KR101951972B1 - 멸균 온도에서 불안정한 에멀젼, 특히 피부용 코스메틱 에멀젼을 초고온에서 멸균하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에멀젼, 특히 더모코스메틱 제조물의 고온 멸균을 위한 방법과 관련되며, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는 것으로 특징된다:
a. 상기 에멀젼의 안정 한계인, 최대 예열 온도 T1까지 상기 에멀젼을 점진적으로 예열 (120)하는 단계;
b. 이렇게 하여 예열된, 상기 에멀젼의 주입에 의해 초고온 멸균 (130)을 수행하는 단계, 여기서 이 단계는 다음 단계를 포함함:
i. 최대 멸균 온도 T2까지 급속 가열하는 단계 (131);
ii. 상기 멸균 온도에서 안정기에 이르는 단계 (132);
iii. 멸균의 종결시점 온도 T3에서 진공 하에 플래시(flash) 냉각하는 단계 (133);
c. 저장 온도 T4까지 교반과 함께 점진 냉각하는 단계 (150).

Description

멸균 온도에서 불안정한 에멀젼, 특히 피부용 코스메틱 에멀젼을 초고온에서 멸균하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR STERILIZING AN EMULSION AT AN ULTRAHIGH TEMPERATURE, PARTICULARLY A COSMETIC EMULSION FOR THE SKIN, WHICH IS UNSTABLE AT THE STERILIZATION TEMPERATURE}

본 발명은 멸균 온도에서 불안정한 에멀젼의 초고온 멸균을 위한 장치 및 방법과 관련된다. 본 발명은 겔, 크림, 또는 우유 형태의 더모코스메틱(dermocosmetic) 제조물을 멸균함에 더욱 특히 적합하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱 일반적으로, 본 발명은 에멀젼 또는 현탁액 형태의 산물과 관련된다. 이러한 산물은 적어도 두 가지 혼합되지 않는 상(phase)을 포함한다; 상기 상들 중 "내부" 또는 "분산"상으로 불리는, 하나의 상은 현탁액으로 존재하고 "외부" 또는 "연속"상으로 불리는, 다른 하나의 상에 분산된다. 본 발명의 산물에서, 내부상은 응축되거나 액체이고 외부상은 액체이다.

상기와 같은 에멀젼을 파괴시키는 것, 즉 이러한 에멀젼을 다양한 메커니즘 가령, 크리밍(creaming), 응집(flocculation) 또는 유착(coalescence)에 의해 에멀젼으로서의 특징을 잃게 하는 것이 가능하다. 때때로 에멀젼의 파괴를 초래하는 이들 현상은 특히 현탁액내 입자의 크기에 그리고 외부상의 점도에 민감하다. 내부상의 입자가 더 미세하고 균일할수록, 외부상이 더욱 점성일 수록, 에멀젼은 더욱 안정할 것이고 반대의 경우도 마찬가지이다. 어떤 면에서, 안정도는 상기 에멀젼이 에멀젼으로서 이의 특징을 잃어버리는데 걸리는 시간의 측정치이다.

많은 분야에서, 에멀젼 형태의 산물, 가령 화장품 또는 의약품은 미생물 증식에 관한 보존 기준을 충족해야 한다. 이 보존을 보장하기 위한 방법 중 하나는 산물에 보존제, 가령 4-하이드록시벤조산의 에스테르, 소르베이트 또는 글리콜 에스테르를 포함하는 것이다. 이들 첨가제는 이들을 함유하는 제조물에 필요한 활성 물질과 무관하다; 그럼에도 불구하고 첨가제는 허용되기 어렵다. 그러므로, 특히 더모코스메틱 분야에서, 이러한 보존 첨가제를 이용하지 않으면서도, 하지만 이의 유통기한 및 미생물 청결도가 적합한 산물을 제안하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 산물은 멸균되어야 한다. 멸균도(sterility)는 시행 중인 표준 EN 556 및 유럽 약전(European Pharmacopoeia)에 의해 상기 산물에서 증식하는 미생물의 확률로서 정의된다. 전형적으로 멸균 산물에 대한 상기 확률은 10^-6 아래이다. 출원인은 본 발명에 의해 표적되는 산물에 대해, 멸균이 22분과 동일한 멸균 값(sterilizing value), F0을 사용하는 방법에 따라 수행되어야 한다는 점을 결정하였다. 이 F0 값은 분(minute)으로 표현되는 시간을 제공하며, 상기 시간은 생존가능한 미생물에서 121℃의 습비열(humid heat)의 치사 효과를 정량화한다; 이를 결정하기 위한 방법은 시행 중인 유럽 약전에 의해 정의된다. 유럽 약전의 정의에 따라 멸균된 산물은 적어도 15분과 동일한 멸균 값 F0을 사용하는 멸균 방법의 대상이 되었다. 실제로, 상기 방법은 오로지 습비열만 이용하지 않는, 하지만 이의 점진된 치사 효과가 이 F0 값과 동일한 여러 가지 점증 멸균 단계를 포함할 수 있다.

치사 효과는 참조 균: 포자형성 게오바실러스 스테아로써로필루스(sporulated geobacillus stearothermophilus)에 관하여 측정된다. 이들 박테리아는 특히 열-저항성 및 열-내성이다. 따라서, 표적 멸균 효과는 22분 동안 121℃에서 열처리에 의해, 연구 중인 배지내, 이들 균에서 발생되게 될 효과이다. 처리가 파괴시키기 위함인 미생물의 유형에 의존하여, 온도가 감소함에 따라 이 처리를 위한 시간은 기하급수적으로 증가한다. 결과적으로, 다음 식은 F0의 값을 산출한다:

F0 =　t.10 ^(T-121/z)

여기서:

- t는 분으로 표현된 처리 시간이고;

- z는 온도 눈금이고 고려 중인 미생물의 열 저항성에 의해 정의된다. Z의 값은 파라미터 D에 관하여 실험적으로 정의된다. D는 고려 중인 미생물의 농도를 90% 감소시키기 위해, 주어진 온도, 여기서는 121℃에서 요구되는 시간을 측정한, 1/10 감소 시간(decimal reduction time)이다. D는 게오바실러스 스테아로써로필루스의 경우 1분과 동일하다. 따라서, Z는 값이 10배 변화하는 온도 변화이다; 게오바실러스 스테아로써로필루스의 경우, z는 10℃과 동일하다; 이들 요소, D와 Z는 배지에 의존하고 특히 에멀젼의 유형에 따라 변화한다;

-T는 처리 온도이다.

따라서, 22와 동일한 멸균 값으로의 처리는 121℃ (394 K)에서 22분이 걸리는 처리, 또는 135℃ (408　K)에서 36초가 걸리는 처리이다.

당연하게도,　에멀젼의 외부상의 점도를 상당히 감소시키는 방식에서의 가열은　마지막에　에멀젼에 파괴 영향을 주므로, 전문가는 열 멸균 처리를 배제하고 첨가제의 사용 또는 기타 방법을 선호한다. 하지만, 이들 기타 방법은 또한 난점을 가지거나 적용 가능하지 않다:

- 방사선조사에 의한 멸균은 이행하기가 어렵고 산물의 부패 의혹이 있다;

- 막 여과에 의한 멸균은 일반적으로, 더모코스메틱에서 이용되는 점성 산물에 적합하지 않다; 추가로, 상기 멸균은 내부상이 응축 또는 고체 상태일때 이들을 유지할 수 있다. 마지막으로, 상기 멸균은 산물의 산업-규모 생산과 양립할 수 있는 유속 또는 지속적인 공정을 지원할 수 없다.

문서 EP-B-2032175는 화장품, 가령 본 발명에 의해 표적된 것들의 멸균에 적합시킬 수 있는 UHT 또는 초고온(Ultra High Temperature)이라고 불리는, 멸균 방법을 기술한다. 이 문서에서 기술된 방법 및 장치는 튜브를 통해, 가열 및 냉각 수조내 압력을 유지하면서 전달되는, 에멀젼의 간접적인 가열을 이용한다. 이 튜브는 언급된 수조와 산물 사이에 어떠한 접촉도 없다는 것을 확실하게 해준다. 이런 유형의 방법은 튜브의 벽에 접촉된 산물과 유동 중심의 산물 사이의 열 구배, 그리고 동일한 수조를 통한 수송의 시작과 완료시점 사이의 열 구배를 유도한다. 이들 특징은 이렇게 하여 수행된 멸균의 치사 값(lethal value)을 확인하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 이 방법으로, 가열하는 단계, 고온에서 안정기에 이르는 단계 및 냉각하는 단계의 지속기간을 엄격히 제어하는 것이 가능하지 않다. 실제로, 상기 튜브의 가늚(thinness)은 특히, 멸균되어야 할 산물이 매우 점성일 때 그리고 이들 지속기간이 튜브를 통한 산물의 유속에 의해 제어되기 때문에, 적절한 유속을 성취하는 것을 어렵게 한다. 추가로, 튜브를 따라 그리고 이의 횡단면을 통해, 산물이 튜브 내로 이동하는 동안 산물의 가열 및 냉각은 이의 점성을 변화시킨다; 이것은 복잡한 상기 산물의 펌프작용(pumping) 제어하게 하고 고압의 이용을 요구한다. 추가적으로, 튜브의 뜨거운 벽과의 접촉은 산물의 품질에 부정적으로 영향을 줄 가능성이 있는 반면에, 냉각 구역에서, 상기 튜브의 차가운 벽과의 접촉은 상기 산물 내에서 지방 물질을 야기시켜 차후 재-균질화의 가능성 없이 응고시키는 경향을 갖는다. 따라서 이 방법을 제어하는 것은 민감한 문제이며 결과를 잘 재현할 수 없다. 마지막으로, 이 방법은 1m³/시간 초과의 유속으로, 고용적(high volumes) 산물의 산업-규모 처리에 적합하지 않다.

식품에 적용되는 바와 같이, 특히 주입 또는 주사에 의한, 사전 기술에서 공지된 다른 초고온 처리 방법은 또한 이런 유형의 산물을 가공처리하는 데에 매우 적합하지 않고, 산물이 완전한 유효성을 성취하기 위해 액상으로 있을 때 실현될 증기와의 접촉을 요구한다. 식품에서 요구되는 멸균 특성이 본 발명에 의해 표적된 산물에서보다 덜 엄격함에도 불구하고 그리고 초고온 멸균 방법을 이용하여 처리되는 식품의 관능적 특성(organoleptic property)이 본 발명에 의해 표적된 에멀젼의 안정도보다 덜 취약함에도 불구하고, 사전에 기술에 따라, 상기 산물에 계면활성 첨가제를 첨가하여 멸균 주기에 관한 그들의 안정도를 강화시키는 것은 일반적이다. 따라서, 문서 EP　0524751 및 JP　2004　105181은 식품 에멀젼을 멸균하는 방법을 기술하며, 여기서 식품 에멀젼은 에스테르를 첨가함으로써 미리 안정화된다. 이런 유형의 계면활성 첨가제는 본 발명이 제거하는 것을 목표로 하는 보존제와 유사하다.

사전 기술의 결점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고온에서, 에멀젼, 특히 더모코스메틱 제조물의 지속적인 멸균을 위한 방법을 제안한다; 이 방법은 다음 단계를 포함한다:

a. 최대 예열 온도 T1까지 상기 에멀젼을 점진적으로 예열하는 단계, 여기서 상기 온도는 상기 에멀젼의 안정 한계에 있음;

b. 이렇게 하여 예열된, 상기 에멀젼의 주입에 의해 초고온 멸균을 수행하는 단계, 여기서 이 단계는 다음 단계를 포함함:

i. 최대 멸균 온도 T2까지 가열하는 단계;

ii. 상기 멸균 온도에서 안정기에 이르는 단계;

iii. 멸균의 종결시점 온도 T3에서 진공 하에 급속 냉각하는 단계;

c. 저장 온도 T4까지 교반과 함께 점진 냉각하는 단계.

따라서, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 멸균 작동의 양측면 상에서, 점진적인 가열의 단계, 그리고 특히, 점진적인 냉각의 단계를 공정의 순서 내에, 포함한다. 이들 점전적인 가열 및 냉각 단계는 다음을 허용한다:

- 가열 동안에, 에멀젼을 파괴함 없이, 상기 에멀젼을 주입 멸균 방법에 적합한 유동성의 상태로 만드는 것;

- 냉각 동안에, 에멀젼으로서 산물 특성을 회복하는 것, 여기서 상기 에멀젼은 멸균 작동 동안에 부분적으로 분해되었음.

멸균 단계의 단계 i) 및 iii)의 가열 및 냉각 속도는 주입 방법의 열역학에 의해 부여된다.

본 발명은 개별적으로 또는 기술적으로 효과적인 임의의 조합으로 고려될 수 있는, 하기 기술된 이로운 구체예에 따라 실행될 수 있다.

유리하게도, 켈빈 온도(degrees Kelvin)로 표현되는 온도인, 온도 T3은 온도 T1 이하이며, 여기서 온도 T1과 온도 T3의 차이는 5K 미만이다:

(T1-5)≤T3≤T1.

따라서 에멀젼은 주입 단계에 의한 멸균 동안에 흡수된 물을 모두 제거하지만 차후 냉각 처리에 적합한, 충분한 온도에서는 남아있는다.

유리하게도, 냉각 단계 c)는 최대한 15K (15℃)의 두 가지 안정기 사이의 온도 변화와 함께, 안정기에서 수행된다. 이런 방식으로, 이 조건에 관한 것은 에멀젼을 분해할 수 있는, 냉각 동안의 임의의 열충격을 피한다.

유리하게도, 냉각 단계 c)는 평판 열 교환기를 포함하는 수단으로 수행되는 두 가지 안정기를 포함한다. 따라서, 안정기에 관한 것은 너무 차가운 그리고 지방 물질을 야기시켜 응고시키는 벽과의 접촉 상태가 되게 하는 산물을 방지하는 반면, 처리되어야 할 산업-규모 적용과 양립가능한 산물의 용적을 허용한다.

유리하게도, 온도 T2는 418K (145℃)이다. 이 온도는 멸균 값 F0=22가 6초의 멸균 시간에 성취되도록 허용한다. 멸균 방법은 불가피하게 에멀젼의 희석을 야기한다. 이들 처리 조건을 고르는 것은 냉각 단계 동안 에멀젼에 이의 초기 특성을 돌려주고 그리고 추가로, 광범위한 더모코스메틱 제품에 적합하다.

유리하게도, 온도 T1은 328K (55℃)로 선택된다. 이 온도에서, 본 발명에 의해 고려되는 대부분의 에멀젼은 에멀젼을 분해시킴 없이 UHT 주입 멸균 장치 내로 통과하는 데에 적합한 유동성 상태로 둘 수 있다.

실질적인 관점에서, 그리고 상기 방법의 산업적인 적용을 위해, 파라미터 T1, T2, T3 및 유지 시간(holding time)은 산물과 상관 없이, 고정된다; 이들은 신속한 멸균 가열 및 냉각, 그리고 이 공정 동안 에멀젼에 의해 흡수된 모든 물의 회수를 허용하는 열역학적 평형에 상응한다. 이들 일차 처리 단계 후 에멀젼의 상태는 처리되었던 산물의 유형에 의존하지만, 선택된 파라미터는 에멀젼의 균질성이 오로지 처리에 의해 영향을 받고; 이 균질성은 냉각 단계 동안 복구되고; 이 단계는 고려 중인 산물에 대해 점진성(graduality) 및 교반에 관하여 조정된다는 점을 보장한다.

이를 위하여, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 멸균 단계 b) 다음에 에멀젼을 전단함으로써, 혼합하는 단계로 불리는, 기계적 처리 단계를 유리하게 포함한다.

유리하게도 또한, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 냉각 단계 c) 다음에 혼합하는 단계를 또한 포함한다.

이들 혼합 단계는 에멀젼의 균일성을 복구시키는 데에 필수적인 에멀젼의 교반 속도를 조정하도록 허용한다.

본 발명은 본 발명의 주제가 되는 상기 방법을 지속적으로 실행하기 위한 장치와 또한 관련되며, 여기서 상기 장치는 다음을 포함한다:

x. UHT 주입 멸균 장치;

y. 멸균되어야 할 에멀젼을 예열하고 냉각하기 위한 평판 열 교환기;

z. UHT 멸균 장치로부터 출구에서 전단함으로써 에멀젼을 처리하는 기계적 수단.

유리하게도, 열 교환기는 "표면 스크래이핑식(scraped-surface)"로서 공지된 유형의 것이다. 이런 방식으로, 열 교환기는 벽과 접촉 시 열 충격 없이, 에멀젼의 가열 및 냉각 둘 모두를 제공한다; 그들은 또한 에멀젼의 균일성을 회복시키기 위해 요구되는 에멀젼의 모든 또는 부분적인 교반을 제공한다.

유리하게도, 본 발명의 주제가 되는 상기 장치는 두 가지 냉각 온도 안정기에 해당하는, 2개의 냉각 표면 스크래이핑식 열 교환기를 포함한다. 따라서, 첫 번째 열 교환기는 상기 교환기의 벽과 접촉 시 응고되는 것으로부터 에멀젼내 함유된 지방 물질을 방지하기 위해 충분히 높은 온도로 설정될 수 있다.

본 발명의 주제인 상기 장치의 특히 이로운 구체예에 따라, 후자는 첫 번째 냉각 표면 스크래이핑식 교환기의 주입구 전에, 멸균 장치로부터의 배출구에서 디스크-유형(disc-type) 혼합 기계를 포함한다. 따라서, 상기 혼합 기계는, 상대적으로 높은 온도에 있을 때, 대략 323　K (50℃)로 에멀젼의 냉각 직후 에멀젼을 균질하게 할 수 있고 그리고 상기 에멀젼의 유착, 크리밍 또는 응집의 임의의 시작을 정지시킬 수 있다.

유리하게도, 본 발명의 주제가 되는 상기 장치는 마지막 냉각 열 교환기로부터의 배출구에서 디스크-유형 혼합 기계를 포함한다. 이전의 이로운 구체예와 조합될 수 있는 이 특징은 에멀젼의 균질화를 완전하게 하여 차후 작동 동안 상기 균질성의 임의의 분해를 방지한다.

유리하게도, 본 발명의 주제가 되는 상기 장치는, 디스크-유형 혼합 기계를 포함하는 이의 구체예에 따라, 멸균되어야 할 에멀젼을 상기 디스크-유형 혼합 기계를 통한 통과로부터 방지하는 우회 수단을 포함한다. 따라서, 냉각 주기 및 교반의 양은 처리되는 에멀젼의 유형에 따라, 조정될 수 있다.

본 발명은 더모코스메틱 적용을 위한 에멀젼과 또한 관련되며, 여기서 에멀젼은 EN 556 표준 및 유럽 약전에 따라 그리고 더욱 특이적으로 멸균 값 F0=22에 대해 성취된 것과 같은 멸균도로 멸균된다. 이러한 에멀젼은, 사전 기술에서 공지된 방법의 범위 밖인, 이의 멸균 수준으로 인해, 보존 첨가제를 사용하지 않고도 이례적인 보존 품질을 가지며, 이는 에멀젼의 내성이 개선될 수 있고 그리고 또한 보존 첨가제와 상용될 수 없는 활성 물질이 이용될 수 있다는 점을 의미한다.

본 발명은 여러 가지 바람직한, 비-제한 구체예에 따라 그리고 도 1 내지 3에 대한 참조로 하기 기술되며, 여기서:
- 도 1은 본 발명의 예시적인 구체예에 따라 방법의 실행의 개요 관점을 보여주고;
- 도 2는 본 발명의 예시적인 구체예에 따라 처리 대상이 되는 산물의 점성에서 관련 변화의 예시 및 열 주기의 예시이고;
- 그리고 도 3은 안정도 한계 온도를 결정하기 위한 온도의 영향 하에 에멀젼의 점성에서 변화의 예시이다, 도 3A는 이 온도 아래의 온도, 도 3B는 이 온도에서의 온도 그리고 도 3C는 이 안정도 한계 온도 위의 온도.

도 1: 마커는 방법내 단계 그리고 상기 단계 동안 이 방법을 실행하는 수단을 명시한다. 멸균되어야 할 산물은 초기에 탱크 (110)에서 에멀젼의 형태로 저장된다. 처리된 산물은 주로 수성 외부상 및 지방 내부상을 갖는 에멀젼이다. 비-제한 예시로서, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 멸균하고 멸균된 에멀젼을 얻는 데에 적합하며; 상기 에멀젼은 친수성 성분, 특히 카르복시메틸 셀룰로오스 겔을 포함하는 수성 또는 연속 외부상 그리고 유성 물질 그리고 친유성-변형된 폴리아크릴레이트를 포함하는 내부상을 포함한다. 그럼에도 불구하고 상기 방법은 지방 연속상 및 수성 분산상을 가진 에멀젼에 적용될 수 있다. 본 발명의 주제가 되는 상기 장치 및 방법은 600 Cps 내지 45,000 Cps 범위의 점성을 가진, 매우 다양한 에멀젼을 위해, 즉 우유에서부터 향유연고(balm)까지의 범위의 더모코스메틱 제품을 위해 실행될 수 있다.

이러한 에멀젼은 외부상내 이들의 균일한 분산을 형성하기 위하여 내부상의 액적(drop)을 분리하거나 파괴시킴으로써 얻어진다. 이 분산은 기계적인 효과의 수단에 의해 얻어진다: 따라서 가령, 교반 또는 주사에 의해 산물 내로 도입된 기계적인 에너지는 중간상(interphase)에서 액적의 표면 장력내 저장된다. 따라서 액적의 크기가 모든 에멀젼에서 실질적으로 동일할 때 산물은 균일하다. 이 에멀젼화 상태로부터, 내부상 액적이 다양한 메커니즘에 의해, 그들이 두 가지 분리된 상을 또 다시 형성할 때까지 뭉칠 때, 에멀젼이 파괴된다. 이 경우에, 에멀젼은 단지, 초기에 행해졌던 것처럼, 기계적 에너지를 재도입함으로써 형성될 수 있다. 초기 에멀젼 및 파괴된 에멀젼 사이에는 내부상의 액적 크기의 분포가 균일하지 않지만, 정의된 열역학 조건 하에 또는 기계적 에너지의 최소 도입으로, 에멀젼이 다시 균일화될 수 있는 중간 상태가 존재한다. 본 발명의 주제가 되는 상기 방법 및 장치는 모든 시간에, 특히 처리 중 가장 어려운 단계 동안 쉽게 에멀젼의 재-균질화를 성취하는 것을 가능하게 하는 상태로 에멀젼을 보존하는 것을 목표로 한다. 이러한 처리 원리는 에멀젼화 식품, 가령 우유의 멸균 방법에 대해 공지되지 않는다.

시간의 함수 (220)으로서 에멀젼의 온도 (210) 및 점성 (230)을 제공하는 도 2는 열 주기 (215)가 본 발명의 방법의 여러 가지 단계 (120, 130, 140, 160) 동안 에멀젼의 점성 (235)에 상관적으로 따르도록 허용한다.

도 1로 돌아가서, 펌프작용 수단 (115)은 에멀젼의 안정도 한계에 있는, 온도 T1까지 예열하는 단계 (120) 동안, 처리되어야 할 산물을 2개의 표면 스크래이핑식 교환기 (121, 122) 쪽으로 제공하여 상기 산물을 취한다. 온도 T1은 도 3에서 보여진 바와 같이, 온도의 함수로서 에멀젼의 점성에서의 변화를 분석함으로써 결정된다.

도 3: 에멀젼의 전단 속도 (310)에 따른 에멀젼의 동점성(dynamic viscosity) (320)의 분석은 전단 속도, 또는 증가하는 (301, 303, 305) 또는 "외향(outward)" 곡선인 전단 속도 구배를 증가시키기 위해 그리고 전단 속도 (302, 304, 306) 또는 "복귀(return)" 곡선을 감소시키기 위해 제공된다. 가동부의 벽과 고정된 벽 사이의 에멀젼을 전단하는 가동부 (원기둥 또는 원뿔)를 포함한 유동계(rheometer)의 수단에 의해 수행된 이 분석은 상이한 온도에서 수행된다. 상기 분석은 세 가지 특징적인 작용을 앞부분에 제공한다. 도 3에서 제시된 실현의 예시에 따르면, 전단 속도 (310)는 10초^-1와 150초^-1 사이에서 변화한다.

도 3A: 온도 T1 아래 온도의 경우, 복귀 곡선 (302)은 단일 전단 속도에 대해 외향 곡선 (301)보다 더 낮은 점성 값을 강조하는데, 그 이유는 가동부의 흔들림이 에멀젼을 유동화시키는 경향이 있기 때문이다.

도 3C: T1 위의 온도의 경우, 외향 (305) 온도와 결합된, 교반이 에멀젼을 파괴하며, 이는 점성이 떨어지는 복귀 곡선 (306) 상에서 가시적이다.

도 3B: 검사가 온도 T1에서 수행될 때, 점성은 외향 (303) 전단 속도에 따라 변화하지만 복귀 (304) 상에서 가동부의 교반 후 동일한 점성으로 되돌아온다.

따라서, 온도 T1은 온도에 따라, 에멀젼의 유동학적 작용을 연구함으로써 결정될 수 있다.

도 1로 돌아가서, 예열 단계 (12)는 에멀젼의 온도에서 매우 점진적이고 균일한 상승을 동시에 제공하는 데에 표면 스크래이핑식 교환기를 이롭게 사용한다. 따라서, 예열 속도는 0.1 ℃.s^-1 내지 1℃.s^-1이다.

교환기 수는 요구되는 유속에 따라 선택되어, 산업 용도에 적합한, 지속적인 처리를 허용한다. 이 유속은 특히 1m³/시간보다 더 크다. 이러한 교환기는 날(blade)이 장착된 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함한다. 고정자는 유동 순환에 의해 바람직한 온도까지 가열된 이중 벽을 포함하고, 따라서 교환기 (121, 122)의 안쪽 벽이 설정치(set point) 온도 T1에 도달한다. 이로운 예시적인 구체예에 따라, 온도 T1은 328K (55 ℃)로 선택된다. 이 온도는 요구된 에멀젼 유동성을 분해됨 없이 얻어지도록 허용한다. 회전자 날은 교환기의 안쪽 벽을 지속적으로 긁고, 따라서 상기 벽과 에멀젼 용적의 순간적인 접촉 시간이 짧아진다; 이것은 차가운 산물이 뜨거운 교환기 벽과의 접촉 내로 들어갈 때 발생할 수 있는 열 충격을 방지한다.

점진적인 예열 단계 (120) 다음에 멸균 단계 (130)로 이어진다. "주입에 의한"으로 불리는 방법에 따라 멸균이 수행된다. 이 방법은 바람직한 온도에서 수증기로 채워진 밀폐 공간 내로 산물의 분출(jet)을 분쇄하는 단계로 구성된다. 이 분쇄를 수행하기 위하여, 에멀젼은 실질적으로 액체이어야 한다. 산물 액적과 증기 사이의 교환면이 매우 크기 때문에, 멸균 온도 T2까지 산물을 가열하는 것은 멸균 챔버(chamber) 내로 주사된 산물의 전체 용적에서 실질적으로 순간적이다. 이 가열 단계 동안에, 산물은 산물에 증기의 열을 전달한 증기의 양의 응축에 해당하는 물을 흡수한다. 산물은 온도 T2에서, 안정기 단계 (132) 동안에, 유지되고, 이후 급속 냉각 장치 (133)로 보내진다. 유리하게도, T2는 418K (145℃)과 동일한 것으로 선택되고, 다음 단계 (132) 동안에, 안정기 시간 T은 6초이다. 이들 조건은 22분과 동일한 F0의 멸균 값이 성취되도록 허용한다.

이후 멸균 (130)은 "플래시(flash)"라고 불리는 급속 냉각 (133)을 진행한다. 온도 T2까지 가열된, 산물은 적절한 수단 (139)에 의해 진공으로 채워졌던 챔버에 연결된다. 이 챔버 내로 들어온 산물은 증기의 격렬한 방출을 수반하는 갑작스런 감압을 겪는다. 잠재하는 증발열은 액적을 기화시킴으로써, 산물로부터 열 에너지를 제거하고 따라서 산물을 냉각한다. 열역학적 주기는 멸균 주기의 첫 번째 단계 (131)에서 가열되는 동안 흡수된 물이 플래시 냉각 주기 (133) 동안 응축액의 형태로 회수되도록 조절된다. 따라서, 온도 T1 및 T3은 서로 비슷해야 하고 T3과 T1 사이의 차이는 산물의 유형에 따라, 그리고 에멀젼의 탄성 및 외형에 따라 조정된다. 본 발명의 주제가 되는 상기 장치는 상이한 유형의 산물을 처리할 수 있어야 하기 때문에, 처리 온도 T1, T2 및 T3은 멸균 처리 후 에멀젼을 재-균일화시키는 능력에 따른, T2의 값 및 안정기 시간을 통해, 특히 T1과 T3의 선택을 통해, 모든 멸균 요건을 동시에 충족하기 위하여 최적화된다. 이후 이들 파라미터는 처리되어야 할 산물의 유형에 대해 고정된다. 따라서, 출원인은 323K (50℃)와 동일한, 이로운 온도 T3을 결정하였다. 특이적인 산물을 위한 처리에 대한 조정은 차후 단계 (140, 150)에서 실현된다.

멸균 단계 (130)의 종결시점에 그리고 처리된 산물의 유형에 따라, 균질화 단계 (140)는 예를 들어 디스크-유형 혼합 기계를 이용하여, 실현된다. 이 단계는 에멀젼을 빠르게 재-균질화하고 그리고 임의의 유착 현상을 막는 것을 목표로 한다. 대안으로, 바이패스 밸브(bypass valve) (141)는 이 균질화 단계가 더욱 안정한 산물에 대해서는 건너뛰도록 허용한다.

다수의 표면 스크래이핑식 교환기 (123, 124)를 이용하는 점진적인 냉각 단계 (150)는 에멀젼이 상온과 비슷하거나 약간 더 높은 온도 (T4)로 돌아오도록 야기하여 추후 포장을 위해 에멀젼의 저장을 수행한다. 이 점진적인 냉각 단계 동안에 냉각 속도는 0.01℃.s^-1 내지 0.5℃.s^-1이다.

유리하게도, T4는 303K (30℃)로 선택되는데, 그 이유는 에멀젼이 이 온도에서 매우 안정하고 용이한 포장을 위해 충분히 유체이기 때문이다. 탱크내 저장을 위한 이 온도는 또한, 상기 탱크 안에서 에멀젼 응결 현상을 방지한다. 각각의 이들 세트내 교환기 수는 예측되는 유속에 따라 선택된다.

냉각은 두 가지 연속적인 안정기 사이에서 15K (15℃)의 최대 간격의 조건에 관하여, 여러 가지 단계에서 실현된다. 이 특징은 에멀젼의 내부상의 지방 액적을 그들이 매우 차가운 벽과 접촉할 때 응고되는 것으로부터 방지한다. 이러한 응고가 발생된다면, 상기 액적은 외부상에서 나뉘고 분산되는 것이 불가능하게 될 것이다. 따라서, T3=323K (50℃)에서 시작하여 T4=303K (30℃)에 끝나는, 냉각 단계 (150)는 적어도 두 단계로 수행된다. 따라서, 본 발명의 주제가 되는 상기 장치는 두 가지 온도 안정기에 해당하는, 적어도 2개의 교환기를 포함한다. 첫 번째 표면 스크래이핑식 교환기 (123), 또는 교환기의 세트는 온도 T3보다 약간 낮은, 온도 T'₄로 설정된다. 따라서, 323K (50℃)의 온도 T3의 경우, T'₄는 313K (40℃)와 동일하게 선택되고 그리고 두 번째 교환기는 온도 T4=303K (30℃)로 설정된다. 여기에서도, 표면 스크래이핑식 교환기 (123, 124)를 이용하는 것은 열충격 방지를 돕는데, 특정한 산물의 경우에는 에멀젼을 재-균질화하기 위한 충분한 교반을 제공한다. 실질적인 교환기 수는 성취될 유속에 따라 선택된다. 따라서, 이들 두 안정기에 해당하는 교환기의 두 군은 병행으로 설치될 수 있고 또는 열 안정기에 거의 해당하는 여러 가지 교환기는 직렬로 설치될 수 있다.

처리된 산물의 유형에 따라, 예를 들어, 디스크-유형 혼합 기계내 마지막 혼합 단계 (145)는 에멀젼의 균질화를 완료한다. 대안으로, 다른 산물의 경우, 산물이 포장되기 전, 멸균 완충 탱크 (160)에 두 번째 열 교환기 (124)의 출구를 연결하는 바이패스 밸브 (146)를 이용함으로써, 이 단계가 생략될 수도 있다.

일차 예시적인 구체예에 따라, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 수성 연속상 및 지방 내부상을 갖는 에멀젼으로 구성된 산물, 예를 들어 다음을 포함한 산물의 UHT 멸균에 적합하다:

- 물 (수분(Aqua)),

- 미네랄 오일, 가령 파라핀 오일 (파라피늄 리퀴듐(paraffinum liquidum)),

- 글리세린,

- 글리세릴 스테아레이트,

- 스쿠알란,

- 카보머,

- 및 트리에탄올아민.

본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 이 산물이 22분의 멸균 값 F0으로 멸균되도록 허용한다.

실현의 이차 예시에 따라, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 유성 연속상 및 수성 내부상으로 5% - 50% 구성된 더모코스메틱 제품, 예를 들어 다음을 포함하는 산물을 멸균하는 데에 적합하다:

- 글리세린,

- 잔탄 검,

- (디)스테아르디모늄 헥토라이트,

- 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드,

- 백색 밀랍,

- 달맞이꽃 오일(evening primrose oil),

- 이소프로필 팔미테이트,

- PEG-30 디폴리하이드록시스테아레이트,

- 시트르산 모노하이드레이트,

- 및 물.

본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 이 산물이 22분의 멸균 값 F0으로 멸균되도록 허용한다.

실현의 삼차 예시에 따라, 본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 음이온성, 양쪽성 및 비-이온성 이원 또는 삼원 회합을 가진 계면활성제 매질로 구성된 더모코스메틱 제품, 예를 들어 다음을 포함한 산물의 UHT 멸균에 적합하다:

- 징크 코세스 설페이트(zinc coceth sulfate),

- 디나트륨 라우테스 설포석시네이트(disodium lauteth sulfosuccinate),

- 폴리소르베이트 20,

- 세테아레스-60 미리스틸 글리콜,

- 락트산,

- 나트륨 하이드록사이드,

- 및 물.

본 발명의 주제가 되는 상기 방법은 이 산물이 22분의 멸균 값 F0으로 멸균되도록 허용한다.

상기 설명 및 예시적인 구체예는 본 발명이 예상한 목표를 달성하였다는 점을 명확하게 보여준다. 특히, 이는 더모코스메틱 제품 또는 취약한 생약 제조물의 면밀하고, 지속적인 멸균 처리를 실현하여 상기 제품이 보존제의 첨가 없이 오랫동안 보존되도록 허용하는 멸균 보증 수준(sterility assurance level)까지 그들을 야기시키는 것을 가능하게 한다.

Claims (18)

1. 에멀젼 형태의 더모코스메틱(dermocosmetic) 제조물의 고온 멸균 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 것으로 특징으로 하는 방법:
   a. 최대 예열 온도 T1까지 상기 에멀젼을 점진적으로 예열 (120)하는 단계, 여기서 온도는 상기 에멀젼의 안정 한계에 있음;
   b. 이렇게 하여 예열된, 상기 에멀젼의 주입에 의해 초고온 멸균 (130)을 수행하는 단계, 여기서 이 단계는 다음 단계를 포함함:
   i 최대 멸균 온도 T2까지 가열하는 단계 (131);
   ii. 상기 멸균 온도에서 안정기에 이르는 단계 (132);
   iii. 멸균의 종결시점 온도 T3에서 진공 하에 급속 냉각하는 단계 (133);
   c. 저장 온도 T4까지 교반과 함께 점진 냉각하는 단계 (150).
2. 제1항에 있어서, 켈빈 온도(degrees Kelvin)로 표현되는 온도인, 온도 T3은 온도 T1 이하이며, 여기서 온도 T1과 온도 T3의 차이는 5K 미만임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 냉각 단계 c) (150)는 안정기에서 두 가지 안정기 간 최대 15K (15℃)의 온도 변화로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 냉각 단계 (150)는 벽 열 교환기 (123, 124)를 포함하는 수단으로 구현된 두 가지 안정기 (123, 124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 온도 T2는 418K (145℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, T1 = 328K (55℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 단계 b) 다음에 에멀젼을 전단함으로써, 혼합이라 명명하는 기계적 처리 단계 (140, 145)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 단계 c) 다음에 혼합 단계 (145)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 따른 방법의 지속적인 실행을 위한 장치에 있어서, 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치:
   x. UHT 주입 멸균 장치 (131, 133);
   y. 멸균되어야 할 에멀젼을 예열하고 냉각하기 위한 평판 열 교환기 (121, 122, 123, 124);
   z. UHT 멸균 장치로부터 출구에서 전단함으로써 에멀젼을 처리하는 기계적 수단 (140, 145).
10. 제9항에 있어서, 열 교환기 (121, 122, 123, 124)는 "표면 스크래이핑식(scraped surface)"으로서 공지된 유형의 것임을 특징으로 하는 장치.
11. 제10항에 있어서, 두 가지 냉각 온도 안정기에 해당하는, 2개의 냉각 표면 스크래이핑식 열 교환기 (123, 124)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제10항에 있어서, 첫 번째 냉각 표면 스크래이핑식 교환기 (123)의 주입구 앞에, 멸균 장치 (131, 133)로부터의 배출구에 디스크-유형(disc-type) 혼합 기계 (140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제10항에 있어서, 마지막 냉각 열 교환기 (124)로부터의 배출구에 디스크-유형 혼합 기계 (145)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 디스크-유형 혼합 기계 (140, 145) 내로 멸균되어야 할 에멀젼의 통과를 방지하는 우회 수단 (141, 146)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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