JP6648781B2

JP6648781B2 - 容器の殺菌方法及び容器の殺菌に用いられる３流体ノズル

Info

Publication number: JP6648781B2
Application number: JP2018100308A
Authority: JP
Inventors: 岩下　健; 健岩下; 憲一小南; 春原　千加子; 千加子春原; 美紀平林
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2031-09-15
Also published as: KR20130033451A; CN103118949B; JP2018135156A; WO2012046555A1; JP2016190684A; CN103118949A; US8919359B2; JPWO2012046555A1; US20130183196A1; KR101521899B1; JP6498637B2

Description

本発明は、ＰＥＴボトル等のポリエステル容器、その他容器の殺菌に用いられる３流体ノズルに関する。

アセプテイック充填システムは飲料を充填すべきボトル等の容器および飲料を殺菌し、無菌環境下で飲料を殺菌済みの容器に充填・密封する。容器を殺菌する方法としては、過酢酸水溶液または過酸化水素ミストを用いて容器を殺菌した後、無菌水または熱風で容器を洗浄する方法が広く用いられている。無菌充填システムにおいては、薬液および洗浄用無菌水の使用量はライン構成により決まってくるが、ラインスピードの高速化にともなって、単位時間におけるラインへの薬液および無菌水の供給量が増加する結果、イニシャルコスト及びランニングコストの増大、殺菌装置の大型化、設置場所の増大、および環境負荷の増大が問題となっている。特にアセプテイック充填システムにおいて、過酸化水素ミストを用いて容器の殺菌を行う場合は、過酸化水素水を加熱、気化させた後、凝結させて過酸化水素ミストを作るため、ミスト発生装置をシステム内に設けなければならず、装置が大きくなるばかりでなく、例えば５００ｍｌのＰＥＴボトル１本の内表面を殺菌するために約８秒を必要とし、このためラインスピードの高速化にともない、多量のＰＥＴボトルをターレット上で移動させながら殺菌する殺菌装置の殺菌用ターレットは２台以上が必要とされている。このようにＰＥＴボトルの内表面の殺菌に約８秒を必要とするのは、ＰＥＴボトルの薄肉化にともなって、ボトルの形状保持、或いは補強のための補強ビード等の凹凸が多くなり、多数の微細な液滴の集合体である過酸化水素ミストの個々の液滴が飛散し、このようなボトルの凹凸の隅々にもれなく到達させて、ボトル内表面に均一に付着させるまでの時間を要するからである。特許文献１は、ミスト発生装置によってミスト化した殺菌剤を、熱風と混合してボトル内部に供給して殺菌した後、ボトルの内部に無菌化した空気を吹き込んで内部のミストを排出し、次いで、ボトルの内部に洗浄液を供給してボトルを洗浄する容器殺菌方法および装置を開示している。しかし、この方法によっても、ミスト発生装置と無菌空気を供給するためのエアーリンス装置が必要であって、殺菌装置が大掛かりとなるばかりでなく、液滴である殺菌剤のミストがボトルの凹凸部の隅々まで行き渡るまで殺菌を続けなければならず、殺菌時間が長いという問題点は解決されていない。

ＷＯ２００３/０２２６８９号公報

本発明は、上記従来のアセプテイック充填システムにおける容器殺菌方法の問題点に鑑みなされたものであって、過酸化水素による容器の殺菌時間を短縮することができ、イニシャルコスト及びランニングコストを軽減し、殺菌装置を簡素化して設置場所を縮小することが可能であり、環境負荷を軽減することができる容器の殺菌に用いられる３流体ノズルを提供しようとするものである。

本発明によれば、容器内面の殺菌に用いられる３流体ノズルであって、混合部と熱風混合部とを備え、
前記混合部は、
（１）当該混合部の上部に過酸化水素水を供給する経路を備える過酸化水素供給ノズルと、
（２）当該混合部の側部に前記過酸化水素水を微細液滴化する常温空気を供給する常温空気供給ノズルと、
（３）当該混合部の下部に設けられ、前記過酸化水素水の微細液滴を前記熱風混合部に噴射する下部噴出口と、を備え、
前記熱風混合部は、
（１）当該熱風混合部の側部に設けられ、当該熱風混合部に熱風を供給して前記過酸化水素水の微細液滴をガス化して過酸化水素ガスとする熱風供給ノズルと、
（２）当該熱風混合部の下端部のガス噴出口と、を備え、
前記過酸化水素ガスを、前記熱風混合部の前記ガス噴出口から前記容器内に噴射する、
ことを特徴とする３流体ノズルが提供される。

本発明の３流体ノズルにおいては、
前記混合部が前記過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁を備えることが好ましい。

本発明の３流体ノズルにおいては、
前記熱風の温度は、１３０℃〜２００℃であることが好ましい。

本発明の容器の殺菌に用いられる３流体ノズルによれば、過酸化水素水、常温の空気及び熱風とを同時に噴射することにより、ＰＥＴボトル等のポリエステル容器、その他容器の殺菌時間を大幅に短縮することができ、イニシャルコストとランニングコストを軽減することができると共に、殺菌装置を簡素化し、設置場所を縮小することができる。

また、本発明の容器の殺菌に用いられる３流体ノズルによれば、大きな設備を用いなくても、過酸化水素水から成る液体を常温の空気及び熱風と混合して瞬時にガス化し、上記ガスを容器内に吹き込むことが可能となり、容器内表面の殺菌を短時間で行うことが容易に実現できる。

本発明の容器の殺菌に用いられる３流体ノズルの１例を示す部分断面図である。本発明の容器の殺菌に用いられる３流体ノズルによる殺菌後の容器の洗浄を示す説明図である。

本発明者等は、上記問題を解決するため鋭意研究と実験を重ねた結果、過酸化水素水を常温の空気流により微細な液滴とすると同時に高温の熱風により過酸化水素水の微細な液滴を瞬時にガス化し、この過酸化水素ガスを容器内に噴射する。そして、このガスは液滴の集合体である過酸化水素ミストよりもはるかに高速で容器内を流動し、複雑な凹凸のある容器内表面でも均一に到達し、驚くべきことに、例えば、５００ｍｌのＰＥＴボトルの殺菌に従来約８秒を要していた殺菌時間を僅か１秒に短縮できることを発見し、本発明に到達した。

以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の殺菌方法の対象となる容器は、ＰＥＴボトル等のポリエステル容器が好適であるが、その他の樹脂製または紙製等の容器にも適用することができる。また本発明の方法が適用される容器の内容物は、飲料の他ジャム等の食品、みりん、たれ等の調味料、その他化粧品、薬品等特に限定はない。

本発明は、過酸化水素水、常温の空気及び熱風を同時に噴射することにより、常温の空気により微細液滴化された過酸化水素水を直ちにガス化して容器内部の殺菌を行うものである。このため、本発明においては過酸化水素水と、常温の空気と、熱風とを１つのノズルから同時に噴射する必要がある。これを実現するには、種々の方法や装置を用いることが考えられるが、もっとも簡単な装置として、図１に１例を示す３流体ノズルを用いることにより実施することができる。

上記３流体ノズルは、まず液体を微細化し、次いでこの微細化した粒子を熱風により瞬時にガス化して一つのノズルから噴出して容器内表面に接触させ、必要温度まで容器内表面温度を上昇させるものであって、大きな設備を用いなくても液体をガス化し容器内表面を殺菌することができるという特徴を有するものであり、本発明の殺菌方法を実現する装置としてもっとも好適なものである。

図１は３流体ノズルの１例を示すもので、ノズルの下半分を断面で示す。３流体ノズル１は、過酸化水素水と常温の空気を混合して噴射する混合部２とその下方に設けられた熱風混合部３を備えている。混合部２には上部に過酸化水素水を所定の流速で流出させる過酸化水素供給ノズル４が設けられ、側部に常温の空気を所定の流速で噴出する常温空気供給ノズル５が設けられている。過酸化水素供給ノズル４は接続管６を介して図示しない過酸化水素水供給源に接続されており、その基部には開閉弁７が設けられている。また常温空気供給ノズル５は接続管８を介して図示しない常温空気供給源に接続されている。なお、開閉弁７の位置は図示の便宜上混合部２の上方に示したが、混合部２の内部の過酸化水素供給ノズル４の直上の位置等に配置してもよく、図示の位置に限定されるものではない。

そして、上記３流体ノズル１の混合部２が、過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁７を備えることにより、容器の殺菌完了後の過酸化水素水の経路を閉じて、上記過酸化水素水の供給を停止する一方、常温の空気及び熱風の少なくとも一方の供給を継続することにより、残留ガスを容易に容器外に排出することができる。

上記過酸化水素供給ノズル４から流下する過酸化水素水は、常温空気供給ノズル５から噴出する常温の空気によって微細液滴化され、混合部２の下部噴出口１０から噴出される。

上記熱風混合部３は側部に熱風供給ノズル１１を備えており、熱風供給ノズル１１は接続管１２を介して図示しない熱風供給源に接続されている。熱風供給ノズル１１からは１３０℃〜２００℃の熱風が所定の流速で噴射され、混合部の下部噴出口１０から噴出された過酸化水素の微細液滴はこの高温の熱風により瞬時にガス化され、過酸化水素ガスとなって、熱風混合部３の下端部のガス噴出口１３から容器内に噴射される。

そして、本発明の容器の殺菌に用いられるノズルは、上記したように、過酸化水素水と常温の空気を混合して噴射する混合部２と熱風混合部３を備える３流体ノズル１であり、単一のノズルを容器に挿入することにより、容器内表面の殺菌とガスの排出を連続して行うことができ、また、このノズルを使用することにより、過酸化水素水のミスト発生装置を省略することができる共に、コスト削減と装置の簡素化が図れる。

尚、上記したように熱風の温度を１３０℃〜２００℃とすることにより、過酸化水素水の微細な液滴を瞬時に、かつ完全にガス化することができ、また、容器が透明性、耐衝撃性等に優れたＰＥＴボトル等のポリエステル容器の場合は熱変形を防止することができる。

こうして容器内に噴射された高温の過酸化水素ガスは高速で容器内の隅々に到達し、また容器は高温のガスによって加熱され、この加温による殺菌効果も生じるので、容器内の殺菌は短時間で終了する。殺菌が終了した後、３流体ノズル１のガス噴出口１３を容器内に挿入した状態で混合部２に設けられた開閉弁７を閉じる一方、常温空気供給ノズル５と熱風供給ノズル１１の少なくとも一方の供給を継続すると、容器内に残留していた過酸化水素ガスが容器から容易に排出される。従って、単一ユニットの３流体ノズル１を容器内に挿入した状態で、実質的に１工程で殺菌とガスの排出を完了するため、殺菌終了後の残留ガスの排出も短時間で完了することができ、これらの工程は容器が１ターレットに留まっている間に充分に完了することができる。

尚、上記容器の殺菌は、ＰＥＴボトル等のポリエステル容器の場合、容器の変形を防ぐため、容器のガラス転移温度以下の温度で行われなければならないが、実験の結果、５００ｍｌＰＥＴボトル内に１７０℃の過酸化水素ガスを１秒間吹き込んでも、容器自体はポリエステル樹脂のガラス転移温度以下の４５〜７０℃であり、容器の変形は生じないことが判った。

そして、上記過酸化水素ガスによる殺菌と残留ガスの排出後、容器洗浄を行うことが、より一層、殺菌性が向上し、また、異物を洗い流すことができるので好ましい。尚、容器洗浄を行う場合は残留ガスの排出を省略しても良く、省略することにより、より一層殺菌装置の設置場所の縮小及び殺菌時間の短縮が図れる。

図２は、上記殺菌後、残留ガスを排出し、引き続いて温水による容器の洗浄を行う実施形態を模式的に示す説明図である。

第１のターレットにおいて、倒立状態で上記のとおり殺菌と残留ガス排出を終了した後、容器は第２のターレットに移送される。

そして、上記容器の殺菌及び残留ガスの排出を容器が倒立した状態で行うことにより、その後、洗浄水が容易に排出されるため倒立状態で行われる容器の洗浄工程へ、容器の反転装置を設けなくともそのままの倒立状態で搬送できる。また、殺菌とガス排出を一つのターレットで行うことにより、コスト削減、装置の簡素化、設置場所の縮減に一層寄与することができる。

さらに、第２のターレットにおいては、洗浄水ノズルから、４０℃〜９５℃、好ましくは６０℃〜９０℃の温水等の洗浄水を倒立した容器内に噴射して容器内の洗浄を行い、容器内に上記残留ガス排出工程では排除できなかった菌や異物が残存していたとしても、この洗浄工程によって容器外に洗い流される。洗浄時間は、１秒から１０秒、好ましくは３秒〜５秒で、１秒未満であると洗浄が不十分となり、一方、１０秒を越えるとランニングコスト、温水とするためのエネルギー使用による環境負荷が増大する。因みに、例えば５００ｍｌのＰＥＴボトルを８５℃の温水で洗浄する場合は約３秒である。

尚、この温水による洗浄は、上記殺菌に用いられる過酸化水素がＰＥＴボトル等のポリエステル容器内表面に吸着し易く、特に容器がポリエステル容器の場合に有効である。また、温水は、循環する温水を使用すれば、より一層、上記ランニングコストと環境負荷が軽減されるので好ましい。

さらに、上記容器殺菌、残留ガス排出後の洗浄は、１３０℃〜２００℃、好ましくは１６０℃〜１９０℃の熱風を容器内に吹きつけることによって行うこともできる。この工程は上記容器殺菌工程における残留ガスの排出を、常温の空気によってのみ行った場合に特に有効である。また、この洗浄工程は、熱風で行った後に、温水による洗浄を行ってもよい。この場合熱水としては、上記したように循環する熱水を使用することが好ましい。この場合、必要に応じて、不純物を除去する為、フィルターによって濾過したり、僅かに含まれた過酸化水素を分解する為、触媒を適用させて処理してもよい。

このように、熱風による容器の洗浄を行った後、さらに温水により容器の洗浄を行うことにより、より一層、殺菌性が向上し、異物の洗い流しが確実に行われ、洗浄をより完全に行うことができる。

尚、上記した洗浄は、常温の無菌水、無菌エアーで行っても良いが、上記したように殺菌性及び洗浄性の点から上記熱水、熱風がより一層好ましい。

こうして容器殺菌、残留ガス排出、洗浄工程を終えた容器は次段の充填工程に移送され、内容物の容器への充填、密封が無菌雰囲気下で行われる。

（実験例）
本発明の殺菌効果について確認するために次の実験を行った。

実験の殺菌対象容器として５００ｍｌＰＥＴボトルを使用し、図１記載の３流体ノズルを用いて容器の殺菌を行った後、温水による容器洗浄を行った。

殺菌対象サンプルボトルとして、５００ｍｌＰＥＴボトル１０本を用意した。供試菌としてBacillus subtilis var.niger NBRC13721の懸濁液を所定の濃度に調整し、各サンプルボトル内面に、１０^５ｃｆｕ/本の濃度になるようにスプレーにより各ボトル当たり０．３ｍｌ噴霧し、各ボトル内面に菌懸濁液を付着させた（初菌数１．０×１０^５ｃｆｕ/本）。

上記菌懸濁液を付着後、各ボトルをクリーンルーム（ＣＬＡＳＳ１００００）内で２４時間保存し、ボトル内面を乾燥させた。

殺菌に際しては、３流体ノズルの混合部の過酸化水素供給ノズル４に、３０％過酸化水素水を送液圧力０．１６ＭＰａで送り、同ノズルから８ｇ/分の流量で流出させ、一方、混合部の常温空気供給ノズル５にはエアー圧力０．４ＭＰａで２５℃の常温空気を送り、同ノズルから噴出させることにより、過酸化水素水を微細液滴化した。同時に熱風供給ノズル１１に、エアー圧力０．４ＭＰａで１７０℃の熱風を送り、同ノズルから３８０Ｌ/分の流量で熱風を噴射することにより、微細液滴化された過酸化水素水を瞬時にガス化させた。

各ボトルの殺菌に際しては、３流体ノズルのガス噴出口１３を各サンプルボトルの天面から１５ｍｍボトル口内に挿入して過酸化水素ガスをボトル内に噴射し、ボトル内表面の殺菌を行った。

尚、ガス噴出口１３のボトル内への挿入、下降、保持（停止）、及び上昇、取り出しに要した殺菌時間は１秒であった。

次いで、殺菌を終了したボトル内に、洗浄水ノズルから８５℃の無菌温水を噴出させて３秒洗浄し、ボトル内に吸着した過酸化水素を洗浄、排出後、生残菌数を計測するため滅菌済みのＳＣＤ液体培地を５００ｍｍｌ充填し、滅菌済みキャップで密封した。

このボトルを３０℃で７日間保存し、培地に混濁の認められるものを陽性（＋）、培地に混濁が認められないものを陰性（−）とした。

計測の結果、１０本のサンプルボトルはすべて陰性（−）を示した。そして、殺菌効果は６．０Ｄ以上と認められた。

Claims

混合部と熱風混合部とを備える３流体ノズルを使用して容器の内面を殺菌する方法であって、
前記混合部は、過酸化水素供給ノズルと、当該過酸化水素供給ノズルへ供給される過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁と、常温空気供給ノズルと、を備え、前記熱風混合部は、熱風供給ノズルを備え、
前記開閉弁を開いて、前記過酸化水素供給ノズルから前記混合部の中に前記過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給ステップと、
前記常温空気供給ノズルから前記混合部の中に常温空気を供給し、前記過酸化水素水を微細液滴化する常温空気供給ステップと、
微細液滴化された前記過酸化水素水を、前記熱風混合部に供給する微細液滴供給ステップと、
前記熱風供給ノズルから前記熱風混合部の中に熱風を供給し、前記微細液滴化された過酸化水素水をガス化させ過酸化水素ガスを生成するガス化ステップと、
前記過酸化水素ガスを前記容器内に噴射して、前記容器の内面を殺菌する殺菌ステップと、
前記容器を殺菌した後、同一の前記３流体ノズルで前記開閉弁を閉じて過酸化水素水の供給を停止するとともに、前記常温空気供給ノズル又は前記熱風供給ノズルの少なくとも一方から、前記容器に常温空気又は熱風を供給し、前記容器の中に残留している過酸化水素ガスを排出する排ガスステップと、
を備える容器の殺菌方法。
前記排ガスステップの後、前記容器内を洗浄する洗浄ステップを更に含む、
請求項１に記載の容器の殺菌方法。
前記洗浄ステップは、前記熱風又は温水により前記容器の洗浄を行う、
請求項２に記載の容器の殺菌方法。
前記洗浄ステップは、前記熱風により前記容器の洗浄を行った後、さらに温水により前記容器の洗浄を行う、
請求項２に記載の容器の殺菌方法。
前記洗浄ステップは、循環する温水で行う、
請求項２に記載の容器の殺菌方法。
前記過酸化水素水供給ステップと、前記常温空気供給ステップと、前記微細液滴供給ステップと、前記ガス化ステップと、前記殺菌ステップと、前記排ガスステップと、前記洗浄ステップとは、前記容器を倒立させた状態で行う、
請求項２から５の何れか１項に記載の容器の殺菌方法。
前記熱風の温度は１３０℃〜２００℃である、
請求項１から６の何れか１項に記載の容器の殺菌方法。
前記容器がポリエステル容器である、
請求項１から７の何れか１項に記載の容器の殺菌方法。
前記殺菌ステップを前記容器のガラス転移温度以下で行う、
請求項１から８の何れか１項に記載の容器の殺菌方法。
前記殺菌ステップ及び前記排ガスステップを一つのターレットで行う、
請求項１から９の何れか１項に記載の容器の殺菌方法。
容器内面の殺菌に用いられる３流体ノズルであって、混合部と熱風混合部とを備え、
前記混合部は、
（１）当該混合部に過酸化水素水を供給する経路を備える過酸化水素供給ノズルと、
（２）前記過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁と、
（３）前記過酸化水素水を微細液滴化する常温空気を当該混合部に供給する常温空気供給ノズルと、
（４）前記過酸化水素水の微細液滴を前記熱風混合部に噴射する第１のガス噴出口と、を備え、
前記熱風混合部は、
（１）当該熱風混合部に熱風を供給して前記過酸化水素水の微細液滴をガス化して過酸化水素ガスとする熱風供給ノズルと、
（２）前記容器内に前記過酸化水素ガスを噴射する第２のガス噴出口と、を備え、
前記開閉弁は、前記容器が殺菌されるときは、開放位置にあり、前記過酸化水素水が前記混合部に供給される流路が形成され、
前記開閉弁は、前記容器が殺菌されないときは、閉鎖位置にあり、前記常温空気供給ノズル又は前記熱風供給ノズルの少なくとも一方から第２のガス噴出口まで、常温空気または熱風が流れる流路が形成され、当該流路を流れる常温空気または熱風により前記容器内に残留する過酸化水素ガスが排出される、
ことを特徴とする３流体ノズル。
混合部と熱風混合部とを備える３流体ノズルを使用して容器の内面を殺菌する方法であって、
前記混合部は、過酸化水素供給ノズルと、当該過酸化水素供給ノズルへ供給される過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁と、常温空気供給ノズルと、を備え、前記熱風混合部は、熱風供給ノズルを備え、
前記開閉弁を開いて、前記過酸化水素供給ノズルから前記混合部の中に前記過酸化水素水を供給する過酸化水素水供給ステップと、
前記常温空気供給ノズルから前記混合部の中に常温空気を供給し、前記過酸化水素水を微細液滴化する常温空気供給ステップと、
微細液滴化された前記過酸化水素水を、前記熱風混合部に供給する微細液滴供給ステップと、
前記熱風供給ノズルから前記熱風混合部の中に熱風を供給し、前記微細液滴化された過酸化水素水をガス化させ過酸化水素ガスを生成するガス化ステップと、
前記過酸化水素ガスを前記容器内に噴射して、前記容器の内面を殺菌する殺菌ステップと、
を備える容器の殺菌方法。
容器内面の殺菌に用いられる３流体ノズルであって、混合部と熱風混合部とを備え、
前記混合部は、
（１）当該混合部に過酸化水素水を供給する経路を備える過酸化水素供給ノズルと、
（２）前記過酸化水素水の経路を開閉する開閉弁と、
（３）前記過酸化水素水を微細液滴化する常温空気を当該混合部に供給する常温空気供給ノズルと、
（４）前記過酸化水素水の微細液滴を前記熱風混合部に噴射する第１のガス噴出口と、を備え、
前記熱風混合部は、
（１）当該熱風混合部に熱風を供給して前記過酸化水素水の微細液滴をガス化して過酸化水素ガスとする熱風供給ノズルと、
（２）前記容器内に前記過酸化水素ガスを噴射する第２のガス噴出口と、を備える、
ことを特徴とする３流体ノズル。