die Versorgung des Plasmareaktors mit reinem Sauerstoff bei Entfernungen von 6 cm und 11 cm bereits zu einer deutlichen Entfärbung, wobei hier mit einer Behandlungsdauer von 60 sec das schlechteste Ergebnis erzielt wurde.While with the sole use of atmospheric air at all three intervals and a treatment duration of 120 sec only a slight discoloration can be detected could supplied the supply of the plasma reactor with pure Oxygen at distances of 6 cm and 11 cm already to one clear decolorization, taking here with a treatment period of 60 sec the worst result was achieved.
Wurde dem Feed-Strom aus reinem Sauerstoff zusätzlich Wasser beigemischt, konnte auch bei einer Entfernung von 17 cm und einer Behandlungsdauer von 90 sec bereits eine deutliche Entfärbung festgestellt werden. Diese Entfärbung war beim selben Abstand und derselben Behandlungsdauer ohne die Zugabe von Wasser deutlich geringer ausgeprägt.Has been the feed stream of pure oxygen additionally water admixed, could also at a distance of 17 cm and a Treatment period of 90 sec already a significant discoloration be determined. This discoloration was at the same distance and the same treatment time without the addition of water significantly less pronounced.
Bei einer Behandlungsdauer von 120 sec und der Verwendung von Sauerstoff mit Zugabe von Wasser ist bei einem Abstand von 17 cm eine beinahe vollständige Entfärbung gelungen.at a treatment time of 120 sec and the use of oxygen with the addition of water is at a distance of 17 cm one almost complete decolorization succeeded.
Die mit Abstand besten Ergebnisse sind mit reinem Sauerstoff als Feed unter Zugabe von Wasser und der zusätzlichen Verwendung von UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 270 nm gelungen. Hier konnte sowohl bei einem Abstand von 11 cm und einer Behandlungsdauer von 90 sec als auch bei einem Abstand von 17 cm und einer Behandlungsdauer von 120 sec eine vollständige Entfärbung der Probe erreicht werden. Bei einem Abstand von 6 cm und einer Behandlungsdauer von 60 sec war die Probe deutlich aufgehellt, jedoch noch nicht vollständig entfärbt.The By far the best results are with pure oxygen as a feed with the addition of water and the additional use succeeded by UV radiation with a wavelength of 270 nm. Here could at a distance of 11 cm and a treatment duration of 90 sec as well as at a distance of 17 cm and a treatment time 120 sec complete discoloration of the sample be achieved. At a distance of 6 cm and a treatment period After 60 seconds, the sample was significantly brightened, but not yet completely decolourised.
Versuchsbeispiel 2:Experimental Example 2:
Es wurden eine Vielzahl von Proben, bestehend aus Schraub-Verschlusskappen für Getränkeflaschen aus Kunststoff (Polystyrol), mit verschiedenen Keimen und Sporen künstlich kontaminiert und anschließend einer Behandlung im Plasma unterzogen. Dabei konnten die Keime innerhalb von 60 sec um 5 log-Stufen (d. h. 99,999%) reduziert werden.It were a variety of samples consisting of screw caps for plastic beverage bottles (polystyrene), artificially contaminated with various germs and spores and then subjected to treatment in plasma. In this case, the germs within 5 sec by 5 log levels (ie. H. 99.999%).
Versuchsbeispiel 3:Experimental Example 3:
Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte
Inaktivierungsrate ist anhand zweier verschiedener Mikroorganismen
ermittelt worden. Dabei sind einerseits mit Aspergillus Niger (Schwarzschimmel)
und andererseits mit Bacillus atrophaeus (vormals Bacillus subtilis,
Heubazillus, ein weit verbreitetes grampositives, stäbchenförmiges
und begeißeltes Bakterium, welches ein aerob wachsender
Endosporenbildner ist) kontaminierte Proben bereitgestellt und behandelt
worden. Die erreichte Reduktion der Keimzahl (KBE = Koloniebildende
Einheiten) ist zusammen mit der jeweiligen Behandlungszeit der nachfolgenden
Tabelle entnehmbar:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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