DE3036972C2

DE3036972C2 - Verfahren zum Entkeimen von Verpackungsmaterial

Info

Publication number: DE3036972C2
Application number: DE3036972A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Pkl Verpackungssysteme 4000 Duesseldorf De GmbH; Pkl Verpackungssysteme 4000 Duesseldorf GmbH
Current assignee: Pkl Verpackungssysteme 4000 Duesseldorf De GmbH
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1986-04-03
Also published as: CH655071A5; FR2491032B1; ES8302580A1; FI71909B; BE890581A; ZA816813B; IT1138674B; GR75005B; DE3036972A1; DK389281A; FI71909C; GB2084467A; AU551421B2; NO155282B; IT8124222A0; DK152348C; JPS5786438A; DK152348B; FI813001L; ATA417081A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Verpackungsmaterial, insbesondere von aus Zuschnitten vorgeformten Behältern für flüssiges Füllgut, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Sterilisierung vq.n Materal der verschiedensten Art mittels Heißdampf ist seit langem bekannt Eine wirksame Keimtötung mittels Heißdampf-Sterilisierung läßt sich jedoch bei Verpackungsmaterial, sei es in Form von Bahnen, z, B. aus Kurcr-istoffolie oder aus Kunststoff beschichtetem Karton, sei es in Form bereits fertiger Behälter, z. B. hergestellt aus Kartonzuschnitten, innerhalb der für die automatischen Abfüllverfahren notwendig kurzen Stcriüsicrungszeiten in der Größenordnung von wenigen Sekunden nur bei Anwendung von Temperaturen im Bereich von etwa 125 bis 150⁰C erreichen. Das bedeutet, daß das Sterilisieren unter erhöhtem Druck in der Größenordnung von 2,4 bis 5 bar vorgenommen werden muß. Hierdurch erhöht sich aber der für die Sterilisierung notwendige Aufwand beträchtlich, da die Sterilisierungseinrichtung, durch die das Verpakkungsmaterial hindurchgeführt werden muß, gegenüber der Umgebung abgedichtet und auf den erhöhten Druck ausgelegt sein muß. Außerdem wird das Material durch die hohen Temperaturen übermäßig beansprucht. Um die für die Entkeimung notwendigen Temperaturen bei der Sterilisierung mittels Wasserdampf zu senken, ist deshalb auch bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei dem der Wasserdampf angesäuert wird (vgl. GB-PS 10 83 700). Auch bei diesem bekannten Verfahren läßt sich jedoch bei einer

Einwirkungszeit von etwa sechs Sekunden die für die Entkeimung notwendige Temperatur des Dampfes nicht unter 118° C bei Anwendung von gesättigtem Dampf drücken, so daß auch hierbei mit einem Wasserdampf-Liberdruck von etwa 2 bar gearbeitet werden muß.

Es ist weiterhin bereits ein Entkeimungsverfahren für Verpackungsmaterial bekannt (CH-PS 3 61 636), bei dem eine zweistufige Vorgangsweise eingehalten wird, nämlich zuerst auf das Verpackungsmaterial ein flüssiges

Bakterizid aufgebracht und anschließend eine Erhitzung durchgeführt wird. Bei diesem bekannten Verfahren werden jedoch einerseits als Bakterizide außerordentlich scharf wirkende Chemikalien verwendet wie Wasserstoffperoxid, Formaldehyd oder Natriumhypochlorid, die den bekannten Nachteil haben, daß jegliche Reste davon sorgfältig von dem Verpackungsmaterial wieder entfernt werden müssen. Hinzu kommt, daß im Rahmen dieses bekannten zweistufigen Verfahrens eine Behandlungsdauer von wenigen Sekunden nur dann erzielbar ist, wenn die Erhitzung mittels Wärmestrahlung erfolgt, wobei die Temperatur in dem Raum zwischen der zu entkeimenden Materialbahn und dem Wärmestrahler immerhin noch 280⁰C beträgt. Zwar wird im Rahmen dieses bekannten Entkeimungsverfahrens auch die Verwendung von Dampf als Wärmeträger für die Erhitzung angeregt, jedoch in Zusammenhang mit einer einstufigen Vorgangsweise, bei der in dem Dampf zugleich das Bakterizid enthalten ist und durch diesen auf die Materialbahn aufgebracht wird.

Weiterhin ist es auch schon bekannt, beim Einwecken zum Zweck der Entkeimung mit einer organischen Säure, z. B. mit Ameisensäure und Essigsäure, zu arbeiten (vgl. »Sterilisation-Desinfektion-Konservierung-Chemotherapie« K. H. Wallhäußer, Georg Thieme-Verlag, Stuttgart 1967 S. 158 bis 180). Jedoch liegt die Behandlungsdauer bei diesem bekannten Keimtötungsverfahren in der Größenordnung von mindestens 15 Minuten, so daß sich eine Übertragung davon auf die Entkeimung von Verpackungsmaterial innerhalb weniger Sekunden nicht empfiehlt

Schließlich ist es bekannt, die Entkeimung von Verpackungsmaterial mit einer Mischung aus einem gasförmigen Bakterizid, z. B. Salzsäure, im Dampfzustand, und Wasserdampf bei Atmosphärendruck vorzunehmen (US-PS 31 39 323). Jedoch wird auch bei diesem bekannten Verfahren eine hinreichende Entkeimung nur erzielt,

wenn nach einer Einblasdauer des Entkeimungsmittels von ca. 20 Sekunden sich eine Haltezeit von ca. 30 Sekunden anschließt, so daß insgesamt eine Entkeimungsdauer von ca. 50 Sekunden erforderlich ist Dies ist jedoch für die maschinell ausgeführte Entkeimung, z. B. im Rahmen eines Abfüll- und Verpackungsverfahrens, zu lang. Zwar läßt sich die Einwirkungszeit durch eine Vorwärmung des Verpackungsmaterials auf 60⁰C bis auf ca. 10 Sekunden bei diesem bekannten Verfahren senken, jedoch bedeutet die Vorwärmung einen zusätzlichen apparativen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, das auch innerhalb der entsprechend kurzen Behandlungszeit eine einwandfreie Entkeimung des Verpackungsmaterials ergibt, jedoch das Arbeiten unter Atmosphärendruck erlaubt

Erfindungigemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchesl.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der Entkeimungseffekt sowohl durch Anwendung einer organischen Säure als Entkeimungsmittel als auch durch die anschließende Erhitzung mittels Dampf ausgenützt Dabei hat sich überraschend gezeigt, daß durch das vorherige Aufbringen der Säure die Keime in ihrer Resistenz gegen die anschließende Hitzebehandlung, in der Dampf und Säure, teils gleichzeitig, teils nacheinander wirken, soweit geschwächt werden, daß mit Sattdampf von Normaldruck gearbeitet werden kann.

Die Säure wird entweder in feinverteilter Form auf die zu behandelnde Fläche des Verpackungsmaterials, z. B. auf die Innenwände eines Behälters aufgesprüht oder aufgestäubt so daß sie auf dieser Fläche einen dünnen Flüssigkeitsfüm bildet Es ist aber auch möglich, die Säure auf die Fläche aufzutropfen oder aufzugießen, so daß eine Säureschicht gebildet wird. Die gemeinsame Anwendung beider Maßnahmen ist ebenfalls denkbar, z. B. in dem Fall, daß in einen stehenden Behälter die Säure zugleich eingestäubt wird, so daß die witlichen Wände hierdurch benetzt werden, außerdem aber Säure eingetropft wird, so daß sich auf dem bezüglich der Sterilisierung besonders problematischen Boden mit meinen Ecken und Winkern eine Säureschicht bildet

Damit die anschließende Heißdampfbehandlung zugleich der Entkeimung und der Entfernung der Säure dient ist es zweckmäßig, wasserdampfflüchtige Säuren zu verwenden, die durch den Wasserdampf leicht ausgetragen werden. Mit besonderem Vorteil wird mit Säuren gearbeitet die in dem später vom Verpackungsmaterial aufzunehmenden Füllgut entweder enthalten oder mit solchen Säuren artverwandt sind. Dies gilt z. B. bei dem Füllgut Milch oder bei Fruchtsäften für Milchsäure und ähnliche Genußsäuren. Hierdurch wird vermieden, daß Spuren der zur Entkeimung benützten Säure, die unter Umständen am Verpackungsmaterial noch verbleiben, das Füllgut als artfremde Sioffe beeinträchtigen.

Die Wirksamkeit des Verfahrens läßt sich weiterhin dadurch steigern, daß entweder die Säure vor dem Aufbringen auf die zu entkeimende Fläche erwärmt wird, so daß die dem Dampf innewohnende Wärme zu einer sehr raschen Temperatursteigerung sowohl der Säure als auch der zu behandelnden Fläche führt, oder die Fläche selbst z. B. mittels Heißluft vor dem Aufbringen der Säure aufgeheizt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem Erhitzen der Fläche mit strömendem Dampf eine Behandlung mit strömender Heißluft nachgeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zwangslos sowohl auf kontinuierlich durchlaufendes bahnförmiges Verpackungsmaterial als auch auf bereits fertiggestellte Behälter, z. B. aus Kartonzuschnitten gefertigte Faltbehälter, anwenden. Bei letzteren ist die vorstehend bereits erwähnte kombinierte Behandlung zweckmäßig, bei der Säure durch Einsprühen oder Einstäuben mittels Düsen als dünner Film auf die Wände aufgebracht wird, zugleich aber durch Eintropfen auf dem Behälterboden eine dünne Säureschicht erzeugt wird, durch welche im Behälterinneren liegende Ecken und Schnittkanten erfaßt wer-!en. Anschließend wird der heiße Dampf eingeblasen, der sowohl den Säurefilm an den Seitenwänden als auch die Säureschicht auf dem Boden des Behälters zum Verdunsten bringt und infolge des Wärmeüberganges eine Heißbehandlung der Wände und des Boden&bewirkt

Das Verfahren kann aber auch in der Weise ausgeführt werden, daß nur durch Eintropfen auf dem Boden des Behälters die erwähnte Säureschicht erzeugt wird, woraufhin der einströmende heiße Dampf sich mti der verdunstenden Säure anreichert utid bei seinem Überstreichen der Seitenwände eine noch ausreichende Entkeimung bewirkt Bei dieser Verfahrensweise ist es zweckmäßig, durch eine entsprechende Einrichtung, z. B. durch ein Tauchrohr, dafür zu sorgen, daß der heiße Dampf unmittelbar auf die am Boden des Behälters stehende Säureschicht aufgeblasen wird, so daß er sich mit Säure anreichert und gezwungenermaßen beim Ausströmen aus dem Behälter die Scitenwände überstreicht

Das Einsprühen der Säure kann mittels herkömmlicher Zerstäubungsdüsen erfolgen, die mit Druckluft oder mit heißt-Tn Dampf unter Druck arbeiten und durch die ein feiner Nebel und als Folge davon der erwähnte gleichmäßige Benetzungsfilm auf den zu entkeimenden Rächen erzeugt wird. Bei Zerstäubung mit Dampf übernimmt das Zerstäubungsmedium zugleich einen Teil der Funktion des Entkeimungsverfahrens. Die Säure liegt dabei teilweise dampfförmig vor. Bevorzugt verwendete organische Säuren sind Ameisensäure, Essigsäure Apfelsäure, Zitronensäure, Milchsäure und Ascorbinsäure.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispicles näher erläutert

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Förderstrecke f Jr Verpackungsbehälter innerhalb ω einer Abfülleinrichtung, z. B. für Milch. Die Abfülleinrichtung ist nicht näher dargestellt, da sie mit Ausnahme der nachfolgend geschilderten Reihenfolge von Zuführvorrichtungen für Säure bzw. HeiBdampf und Heißluft von bekannter Art sein kann. Das gilt auch für die Fördereinrichtung zur Bewegung der Behälter, die beispielsweise eine Zellenkette ist und für die Anordnung dieser Förderstrecke innerhalb einer Sterilluftzorie, wie sie bei aseptischer Abfüllung üblich ist

Die Behälter t, die beispielsweise gefaltete Behälter aus kunststoffbeschichtetem Karton sind, werden durch die Fördervorrichtung 2, beispielsweise eine Zellenkette, taktweise von links nach rechts bewegt, so daß sie nacheinander die in dJC-Zeichnung ersichtlichen Positionen einnehmen. Die Taktzeit beträgt beispielsweise eine

bis zwei Sekunden. Das Fassungsvermögen der Behälter t ist ein Liter.

In einer Vorwärmstation I wird Heißluft mit einer Temperatur von etwa 200° C in das Innere des dort befindlichen Behälters 1 eingeblasen. Hierdurch werden die Innenflächen des Behälters auf eine Temperatur von etwa 50 bis 7CC vorerwärmt, in der nächstfolgenden Säuresprühstation II wird mittels einer mit Druckluft arbeitenden Zerstäuberdüse 3 ein Säurenebel fan Behälterinneren erzeugt, der auf den Innenwänden einschließlich dem Behälterboden einen feinen und weitgehend kontinuierlichen Niederschlag ergibt, so daß die Wände und der Boden einen Säurefilm tragen. Als Säure wird 90%ige Milchsäure verwendet; die eingesprühte Menge beträgt bei dem angegebenen Fassungsinhalt der Behälter f 0^5 mL

Die anschließende Entkeimungsstation Hl umfaßt im Beispiel drei Taktpositionen, in denen durch entsprechende Dampfleitungen 4 gesättigter Dampf bei Atmosphärendnick. dl h. also mit einer Temperatur von maximal 10(TC. eingeblasen wird. Hierdurch werden der auf den Behälterwänden befindliche Säurefibn sowie die Behälterwandflächen selbst auf die entsprechende Temperatur aufgeheizt. Vorhandene Keime werden abgetötet teils durch Einwirken der heißen Säure teils durch die nachfolgende Dampfbehandlung. Durch Wahl einer bestimmten, ggf. veränderbaren Anzahl von Stationen H und III an der Transportkette kann die Einwirkungszeit von Säure und Dampf variiert werden.

Der Entkeimungsstation Hl folgt eine Nachbehandlungsstation IV, in der wiederum durch entsprechende Düsen 5 Heißluft mit einer Temperatur von 200° C eingeblasen wird. Die Nachbehandlungsstation IV umfaßt im Beispiel zwei Taktpositionen, so daß alle Reste von Säure und Wasserdampf aus dem Behälterinneren entfernt werden.

in der Füllstation V wird der Behälter f mit FüHgut, z. 5. iviiicn, gcfüiii; in der Vcrjicgcbtaüori V! wird das obere Behälterende hermetisch verschlossen.

Die Dampf menge, die in der Entkeimungsstation III zugeführt wird, ist so bemessen, daß in dem Behälter enthaltene Luft weitgehend vollständig verdrängt wird. Infolge der Verweildauer des Behälters 1 in der Entkeimungsstation III beträgt die Einwirkungszeit des Dampfes etwa sechs Sekunden. Im allgemeinen ist eine Einwirkungsdauer von drei bis zehn Sekunden angezeigt.

In der Nachbehandlungsstation IV. in der Heißluft in das Behälterinnere eingeblasen wird, sollen die Wandflächen des Behälters von jeglichen Säure- und Dampfkondensat-Spuren befreit werden. Da jedoch Milchsäure für das Füllgut Milch verwendet wird, also eine mit einem Teil des Füllgutes artverwandte Säure, ist es unschädlich, wenn evtL nach der Entkeimung in der Station Hl geringe Spuren L·» Milchsäure im Behälterinneren verbleiben. Diese Spuren sind zu gering, als daß sie eine Koagulation oder pH-Veränderung der Milch hervorrufen könnten.

Wie erwähnt, wird die Milchsäure in einer Konzentration von 90% eingesetzt Es gilt allgemein, daß möglichst hochprozentige Säure verwendet wird, um den Vorbehandlungsschritt in der Station H wirksam zu gestalten.

Ohne daS dies im Ausführungsbeispiel gezeigt wäre, ist es denkbar, die Behälter durch entsprechende Gestaltung der Fördervorrichtung 2 in den Stationen II, IH und VI so zu führen, daß ihre offene Seite nach unten zeigt Hierdurch werden evtL tropfenförmige Ansammlungen von Säure und Kondensat unter Schwerkrafteinnuß nach unten laufen und vom Behälter abtropfen. Auf diese Weise lassen sich auch nicht wasserdampf flüchtige Säuren nach der Behandlung entfernen, da sie durch das Dampf-Kondensat nach unten weggespült werden.

Um die Wirksamkeit des erßsdaagsgeiBäßen Verfahrens zu demosstnereüi. wird in der beiliegenden TabeHe das Ergebnis einer Versuchsreihe dargestellt bei der in einer dem vorher beschriebenen Beispiel ähnlichen Anordnung Milch unter verschiedenen Bedingungen aseptisch abgefüllt wurde. Jeder einzelne Ansatz wurde mit ca. 500 Packungen in 1-!-Größe durchgeführt Die Prüfung auf Sterilität erfolgte anhand des pH-Wertes nach einer Lagerzeit von 11 Tagen bei Zimmertemperatur.

In Ansatz A, der als Null-Probe dient wurde die Milch in unbehandelte Packungen abgefüllt mit dem Ergebnis, daß 25% der Packungen unsteril waren. Wurden die Packungen nur mit Heißluft (300⁰C 8 see) wie fat Ansatz B oder nur mit Dampf (8 see) wie in Ansatz C behandelt, so lag die Unsterilitätsrate bei 14 bzw. 7%.

In Ansatz D wurden die Packungen mit 03 ml Säure und mit Heißluft (300° C 8 see) behandelt; dabei ließ sich eine geringe Wirkung im Falle der Ameisensäure, nicht aber bei Essig- und Milchsäure beobachten.

Beim Ansatz E, der dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht erfolgte eine Behandlung der Verpackungen mit Säure und Dampf (03 bzw. 1 ml Säure+8 see Dampfeinwirkung), wobei 03 ml Säure eingesprüht (Ei, E3, E5) oder 1 ml Säure eingetropft (Ei Et, Ee) wurden. Dabei erhielt man deutliche Entkeimungseffekte; in vier von sechs Fällen wurde eine sehr gute Sterilitätsrate erzielt Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist offenkundig.

Versuchsschema Einwirkung von	Ansatz	Behandlung	03 ml	Sterilbefund h
Säure Dampf Heißluft			03 ml	% unsteril ^r
_	A	Nullprobe	03 πι!	25 j
__ _\|_	B	nur mit Heißluft		14 ':
— + —	C	nur mit Dampf	*7 i*
+ — +	D	mit Säure+Heißluft
		(ohne Dampf)
	D,	80% Ameisensäure	*2 i*
	D₂	100% Essigsäure	ίο 'i
	Dj	90% Milchsäure	7 S
			ψ

(Fortsetzung)

Versuchsschema Einwirkung von Säure Dampf Heißluft

Ansatz

Behandlung

	Sterilbelund
	% unsleril
03 ml	0
1,0 ml	0
03 ml	2
1,OmI	0
03 ml	0,2
1.0 ml	0

E mit Säure+ Dampf

(ohne Heißluft)

Et 80% Ameisensäure Ej Ameisensäure Ej 100% Essigsäure

E₄ Essigsäure

E₅ 90% Milchsäure Ee Milchsäure Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entkeimen von Verpackungsmaterial, insbesondere von aus Zuschnitten vorgeformten Behältern für flüssiges Füllgut, bei dem die zu entkeimende Fläche des Verpackungsmaterials während einer Zeitdauer von mehreren Sekunden mit heißem Wasserdampf und einer organischen Säure beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu entkeimende Fläche des Verpackungsmaterials zunächst die Säure aufgebracht wird und anschließend die mh Säure benetzte Fläche bei Atmosphärendruck mit strömendem Dampf erwärmt wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure auf die Fläche aufgesprüht oder ίο aufgestäubt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säure auf die Fläche aufgetropft oder aufgegossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Säure eine wasserdampfflüchtige Säure verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dacdrch gekennzeichnet, daß als Säure eine im Füllgut enthaltene Säure oder eine mit dieser artverwandte Säure verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Säure aus der Gruppe Ameisensäure, Essigsäure, Apfelsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Ascorbinsäure verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche vor dem Aufbringen der Säure erwärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Säure vor den· Aufbringen auf die Fläche erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erhitzen der Fläche mit strömendem Dampf die Fläche mit strömender Heißluft nachbehandelt wird.