DE68929524T2

DE68929524T2 - Sterilisierung

Info

Publication number: DE68929524T2
Application number: DE68929524T
Authority: DE
Inventors: Helge Bakketun Castberg; Nigel Anthony Stotfold Chant
Original assignee: Elopak Systems AG
Current assignee: Elopak Systems AG
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1989-05-04
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2009-05-05
Also published as: ATE283711T1; EP1080734B1; FI892148A; JPH0257167A; IN171913B; DK219889A; EP0722741A2; IE62133B1; NO891852L; EP0722741A3; DK219889D0; GB8810603D0; DE68929312T2; AU613747B2; CA1334257C; NO891852D0; ATE202712T1; FI892148A0; NO301104B1; EP1080734A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren. Dieses Verfahren findet allgemeine Anwendung, wird jedoch speziell bei Verpackungen angewandt.
Derwent, Aktenauszüge AN 85-234441 ( JP 60153982 ) beschreibt das Entfernen von Schmutzstoffen von den Oberflächen von Artikeln dadurch, dass fließendes Wasser, das gelöstes Ozon enthält, unter UV-Bestrahlung über die Oberflächen fließt. Das Wasser kann gelöstes Ozon oder Blasen von ozonisiertem Gas enthalten.
Wenn die Schmutzstoffe organische Verbindungen sind, werden sie durch diese Behandlung teilweise oxidiert, wobei Aldehyde, Ketone und Karbonsäuren gebildet werden, und mit Wasser entfernt. Wenn die Schmutzstoffe anorganische Verbindungen sind, lösen sie sich in Wasser oder dispergieren in Wasser und werden so entfernt.
Ozon wird unter UV-Bestrahlung gespalten und bildet ein Sauerstoffradikal, ein Hydroxylradikal und ein Wasserstoffperoxidradikal. Da solche Radikale hochaktiv sind, jedoch eine kurze Lebensdauer haben, werden durch die Behandlung Radikale auf den Oberflächen selbst erzeugt, wo sie am wirkungsvollsten sind. Der Reinigungseffekt wird dadurch weiter verbessert, dass die Reaktivität der Schmutzstoffe durch die UV-Bestrahlung verstärkt werden kann, so dass die Verbindungen in kleinere Partikel und hydrophilere Zusammensetzungen zerfallen. Der Reinigungseffekt verstärkt sich mit steigender Reinigungsdauer und steigender Konzentration an gelöstem Ozon. Die Verwendung von Sauerstoffgas bei der Ozonerzeugung erhöhte die Ozonkonzentration und steigerte den Reinigungseffekt.
Eine solche Behandlung wird zum Entfernen von Schmutzstoffen von der Oberfläche von Artikeln angewandt und dient nicht zum Sterilisieren, bei dem Mikroorganismen lebensunfähig gemacht werden.
In US4309388 wird eine Sterilisiervorrichtung beschrieben, die eine Kapselung aufweist, welche das Oberteil, das Unterteil und die Seiten eines zentralen Sterilisierkapselungsraums sowie angrenzende Einlass- und Auslasskapselungsräume, die sich an gegenüberliegenden Enden der Kapselung von dieser horizontal nach außen öffnen, umgibt. Eine sich kontinuierlich bewegende Fördereinrichtung transportiert zu sterilisierende, oben offene Glasflaschen horizontal durch die Einlass-, Sterilisier- und Auslasskapselungsräume der Kapselung. Der Sterilisierkapselungsraum ist durch Trennwände in eine obere Kammer unterteilt, die sich an ihrem Unterteil unmittelbar oberhalb des Transportwegs der offenen Oberteile der die untere Kammer des Sterilisierkapselungsraums durchlaufenden Flaschen in eine untere Kammer öffnet. Ozonerzeugende Ultraviolettlampen sind in der oberen Kammer angeordnet, und ein Gebläse wälzt die Luft um, die zwischen der unteren und der oberen Kammer zirkuliert und durch die Öffnung der oberen Kammer in die untere Kammer strömt, so dass in der oberen Kammer erzeugtes Ozon in die Öffnungen in den Oberteilen der sich in der unteren Kammer bewegenden Flaschen geleitet wird. Die Ozonspaltung beschleunigende Ultraviolettlampen sind zum Beschleunigen der Spaltung von Ozon in der durch die Einlass- und Auslasskapselungsräume in die Atmosphäre entweichenden Luft in den Einlass- und Auslasskapselungsräumen positioniert.
Das zum Zwecke der indirekten Sterilisierung der Flaschen verwendete UV hat eine Strahlungswellenlänge, die hauptsächlich in dem Wellenlängenband liegt, bei dem Ozon erzeugt wird, und nicht in dem Wellenlängeband, bei dem Mikroorganismen abgetötet werden. Obwohl hauptsächlich UV-Strahlung mit dem Wellenlängenband benutzt wird, bei dem Mikroorganismen abgetötet werden, wird sie nicht dazu verwendet, Mikroorganismen lebensunfähig zu machen, sondern einfach nur zum Abbauen von Ozon nach dessen Erzeugung.
In CH387881 werden als bekannte Prozesse die Verwendung von Gasen oder Dämpfen mit bakteriziden Eigenschaften, z. B. Ozon oder bestimmte Formolprodukte, beschrieben. Als Erfindung wird ein Sterilisiersystem beschrieben, bei dem die zu sterilisierenden Objekte in einer Kapselung gleichzeitig (1) Dämpfen einer bakteriziden Substanz, z. B. Methanogen, Trioxan und Aldylen, (2) von einer mit einer Wellenlänge von 185 nm strahlenden Lampe in der Kapselung erzeugtem Ozon und (3) UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 253,7 nm ausgesetzt werden.
In CH387881 ist die Primärwirkung des Ozons insbesondere für den Bediener des Systems deshalb vorteilhaft, da die Dämpfe von den bakteriziden Substanzen desodoriert und ihnen ihre ätzende Wirkung genommen wird, ohne dass jedoch ihre Toxizität verändert wird. Diese Primärwirkung wird von einer Sekundärwirkung begleitet, bei der die Ultraviolettstrahlung eine Aktivierung der bakteriziden Wirkung nicht nur des Ozons, sondern auch der bakteriziden Dämpfe bewirkt.
In Zusammenfassungen japanischer Patente, Vol. 12, Nr. 22 (C-470) (2869) (JP 62-176595A) wird ein Verfahren zum Spalten einer niedrigmolekularen organischen Substanz durch Zugabe von ozonisiertem Wasser zu eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und die organischen Substanzen-enthaltendem Abwasser beschrieben, wobei das Ganze UV-bestrahlt wird. Es dient nicht zum Sterilisieren von Mikroorganismen.
In US4366125 durchläuft eine lange zu sterilisierende Materialbahn bei Raumtemperatur für einen Zeitraum von ungefähr einer Sekunde eine Atmosphäre aus H₂O₂-Nebel mit niedriger Konzentration und mit einer Tröpfchen-Partikelgröße von ungefähr 10 μm und wird dann ungefähr eine Sekunde lang mit UV-Lampen bestrahlt, die derart positioniert sind, dass gegenüberliegende Oberflächen der Materialbahn bestrahlt werden, wobei das Material durch den Synergieeffekt der Kombination aus diesen beiden Sterilisationsschritten sterilisiert wird.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Sterilisieren gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von UV in der Ozonatmosphäre statt in Luft zu einer Verbesserung bei der Abtötung von Mikroorganismen führt. Es war jedoch nicht erforderlich, zusätzlich zum Ozon eine bakterizide Substanz einzusetzen.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet "Ozon" ein Gas mit beträchtlichen Mengen an O₃-Radikalen und Hydroxylradikalen.
Das verwendete Ozon wird vorzugsweise dadurch erzeugt, dass Luft einem Lichtstrom im Vakuum-Ultraviolettbereich ausgesetzt wird, wobei die Photonen zwischen 8 und 10 eV aufweisen und nur den Sauerstoffanteil ionisieren, wodurch verschiedene aktivierte Sauerstoffverbindungen in der Gasphase gebildet werden. Ein solcher aktivierter Sauerstoff ist vorteilhafterweise PHOTOZONE- (eingetragenes Markenzeichen) Gas, das von der PHOTOZONE- (eingetragenes Markenzeichen) Lampe von Water Management A/S, Oslo, Norwegen, erzeugt wird.
Ein so aktivierter Sauerstoff weist ein relativ höheres Oxidationspotential auf als Ozon, das auf herkömmliche Weise durch Einsatz einer Hochspannung zwischen 8.000 und 10.000 Volt an Elektroden erzeugt wird, und führt somit aufgrund seines höheren Anteils an Hydroxylradikalen zu einer besseren Abtötung von Mikroorganismen.
Die vorliegende Erfindung ist beim Sterilisieren von mit Lebensmitteln in Berührung kommenden Flächen von besonderem Nutzen. Solche Flächen können die Innenflächen von Wänden, Bahnen, Folien, Tassen und Kartons sein. Wenn die Flächen die Innenflächen von zur Befüllung bereitstehenden Kartons sind, kann es sich z. B. um mit Flüssigkeit in Berührung kommende Flächen von Kartons aus Pappe (oder aus Pappe und Aluminiumfolie oder. aus Pappe und Polymer) mit innerer und äußerer Kunststoffbeschichtung handeln. Eine solche Flüssigkeit kann z. B. haltbar gemachte Milch oder haltbar gemachter Orangensaft sein.
Tests, bei denen die mit Lebensmitteln in Berührung kommenden Kartonflächen UV-C ausgesetzt wurden und sich in einer Ozonatmosphäre befanden, zeigten einen Synergieeffekt zwischen UV-C und Ozon.
Ein wichtiger kommerzieller Vorteil der Erfindung ist, dass die erforderlichen Raten zum Abtöten von Mikroorganismen durch Behandlungszeiten erzielt werden, die wesentlich kürzer sind als die bekannter Sterilisierverfahren.
Zum besseren Verständnis und zur besseren Durchführung der Erfindung werden jetzt Beispiele für bekannte Sterilisierbehandlungen und erfindungsgemäße Sterilisierbehandlungen beschrieben.
BEISPIELE 1–7
Diese in Tabelle I aufgeführten Beispiele sind eine Auswahl von verschiedenen Vergleichstests und erläutern die Abtötungseffizienz bei Wirkung von UV-C (254 nm), 2% H₂O₂ und/oder Wärme in unterschiedlichen Atmosphären auf B. subtilis var. globigii (B-17). Luft wird zu Beginn sämtlicher Beispiele erwähnt, da diese die anfängliche Atmosphäre war und blieb, es sei denn, dass/bis ein Ausblasen durch Einleiten von Dampf oder Ozon erfolgte, wobei letzteres die Atmosphäre blieb, es sei denn, dass/bis ein Ausblasen mit Dampf erfolgte.
Die Tests wurden an mit Aluminiumfolie ausgekleideten Kartons mit giebelförmigem Oberteil, die oben nicht versiegelt waren, durchgeführt. Der Abstand von der UV-C-Lichtquelle. und der H₂O₂-Sprühdüsenspitze zum Unterteil der Kartons betrug maximal 28 cm.
Die Kartons wurden vor dem Test mit der Sporensuspension in einer Menge von ungefähr 10⁶ Sporen pro Karton geimpft. Zum Bestimmen der Sporenbelastung im Karton wurden eine Spülung und eine Ausstreichung durchgeführt.
Nach dem Wirkenlassen der verschiedenen Behandlungskombinationen wurden die Kartons zum Entfernen von restlichem H₂O₂ mit Katalase behandelt. Die Kar tons wurden dann auf der Innenseite mit Nähragar bedeckt und zum Zählen der überlebenden Sporen inkubiert.
Die Bedingungen und Wirkzeiten der Tests sind zusammen mit den Ergebnissen in Tabelle 1 aufgeführt, wobei die verschiedenen Behandlungen in jedem Beispiel in ihrer tatsächlichen Sequenz angegeben sind.
Bei jedem Beispiel wurde der Karton mit Photozone, das mit einer Rate von 0,8 l/s zugeführt wurde, 5,0 s lang gespült.
Die Beispiele 6A bis 6D zeigen die außerordentliche Verbesserung, die dadurch erzielt wird, dass UV-C eine feuchte Ozonatmosphäre durchläuft, und die weitere Verbesserung, die durch den Einsatz von H₂O₂-Spray statt eines Wassersprays erzielt wird. Die Beispiele 7A und 7B zeigen die große Verbesserung, die durch vorherige Zugabe von H₂O₂- verglichen mit dem Leiten von UV-C durch eine trockene Ozonatmosphäre – erreicht wird.
Die Beispiele 1 bis 5 zeigen bekannte Behandlungen. Beispiel 6C erläutert die vorliegende Erfindung. Die Zeiträume, die in jedem Beispiel angegeben sind, sind sequentiell und nicht gleichzeitig ablaufende Zeiträume.
Es wurden auch Tests mit den Sporen von Aspergillus niger durchgeführt, da diese als hochresistent gegenüber Ultraviolettstrahlung bekannt sind. Diese Tests dienten der Kontrolle zur Untermauerung der vorherigen Ergebnisse.
Sporenaufbereitung
Aspergillus niger-Sporen wurden in ein Malzextraktagar geimpft und eine Woche lang bei 25°C inkubiert.
Es wurden Sporen mit einer sterilen Schleife geerntet und in einer Ringerschen Lösung mit ¼-Dichte mit Tween 80 zur Erzielung einer Konzentration von ungefähr 10⁵–10⁶ Sporen/ml suspendiert. Die Sporen wurden mit einem Wattebausch auf der Oberfläche aufgebracht. Die Kartonflächen wurden über Nacht getrocknet und danach den Testbedingungen für das Sterilisieren ausgesetzt.
Es wurden Bacillus subtilis var. globigii B17-Sporen gezüchtet und isoliert.
UV-C-Quelle
Die UV-C-Quelle war eine IWASAKI-Bestrahlungseinrichtung (254 nm UV-C) mit einem intensitätsstarken Sterilisator GHS 490145, neun Lampenaggregaten GHL 400-2 und drei Bestrahlungsaggregaten GE 4301.
Ozon wurde mit einer Photozone-Lampe (185 nm UV-C) von Water Management A/S erzeugt.
Verfahren zum Impfen und Organismen
B. subtilis var. globigii (B17) sind bekanntermaßen hochresistent gegenüber Wasserstoffperoxid und Ultraviolettstrahlung.
Es wurde folgendes Verfahren zum Erzeugen einer Kartonbelastung von 10⁶ angewandt. Eine Stammsuspension aus ungefähr 10⁹/ml verdünnter Lösung wurde in 0,5 ml-Dosen in den Karton gesprüht, wobei der im Karton verbliebene Rest ungefähr 10⁶ betrug. Die Kartons wurden dann über Nacht getrocknet, und die tatsächliche bakteriologische Belastung wurde an ¾ des Kartons untersucht. 9 ml Ringersche Lösung mit einer Dichte von 0,25 wurde. an den Karton gegossen, dieser wurde verschlossen und heftig geschüttelt, und es wurde 20 Sekunden gewartet, dass sich die Lösung am Unterteil des Kartons sammelt. 1 ml wurde mit einer Pipette entnommen, und es wurden weitere Verdünnungen durchgeführt.
Sprühsystem

Es wurde beschlossen, eine bereits im Einsatz befindliche Vorrichtung zu verwenden, mit der die Flächen eines 1-Liter-"Pure-Pak"-Kartons exzellent behandelbar sind. Diese Vorrichtung ist bei Metal Box plc, Reading, Berkshire, Großbritannien, erhältlich. Sprühparameter

Einlassluftdruck	= 90 psi (6,4 kg/cm²)
Zerstäubungsluft	= 80 psi (5,6 kg/cm²)
Impulsluftdruck	= 60 psi (4,2 kg/cm²)
Tankdruck	= 20 psi (1,5 kg/cm²)
Abluftdruck	= 10 psi (1.05 kg/cm²)
Düsenspitze bis Kartonunterteil	= 270–280 mm

Diese Einstellung blieb Standard bei sämtlichen Tests, bei denen ein Sprühen mit H₂O₂ erforderlich war. Die einzige Veränderung betraf die Dauer der Sprühzeit, die zur Erzielung unterschiedlicher Mengen von H₂O₂ im Karton variiert wurde.

Claims

Verfahren zum Sterilisieren, bei dem Mikroorganismen gleichzeitig sowohl Ozon als auch UV-Strahlung hauptsächlich in dem Wellenlängenbereich, der Mikroorganismen abtötet, ausgesetzt werden, um die Mikroorganismen lebensunfähig zu machen, wobei die Tatsache, dass die Mikroorganismen gleichzeitig sowohl Ozon als auch UV-Strahlung ausgesetzt sind, hinsichtlich des Lebensunfähigmachens der Mikroorganismen zu einem Synergieeffekt zwischen der UV-Strahlung und dem Ozon führt und keine weitere bakterizide Substanz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wellenlängenbereich zwischen 220 und 330 Nanometer liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mikroorganismen gleichzeitig Ozon und UV-Strahlung, wie oben genannt, und ferner Feuchtigkeit ausgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Feuchtigkeit durch Versprühen von Wasser oder Dampf bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikroorganismen gleichzeitig Ozon und UV-Strahlung, wie oben genannt, ausgesetzt werden, während sie sich auf der Oberfläche eines Verpackungsmaterials befinden.