JP7017065B2 - 殺菌剤のガス化装置 - Google Patents

Description

本発明は、無菌充填包装機において包装材料の殺菌に使用される、殺菌剤のガスを生成する殺菌剤のガス化装置に関する。

ポーションミルク、ブリック型液体紙容器入り飲料、パウチ入りスープ、カップ入り飲料、ＰＥＴボトル入り飲料等、無菌充填包装機により様々な容器に、食品や飲料が充填された無菌製品が流通している。無菌充填包装機とは、無菌雰囲気で、殺菌した容器に殺菌した内容物を充填して密封する装置である。無菌充填包装機により生産された製品は、流通や保管において冷蔵する必要がないためエネルギー消費が少なく、味覚も良いために増加する傾向にある。

無菌充填包装機において、容器となる包装材料は前述の通り様々であり、包装材料により殺菌方法も異なる。紫外線や電子線を照射する方法もあるが、殺菌剤を使用して包装材料の表面を殺菌する方法が主流である。例えば、殺菌剤を使用して包装材料を殺菌する場合、ポーションミルクやブリック型紙容器は殺菌剤に浸漬して殺菌するが、殺菌剤を噴霧して包装材料を殺菌する方法もある。フラットで、浸漬後の比較的高温の乾燥温度に支障ない包装材料は、浸漬して殺菌される。しかし、カップやボトル等の成形容器や高温乾燥で伸びてしまうフィルムのような包装材料は、殺菌剤の噴霧により殺菌される。

噴霧する殺菌剤の液滴が大きいとカップやボトルの側面で垂れたりする。噴霧する殺菌剤の液滴は小さいほど包装材料の表面に均一に塗布され、殺菌効果も高い。そこで。殺菌剤の液滴を細粒化する方法が提案されている（特許文献１）。

包装材料の表面に付着する殺菌剤の液滴が小さく、包装材料の表面が殺菌剤の液滴により密に被覆されているほど、殺菌効果は高い。そのため、殺菌剤の液滴を噴霧するのではなく、殺菌剤をガス化させて得られた殺菌剤のガスを包装材料の表面に吹き付けて、ガス化した殺菌剤を包装材料の表面で凝縮させる方法が提案されている（特許文献２）。殺菌剤のガス化は、殺菌剤を加熱された発熱体に滴下することにより行われている。

また、加熱された管内に殺菌剤を噴霧することにより、殺菌剤のガス化を多量に効率的に行う方法も提案されている（特許文献３）。さらに、加熱された管内に蓄熱体を設け、ガス化効率を上げる方法も提案されている（特許文献４）。

特開昭６０－２２００６７号公報 特開昭６３－１１１６３号公報 特開平３－２２４４６９号公報 特開平１０－２１８１３４号公報

無菌充填包装機において、包装材料を殺菌するために、ガス化された殺菌剤が多用されている。特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載されているように、殺菌剤をガス化させる方法は、発熱体に殺菌剤を接触させることによる。この発熱体は金属等であり、特にステンレスが使用されている。

包装材料の殺菌効果は、包装材料の表面に吹き付けられる殺菌剤のガスの量が多く、さらに、殺菌剤のガスに含まれる殺菌成分の濃度が高いほど大きいと言える。殺菌剤をガス化させる際に、接触させる発熱体が高温であればガス化量を増やすことができる。しかし、極端に高温とすると殺菌成分が分解してしまい、ガス化した殺菌剤中の殺菌成分が減少してしまう。発熱体を高温にしてガス化効率を上げても、殺菌剤のガスに含まれる殺菌成分が分解せずに、ガス中に高濃度に含まれることが望まれる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、包装材料を殺菌するための殺菌剤のガスを効率良く、殺菌成分の分解が少なく、殺菌成分を高濃度に含有する殺菌剤のガスを生成する殺菌剤のガス化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る殺菌剤のガス化装置は、少なくとも過酸化水素を含む殺菌剤を加熱面に接触させて、殺菌剤をガス化させる装置であって、前記加熱面がクロムからなり、前記クロムの表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．０μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る殺菌剤のガス化装置は、前記加熱面に殺菌剤を噴霧する殺菌剤供給部と前記加熱面が円筒状である殺菌剤気化部を備えると好適である。

また、本発明に係る殺菌剤のガス化装置は、前記殺菌剤供給部が二流体スプレを備えると好適である。

また、本発明に係る殺菌剤のガス化装置は、前記殺菌剤気化部の端部に加熱エアを導入する加熱エア供給装置を備えると好適である。

本発明によれば、紙やプラスチック等を素材とするボトルやカップ等の包装材料への飲料や乳製品等を充填する無菌充填包装機において包装材料の殺菌に使用される、過酸化水素の濃度が高い殺菌剤のガスを効率的に生成することができる。さらに、その結果として、本発明の殺菌剤のガス化装置を搭載することで、無菌充填包装機の殺菌能力を向上させることができる。

本発明に係る殺菌剤のガス化装置の実施形態１を示す側面図である。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置の実施形態２を示す側面図である。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置の実施形態３を示す側面図である。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置の実施形態４を示す側面図である。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置に組み込む加熱エア供給装置を示す。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置により生成する殺菌剤のガスをプリフォームに吹き付ける工程を示す。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置により生成するガスをボトルに吹き付ける工程を示す。 本発明に係る殺菌剤のガス化装置により生成するガスを紙容器に吹き付ける工程を示す。

以下に本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る殺菌剤のガス化装置１の実施の形態１を示す。殺菌剤のガス化装置１は殺菌剤供給部２、殺菌剤気化部３及び加熱エア供給装置１２を備える。殺菌剤供給部２は殺菌剤４を貯留するタンク５、殺菌剤４を殺菌剤気化部３に滴下する滴下装置７及び当該滴下装置７に殺菌剤４を供給するポンプ６を備える。さらに、殺菌剤気化部３はその内部に滴下された殺菌剤４をガス化させる加熱体８を備える。また、加熱エア供給装置１２はエアを送るブロワ１０及びブロワ１０によるエアを加熱する加熱装置１１を備える。

殺菌剤４が滴下され、接触してガス化する加熱体８の加熱面９はクロムである。加熱体８そのものの材質をクロムとしても構わないが、鉄、ステンレス、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、タングステン等を加熱体８として、加熱体８の表面にクロムをメッキしても構わない。クロムの最表面は酸素と反応して不動態である酸化クロムとなっており、極めて安定で、殺菌剤４に含まれる過酸化水素が高温となって接触しても長期間腐食することはない。

加熱体８の表面にクロムをメッキする場合、メッキの厚さは０．１μｍ～１００μｍが適当である。またメッキする前に被メッキ材に銅やニッケルのメッキを施しても構わない。また、メッキしたクロムの表面を研磨して平滑性を高めても構わない。

加熱体８の表面である加熱面９をクロムとすることで、殺菌剤４に含まれる過酸化水素がガス化する際に、過酸化水素の分解が抑制されると推定され、本発明に係る殺菌剤のガス化装置１により生成する、殺菌剤４のガスに含まれる過酸化水素の量が、従来のように加熱面９がステンレス等の場合に比べ多くなる。

加熱面９の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．０μｍ以下であることが好ましい。Ｒａが１．０μｍを超えるか又はＲｚが２．０μｍを超えると、殺菌剤のガス中の過酸化水素濃度が低下する。これは、殺菌剤が加熱面９に接触してガス化する際に表面積が大きいと、殺菌剤が過度に加熱されることにより過酸化水素が分解し易いためと推定される。

殺菌剤４は少なくとも過酸化水素を含んでいる。その含有量は０．５質量％～６５質量％の範囲が適当である。０．５質量％未満では殺菌力が不足する場合があり、６５質量％を超えると安全上、扱いが困難となる。また、さらに好適なのは０．５質量％～４０質量％であり、４０質量％以下では扱いがより容易であり、過酸化水素が低濃度となることにより、殺菌後の包装材料に残留する過酸化水素の量を低減できる。

また、殺菌剤４は水を含んでなるが、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトンなどのケトン類、グリコールエーテル等の１種又は２種以上を含んでも構わない。

さらに、殺菌剤４は過酢酸、酢酸等の有機酸、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素化合物、オゾン等殺菌効果を有する化合物、陽イオン界面活性剤、非イオン系界面活性剤、リン酸化合物等の添加剤を含んでも構わない。

タンク５に貯留された殺菌剤４はポンプ６により滴下装置７に供給されるが、供給量は任意であり、必要とされる殺菌剤のガスの量に合わせて供給される。１台で供給すべき殺菌剤のガスの量が不足する場合は、複数台を使用する。滴下装置７による滴下量も必要な殺菌剤のガスの量に合わせるが、加熱面９で生成するガスの量は、加熱体８の温度と熱容量により決定される。

殺菌剤４をガス化する加熱体８の加熱面９の温度は１３０℃から４５０℃に設定される。１３０℃未満では過酸化水素のガス化が困難であり、４５０℃を超えると過酸化水素の分解が生じる。また、加熱体８の加熱面９は、平面であって、水平でも傾斜を設けても構わないし、平面ではなく凹面や凸面のような曲面であっても構わない。殺菌剤４が加熱体８の加熱面９に接触してガス化することができるならば、どのような形状でも構わない。加熱体８の大きさや厚さも任意である。体積が大きくなれば熱容量が大きくなり、殺菌剤４のガス化には有利であるが、殺菌剤のガス化装置１が過大となる。

加熱体８を加熱する方法は、加熱体８に電流を通じて加熱体８そのものを発熱させる、ヒータを埋め込んだり接触させることで加熱する、又は誘電加熱装置により加熱する等、加熱面９を所望の温度に加熱することができれば、どのような方法でも構わない。

殺菌剤気化部３で生成された殺菌剤４のガスは加熱エア供給装置１２により送られる加熱エアにより排出され、ボトル等の包装材料の殺菌に使用される。加熱エアの供給量は任意であり、供給量が多量となると殺菌剤４のガスに含まれる過酸化水素の濃度が低くなり、殺菌力が劣る場合がある。また、加熱エアの温度は１３０℃から３００℃に設定される。１３０℃未満ではガス化した殺菌剤４が、殺菌に使用される以前に液化して被殺菌物の表面を被覆する面積が小さくなり、殺菌効果が低下するおそれがある。被殺菌物に殺菌剤４のガスが接触して、微細なミストを形成することが望ましく、加熱エアの温度はこれに適した設定とする。また、加熱エアの温度を上げると、被殺菌物によっては変形することもあるため、被殺菌物により加熱エアの温度は適当に変える。加熱エアにより殺菌剤４のガスは吹き出し口１３から排出される。排出された殺菌剤のガスがボトル等の包装材料に吹き付けられることにより、包装材料が殺菌される。

（実施の形態２）
図２に本発明に係る殺菌剤のガス化装置１の実施の形態２を示す。殺菌剤のガス化装置１は殺菌剤供給部２及び殺菌剤気化部３を備える。殺菌剤供給部２は噴霧装置１４を備え、噴霧装置１４により殺菌剤気化部３に殺菌剤４が供給される。また、殺菌剤気化部３はその内面が加熱体８となっている。

噴霧装置１４には殺菌剤供給口１５から殺菌剤４が供給され、圧縮エア供給口１６から圧縮エアが供給される。噴霧装置１４は二流体スプレであり、噴霧ノズル１７から殺菌剤４はミストとなって殺菌剤気化部３の内面に噴霧される。噴霧された殺菌剤４は加熱体８の加熱面９に接触してガス化する。生成した殺菌剤４のガスは圧縮エアの圧力により、吹き出し口１３から排出される。

殺菌剤４のガスの吹き出し口１３の口径は任意に設定することができ、例えば２ｍｍφ～２００ｍｍφとすることができる。口径を小さくすることで、生成された殺菌剤４のガスの吹き出し圧力を高めることができる。吹き出し圧力を調整することにより、殺菌剤のガス若しくは凝結により生成するミスト又はこれらの混合物の被殺菌物表面への吹き付け強さを調整できる。例えば、被殺菌物が深いカップの場合は強く吹き付け、浅い容器の場合は弱く吹き付けるようにできる。また、吹き出し口１３が長い場合、殺菌剤４のガスが冷却されて凝結する可能性があるため、吹き出し口１３の周囲を加熱しても構わない。

殺菌剤４及び加熱体８及び加熱面９の成分や材質等は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なる点は、殺菌剤気化部３への殺菌剤４の供給がミスト噴霧によること、加熱体８が殺菌剤気化部３の内面を構成すること、及び加熱エア供給装置１２を備えていないことである。

殺菌剤気化部３の内面は加熱体８であるが、その外面は加熱体８を加熱するヒータ１８が設けられ、さらにその外面には断熱性付与とヒータ１８を保護するために外装１９が設けられる。図２はヒータ１８により加熱体８を加熱することを示しているが、加熱方法は実施の形態１と同様に、どのような加熱方法であっても構わない。

噴霧装置１４の運転条件として、例えば圧縮空気の圧力は０．０５ＭＰａ～０．６ＭＰａの範囲で調整される。また、殺菌剤４は重力落下であっても、ポンプ６を備えて圧力を加えても構わないし、殺菌剤４の供給量は自由に設定することができ、例えば１ｇ／ｍｉｎ．～１００ｇ／ｍｉｎ．の範囲で噴霧装置１４の殺菌剤供給口１５に供給する。

（実施の形態３）
図３は本発明に係る殺菌剤のガス化装置１の実施の形態３を示す。実施の形態２と異なる点は、殺菌剤気化部３の内面に設けた加熱体８とは別に、殺菌剤気化部３の内部に棒状加熱体２０を設けたことである。棒状加熱体２０を設けることにより、殺菌剤のガス化装置１のガス化能力は高まり、殺菌剤４のガス化量を増やすことができる。

棒状加熱体２０の加熱面２０ａはクロムであり、棒状加熱体２０の材質がクロムであっても、他の材質にクロムをメッキしても構わない。この点は実施の形態１の加熱体８と同様である。また、棒状加熱体２０の加熱には、棒状加熱体２０の内部にヒータを埋め込んでも、加熱媒体を還流させても構わない。また、加熱体８と同様に１３０℃から４５０℃に加熱される。さらに、棒状加熱体２０の形状は棒状、面状、コイル状等、どのような形状であっても構わない。

（実施の形態４）
図４は本発明に係る殺菌剤のガス化装置１の実施の形態４を示す。実施の形態４は実施の形態１乃至３のいずれよりも、殺菌剤のガス化を効率良く行うことができる形態である。殺菌剤供給部２に備える噴霧装置１４は実施の形態２又は３と同様の二流体スプレである。図示しない殺菌剤４のタンクから殺菌剤４を殺菌剤供給口１５に供給し、圧縮エアを圧縮エア供給口１６に供給し、エクステンションパイプ２２を経て、噴霧ノズル１７から殺菌剤４が殺菌剤気化部３の内面に噴霧される。殺菌剤４は実施の形態１と同様のものが使用される。また。噴霧装置１４の運転条件は実施の形態２と同様である。エクステンションパイプ２２は、殺菌剤気化部３の熱が殺菌剤気化部３の上部を閉塞しているプラグ２１を経て伝わることで、噴霧装置１４の温度が上昇しないようにするために設けられている。

殺菌剤気化部３は内面に加熱体８を備え、その外側に加熱体８を加熱するヒータ１８を備え、さらにその外側に断熱のため、及びヒータ１８を保護するために外装１９が設けられる。図４はヒータ１８により加熱体８を加熱することを示しているが、加熱方法は実施の形態１と同様に、どのような加熱方法であっても構わない。加熱体８は１３０℃から４５０℃の温度に加熱され、噴霧ノズル１７から噴霧される殺菌剤４が加熱面９に接触することで、殺菌剤４はガス化される。噴霧装置１４の運転条件は実施の形態２と同様である。

加熱体８の加熱面９はクロムである。加熱体８そのものの材質をクロムとしても構わないが、加熱体８の材質として、鉄、ステンレス、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、タングステン等を使用し、加熱体８の表面にクロムをメッキしても構わない。メッキの方法は実施の形態１と同様である。加熱体８をメッキすることで、加熱面９はクロムとなる。

加熱体８は、噴霧ノズル１７から噴霧される殺菌剤４が円形に噴霧されることから、円筒状が望ましい。しかし、多角筒状でも構わない。円筒の径は、殺菌剤４の噴霧に使用される圧縮エアにより殺菌剤気化部３の内圧が高くならないように、十分な大きさが必要である。しかし噴霧された殺菌剤４のミストが、加熱面９に接触できるような径でなければならない。さらに、円筒の長さもこの条件を満たすように設計される。

加熱体８の加熱面９に接触することでガス化された殺菌剤４は、圧縮エアの圧力により吹き出し口１３より排出される。吹き出し口１３を被殺菌物に対向させて、排出される殺菌剤４のガスを被殺菌物である包装材料に直接吹き付けることもできる。また、図５に示すように、殺菌剤気化部３の端部に加熱エアを導入する加熱エア供給装置１２を備え、吹き出し口１３から排出される殺菌剤４のガスと、加熱エア供給装置１２より供給される加熱エアとを導管２３において混合し、包装材料に吹き付けても構わない。

殺菌剤のガス化装置１は１台だけでなく複数台を導管２３に結合させても構わない。加熱装置１１によりエアは１３０℃から３００℃に加熱される。加熱エアの温度は実施の形態１と同様に被殺菌物により制約を受ける。

図５に示す殺菌剤ガス吹き出し口２４から吹き出される殺菌剤４のガスは、図６に示すように、プリフォーム２５に吹き付けられる。プリフォーム２５の内外面に殺菌剤４のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が接触又は付着することにより、プリフォーム２５の表面に付着した菌等が殺菌される。

また、殺菌剤ガス吹き出し口２４から吹き出される殺菌剤４のガスは、図７に示すように、ボトル２６に吹き付けられる。ボトル２６の内外面に殺菌剤４のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が接触又は付着することにより、ボトル２６の表面に付着した菌等が殺菌される。

さらに、殺菌剤ガス吹き出し口２４から吹き出される殺菌剤４のガスは、図８に示すように、底部を閉塞されたゲーベルトップ形状の紙容器２７に吹き付けられる。紙容器２７の内外面に殺菌剤４のガス若しくはミスト又はこれらの混合物が接触又は付着することにより、紙容器２７の表面に付着した菌等が殺菌される。紙容器２７のように開口部が広い場合は、殺菌剤ガス吹き出し口２４を囲繞する傘状部材２８を設け、紙容器内部から溢れ出る殺菌剤のガス若しくはミスト又はこれらの混合物を傘状部材２８に衝突させて紙容器２７の端部及び外部に流すことで、紙容器２７の端面及び外面を効率的に殺菌することができる。傘状部材２８はプリフォーム２５やボトル２６の場合も設けることができる。また、被殺菌物は他にフィルム、シート、トレー、カップ等どのような形状の包装材料でも構わない。

以下、本発明を実施例により説明する。

（操作方法）
実施の形態４に示す殺菌剤のガス化装置１を用いた。二流体スプレである噴霧装置１４の殺菌剤供給口１５に、殺菌剤４として３５質量％の過酸化水素を含有する過酸化水素水を、２．５ｇ／ｍｉｎ．供給した。また、圧縮エア供給口１６には０．１５ＭＰａの圧縮エアを供給した。加熱体８の加熱面９をＳＵＳ３１６にクロムメッキした面として、加熱体８の温度を２５０℃とした。ここで、クロムメッキの厚さは３μｍ～５μｍであった。また、Ｒａは０．４１３μｍ、Ｒｚは１．６３１μｍであった。この場合を実施例とし、加熱面９をＳＵＳ３１６とした場合を比較例１、ＳＵＳ３１６Ｌとした場合を比較例２、真鍮とした場合を比較例３とした。ここで、ＳＵＳ３１６の表面は、Ｒａが０．５２２μｍ、Ｒｚが２．０１３μｍ、ＳＵＳ３１６Ｌの表面は、Ｒａが０．４４６μｍ、Ｒｚが１．５４４μｍ、真鍮の表面は、Ｒａが１．０１５μｍ、Ｒｚが７．５９３μｍであった。

（測定方法）
吹き出し口１３における過酸化水素濃度をＡＴＩ社製ポータブルガス検知器により測定した。また、吹き出し口１３において、吹き出されたガスを冷却して過酸化水素水として回収した。このとき、全量回収されず、一部揮散したが、回収した過酸化水素水の過酸化水素濃度を測定した。

（殺菌効果測定）
５００ｍｌ容量のＰＥＴボトルに成形される２０ｇの重量のプリフォーム２５の内面の中間部に１０⁴個、１０⁵個、１０⁶個のＢ．ａｔｒｏｐｈａｅｕｓ ＡＴＣＣ９３７２芽胞を付着させた後に、自然乾燥させた。この菌付プリフォーム２５の内面に、吹き出し口１３から過酸化水素水のガスを吹き付けた。その後、１００℃の無菌加熱エアを当該プリフォーム２５の内面に吹き付けた。その後、プリフォーム２５の菌を付着させた内面部分を拭き取り、寒天培地に移植し、３７℃で１週間培養し、生残存菌数を測定した。結果は、殺菌効果（ＬＲＶ）＝ｌｏｇ（付着菌数）／（生残存菌数）で表した。

（実施例及び比較例の結果）
表１に、実施例及び比較例の、生成ガスの過酸化水素濃度、回収過酸化水素水の過酸化水素濃度及び殺菌効果を示す。

上記の実施例によれば、殺菌剤のガス化装置１において、加熱面９の材質をクロムとすることで、これまで使用されていたステンレスであるＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１６Ｌ又は真鍮よりも、過酸化水素水をガス化する際のガス中の過酸化水素の濃度を高めることができ、殺菌効果も高いという結果が得られた。

本発明は以上説明したように構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨内において種々変更可能である。

１…殺菌剤のガス化装置
２…殺菌剤供給部
３…殺菌剤気化部
８…加熱体
９…加熱面
１２…加熱エア供給装置
１４…噴霧装置

Claims (4)

1. 少なくとも過酸化水素を含む殺菌剤を加熱面に接触させて、殺菌剤をガス化させる装置であって、
   前記加熱面がクロムからなり、前記クロムの表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍ以下、十点平均粗さ（Ｒｚ）が２．０μｍ以下であることを特徴とする殺菌剤のガス化装置。
2. 請求項１に記載の殺菌剤のガス化装置において、
   前記加熱面に殺菌剤を噴霧する殺菌剤供給部と前記加熱面が円筒状である殺菌剤気化部を備えることを特徴とする殺菌剤のガス化装置。
3. 請求項２に記載の殺菌剤のガス化装置において、
   前記殺菌剤供給部が二流体スプレを備えることを特徴とする殺菌剤のガス化装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の殺菌剤のガス化装置において、
   前記殺菌剤気化部の端部に加熱エアを導入する加熱エア供給装置を備えることを特徴とする殺菌剤のガス化装置。

Images