ES2252796T3 - Un metodo para esterilizar recipientes cerrados. - Google Patents

Abstract

Un método de esterilización de un recipiente, caracterizado por las etapas de sellar el recipiente, someter el recipiente a irradiación con electrones, generándose ozono en el recipiente mediante la conversión de oxígeno atmosférico, y retener el ozono generado en el recipiente cerrado durante un periodo de tiempo suficiente, con el propósito de esterilizarlo.

Description

Un método para esterilizar recipientes cerrados.

La presente invención se refiere a un método para esterilizar un recipiente.

En la industria alimentaria hay una gran necesidad de poder esterilizar recipientes que se fabrican como recipientes cerrados y que cuando posteriormente se llenan, se pueden abrir, llenar, y sellar bajo condiciones estériles. Además, en el mercado hay un gran interés por una botella aséptica de politereftalato de etileno (PET). El tratamiento aséptico a un material de envasado tal como poliéster es bastante inusual ya que este tipo de material se usa mayoritariamente para bebidas no alcohólicas y similares.

Las pistolas de electrones se han usado para recipientes alimentarios con el propósito de esterilizar desde fuera recipientes relativamente delgados, y durante varios años se ha considerado el método de esterilización para usar en la industria de envasado. Cuando una botella de plástico comercial se irradia desde un lado con un generador de electrones energético relativamente bajo y por tanto barato, es relativamente sencillo esterilizar el volumen contenido en la botella así como suavizar las superficies del interior del recipiente. Sin embargo, cuando están implicados otros sitios de la botella, tales como el cuello y la parte inferior, el material en esos sitios es tan grueso y la radiación debida a la baja energía es tan baja que no se puede lograr un efecto letal suficiente. Así, se han desarrollado diferentes sistemas para obtener una esterilización eficaz en este tipo de recipientes, se logra la esterilización vía la parte abierta del recipien-
te.

El efecto esterilizante de los electrones se conoce desde hace mucho tiempo. La irradiación con electrones es un método de esterilización conocido generalmente, y el mecanismo del efecto letal se ha estudiado profundamente. El principal mecanismo letal de la irradiación es que esos electrones en una célula rompen enlaces en la cadena de ADN.

Un problema constante con la esterilización de haz de electrones ha sido que siempre se forma ozono durante la irradiación del material que se esteriliza. Cuando se esteriliza por este método, que principalmente se lleva a cabo en recipientes no cerrados en estrecha relación con el llenado del recipiente, se dedican grandes esfuerzos a tratar este gas venenoso. Esto se puede lograr pasando el recipiente a través de un calentador con aire estéril, el ozono formado se inactiva y/o se ventila en una cantidad lo más grande posible. Alternativamente, se puede eliminar el exceso de ozono con nitrógeno o el proceso de esterilización se puede llevar a cabo al vacío. Sin embargo, todos estos procedimientos son costosos.

Un problema más es que el ozono formado, a su vez, puede reaccionar con el material de envasado, y los productos obtenidos de la reacción pueden dar un sabor a pasado cuando se disuelven del material. Así, se considera que el ozono generado da como resultado limitaciones de productos en esos productos sensibles y más difíciles de envasar.

El propósito de la invención es proporcionar un método del tipo mencionado a modo de introducción, cuyo método permita una esterilización más eficaz de recipientes cerrados de un modo barato y sencillo, eliminándose los problemas anteriormente mencionados.

Para lograr este propósito el método según la invención tiene las características descritas en la reivindicación 1.

Para explicar más la invención se hace referencia al dibujo que acompaña, en el que la figura 1 muestra la muerte de microorganismos como una reducción logarítmica (LGR) tras la irradiación con electrones de botellas de PET selladas que contienen aire (rectángulos cerrados) o helio (rectángulos rayados).

Durante una irradiación con electrones en aire, el oxígeno presente se convierte en ozono. Sin embargo, los diferentes efectos causados por el ozono no están tan bien estudiados como los causados por irradiación con electrones. El ozono es conocido por ser un fuerte oxidante de sustancias orgánicas, pero se han limitado las posibilidades de usar ozono por la alta inversión y los costes de operación de su producción. Sin embargo, se considera que las moléculas de ozono, en la forma de oxígeno activado, por medio de reacciones en cadena aumentan lo que se llama radicales libres que da como resultado que las biomoléculas (ADN, ARN, proteínas enzimáticas y estructurales, y ácidos grasos saturados, etc.) cambian y se destruyen. Así, varias, puede que todas las enzimas en una célula pueden estar influenciadas por el cambio oxidativo de sus centros catalíticos o alostéricos.

El aire que se ha activado por medio de irradiación con electrones se utiliza ,según la invención, en que el recipiente se sella antes de que comience la irradiación con electrones y el ozono formado se retiene en el recipiente cerrado con el propósito de esterilizarlo. Así, se produce un ambiente rico en ozono, que se deja que ejerza su efecto durante un periodo de tiempo adecuado y necesario, para obtener una esterilización satisfactoria.

Sin embargo, se ha encontrado que el ozono formado tiene vida media muy dependiente de su medio, es decir, del material en las inmediaciones de las moléculas de O3. La vida media depende de parámetros tales como la humedad del aire así como de la temperatura y puede variar desde aproximadamente diez segundos a varios días. Una degradación demasiado rápida en un recipiente cerrado daría como resultado que la dosis de esterilización requerida [f(tiempo, concentración)] sea demasiado baja.

Así, se han llevado a cabo experimentos con botellas de PET con el propósito de determinar si el ozono formado en un recipiente cerrado junto con la irradiación con electrones que genera ozono, sería capaz de producir una esterilización eficaz permitiendo al ozono tener un cierto periodo de tiempo para actuar.

Ejemplo 1 Determinación de la vida media del ozono

Se usó un haz de electrones a 300 keV y un analizador Ozomat MP Ozone (Anseros, Alemania) para determinar la degradación del ozono generado por irradiación de recipientes de PET cerrados. El ozono se generó con un voltaje de aceleración de 300 keV y una dosis de 20 kGy en sesenta botellas de PET que se habían sometido a una pequeña presión por encima de la atmosférica con el propósito de evitar la penetración de aire. Después se observaron las concentraciones de ozono en las botellas durante
12,5 h.

Con este tratamiento de irradiación con electrones se determinó una vida media de aproximadamente 5 horas. Se consideró que la vida media era suficientemente larga para obtener un efecto esterilizante de microorganismos que ya han sido dañados por la exposición a los electrones.

Ejemplo 2 Examen de la presencia de cualquier sabor a pasado tras el tratamiento con ozono

Se llevaron a cabo una serie de experimentos para aclarar si hay problemas de sabor a pasado en botellas de PET de 350 ml, en las que se ha inducido ozono por medio de irradiación con electrones, y para examinar si la exposición a ozono durante un periodo largo de tiempo tiene tal efecto, usando una pistola de electrones con un nivel de energía de 300 keV. En relación con esto a las botellas se las aplicó fuerte sobredosis, es decir, dos veces más de la dosis requerida para esterilización. Las dosis se determinaron por medio de un aparato de lectura Far West Radiachromic (Far West Technologies, CA, EEUU).

Se compararon botellas que contienen ozono generado en aire con botellas irradiadas con electrones en una atmósfera inerte. Así, se hicieron pruebas en botellas de PET cerradas de 350 ml por medio de cuatro tratamientos diferentes:

1. Las botellas contenían aire y se irradiaron con una dosis media de 25 kGy;

2. Las botellas contenían aire y se irradiaron con una dosis media de 40 kGy;

3. Las botellas contenían gas nitrógeno y se irradiaron con una dosis media de 25 kGy;

4. Las botellas contenían aire y no se irradiaron pero se trataron como un ejemplo de referencia.

Después de la irradiación las botellas se dejaron reposar durante aproximadamente 24 horas, y después se abrieron y se llenaron con agua filtrada. Después de una incubación posterior de nueve días a temperatura ambiente se llevó a cabo un análisis sensorial para cuantificar el sabor a pasado, que se graduó desde 0 (sin sabor a pasado) a 3 (fuerte sabor a pasado), por un comité de pruebas de sabor.

Se consideró que todas las botellas tratadas tenían un pequeño sabor a pasado aceptable. Así, no se pudieron atribuir diferencias significativas a una diferencia en el nivel de dosis o a diferentes atmósferas en las botellas.

Ejemplo 3 Examen del efecto letal tras el tratamiento con ozono

En esta serie de experimentos se examinó el efecto del ozono en las botellas de PET irradiadas con electrones con referencia al número de microorganismos matados. Se usaron Bacillus pumilus ATCC 27242 y Bacillus subtilis NCA 7252 como organismos de prueba. Se determinó la capacidad de matar a estos microorganismos como la reducción logarítmica que se definió como el número de organismos en una muestra de referencia menos el número de organismos supervivientes.

Se inocularon las botellas de PET con uno de los organismos de prueba y se expusieron a una pistola de electrones (10 MeV, Risö National Laboratories) con dosis de 7 y 9 kGy, respectivamente, después se llenaron las botellas con 50 ml de caldo de cultivo para cada organismo. Las botellas se incubaron y después se analizaron para valorar si en las botellas tuvo lugar crecimiento o no. Los resultados se evaluaron estadísticamente en comparación con muestras de referencia de una manera tradicional (basada en el método de "Número Más Probable") que es bien conocido por el experto en la técnica.

La figura 1 muestra la reducción logarítmica de B. pumilus y B. subtilis en helio y aire (humedad relativa 30%) con dosis de radiación de 7 y 9 kGy, respectivamente, para los dos microorganismos.

Cuando se irradian botellas de PET que contienen una atmósfera reactiva o no reactiva, es decir, aire o helio, respectivamente, se obtiene una diferencia significativa de la reducción logarítmica después de la irradiación con electrones. Así, la reducción logarítmica fue 25% más alta para Bacillus subtilis y 20% más alta para Bacillus pumilus cuando la irradiación se llevó a cabo en aire en comparación con una atmósfera de helio. En relación con esto se podría establecer que el ozono generado en los recipientes efectúa drásticamente la reducción en el número de microorganismos.

Mediante la utilización simultanea así como secuencial, según la invención, de los dos métodos de esterilización, irradiación con electrones y tratamiento con ozono, no sólo se obtiene un efecto aditivo sino también un efecto sinérgico, que es sorprendente. Además, otros experimentos sugieren que también se logra un efecto suplementario ya que los organismos resistentes a radiación no son al mismo tiempo resistentes a ozono y viceversa.

Sin ser en ningún modo enlace a una teoría específica o mecanismo de acción, los efectos obtenidos por la esterilización según la invención podrían deberse a lo siguiente. Cuando se esteriliza con, por ejemplo, 25 kJ por kg, esto corresponde a aproximadamente 109 electrones que pasan a través de un microorganismo durante el proceso de esterilización, y sólo una pequeña parte de estos electrones dará como resultado un efecto letal directo en la forma de destrucción de ADN. Sin embargo, todos los electrones pasan a través de la membrana celular y producen daños en la membrana que debilitan el organismo y da como resultado un incremento de la probabilidad de que el ozono generado mediante la irradiación con electrones sea capaz de penetrar en la célula más fácilmente. Una vez dentro de la célula el ozono puede ejercer su efecto aditivo. Se puede explicar un efecto complementario por los dos métodos de esterilización que es capaz de actuar de modos diferentes. El efecto se hace sinérgico ya que el ozono destruye enzimas, y sobre todo ya que se eliminan los mecanismos enzimáticos de reparación de ADN.

La capacidad de los electrones de penetrar en un material de envasado es relativamente baja pero depende por supuesto de la energía de radiación. Gracias a la invención el nivel de energía requerido para la irradiación con electrones no está influenciado por que el recipiente tenga sitios con un material grueso, tal como por ejemplo el cuello de una botella. En ese sentido se pueden utilizar niveles de energía menores que 300 keV, que da como resultado que se puede utilizar equipamiento comercialmente disponi-
ble.

Una ventaja importante del método según la invención es que el recipiente sin llenar usado se fabrica cerrado e impermeable. Así, tanto la generación como la degradación del gas venenoso tiene lugar dentro de un recipiente ya presellado. Cuando el recipiente se somete a irradiación con electrones tiene lugar una esterilización segura y al mismo tiempo se forma ozono. Antes de que el recipiente se llene se deja actuar al ozono durante tal longitud de tiempo que su acción junto con el efecto inicial de la irradiación con electrones da como resultado una esterilización suficiente del recipiente. Ya que reparar los daños producidos a partir de una irradiación con electrones requiere mucho tiempo, puede ser necesario hacer uso de un tiempo de almacenamiento largo con ozono en el recipiente.

Mientras que el proceso de esterilización aún continúa después del tratamiento del recipiente por medio de irradiación con electrones, el recipiente se transporta al lugar de llenado, donde el recipiente se llena y se resella en un ambiente estéril. Si el tiempo entre la esterilización y el llenado del recipiente es suficientemente largo, la concentración de ozono disminuirá. Como consecuencia, se reduce el inconveniente de manipular un gas venenoso cuando se llena el recipiente. Así, es posible dejar que continúe la degradación en tal extensión que el contenido de ozono no sea dañino cuando el recipiente se abra en la máquina de llenado.

Sin embargo, según la invención el contenido de ozono también se puede ajustar modificando la atmósfera del recipiente. Por ejemplo, se puede incrementar la cantidad de ozono generado en el recipiente mediante la adición de más oxígeno al recipiente antes de su sellado. Además, la velocidad de degradación del ozono puede disminuir bajando la temperatura en el recipiente. En consecuencia, se obtiene una velocidad de degradación incrementada cuando la temperatura incrementa. Cualquier resto de ozono residual en un recipiente puede ser eliminado calentando el recipiente directamente antes del proceso de llenado.

La velocidad de degradación también puede incrementar elevando la humedad en el recipiente. Controlando la humedad en el recipiente también se controla la actividad del agua, que a su vez influye sobre la mortalidad de los microorganismos durante el proceso de esterilización.

Claims (7)

1. Un método de esterilización de un recipiente, caracterizado por las etapas de sellar el recipiente, someter el recipiente a irradiación con electrones, generándose ozono en el recipiente mediante la conversión de oxígeno atmosférico, y retener el ozono generado en el recipiente cerrado durante un periodo de tiempo suficiente, con el propósito de esterilizarlo.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el recipiente se almacena después de la irradiación con electrones pero antes de su llenado.

3. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque para la irradiación con electrones se utilizan niveles de energía más bajos que 300 keV.

4. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque se ajusta la cantidad de ozono en el recipiente modificando su atmósfera.

5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque se modifica la atmósfera cambiando la cantidad de oxígeno en el recipiente.

6. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque se modifica la atmósfera cambiando la humedad en el recipiente.

7. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque se modifica la atmósfera cambiando la temperatura en el recipiente.