JP2006089143A - 容器の殺菌方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器を迅速に殺菌処理する。
【解決手段】容器を旋回移動させつつその内面と外面に殺菌剤のミストを接触させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、飲料用ボトル等の容器を殺菌する方法及び装置に関する。

無菌充填機に適用するボトル等の容器を殺菌する方法として、例えば特許第２８５１３７３号の公報に開示されているように過酢酸水溶液や過酸化水素を容器に噴霧して殺菌する方法が知られている。また、特開平３−２２４４６９号公報にはチャンバ内に噴霧された過酸化水素を加熱して気化させ、その後に空気中で過酸化水素を凝結させて殺菌剤ミストを形成し、このミストを容器と接触させて殺菌を行う方法が開示されている。

特許第２８５１３７３号公報 特開平３−２２４４６９号公報

ＰＥＴボトル等の無菌充填システムとして、ボトルの成形から内容物の充填までを同一のライン上で一貫して行うインライン型のシステムがある。このシステムでは毎分５００〜１０００本程度の処理能力が望まれており、これを達成するためには、ボトルの殺菌に要する時間の短縮が課題とされている。ところが従来の過酸化水素水を噴霧する方法では、高濃度の過酸化水素を使用しているため、殺菌能力は十分であるものの、プラスチック製の容器の表層へ過酸化水素が吸着、浸透し、その除去に手間がかかって殺菌工程を短縮できない。

本発明は、各種の容器を高速かつ確実に殺菌できる殺菌方法、及びそれに適した装置を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の殺菌方法では、容器を旋回移動させつつその内面と外面に殺菌剤のミストを接触させることにより、上述した課題を解決する。

殺菌剤のミストは、殺菌剤の滴を一旦気化した後に凝結して生成されるので、濃度が高く、効率のよい殺菌が行える。ミストの導入後、容器を加熱することにより殺菌効果が向上すると同時に、殺菌剤成分の容器内への浸透が抑制されて殺菌成分が容器の表面に浮かび易くなる。しかも、容器の内部空間に漂っているミストを排出させることにより、殺菌効果の面からみて余剰な殺菌剤の容器内面への付着を防止し、容器への殺菌剤の浸透をさらに効果的に抑えることができる。そして、ミスト排出後に容器を洗浄することにより、容器に吸着、浸透した殺菌剤を洗い流して殺菌剤の残留濃度を最小限度まで低下させることができる。

本発明の殺菌方法は、前記ミストの導入に先立って前記容器を予備加熱する工程を備えてもよい。予備加熱を行うことにより、ミストの導入当初から高い殺菌効果を発揮させることができ、短時間で効率よく殺菌を行える。容器への殺菌剤成分の浸透をより効果的に抑えることができる。

前記予備加熱工程では、前記容器の全体の加熱に加えて、前記容器の口部（１ａ）を別に加熱してもよい。または、前記予備加熱工程では、前記容器内に熱風を送り込んで前記容器の全体を加熱するとともに、当該容器の口部（１ａ）を別に加熱してもよい。口部は他の部分と比較して温度が上がりにくいため、この部分を別に加熱することにより、予備加熱の効果をさらに効果的に引き出すことができる。容器内への熱風の供給は、容器内に挿入されたノズルから行うことが好ましい。口部の加熱は、例えば口部の外側から熱風を吹き付ける方法により行うことができる。

本発明の殺菌方法では、前記ミストの導入後、前記ミストの排出を開始するまでの間に所定の保持時間を設けてもよい。保持時間を設けることにより、ミストを容器内面に満遍なく接触させて確実に殺菌を行える。なお、保持時間は、ミストを導入する工程からミストを排出する工程への容器の搬送時間として兼用できる。

前記ミストの排出後、前記容器の洗浄を開始するまでの間に所定の待機時間を設けてもよい。このようにすれば、容器の表面に殺菌剤を確実に浮き上がらせて洗浄効果を高めることができる。待機時間は、ミストの排出する工程から洗浄する工程までの容器の搬送時間として兼用できる。

本発明の殺菌方法においては、前記ミストが導入された容器に熱風を送り込んで前記容器の加熱と前記ミストの排出とを行うようにしてもよい。このようにすれば、ミストの排出と容器の加熱とを効率よく行える。

前記洗浄する工程では、加温された洗浄液を前記容器内に導入してもよい。洗浄液を加温しておけば、その熱により殺菌剤の容器表面への染み出しを促して高い洗浄効果を得ることができる。

本発明の殺菌装置は、容器の旋回移動手段を有し、この旋回移動経路に沿って容器外面殺菌手段、容器内面殺菌手段、熱風供給手段及び洗浄手段が配置されていることにより、上述した課題を解決する。

また、本発明の殺菌装置は、容器（１）内に殺菌剤のミストを導入する手段（１６）と、前記ミストが導入された容器内に熱風を送り込む手段（１７）と、前記容器内を洗浄する手段（１９）とを備えることにより、上述した課題を解決する。

これらの装置によれば、容器内に殺菌剤のミストを導入し、そのミストが導入された容器を加熱しつつ容器内からミストを排出させ、ミストが排出された容器内を洗浄することができるので、本発明の殺菌方法を実現できる。

本発明の殺菌装置では、前記ミストの導入に先立って前記容器を予備加熱する手段を備えてもよい。前記予備加熱する手段として、前記容器内に熱風を送り込んで前記容器の全体を加熱する手段と、前記容器の口部を外側から加熱する手段とを設けてもよい。前記洗浄する手段として、加温された洗浄液を前記容器内に導入する手段を設けてもよい。容器内への熱風の供給は、容器内に挿入されたノズルから行うことが好ましい。

以上に説明したように、本発明の殺菌方法及び装置によれば、殺菌剤ミストが導入された容器を加熱してミストによる殺菌効果を高めつつ容器への殺菌剤成分の浸透を抑制するとともに、容器内に漂っている余分な殺菌剤のミストを強制的に排出して殺菌剤成分の容器内への浸透をさらに効果的に防止し、その後に容器を洗浄して容器に吸着、浸透した殺菌剤を洗い流しているので、殺菌剤の残留濃度を最小限度に抑えつつ、容器の内面を短時間で確実に殺菌することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る飲料用ボトルの殺菌手順の概要を示している。この殺菌方法では、まず図１（ａ）に示すように、ボトル１の口部１ａから内部へノズル２が挿入され、そのノズル２から熱風が送り込まれてボトル１が予備加熱される。同時に、ボトル１の口部１ａの外周にはノズル３，３が設置され、それらのノズル３から熱風が口部１ａに吹き付けられて口部１ａがさらに加熱される。これは、ノズル２からの熱風のみでは口部１ａが十分に加熱されないおそれがあるためである。ノズル２からの熱風のみで口部１ａを十分に加熱できるときはノズル３を省略してよい。ノズル２をボトル１内に挿入するのは、熱風をボトル１内に確実に送り込むためである。ノズル２の挿入量は熱風の流量、口部１ａの口径等に応じて適宜変更してよいが、図２に示すようにボトル１の口部１ａと胴部１ｃとの間に設けられたボトル径の遷移領域１ｂにノズル２の先端を位置させるとよい。遷移領域１ｂは、口部１ａの下端からボトル径が最大径の例えば７０％まで拡大する範囲として定義できる。予備加熱は、ボトル１の内面が４０°Ｃ以上となるように行うことが望ましい。

予備加熱されたボトル１はミスト供給工程へと搬送される。ミスト供給工程では、殺菌剤のミストがノズル４からボトル１の内部へと供給される。殺菌剤のミストは例えば図３に示すミスト発生装置３３により生成される。この発生装置３３は、殺菌剤としての過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）の水溶液を滴状にして供給する殺菌剤供給部３５と、この殺菌剤供給部３５から供給された過酸化水素の水溶液をその沸点以上に加熱して気化させる気化部３６とを備える。殺菌剤供給部３５にはスプレー３５ａが設けられる。スプレー３５ａには殺菌剤供給口３５ｂ及び圧縮空気供給口３５ｃが設けられ、それら供給口３５ｂ、３５ｃは図示しない過酸化水素供給源又は噴霧用圧縮空気供給源にそれぞれ接続されている。

供給口３５ｂ、３５ｃから供給される過酸化水素の水溶液と圧縮空気とが二流体スプレー３５ａの内部で混ざり合うことにより、そのスプレー３５ａとエクステンションパイプ３５ｅを介して接続されたノズル３５ｄから気化部３６の気化管３７内に過酸化水素の水溶液がスプレーされる。気化管３７は例えばアスベストリボンからなる外筒３７ａと、気化管３７の内壁を形成するサニタリパイプからなる内筒３７ｂと、外筒３７ａ及び内筒３７ｂとの間に設けられた加熱手段としてのヒーター３７ｃとを有している。気化管３７の下端の吐出口３７ｄに上述したノズル４が接続される。

気化管３７の内部に供給された滴状の過酸化水素はヒーター３７ｃの熱で気化される。気化された過酸化水素は、ノズル４を経てボトル１の近傍に導かれるまでの間の温度降下により再び液化する。これにより、二流体スプレー３５ａにて生成される過酸化水素の滴よりも微細な過酸化水素のミストが生成される。このミスト化された過酸化水素がボトル１の内部に導入されることにより、ボトル１の内面が過酸化水素と接触して殺菌される。なお、容量５００ｍｌのボトル１本に対する過酸化水素ミストの付着量は、３５重量％過酸化水素溶液に換算して５μｌ〜１００μｌの範囲が好ましい。すなわち、過酸化水素を３５重量％含んだ過酸化水素溶液を５μｌ〜１００μｌの範囲でボトル内に供給したときと同等の過酸化水素がボトル１内に付着するようにミストの量を設定することが好ましい。ミストの吹き込み時間はボトル１本に対して０．１秒〜１秒の範囲が好ましい。生成されるミスト中に含まれる過酸化水素の濃度は３５重量％以上が望ましい。殺菌剤は過酸化水素に限らず、殺菌作用を有する各種の薬液を使用できる。

ミストの供給後は熱風供給工程へとボトル１が搬送される。搬送中、ボトル１はその内部に殺菌剤ミストが導入された状態で所定時間保持される。熱風供給工程では、ボトル１の内部にノズル５が挿入され、そのノズル５から熱風が送り込まれる。熱風によりボトル１は内面から加熱され、殺菌剤ミストによる殺菌効果が高めるとともに、過酸化水素のボトル１への浸透が抑制されて過酸化水素がボトル１の内面に浮かび易くなる。さらに、ボトル１の内部に漂っているミストが熱風によりボトル１外へ排出される。この時点では、ボトル１の内面に付着した殺菌剤ミストにより既に殺菌が十分に行われているので、ボトル１の内部空間に漂っているミストを排出しても殺菌効果は損なわれず、むしろ余分なミストを早期に排出することにより、ボトル１の内面への過酸化水素の過剰な浸透を抑え、後工程における洗浄を短時間で済ませられる利点が生じる。

殺菌剤ミストの導入後、熱風の吹き込みを開始するまでの保持時間は１．０〜１０秒の範囲が好ましい。熱風の吹き込みは、ボトル１の内部に漂っているミストをすべて排出できる範囲で行えばよく、時間にして１秒程度で十分である。熱風の温度がボトル１の耐熱温度（例えば６０°Ｃ）以上の場合、熱風の吹き込み時間があまり長いとボトル１が耐熱温度を超えて加熱され、変形等が生じることがあるので注意を要する。ノズル５は予備加熱工程と同じくボトル径の遷移領域１ｂまで挿入することが望ましい。

熱風の供給後は洗浄工程へとボトル１が搬送される。搬送中、ボトル１は加熱された状態で所定時間保持される。そして、搬送の最後にボトル１は上下に反転される。洗浄工程ではボトル１の内部にノズル６が挿入され、そのノズル６から加熱された無菌水が洗浄液として送り込まれる。これにより、ボトル１の内面に付着した過酸化水素が洗い流される。ノズル６は予備加熱工程や熱風供給工程と同様にボトル１の内部の遷移領域１ｂと重なる位置まで挿入することが望ましい。

熱風の供給停止後、無菌水の供給を開始するまでの待機時間は０．１〜１０秒の範囲が好ましい。無菌水は常温でもよいが、加熱した方が洗浄効率が向上して好ましい。洗浄液の温度は４０°Ｃ〜８０°Ｃの範囲が望ましい。上述した熱風供給工程においてボトル１への過酸化水素の浸透が抑制されているので、無菌水による洗浄は短時間で完了できる。例えば５００ｍｌのボトルであれば３秒間程度で完了できる。

図４は上述した殺菌方法を利用した無菌充填システムの一例を示している。この無菌充填システムは無菌チャンバー１０を有している。ボトル１への飲料物の充填に先だって無菌チャンバー１０の内部には所定の殺菌処理が施される。その後、フィルタにて濾過された無菌エアーがチャンバー１０内に常時供給され、チャンバー１０内が陽圧（大気圧よりも高い状態）に保たれる。

無菌チャンバー１０にはボトル１の導入口１１及び排出口１２が設けられる。不図示のボトル成形機にて成形されたボトルは搬送ライン１３に沿って搬送されて導入口１１からチャンバー１０内へ取り込まれ、さらにターンテーブル１４を介して外面殺菌機１５に供給される。外面殺菌機１５はターンテーブル１５ａによって搬送されるボトル１の外面に殺菌剤（過酸化水素）のミストを接触させてボトル１の外面を殺菌する。ターンテーブル１５ａの旋回経路の一部には予備加熱ゾーン１５ｂが設けられる。ゾーン１５ｂではボトル１の内部に図１（ａ）のノズル２が挿入され、そのノズル２がボトル１と同期して移動しつつボトル１の内部に熱風が送られてボトル１が予備加熱される。必要であればゾーン１５ｂには口部１ａを加熱するためのノズル３も設けられる。

外面殺菌機１５にて外面が殺菌されたボトル１は次に内面殺菌機１６のターンテーブル１６ａへと移される。ターンテーブル１６ａの旋回経路の一部には保持ゾーン１６ｂが設けられ、そのゾーン１６ｂを通過することによりボトル１が所定時間保持される。保持ゾーン１６ｂを通過したボトル１は内部殺菌ゾーン１６ｃへ導かれる。内部殺菌ゾーン１６ｃには過酸化水素ミストを供給するノズル４（図１（ｂ）参照）が設けられ、そのノズル４からボトル１の内部へと過酸化水素ミストが供給される。内部殺菌ゾーン１６ｃを通過したボトル１は熱風供給機１７のターンテーブル１７ａへと移される。

ターンテーブル１７ａの旋回経路には保持ゾーン１７ｂ及び熱風吹き込みゾーン１７ｃが設けられる。この保持ゾーン１７ｂを通過することにより、ボトル１はその内部に過酸化水素ミストが吹き込まれた状態で所定時間保持される。熱風吹き込みゾーン１７ｃでは、ボトル１の内部に図１（ｃ）のノズル５が挿入され、そのノズル５がボトル１と同期して移動しつつボトル１の内部に熱風が送られてボトル１が加熱されつつ内部の過酸化水素ミストが排出される。

熱風吹き込みゾーン１７ｃを通過したボトル１はターンテーブル１８を介して洗浄機１９のターンテーブル１９ａへと移される。なお、熱風吹き込みゾーン１７ｃと、ターンテーブル１８から洗浄機１９へのボトル１の受け渡し地点までの間は保持反転ゾーン１８ａが設けられている。ボトル１が保持反転ゾーン１８ａを通過することにより、熱風吹き込みから洗浄開始までの間に所定の待機時間が確保される。また、保持反転ゾーン１８ａを通過する間にボトル１は上下に反転される。

洗浄機１９のターンテーブル１９ａに移されたボトル１には図１（ｄ）のノズル６が挿入され、そのノズル６がボトル１と同期して移動しつつボトル１の内部に加熱された無菌水が送られてボトル１の内部が洗浄される。

洗浄機１９にて洗浄されたボトル１は、続いて搬送用ターンテーブル群２０を経由して充填機２１のターンテーブル２１ａへと移される。このターンテーブル２１ａに沿ってボトル１が搬送される間にボトル１の内部に飲料が充填される。飲料が充填されたボトル１は蓋締め機２２へと導かれる。蓋締め機２２は不図示のキャップをボトル１の口部１ａにねじ込んでボトル１を密封する。なお、蓋締め機２２には、無菌チャンバ１０の外部に設置されたキャップフィーダ２３からキャップ殺菌機２４を介して殺菌されたキャップが供給される。蓋締め機２２にて密封されたボトル１は搬送ライン２５によって排出口１２から無菌チャンバー１０の外部へと搬出される。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。ボトル１からのミストの排出と、ボトル１の加熱とはそれぞれ別の手段にて行ってもよい。例えば、ボトル１の内部から空気を吸引してミストを排出するとともに、ボトル１をその外部に設置された熱源からの輻射熱等によって加熱してもよい。ノズル２の口部内面と対向する位置に熱風の噴出口を設けて口部１ａを胴部１ｃ等とは別に加熱できるようにしてもよい。本発明は飲料用のボトル１に限らず、各種の容器の殺菌に使用できる。予備加熱は省略してもよい。殺菌剤ミストの供給停止後、直ちに熱風供給を開始してもよい。熱風供給によりミストを除去した後、直ちに洗浄を開始してもよい。

容量５００ｍｌのＰＥＴボトル（ポリエチレンテレフタレート製のボトル）を対象として、次の手順に従って細部の条件を変えながら殺菌処理を行った。

１．内径１０ｍｍのノズルから毎分０．１ｍ³の熱風をボトルの内部に供給してボトルを予備加熱した。熱風の温度はノズルの先端付近で１０５°Ｃ〜１２５°Ｃに設定し、ノズルのボトル内への挿入量は３０ｍｍに設定した。同時に、内径５０ｍｍのノズルから８５°Ｃの熱風を毎分０．１ｍ³の流量でボトルの口部に向けて吹き付けた。なお、口部加熱用のノズルの本数はボトル１本に対して２本とした。各ノズルからの熱風の吹き付け時間は３秒間に設定した。熱風吹き込み完了後のボトル内の温度は５０°Ｃに達していた。

２．熱風吹き込みの停止後１秒間ボトルを放置し、続いて過酸化水素ミストをボトル内に０．６秒間吹き込んだ。過酸化水素のボトル内面への付着量は３５重量％過酸化水素溶液に換算して１５〜４０μｌとした。

３．ミストの吹き込み完了後、ボトルを０．５〜３．５秒間放置した。その後、ボトル内にノズルを挿入して熱風を１秒間吹き込んだ。ノズルの内径、挿入量、熱風の温度及び流量は予備加熱時と同様である。

４．熱風の吹き込み後、ボトルを１〜３．５秒間放置した。その後、ボトルを反転し、内径６ｍｍのノズルをボトルの内部に挿入して７０°Ｃに加熱された無菌水を３秒間送り込みボトル内部を洗浄した。無菌水の流量は毎分８．５リットルとした。

また、一部の工程を省略して殺菌処理を行った。

各殺菌条件のそれぞれについて、１０³、１０⁴、１０⁵の枯草菌芽胞を付着させたボトルを５本ずつ殺菌処理し、ボトル内にトリプトソイブイヨン培地を無菌的に分注し、培養、殺菌性の有無を評価した。各殺菌条件における試験結果から確率論的に最確数（ＭＰＮ：most probable number）で生残菌数を算出し、付着菌数と生残菌数との対数値を次の式により求めて殺菌効果を評価した。
殺菌効果＝ｌｏｇ（付着菌数／生残菌数）

テスト結果の一覧を次表に示す。

なお、残留判定、殺菌判定及び総合判定はそれぞれ４段階に分けて評価し、最も良好なものから順に◎、○、△、×で示している。

以上の表から次の点が確認できる。

条件３と条件７とは、過酸化水素ミストの付着量が同一で予備加熱の有無が異なっている。また、条件２と条件６とでは、過酸化水素の残留濃度が同じであり、予備加熱の有無が異なっている。これらの結果から、予備加熱を行ってから過酸化水素ミストを供給する方が殺菌効果が高いことがわかる。但し、ミスト吹き付け後の保持時間を長くすれば、殺菌効果は実用上十分なレベルまで改善される。

次に、条件２と条件８又は条件３と条件９とを比較すると、過酸化水素の残留量又は過酸化水素ミストの付着量が同じでも、過酸化水素ミストをボトル内に導入した後、熱風の送り込みを開始するまでの保持時間が短いと殺菌効果が損なわれることがわかる。

条件１０，１１ではミスト導入後の熱風吹き込みを省略している。条件３と条件１０とを比較すると、過酸化水素ミストの付着量が同一でも熱風吹き込みが省略されると過酸化水素の残留濃度が上昇することがわかる。条件２と条件１１とを比較すると、過酸化水素ミストの残留濃度が同一の場合、熱風吹き込みが省略されると殺菌効果が不足することがわかる。

予備加熱工程におけるボトル口部の加熱の効果をみるため、条件３では口部を外側から加熱せず、条件５ではボトルの口部を外部から加熱した。これらの比較から明らかなように、口部を別に加熱すれば殺菌効果が上昇する。

本発明の一実施形態に係る飲料用ボトルの殺菌手順の概要を示す図。 ボトル内へノズルを挿入した状態を示す図。 殺菌剤のミストを生成するための装置を示す図。 本発明の一実施形態に係る無菌充填システムの平面図。

符号の説明

１ ボトル（容器）
１ａ 口部
２ 予備加熱用のノズル
３ 口部の加熱用のノズル
４ ミスト供給用のノズル
５ ミスト排出用のノズル
６ 洗浄液供給用のノズル
１０ 無菌チャンバー
１５ 外面殺菌機
１５ｂ 予備加熱ゾーン
１６ 内面殺菌機
１６ｃ 内部殺菌ゾーン
１７ 熱風供給機
１９ 洗浄機
２１ 充填機
２２ 蓋締め機
２３ キャップフィーダ
２４ キャップ殺菌機
３５ 殺菌剤供給部
３５ａ 二流体スプレー

Claims (10)

1. 容器を旋回移動させつつその内面と外面に殺菌剤のミストを接触させることを特徴とする容器の殺菌方法。
2. 請求項１に記載の容器の殺菌方法において、容器に殺菌剤のミストを接触させる前に容器を旋回移動させつつ予備加熱することを特徴とする容器の殺菌方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の容器の殺菌方法において、容器の内面に殺菌剤のミストを接触させた後に、容器内に熱風を吹き込むことを特徴とする容器の殺菌方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の容器の殺菌方法において、容器の内面に殺菌剤のミストを接触させた後又は容器内に熱風を吹き込んだ後に、容器内に加熱された無菌水を送って容器内を洗浄することを特徴とする容器の殺菌方法。
5. 容器の旋回移動手段を有し、この旋回移動経路に沿って容器外面殺菌手段、容器内面殺菌手段、熱風供給手段及び洗浄手段が配置されていることを特徴とする容器の殺菌装置。
6. 請求項５に記載の容器の殺菌装置において、容器を殺菌する前に容器を予備加熱する予備加熱手段が、上記旋回移動経路に沿って設けられていることを特徴とする容器の殺菌装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の容器の殺菌装置において、上記容器内面殺菌手段が、容器と同期移動しつつ殺菌剤のミストを容器内に供給するノズルであることを特徴とする容器の殺菌装置。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の容器の殺菌装置において、上記熱風供給手段が、容器と同期移動しつつ熱風を容器内に吹き込むノズルであることを特徴とする容器の殺菌装置。
9. 請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の容器の殺菌装置において、上記洗浄手段が、容器の口部を下に向ける容器反転手段と、容器と同期移動しつつ加熱された無菌水を容器内に下向きの口部から送って容器内を洗浄するノズルとを備えたことを特徴とする容器の殺菌装置。
10. 請求項６に記載の容器の殺菌装置において、上記予備加熱手段が、容器と同期移動しつつ熱風を容器内に吹き込むノズルであることを特徴とする容器の殺菌装置。

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