JPH0314703B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、予め滅菌もしくは殺菌されて充填兼
包装位置に送られる食品を、無菌状態で自動的に
充填して包装する装置であつて、包装材料が高電
流低圧放電によつて生ぜしめられる照射紫外線に
よつて殺菌され、紫外線照射の254nm線のスペク
トル照射値が少なくとも0.05W／cm²セツトされ、
かつ包装材料に少なくとも２秒間に亘り紫外線が
照射される形式のものに関する。

食品を無菌状態で自動的に充填して包装するこ
とはますます重要になつている。特に予め殺菌さ
れたミルクをカートン製容器に無菌状態でパツク
する方法の今日までの普及率には著しいものがあ
る（ミルクの殺菌は例えばIndustr.alim.agr.，
1956年出版、第635ページから第640ページに記
載）。このような容器はほとんど四面体又は六面
体の形状を有し、かつチユーブ状の包装材料を横
方向で封鎖することによつて形成され、この包装
材料はローラから繰り出される帯材から成形され
る（例えば、1972年、２月出版、TARA271、第
104ページ参照）。

無菌包装とは一般に、無菌の冷えた食品を無菌
条件下で予め殺菌された容器内に充填することに
限定することができ、この容器は場合によつては
予め殺菌されたカバーによつて、気密容器を形成
するように、無菌室内で閉鎖される（1972年、８
月出版「食品技術＝Food Technology第70ペー
ジ参照」）。

更に、例えばホイル深絞り加工によつて予め製
作され次いで食品充填後に精練アルミニウム・ホ
イルを用いて熱封により気密に閉鎖されるカツプ
内に所定単位量の食品を無菌状態で自動的にパツ
クすることも極めて重要である。通常このような
形式でヨーグルト、サワーミルク、コーヒー用ク
リーム等がパツクされる。

これら公知の技術の著しい利点は、例えばかん
詰技術およびびん詰技術において実施されている
ようなすでに閉鎖された容器内の内容物の加熱殺
菌を行わずに済むということにある。これによつ
て時間のかかる加熱プロセスが省かれ、しかも不
都合な形式で内容物の味覚上又は栄養価上の変化
を受けなくて済む。更に容器として、高熱に弱い
材料、特にプラスチツクを使用することもでき
る。

上記技術において重要なことは特に、予め滅菌
又は殺菌された内容物が腐敗を生ぜしめるバクテ
リア、黴および酵母等に汚染されるのを十分確実
に回避できるように、包装材料が無菌化されねば
ならないということにある。このばあい、例えば
無菌ミルクのばあい容器内に数個のバクテリアが
存在するだけでミルクが腐敗するようになる。

それ故すでに包装材料を無菌化するための多数
の方法および装置が提案されかつ実施において使
用されている（例えば、1970年度版「包装技術展
望＝Verpackungs−Rundschau」第７巻、第51
ページから第54ページ；又は、1973年、９月出版
「食品技術＝Food Technology」第49ページ、ア
ルコールおよび紫外線照射を用いた殺菌；又は、
1972年、８月出版「食品技術＝Food
Technology」第70ページから第74ページ、例え
ば湿式蒸気および加熱蒸気・殺菌、いわゆる
James・Dole法）。

特に包装材料を強力な紫外線照射によつて殺菌
することは公知である（1970年度版「包装技術展
望＝Verpackungs−Rundschau」第７巻、第52
ページから第53ページ参照）。このばあい波長
254nmの紫外線があらゆる種類の主要微生物に対
して特に有効であることが確認された。しかしな
がら紫外線照射に対する各種微生物の感度は異な
つている。存在する全ての菌をほとんど完全に死
滅させるには極めて大きな照射量が必要である。
更にこのばあい測定された高い殺菌率は光源と食
品との間隔が極めて短いばあいにのみ得られるに
過ぎず、かつ包装材料の殺菌を所望の範囲でしか
も充填機械に適合した十分な速度で実現できるか
否かは不明であることが指摘されている（1970年
度版「包装技術展望＝Verpackungs−
Rundschau」第７巻、第54ページ参照）。

本発明の課題は、上記問題点を解決した上で、
冒頭に述べた形式の装置を、包装材料の紫外線照
射による殺菌を産業上実施でき得るように改良し
て、特に包装材料が容器状でもまた偏平な帯材状
でも包装材料を均質均等に照射して完全に滅菌で
きるようにすることにある。

前記課題は本発明によれば、包装材料の運動方
向に対して相前後してしかも包装材料の幅全体に
亘つて、放電管の少なくとも２つの放電管区分が
配置されていて、放電管区分が包装材料の照射し
ようとする部分の平面に対して平行な一平面内に
位置していてかつ反射器によつて取り囲まれてお
り、この反射器が放電管区分の平面の上方でこの
平面に対して平行に配置された偏平な上位部分と
２つの側位部分とから形成されていて、この側位
部分が紫外線照射が開始もしくは終了させられる
個所で上位部分から包装材料にまでのびており、
反射器材料の反射率が0.75よりも良好でありかつ
前記両側位部分が上位部分に対してほぼ垂直に位
置しており、隣接する２つの放電管区分の間隔に
対する、包装材料と放電管区分の平面との垂直方
向の間隔の比が少なくとも0.5に等しく、かつ、
反射器の上位部分と放電管区分の平面との垂直方
向の間隔が隣接する２つの放電管区分の間隔より
も小さく、かつ、隣接する側位部分と外側の両放
電管区分との最短間隔が放電管区分の直径の２倍
よりも小さく、かつ、包装材料から側位部分の最
短間隔が10mmよりも小さく設計されていることに
よつて解決された。

本発明による装置により殺菌を実施するばあ
い、1A／cm²を上回る放電流密度および５・10^-3
乃至５・10^-1トルの水銀圧力を有する高電流低圧
水銀放電によつて紫外線照射を生ぜしめ、包装材
料に対する紫外線照射の253、7nm線のスペクト
ル照射値を少なくとも０、05W／cm²にセツトし、
かつこの包装材料に少なくとも２秒間に亘り紫外
線を照射することによつて、このような水銀放電
に基いて極めて申し分なく主要菌類を死滅させる
紫外線照射スペクトルが生ぜしめられるようにな
る。照射値を253、7nm線に制御したとしても、
紫外線・スペクトル内に多量の184、９および
194、2nm線が含まれていることが重要である。
所定の最低照射値および紫外線照射内での包装材
料の最低帯留時間が維持されれば、極めて申し分
のない殺菌率で包装材料を殺菌でき、従つて従来
一般的な予想に反して、このような紫外線照射に
よる殺菌を実施する装置を産業上実施できるよう
に改良できる。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図では包装材料１は予め成形された容器、
例えば深絞り加工されたカツプとしてマガジンか
ら供給されかつ運動方向Ｍで搬送される。包装材
料１はまず赤外線照射IRを受け、次いでケーシ
ングとして構成された反射器６，７，８内で放電
管４の放電管区分５を介して紫外線照射UVを受
ける。このばあい放電管区分とは、包装材料の幅
全体に亘つてのびる殺菌のために重要な紫外線照
射を生ぜしめる放電管部分を意味する。紫外線照
射源を含む反射器ケーシングは紫外線照射通路と
も呼ばれる。充填ステーシヨンの下ではカツプに
予め殺菌された充填物、例えばヨーグルト又はコ
ーヒー用クリームが所定単位量毎充填される。

包装材料２、つまり、例えば50μm乃至100μm
厚さのアルミニウムから成る、ローラＲ１から繰
り出される封鎖ホイルは、包装材料１と同様にま
ず赤外線照射通路および紫外線照射通路を介して
案内され、次いで偏向ローラを介して打ち抜き兼
封鎖ステーシヨン１０に達する。このばあい封鎖
ホイルからカバーが打ち抜かれ、かつこのカバー
によつて充填されたカツプは熱封により気密に閉
鎖される。

所定単位量をパツクし終えた容器は次いで装置
の右側から搬出される。

装置全体をほぼ無菌状態で維持するために、上
方から殺菌空気Stが吹き込まれる。このような空
気吹き込みは水平方向で側方から行うこともでき
る。

第２図では、包装材料３、例えばプラスチツク
で被覆されたアルミニウム・ホイルを積層された
紙・複合包装材料がローラＲ２から運動方向Ｍで
紫外線照射通路内に導入され、この紫外線照射通
路は包装材料の両側に配置された、放電管４を有
する２つつの反射器ケーシングから成つている。
次いで包装材料３は図示されてない装置内でホー
ス又はチユーブＴに変形されて符号Ｑの位置で横
方向で封鎖され、次いで完成したパツクとして放
出される。液状の内容物の充填は充填ステーシヨ
ンＦから、形成された包装材料・チユーブ内に導
入される管を介して行われる。第１図で図示され
ているように第２図による装置においても有利に
は紫外線照射通路の手前に赤外線照射通路を設け
ることができる。

どのような形状の包装材料１，２，３が供給さ
れても本発明により規定された波長スペクトルの
正しい照射値で包装材料を照射するために、放電
管４が設けられている。この放電管は有利にはス
イス国特許出願第2994／74号（ドイツ連邦共和国
特許出願第P2412997.3号）明細書に記載されてい
ているように構成されている。殺菌のために重要
な所望の紫外線照射は放電管４の放電管区分５に
よつて行われる。

第３図では包装材料１，２，３の上方で蛇行す
る１本の放電管４が図示されている。このばあい
包装材料１，２，３の幅全体に亘つてのびる放電
管の各部分が４つの放電管区分５を形成する。従
つて図示の蛇行した１本の放電管４は包装材料の
幅全体に亘つてのびる相前後して配置された４つ
の放電管区分５を有する。

紫外線照射による殺菌は次の形式で行われる。
即ち、放電管４は例えばほぼ６・10^-2トルに相応
して72度Ｃの水銀温度で10A／cm²の放電流密度で
運転される。これによつて20％を上回る効率で波
長253、7nmの強力な短波紫外線照射が生生ぜし
められる。このばあい更にスペクトルはかなりの
割合で184、9nm線および194、2nm線をも有して
いる。

このような照射を受けると、以下に詳述するよ
うに、胞子を発生する全てのバクテリアおよび胞
子を発生しない全てのバクテリアは数秒以内に所
望の割合で死滅させられるが、黴胞子、特にアス
ペルギルス・ニゲル（Aspergillus Niger）は抵
抗力を発揮する。

しかしながら発生する全ての黴胞子を死滅させ
る必要はない。それというのもこの黴胞子は毒性
でなければ病因性でもなくしかも例えば密封され
たミルク容器（パツク）内では事実上増殖不能で
あるからである。

しかしながらこのような黴胞子をも死滅させる
ことが所望されるばあいには、有利には包装材料
１，２，３は充填兼包装装置の無菌部分において
60度Ｃ以上に、例えば80度乃至90度Ｃに加熱され
る。周知のようにこのような温度では黴胞子は数
秒以内に余す所なく死滅させられる。

第１図によれば包装材料１，２は、包装材料が
紫外線照射通路内に進入する前に赤外線照射によ
つて加熱される。赤外線照射区間は短く維持でき
る。それというのも赤外線照射によつて生ぜしめ
られる温度は紫外線照射通路内では紫外線損失出
力に基いて維持されるか、或は数度上昇するから
であり、これによつて包装材料は十分長く黴胞子
を死滅させるのに必要な温度に維持されるからで
ある。

包装材料に対する実地においてテストされた紫
外線照射量（DIN5031「照射＝Bestrahlung」
1970年、８月出版、第１葉、第７ページ参照）は
１、5Ws／cm²であり、このばあい測定は253、
7nm線に関連してのみ行われた。工学技術上適切
な包装材料の送り速度を考慮して、包装材料に対
する253、7nm線の照射値が０、3W／cm²でかつ紫
外線照射内での包装材料の滞留時間が５秒である
と有利であることが判明した。

放電管４が253、7nm線以外に184、9nm線およ
び194、2nm線も照射できるようにするために、
放電管４の放電管区分５には前記線を吸収しない
材料を設けることができる。このような材料とし
て例えば高純度の石英、特に人造石英が用いられ
る。これによつて微生物を死滅させるのに重要な
紫外線スペクトルが得られるばかりでなく、気中
酸素からかなりの量のオゾンO₃も発生し、この
オゾンは付加的に包装材料に対しておよび周囲環
境に対して殺菌作用を生ぜしめる。

どのような形状（容器状、偏平帯材状）の包装
材料が供給されても包装材料を均等かつ均質に照
射することが極めて重要である。このことを達成
するために従来では実地上重大な問題があつた
が、本発明によればこの問題点も以下のようにて
申し分なく解決された。

包装材料１，２，３の運動方向Ｍに対して横方
向での均質な照射は、放電管４の直線的な区分、
つまり放電管区分５が包装材料の幅全体に亘つて
のびかつ照射すべき包装材料の平面に対して平行
な一平面Ｅ内で相前後して位置していることによ
つて、保証される。運動方向Ｍに対して横方向で
相前後して放電管区分５を配置することによつ
て、場合によつて生ずる放電管区分の不均一な老
朽化を申し分なく補償できるという別の利点が得
られる。

所定の区間に亘る運動方向Ｍに沿つた均質な照
射は反射器によつて得られる。この反射器は短波
紫外線を極めて申し分なく反射しかつ例えば超仕
上研磨されかつ陽極処理されたアルミニウムから
形成される。反射器の反射率は０、75よりも良好
である。反射器は上位部分６と２つの側位部分
７，８とから成つていて、この側位部分は有利に
は上位部分６から包装材料１，２，３に向けて垂
直にのびている。側位部分７は包装材料が紫外線
照射通路内に進入する個所にかつ側位部分８は包
装材料が紫外線照射通路から進出する個所に位置
している。

このような構成の反射器によつて、規定された
照射区域が得られるばかりでなく、特に有利には
包装材料に対して極めて均質な拡散された照射が
行われるようになる。この驚くべき結果の主たる
原因は特に、本発明によるパラメータで運転され
る高電流低圧水銀放電が光学的に密度が小さいと
いうこと、つまり照射が均一に全放電容積から行
われかつ吸収が行われないということにある。従
つてこのような形式の反射器には、点源、線源お
よび面源のための周知の幾何光学の規則を適用で
きない。

放電管区分５および反射器は有利にはケーシン
グ内に配置され、このケーシングは外部に対して
できるだけ小さな開口を有しかつ包装材料の進入
個所および進出個所でできるだけ密に閉鎖されて
いる。更にケーシングは紫外線が外部に漏れない
ようにする遮蔽作用を生ぜしめかつ紫外線照射に
よつて生ぜしめられるオゾンが、特に充填ステー
シヨンＦの方向に拡散するのを阻止する。更に反
射器自体が第１図および第２図で図示されている
つようにこのようなケーシングとして構成するこ
ともできる。

ケーシング又は反射器は発生するオゾンを吸出
する吸出装置９を備えることができる。放電管４
の電極室は有利にはケーシングもしくは反射器の
外部で並べて特別なランプケーシング内に取り付
けられている。

包装材料に照射される紫外線をできるだけ均質
にしかつ拡散させるために、反射器は適当に設計
されねばならない。このような反射器設計は第４
図に基いて説明する。

照射区域において照射値Ｉに対する照射値変動
△Ｉの比を10％以内、つまり△Ｉ／Ｉ≦10％にす
るために、反射率Ｒ≧０、75の反射器を使用した
ばあいａ／ｄ≧０、５条件が満たされねばならな
い。このばあいａは包装材料１，２，３と放電管
区分５の軸線との間の垂直方向間隔である。

放電管区分が位置する平面Ｅと反射器の上位部
分６との間の垂直方向間隔ｃはできるだけ小さ
く、特に２つの放電管区分の軸線間の間隔ｄより
も小さくしなければならない。これによつて反射
器の縁範囲に位置する包装材料の縁範囲を申し分
なく照射できるようになる。更にこのような包装
材料縁範囲を申し分なく照射できるようにするた
めに、ｅはできるだけ小さくかつｂはできるだけ
大きく選ばれねばならない。このばあいｅは最も
外側の放電管区分５の軸線と隣接する側位部分
７，８との間の最小間隔をかつｂは平面Ｅから包
装材料の方向への側位部分長さである。特にｅ＜
１、5D（このばあいＤは放電管区分５の直径）お
よびａ−ｂ＝ｆ＜10mmであるばあいには、入口側
の側位部分７から出口側の側位部分８までの包装
材料全体に亘つて△Ｉ／Ｉ≦10％が成立する。

前述のような均質な拡散された紫外線照射によ
つて特に次のような利点が得られる。

イ 予め成形された容器の内部は均一に、特に影
を形成することなく照射される。特に有利には
深さ３cm、幅６cmのカツプの内部は、同じ放電
管および同じ反射器を用いたばあい偏平な包装
材料と同様に全ての個所で迅速に殺菌された。

ロ 放電管４を所定の送りストロークに合わせて
調整する必要はない。即ち、両送りストローク
の間で照射フイールドのどんな位置で予め成形
された容器を停止させるかは重要ではない。

第５図では微生物学的な殺菌テストの結果が図
示されている。このばあいテスト対象物に対する
253、7nm線の照射値を０、3W／cm²にセツトして
10A／cm²および６・10^-2トルで高電流低圧水銀放
電が行われた。

テストされたバクテリアおよび黴の精製された
胞子培養菌、つまり測定結果を誤らせる主要成分
を除去されている胞子培養菌は、一塗り当たり
10³乃至10⁸の範囲で所定の希釈率で所定の面に塗
沫されて乾燥された。次いで培養物は異なる時間
紫外線照射にさらされ、次いで洗い落されて培養
された。このばあい菌の減少度は絶対的な殺菌テ
ストによつて確認された。

以下の菌がテストされた。

バチルス・スブテイリス（Bacillus subtilis）
の胞子、 バチルス・ステアロテルモフイルス（Bacillus
stearothermophilus）の胞子、 エスケリキア・コリ（Escherichiacoli）、 ムコル・ムチエド（Mucor mucedo）、 アスペルギルス・ニゲル（Aspergillus
Niger）、 ペニシリウム・クリソゲヌム（Penicillium
chrysogenum）。

エスケリキア・コリおよびムコル・ムチエドは
２秒乃至３秒の内に10⁸以上の殺菌率Ｋ
（100000000個の微生物のうち１個の微生物が生
存）で死滅した。その他のテストされた微生物に
関しても第５図で示された結果が得られた。

紫外線照射の253、7nm線のスペクトル照射値
が０、3W／cm²であるばあい、全短波紫外線照射
の効果は次の通りである。即ち、 イ 単位面積≦１cm²当たり10⁸までの出発菌数の
ばあい、胞子を形成する全てのバクテリアは５
秒の照射時間で10⁶以上の殺菌率（1000000個の
微生物のうち１個の微生物が生存）で死滅した
（このばあい最も抵抗力があるのはバチルス・
スブテイリスおよびバチルス・ステアロテルモ
フイルスである）。

ロ ５秒の照射時間で胞子を形成しない全てのバ
クテリアも著しく高い殺菌率で死滅した。

ハ 黴胞子のばあい高い殺菌率（≧10⁴）を得る
ために30秒までの照射時間が必要であつた（こ
のばあい最も抵抗力があるのはアスペルギル
ス・ニゲルである）。

黴胞子を絶滅するため場合によつては長い照射
時間が必要とされるが、これを回避するために本
発明によれば、すでに述べたように紫外線照射と
赤外線照射とを組み合わせた照射を行うことがで
きる。

更に、第１図による包装材料１，２を両側で、
即ち食品側ばかりでなく、外面も照射すると有利
である。これによつて包装材料による無菌室の汚
染の危険が回避される。

本発明による装置は、軟質又は半硬質の容器内
に液状又はペースト状の充填物を充填して包装す
るばあいに、つまり特に予め殺菌されたミルクを
チユーブ状容器に充填するばあい又はヨーグル
ト、サワーミルク、コーヒー用クリーム等を所定
単位量パッツク内に充填するばあいに特に適して
いる。このばあい従来では主として水蒸気又は過
酸化水素H₂O₂を用いた殺菌が行われた。しかし
ながら水蒸気・殺菌形式では、水蒸気が高腐食性
であるため、重大な機械技術上の問題が生じ、ま
た、過酸化水素・殺菌形式でも、この方法を合法
的ならしめるために、化学薬品を食品から十分確
実に除去しなければならない。

このような全ての問題点は本発明では生じな
い。

所定単位量パツクのばあいカバーホイルはコー
テイングされかつプリントされていてしかも特に
歪み易いので、カバーホイルのばあい本発明によ
る紫外線照射のよる滅菌形式は特に有利に適用さ
れる。従つてさほどデリケートでない容器のばあ
い必要であれば従来の殺菌形式、例えば過酸化水
素・殺菌形式を適用しかつカバーホイルのみを紫
外線照射によつて殺菌することもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は所定単位置の充填物を無菌状態で充填しか
つ包装するための装置を示す図、第２図は予め殺
菌された液状の充填物、例えば無菌ミルクを無菌
状態で充填しかつ包装するための装置を示す図、
第３図は包装材料に亘つてのびる１本の蛇行した
放電管の配置形式を概略的に示した図、第４図は
反射器と放電管の放電管区分との配置関係を示し
た図、第５図は照射値０、3W／cm²のばあい、紫
外線照射内での包装材料の滞留時間ｔに関連した
主要微生物の殺菌率ｋを示した線図である。 １，２，３…包装材料、４…放電管、５…放電
管区分、６…反射器の上位部分、７，８…反射器
の側位部分、９…吸出装置、１０…打ち抜き兼封
ステーシヨン、Ｒ１，Ｒ２…ローラ、ST…殺菌
空気。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予め滅菌もしくは殺菌されて充填兼包装位置
   に送られる食品を、無菌状態で自動的に充填して
   包装する装置であつて、包装材料が高電流低圧放
   電によつて生ぜしめられる照射紫外線UVによつ
   て殺菌され、紫外線照射の254nm線のスペクトル
   照射値が少なくとも0.05W／cm²セツトされ、かつ
   包装材料１，２，３に少なくとも２秒間に亘り紫
   外線が照射される形式のものにおいて、包装材料
   １，２，３の運動方向Ｍに対して相前後してしか
   も包装材料の幅全体に亘つて、放電管４の少なく
   とも２つの放電管区分５が配置されていて、放電
   管区分５が包装材料の照射しようとする部分の平
   面に対して平行な一平面Ｅ内に位置していてかつ
   反射器によつて取り囲まれており、この反射器が
   放電管区分５の平面Ｅの上方でこの平面に対して
   平行に配置された偏平な上位部分６と２つの側位
   部分７，８とから形成されていて、この側位部分
   が紫外線照射が開始もしくは終了させられる個所
   で上位部分から包装材料にまでのびており、反射
   器材料の反射率が0.75よりも良好でありかつ前記
   両側位部分が上位部分に対してほぼ垂直に位置し
   ており、隣接する２つの放電管区分５の間隔ｄに
   対する、包装材料と放電管区分５の平面Ｅとの垂
   直方向の間隔ａの比が少なくとも0.5に等しく、
   かつ、反射器の上位部分６と放電管区分の平面Ｅ
   との垂直方向の間隔ｃが隣接する２つの放電管区
   分の間隔ｄよりも小さく、かつ、隣接する側位部
   分と外側の両放電管区分との最短間隔ｅが放電管
   区分の直径Ｄの２倍よりも小さく、かつ、包装材
   料１，２，３から側位部分７，８の最短間隔ｆが
   10mmよりも小さく設計されていることを特徴とす
   る、食品を無菌状態で自動的に充填しかつ包装す
   る装置。