JP4162208B2 - 容器を滅菌する方法 - Google Patents

Description

本発明は、減圧可能な滅菌室内にある１群の容器を滅菌する方法に関する。

この種の方法、但しそれとは系列の点で異なる諸ステップを含む方法が、例えば特許文献１により公知である。この公知方法は、満たすべき容器が機械設備内を直線的に移動するいわゆる直線充填器の構成要素である滅菌室内で実施される。その際、滅菌中に１群の、例えば６個の容器が１つの滅菌室内に同時にある。つまり、群の全容器はいつでも当該プロセス周期の同じ位置にある。機械設備は不連続的に作動する。滅菌自体は滅菌室内で生成される低温プラズマによって行われる。

このようなプラズマ滅菌は基本的なことではあるが比較的高いサイクル時間を必要とし、また滅菌が不十分な領域が容器にも滅菌室自体の壁にも再三存在することが判明した。それゆえに公知方法の効率は満足できないものである。
独国特許出願公開第４４０８３０１号明細書

本発明の課題は、減圧可能な滅菌室内にある１群の容器を、但し滅菌に使用する低温プラズマなしに、滅菌する方法において、このように周期的に働く直線充填器が滅菌中著しく向上した効率で働くようにした方法を提供することである。

この課題は、以下のステップを順次実行する方法によって解決される、
‐開口した滅菌室に１群の容器を運び入れるステップ、
‐滅菌室を閉鎖するステップ、
‐滅菌室を５００ｍｂ以下の圧力に予備減圧するステップ、
‐水蒸気と過酸化水素蒸気とを含む蒸気混合物を滅菌室に供給するステップ、
‐蒸気混合物を容器の表面で滅菌と同時に凝縮させるステップ、
‐凝縮液の両方の成分が蒸発する圧力に滅菌室を減圧することによって、生成した凝縮液を除去するステップ、
‐滅菌室に無菌ガスを注入するステップ、
‐滅菌室を開口するステップ、
‐１群の容器を滅菌室から取り出すステップ
を含み、滅菌室を開口する瞬間に滅菌室内で約０．２〜０．８ｍｂの僅かなゲージ圧が存在することを特徴とする、方法。

発明の実施の形態

常に水溶液中に存在する過酸化水素を使用して滅菌する場合、本来の殺菌は、「活性化された」過酸化水素の作用によって純化学的に行われる。その際に使用される用語「活性化」はそれ自体未定義であるが、しかし好適な給熱によって過酸化水素で化学的および／または物理的変化が起き、これが最終的に殺菌をもたらすことが見出された。

本発明に係る方法では、過酸化水素の「活性化」はまさにそれが滅菌に使用されるとき、つまり凝縮時に行われる。それに続く残留過酸化水素の除去は凝縮液の成分が蒸発する圧力に単に減圧することによって行われ、これはごく素早く可能であり、全過酸化水素残留物を確実に除去する。

滅菌に必要な水蒸気と過酸化水素蒸気との蒸気混合物は蒸発器内で生成される。蒸発器が蒸気混合物中に十分に高い濃度の過酸化水素蒸気を有する十分に大量の蒸気を十分に短い時間内に生成できる限り、蒸発器の構成は本発明にとってそれ自体任意である。蒸気混合物中に含まれた過酸化水素の本来の「活性化」はこの場合被滅菌表面で凝縮するときに起きる。これにより蒸気混合物は、極力薄くて均一な液膜で表面を湿潤することになる。僅かな層厚のゆえに、引き続く減圧乾燥時に何らの凍結現象も生じることはない。

本出願人は、凝縮時に遊離する蒸発エンタルピーによって過酸化水素の「活性化」が引き起こされると推測する。凝縮時に遊離する蒸発エンタルピーは、酸素原子が遊離するように過酸化水素分子を解離可能とするのに必要なエネルギーを提供する。この化学的に高反応性の原子酸素がおそらく殺菌作用を担っている。

蒸気混合物の温度、滅菌室流入前の蒸気混合物の圧力、凝縮が起きる滅菌室圧力が、滅菌作用に影響を及ぼすのに利用できる。凝縮圧力はいずれにしても５００ｍｂ以下、主に２５０〜１５０ｍｂの範囲内とすべきであろう。凝縮液の除去時に必要な圧力は適切には４ｍｂの多少下とすべきであろう。

蒸気混合物を運び込むための予備減圧と凝縮液を除去するための後の減圧は異なる時間に同じ滅菌室内で行われるので、滅菌室を減圧するためにベーンポンプと後続のルーツポンプとからなる吸排ユニットを両方の操作ステップ用に使用することができる。但しルーツポンプは予備減圧中適切にはバイパスによって迂回される。これにより、ルーツポンプが過度に高い圧力差に曝されることは防止される。

特に滅菌室が一定の容積を上まわる場合、本発明の他の構成において、滅菌室に供給すべき蒸気混合物が、および／または滅菌室に注入するのに必要な無菌ガスが、滅菌室の上流に設けられる貯蔵容器内にそれぞれ用意され、貯蔵容器が必要とされない操作ステップの間に当該貯蔵容器が再び充填される。これにより、所要の蒸気混合物も後の操作ステップで必要とされる無菌ガスもごく短時間のうちに十分な量を用意することが達成される。さらに、貯蔵容器に注入するのに比較的長い時間が利用できるので、蒸発器または細菌濾過器の所要の処理能力が比較的小さい。

特に無菌ガスを収容する貯蔵容器にとって重要なのは、予め決定可能な圧力がそこに生成され、この圧力が滅菌室内で予想される最終圧力を決定することである。急激な注入のゆえに滅菌室内に発生する圧力が注入中は十分には制御できないのではあるが、滅菌室の最終圧力はこうしてごく精確に確定することができる。滅菌室を開放する瞬間に滅菌室内に約０．２〜０．８ｍｂの僅かなゲージ圧が存在し、この危険な段階のとき例えば非無菌の周囲空気が滅菌済み容器内に達することのないようにしなければならないであろう。

以下、図面に基づいて本発明が詳しく説明される。

図式化した図１は滅菌室１の領域における機械設備の一部を示す。この機械設備は周期的に直線的に移動する機械複合体であり、単一のフレーム内に滅菌室１と充填装置と閉鎖装置とを一体化しており、１時間当り例えば容器約１２０００個の小・中性能用に構想されている。

この図１によれば輸送ベルト２が第１サイクルにおいて１群の容器３を供給方向Ａで滅菌室１の横に運ぶ。この事例において群は合計１０個の容器３を含む。次のサイクルにおいて滅菌室１の横で輸送ベルト２上で待機位置にある容器３は図示しない降下した積込床等のやはり図示しないホルダ内に同時に押し込まれ、次に積込床は上方に滅菌室１内に移動できる。滅菌過程の終了後、積込床は再び降下される。次に続くサイクルでは、いまや滅菌済みの容器４が群として滅菌室１から引き出して輸送ベルト５に引き渡される。輸送ベルトは滅菌済み容器４を輸送方向Ｂで充填装置内に送り、この充填装置は滅菌室１が有する容器場所と同じ数の充填ステーションを有する。その他のサイクルにおいて次に、滅菌済み容器４は再び同時に平行移動によって充填弁の下に移動させて充填することができる。他のサイクルにおいて最後に、充填された容器は充填装置から取り出して再び反対側の輸送ベルト上に移動され、次に輸送ベルトが容器を閉鎖ステーションへと運ぶ。

しかし本発明で問題となるのはもっぱら滅菌室１の領域で起きる操作ステップである。

滅菌室１内の滅菌過程の時間的経過が図２に線図として示してあり、横座標は秒［ｓ］単位の時間ｔ、縦座標は滅菌室１内に存在するミリバール［ｍｂ］単位の圧力Ｐを示す。したがって図２に示す線図の曲線６は時間にわたる圧力推移を示す。

第１操作ステップ（ａ）では１群として用意された容器３が滅菌室１に運び込まれ、これは大気圧（１０００ｍｂ）で行われる。次の操作ステップ（ｂ）において滅菌室１は次にハーメチックに閉鎖される。閉鎖時間には約０．７秒が必要である。

他の操作ステップ（ｃ）の間、滅菌室１は４００ｍｂ以下の圧力、主に約１５０ｍｂに、つまり次に流入する水蒸気と過酸化水素蒸気との蒸気混合物が容器３の表面で凝縮し得るのを可能とする圧力に減圧される。予備減圧には約０．８秒が必要である。

予備減圧された滅菌室１に蒸気混合物を入れるために操作ステップ（ｄ）によれば約０．６秒が予定されている。引き続く操作ステップ（ｅ）による凝縮は、選択された境界条件に応じて、約０．８秒続く。この時間内にすでに説明した過酸化水素の「活性化」が起き、これがきわめて迅速かつ根本的な滅菌がもたらされる。滅菌室内の圧力は蒸気混合物を入れる間、図２から明らかとなるように再び僅かに上昇する。

いまや他の操作ステップ（ｆ）において滅菌済み容器４から凝縮液が除去されねばならず、これは水および過酸化水素の実際の沸点より下の圧力に滅菌室１を減圧することによって行われる。操作ステップ（ｆ）の最終圧力は４ｍｂよりも多少下でなければならないことが判明した。これは滅菌過程のなかで最も時間のかかる段階であり、約３．４秒続く。

凝縮液の排出後、滅菌室１は無菌ガス、例えば無菌空気または無菌窒素が０．５秒以内に急激に注入される。これは操作ステップ（ｇ）の間に行われ、その後、機械設備の外側に存在する大気圧より約０．３ｍｂ上の圧力が達成される。最後に他の操作ステップ（ｈ）、（ｉ）において滅菌室１を開口し、滅菌済み容器４を開放し、開口した滅菌室１から輸送ベルト５に引き渡すことができる。

滅菌室１の積込み積出しを含む滅菌過程の総時間は約１０．８秒である。

滅菌室１に付属した機能要素の協働が図３に概略示してあり、これらの機能要素によって容器３が滅菌される。

ここで周期的に作動する機械設備では操作ステップ（ｃ）、（ｆ）が時間的にずれて起き、それゆえに両方の操作ステップ用に共通する吸排ユニット７を利用することができる。吸排ユニット７はベーンポンプ８とルーツポンプ９とからなる。

操作ステップ（ｃ）、（ｆ）の間にきわめて異なる圧力条件が存在するので、制御可能な弁１０を介して操作ステップ（ｃ）のガス流はバイパス１１によってルーツポンプ９の脇を通すことができ、このルーツポンプ９はいわば圧力の点で短絡することができる。これにより予備減圧段階（ｃ）はベーンポンプ８のみによって処理される。

付加的にガス緩衝器１２が設けられ、制御可能な弁１３を介してこのガス緩衝器を開くことができる場合、段階（ｃ）の始めにガス緩衝器は注入することができ、これにより大量のガスが滅菌室１からこの予備減圧された容積内に急激に流れ、ベーンポンプ８によって移送する必要はない。この場合ベーンポンプ８は小型に設計できよう。充填されたガス緩衝器１２は次に操作ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）の間、つまり本来ポンプ出力が要求されない段階に、再び減圧することができよう。

操作ステップ（ｄ）の間に必要とされる水蒸気と過酸化水素蒸気とからなる蒸気混合物は残りの段階の間に蒸発器１４によって生成され、少なくとも１００°に加熱された貯蔵容器１５内に用意される。蒸気混合物の滅菌室１への流入はやはり加熱された複数の弁１６を短時間開くことによって行われる。弁１６の数は蒸気混合物の滅菌室１への均一な流入をもたらすものでなければならない。滅菌室１にノズル１７が設けられており、これらのノズルを通して蒸気混合物が滅菌室１に流入し、流入の好適な空間的分布と好適な流入速度とを保証する。

過酸化水素水溶液は矢印Ｃ方向で弁１８を介して蒸発器１４に供給される。それが必要な場合、弁１９が蒸発器１４の貯蔵容器１５からの遮断を可能とする。他の弁２０は管路２１を介して貯蔵容器１５の減圧を可能とする。したがって運転開始時に貯蔵容器１５から空気を除去することができる。さらに、必要なら、貯蔵容器１５内で周期的圧力低下を行うこともできる。これが必要となり得るのは、蒸気混合物の滅菌室１への流入後に貯蔵容器１５内に過度に高い残留圧力が残る場合である。

比較的大きな設備の場合、貯蔵容器１５に複数の蒸発器１４が供給すると有意義であることがある。この貯蔵容器１５はプロセスの制御と正常な機能の監視とのために温度センサ２５および圧力センサ２６を有する。

操作ステップ（ｆ）の間に凝縮液が残留物なしに除去されることは圧力センサ２２によって監視される。約３．８ｍｂの限界圧力を下まわると吸排弁２３が閉じられ、注入弁２４を介して無菌ガスは外部圧力に達するまで滅菌室１に注入される。その後にはじめて滅菌室１は開口できる。滅菌室１内で注入ガスを均一に分配させかつ不都合な流れ条件を防止するために複数の注入弁２４が設けられている。同じ理由から吸排弁２３も２つである。

操作ステップ（ｇ）の間、注入のために約０．５秒以内に約１３０標準リットルのガス量が必要とされる。標準リットルのこの数は滅菌室１の容積に一致している。このようなガス流は過度に多く量定されるであろうので注入中に細菌濾過器に通すことができない。この理由から、他の貯蔵容器２７が設けられており、この貯蔵容器は残りのプロセス段階の間連続的に圧縮(gespannt)空気または圧縮窒素でもって細菌濾過器２８および遮断弁２９を介して無菌ガスが充填される。このため、好適なガスが矢印Ｄ方向で弁３１を介して細菌濾過器２８に供給される。

急激な注入のゆえに、滅菌室１内に発生する圧力は事実上制御できない。しかしここでの場合のように容積比が既知である場合、滅菌室１内に発生する圧力は、注入前に貯蔵容器２７内にまったく特定の圧力が生成されることによって精確に確定することができる。この圧力は、圧力均衡後、貯蔵容器２７内で予想される最終圧力を決定する。このため、ごく精密に作動する圧力センサ３０が設けられている。

滅菌室１内の圧力は滅菌室１を開口する前に機械設備の外部圧力にごく精確に一致しなければならず、また圧力差によって発生する有害な流れが外部から滅菌室１の内部に達することのないように約０．３ｍｂの僅かなゲージ圧を有しなければならない。機械ホールから機械設備領域に有菌空気が流入することはいずれにしても避けねばならない。

無菌ガス用貯蔵容器２７の容積は一方で場所が節約されるように極力小さくなければならないであろう。しかし他方で所要の圧力は単に、外部圧力のレベルへの注入精度が損なわれないような高さでなければならないであろう。良好な妥協点は１．５〜２．５ｂａｒである。それとともに貯蔵容器の容積は滅菌室１の容積の１．５倍〜２倍にほぼ一致する。前記配置の場合、管路から単純に取り出した脱油乾燥圧縮空気をこのため使用することができる。

滅菌室とそれぞれ１群の容器を供給し排出する方式の平面図である。 個々の操作ステップを説明する線図である。 本発明に係る方法に必要な機能要素を説明する線図である。

Claims (5)

1. 減圧可能な滅菌室内にある１群の容器を滅菌する方法において、次のステップ、すなわち、
   （ａ）開口した滅菌室に１群の容器を運び入れるステップ、
   （ｂ）滅菌室を閉鎖するステップ、
   （ｃ）滅菌室を５００ｍｂ以下の圧力に予備減圧するステップ、
   （ｄ）水蒸気と過酸化水素蒸気とを含む蒸気混合物を滅菌室に供給するステップ、
   （ｅ）蒸気混合物を容器の表面で滅菌と同時に凝縮させるステップ、
   （ｆ）凝縮液の両方の成分が蒸発する圧力に滅菌室を減圧することによって、生成した凝縮液を除去するステップ、
   （ｇ）滅菌室に無菌ガスを注入するステップ、
   （ｈ）滅菌室を開口するステップ、
   （ｉ）１群の容器を滅菌室から取り出すステップ、
   を含み、
   ベーンポンプとルーツポンプとからなる吸排ユニットが滅菌室を減圧するのに使用され、予備減圧中ルーツポンプがバイパスによって迂回されることを特徴とする方法。
2. 減圧可能な滅菌室内にある１群の容器を滅菌する方法において、次のステップ、すなわち、
   （ａ）開口した滅菌室に１群の容器を運び入れるステップ、
   （ｂ）滅菌室を閉鎖するステップ、
   （ｃ）滅菌室を５００ｍｂ以下の圧力に予備減圧するステップ、
   （ｄ）水蒸気と過酸化水素蒸気とを含む蒸気混合物を滅菌室に供給するステップ、
   （ｅ）蒸気混合物を容器の表面で滅菌と同時に凝縮させるステップ、
   （ｆ）凝縮液の両方の成分が蒸発する圧力に滅菌室を減圧することによって、生成した凝縮液を除去するステップ、
   （ｇ）滅菌室に無菌ガスを注入するステップ、
   （ｈ）滅菌室を開口するステップ、
   （ｉ）１群の容器を滅菌室から取り出すステップ、
   を含み、
   滅菌室に供給すべき蒸気混合物が、および／または滅菌室に注入するのに必要な無菌ガスが、滅菌室の上流に設けられる貯蔵容器内にそれぞれ用意され、貯蔵容器が必要とされない操作ステップの間に当該貯蔵容器が再び充填されることを特徴とする方法。
3. 無菌ガスを収容する貯蔵容器内に予め決定可能な圧力が生成され、この圧力が滅菌室内で予想される最終圧力を決定することを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 滅菌室を開口する瞬間に滅菌室内で約０．２〜０．８ｍｂの僅かなゲージ圧が存在することを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 凝縮液を除去するために滅菌室が約４ｍｂの圧力に減圧されることを特徴とする、請求項１記載の方法。

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