NO302217B1 - Fremgangsmåte for å fremstille et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å fremstille et hydrogenperoksyd-holdig steriliseringsfluid i gassform og med gode, jevne steriliseringsegenskaper med fordampning av hydrogenperoksyd i væskeform i en oppvarmet luftstrøm som tjener som fordampningsmiddel.

Innenfor emballasjeteknikken anvendes ofte såkalt aseptisk emballasje for å pakke og transportere produkter, slik som næringsmidler og andre ferskvarer, som er særlig følsomme overfor bakterier og lagring. Aseptisk emballasje har mange fordeler fremfor annen, ikke-aseptisk emballasje, idet produkter av det her nevnte følsomme slag kan oppbevares med opprettholdt eller bare ubetydelig påvirket ferskvarekvalitet i betraktelig lengre lagringstidsrom, idet lagringen dessuten kan finne sted uten krav med hensyn til nedkjøling eller uavbrutt nedkjøling, hvilket i betraktelig grad øker, og i flere henseender forbedrer produktenes distribusjonsmuligheter. Den aseptiske emballasjeteknikk, eller fremstilling av aseptisk emballasje, går i prinsippet ut på at et på forhånd varmesterilisert eller på annen måte sterilisert produkt fylles i likeledes steriliserte beholdere eller i beholdere fremstilt fra et sterilisert emballasjematerial, som deretter lukkes, slik at hele fyllingsforløpet gjennomføres i et sterilt miljø, for derved å unngå mulig infeksjon av det steriliserte produkt. Fremstillingen finner nå oftest sted ved hjelp av moderne, rasjonelle emballasjemaskiner, f.eks. av den type som både former, fyller og lukker den ferdige emballasjer under de påkrevde aseptiske betingelser.

Ved hjelp av en sådan kjent emballasjemaskin kan det fremstilles aseptisk emballasje av engangstype fra på forhånd tilvirkede emner forsynt med brettelinjer og utført i et laminert, bøyelig material, vanligvis termoplastbelagt papir med et eller flere ytterligere sjikt av andre materialer enn de som er nevnt her, ved at emnene først omformes til en åpen, rørformet og vanligvis kvadratisk kapsel, som deretter avstenges tett i bunnen ved å bøye og å klebe sammen av de endepartier av kapselen, som danner bunnen. Etter avstengning av bunnen, som som oftest skjer i trinn langs en bevegelsesbane hvor kapslene forflyttes trinnvis, føres kapslene forsynt med bunn og i opprettstående stilling inn i en steriliserings- og fyllingssone som er aseptisk avskjermet fra omgivelsene, for sterilisering og deretter fylling samt tillukning i steril atmosfære for dannelse av ferdigpakkede, aseptisk emballerte produkter for videre fordeling.

Ved hjelp av en annen kjent emballasjemaskin fremstilles lignende ferdige, aseptisk emballerte produkter på prinsipielt samme måte som beskrevet ovenfor, med den eneste forskjell at de rørformede kapsler først forsynes med et formsprøytet plastdeksel i sin ene ende, som skal tjener som topptildekning av det ferdig emballerte produkt, hvoretter de på denne måte endeavstengte kapsler steriliseres, fylles og avstenges i bunnen i en "opp-ned"-vendt stilling. Et eksempel på en emballasje som fremstilles i samsvar med det først beskrevne fremstillingsprinsipp er Tetra Rex (handelsbetegnelse), mens et eksempel på en emballasje som fremstilles i samsvar med det sistnevnte fremstillingsprinsipp er Tetra Top (handelsbetegnelse).

Enten de emballerte produkter fremstilles i samsvar med det førstnevnte eller det sistnevnte fremstillingsprinsipp anvendes vanligvis et hydrogenperoksyd-holdig steriliseringsfluid i gassform for å sterilisere de bunn- eller toppavstengte fyllingsferdige emballasjekapsler, da et steriliseringsfluid i gassform sammenlignet med et tilsvarende fluid i væskeform lettere kan trenge inn i og sterilisere til og med skjulte områder av kapslene, og som f.eks. er fremkommet ved folder dannet i kapslenes bunnavlukning ved brette-tilformingen, samtidig som fluidet i gassform er lettere å ventilere bort etter avsluttet sterilisering og forut for fylling av fyllgods. Det gassformede steriliseringsfluid har dessuten den fordel at det helt fjerner enhver risiko for såkalt kantinnsuging i kapslenes snittkanter, og som lett kan suge opp væske og derved gjøre en fullstendig bortdriving av hydrogenperoksydet vanskelig eller umulig. For å utelukke risiko for medfølgende restmengder av hydrogenperoksyd pga. sådan kantinnsuging, er det vesentlig at det foreliggende steriliseringsfluid i gassform under hele steriliseringsforløpet holdes ved en temperatur som overstiger hydrogenperoksydets duggpunkt, som er på ca. 70°C, hvilket innebærer at emballasjekapslene må varmes til og holdes ved en temperatur godt over dette duggpunkt, vanligvis ved ca. 80°C, mens de er i kontakt med steriliseringsfluidet i steriliseringssonen.

En effektiv hydrogenperoksydholdig steriliseringsgass som anvendes ved sterilisering av emballasjematerial eller emballasjekapsler for fremstilling av aseptisk emballerte produkter, består av en luft/hydrogenperoksyd-blanding som er oppvarmet til 120°C og inneholder ca. 25 g hydrogenperoksyd pr. kg luft. En sådan blanding gir allerede etter meget kort steriliseringstid på ca. 1 sek., et steriliseringsresultat som godt oppfyller de steriliseringskrav som stilles til det aseptiske emballasjeprodukt.

Et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform og av det ovenfor beskrevne slag, fremstilles i henhold til en kjent fremgangsmåte ved å sprøyte finfordelt hydrogenperoksyd i væskeform mot en oppvarmet metallflate for fordampning av hydrogenperoksydet, for deretter å føre sammen og blande det fordampede hydrogenperoksyd med en regulert oppvarmet luftstrøm. Denne kjente fremgangsmåte, som utnytter varmeoverføring fra en fast overflate til hydrogenperoksydet i væskeform, medfører imidlertid at vedkommende metalloverflate belegges med forurensninger, f.eks. de stabilisatorer som vanligvis anvendes i væskeformet hydrogenperoksyd og som ved høy temperatur vil virke som katalysatorer for hydrogenperoksyd-nedbrytningen, for derved å bidra til at en del av hydrogenperoksydet brytes ned og ødelegges ved fordampningen.

Problemet med "katalytisk" nedbrytning av hydrogenperoksyd kan imidlertid unngås ved at i stedet utføre fordampningen av hydrogenperoksydet i væskeform ved å anvende oppvarmet luft som varmeoverføringsmedium, og en kjent fremgangsmåte som bygger på dette fordampningsprinsipp går ut på at den luft som skal anvendes for fordampningen forvarmes ved varmeveksling med et varmelegeme som er oppvarmet elektrisk eller på annen måte, før blandingen med hydrogenperoksydet i væskeform sprøytes inn i den oppvarmede luftstrøm. Ved den kjente fremgangsmåte blir det fremstilt et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform og med god steriliseringsevne, så lenge fremgangsmåten gjennomføres kontinuerlig, dvs. uten gjentatte avbrytelser, men den har derimot vist seg å fungere mindre godt eller bare latt seg gjennomføre med vanskelighet, i de tilfeller hvor det av en eller annen grunn har vært ønskelig i blant å avbryte fremstillingen for gjentatt igangsetting etter lengre eller kortere avbrytelse. Steriliseringsgass som blir fremstilt ved intermitterende fordampning av hydrogenperoksyd i væskeform, har som regel oppvist kraftige temperaturvariasjoner og tilsvarende varierende steriliseringsevne, som i blant til og med har vært så dårlig at den oppstilte fordring til sterilisering har vært vanskelig eller umulig å oppnå. For å sikre ønsket steriliseringsresultat ved sterilisering av f.eks. emballasjekapsler som skal fylles med sterilt fyllgods, har man derfor hittil vært tvunget til eller valgt å fremstille steriliseringsfluidet i gassform kontinuerlig under hele steriliseringsforløpet, hvilket har medført at det overflødige fremstilte fluid mellom to innbyrdes påfølgende kapselsteriliseringer i en viss betydning har gått til spille. Også under ventileringen av de steriliserte kapsler har det kontinuerlig fremstilte fluid på samme måte utgjort en unødvendig overskudds-produksjon og en økonomisk tapsfaktor.

Det er derfor et formål for den foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte for å fremstille et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform, og som på lignende måte som ved den sist beskrevne kjente fremgangsmåte, går ut på å fordampe hydrogenperoksydet i væskeform ved anvendelse av oppvarmet luft som fordampningsmiddel, men som til forskjell fra denne kjente fremgangsmåte, også kan gjennomføres intermitterende med bibehold av gode steriliseringsegenskaper ved et intermittent fremstilt fluid.

Et annet formål for oppfinnelsen er å angi en fremgangsmåte av ovenfor nevnt art, som godt kan gjennomføres ved sterilisering av emballasjekapsler som transporteres etter hverandre, eller ved sterilisering av andre gjenstander, uten at noen del av det fremstilte steriliseringsfluid blir overflødig og behøver å gå tapt.

Disse samt også ytterligere formål oppnås i samsvar med foreliggende oppfinnelse, som gjelder en fremgangsmåte for å fremstille et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform og med gode, jevne steriliseringsegenskaper ved sterilisering av emballasjer og lignende gjenstander ved hjelp av intermitterende fordampning av hydrogenperoksyd i væskeform i en strøm av oppvarmet luft som gjør tjeneste som fordampningsmiddel, hvor fordampningsmiddelet oppvarmes til og bibeholdes ved en hovedsakelig konstant, høy temperatur over steriliseringsfluidets fordampningstemperatur.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra US-patent nr. 4 512 935, nr.

4 511 538 og nr. 5 173 259, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at luftstrømmen oppvarmes til denne temperatur ved at den bringes i kontakt med overflaten av en varmeveksler med tilstrekkelig stor varmekapasitet eller masse og overflateareal til at overflatens temperatur ikke varierer i vesentlig grad ved den intermitterende drift.

Ved at luftstrømmen ved hver fordampningsanledning holdes ved en slik konstant, høy fordampningstemperatur, som tidligere har vært vanskelig å sikre uten anvendelse av en komplisert temperatur- og energi-reguleringsanordning, skapes de nødvendige forutsetninger for at det under hele fremstillingsforløpet blir fremstilt fluid i gassform som får en jevn eller bare ubetydelig varierende temperatur. Derved oppnås de etterstrevede jevne og gode steriliseringsegenskaper, selv om fremstillingen gjennomføres med tilbakevendende kortvarige eller langvarige opphold i fordampningen av hydrogenperoksydet i væskeform.

Ved at fordampningsluften i henhold til oppfinnelsen varmes opp og bibeholdes ved en ønsket jevn fordampningstemperatur, ved at den bringes til å strømme i direkte kontakt med varmeoverføringsoverflaten på et varmeelement med stor masse (varmekapasitet) samt stor varmevekslerflate, og som er oppvarmet elektrisk eller på annen måte, blir fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen lett å gjennomføre. Varmeelementet kan bestå av aluminium eller annet godt varmeopptagende material som har evne til å magasinere store varmeenergimengder og som således ikke krever kontinuerlig energitilførsel for å holdes tilstrekkelig varm for den ønskede oppvarming av luft-strømmen.

Ved at minst en del av den magasinerte varmeenergi i det oppvarmede varmeelement bidrar til å holde varmeelementets varmevekslerplate tilstrekkelig varm for den ønskede oppvarming av luften, blir det videre lett å regulere tilførselen av varmeenergi til varmeelementet.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere i det etterfølgende, særlig med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 - 3 viser skjematisk en anordning for fremstilling og anvendelse av et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform for sterilisering av gjenstander som transporteres intermitterende etter hverandre.

Siden fig. 1 - 3 viser en og samme anordning, vil denne bli beskrevet samlet med samtidig henvisning til samtlige figurer, og for å oppnå øket tydelighet vil gjennomgående samme henvisningsbetegnelse bli anvendt for innbyrdes tilsvarende anordningsdeler.

Det system som er vist i fig. 1 - 3 omfatter dels en anordning (med den alminnelige henvisningsbetegnelse 1) for intermitterende fremstilling av et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform, og dels en anordning (med den alminnelige henvisningsbetegnelse 2) for sterilisering av gjenstander 3 som transporteres etter hverandre på et intermitterende drevet transportbånd 4 i retning av pilen A. Gjenstanden 3 kan f.eks. være emballasjekapsler av det slag som er beskrevet tidligere og som er beregnet på å fylles med sterilisert fyllgods etter steriliseringen og deretter lukkes under aseptiske forhold for å danne såkalte aseptiske emballasjeprodukter. Selv om beskrivelsen i det følgende vil bli henført til sterilisering av sådanne emballasjekapsler, skal dette på ingen måte oppfattes som noen begrensning av oppfinnelsen, som innenfor sin vide ramme naturligvis like gjerne kan anvendes ved sterilisering av en hvilken som helst annen type gjenstander som skal steriliseres under intermitterende forhold.

Anordningen 1 omfatter en forvarmer 7 som er forsynt med innløp 5 og utløp 6 og som gjennom innløpet 5 står i forbindelse med en ledning 8 for innkommende, filtrert luft. Forvarmeren 7 er forbundet et varmevekslerelement 11 som også er utstyrt med innløp 9 og utløp 10, og hvis innløp 9 over en ledning 13 står i forbindelse med en ledning 12 som er tilkoblet forvarmerens 7 utløp 6. Fra varmevekslerelementets 11 utløp 10 utgår en ledning 14 som er tilkoblet innløpet for et fordampningskammer 17 med innløp 15 og utløp 16, og som har et rør 18 som munner ut i kammeret for (ved hjelp av en ventil 19 i røret 18) å regulere tilførselen av fortrinnsvis finfordelt hydrogenperoksyd i væskeform.

Den ledning 12 som er tilkoblet forvarmerens 7 utløp 6 er videre over en regulerbar ventil 20 tilkoblet innløpet for en steril filteranordning 23 som er forsynt med innløp 21 og utløp 22. Sterilfilteranordningen 23 er over en ledning 24 som er tilkoblet utløpet 22, forbundet med en ledning 25 som i sin tur er tilkoblet utløpet 16 for fordampningskammeret 17, og som er forsynt med en regulerbar ventil 26 mellom fordampnings-kammerets utløp 16 og forbindelsen med ledningen 24.

Varmevekslerelementet 11 har i henhold til foreliggende oppfinnelse stor masse (varmekapasitet) samt stor varmevekslerflate og kan bestå av f.eks. aluminium eller et annet godt varmeopptagende material med evne til å magasinere store varmeenergimengder, slik som tidligere nevnt: Varmevekslerens 11 varmevekslerflate holdes på ønsket jevn, høy temperatur ved regulert oppvarming av den store masse, elektrisk eller på annen måte, f.eks. ved hjelp av het damp på i og for seg kjent måte.

Anordningen 2 omfatter et hus 30 som er oppdelt i forskjellige kamre eller soner 27 - 29 og som har en inngang 31 og utgang 32 av slusetype for intermitterende transport av de oppstilte emballasjekapsler 3 på transportbåndet 4 i tur og orden gjennom kamrene eller sonene 27 - 29 i huset 30. Kammeret 27 har et innløpsrør 33 og et utløpsrør 34 for gjennomstrømning av varmt fluid, f.eks. luft, for oppvarming av emballasjekapslene 3, mens kammeret 28 er forbundet med ledningen 25 fra anordningen 1 samt har et utløpsrør 35 for å tillate gjennomstrømning av nødvendige fluider for steriliseringen. I kammeret 29 munner et fyllrør 36 for fylling av sterilt fyllgods i de steriliserte emballasjekapsler. I dette kammer 29 finnes det også en passende anordning (ikke vist) for aseptisk tillukning av de fylte emballasjekapsler før de føres ut gjennom sluseutgangen 32.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse går man frem på følgende måte for fremstilling av det peroksydholdige steriliseringsfluid i gassform, for sterilisering av emballasjekapsler 3 ved hjelp av det viste og beskrevne anlegg. Under steriliseringen (fig. 1) av en emballasjekapsel 3 ført inn i steriliseringskammeret 28, holdes ventilen 20 i ledningen 12 i stengt tilstand, mens de øvrige ventiler som inngår i anlegget, dvs. ventilene 19 og 26, er åpne. Filtrert luft som kommer inn gjennom ledningen 8, forvarmes i forvarmeren 7 til ca. 90°C og ledes over en ledning 13 inn i varmevekslerelementet 11, hvor luften føres i kontakt med varmevekslerflaten som er oppvarmet til ca. 400°C for å varmes opp til den ønskede høye fordampningstemperatur, nemlig ca. 360°C. Fra varmevekslerelementet 11 tas så den oppvarmede luft ut gjennom utløpet 10 og ledes gjennom ledningen 14 inn i fordampningskammeret 17 for å føres sammen med og fordampe det hydrogenperoksyd som i finfordelt væskeform tilføres gjennom ledningen 18, for derved å danne det ferdige hydrogenperoksydholdige steriliseringsfluid i gassform og med ønsket jevn, eller bare ubetydelig varierende, temperatur, samt dermed gode og jevne steriliseringsegenskaper. Det oppnådde steriliseringsfluid, som har en temperatur på ca. 120°C og et hydrogenperoksydinnhold tilsvarende ca. 25 g hydrogenperoksyd pr. kg tilført luft, tas ut fra fordampningskammeret 17 og ledes over ledningen 25 inn i steriliseringskammeret 28 for sterilisering av vedkommende emballasjekapsel 3. I hele steriliseringsperioden tas forbrukt steriliseringsfluid kontinuerlig ut fra kammeret 28 gjennom utløpsrøret 35

Etter avsluttet sterilisering (fig. 2), som tar ca. 1 sekund, stopper tilførselen av hydrogenperoksyd i væskeform ved at ventilen 19 i ledningen 18 stenges samtidig som forbindelsen mellom fordampningskammeret 17 og steriliseringskammeret 28 stenges ved å lukke ventilen 26 i ledningen 25. Ventilen 20 i ledningen 12 åpnes, hvorved den luft som er forvarmet i forvarmeren 7 til ca. 90°C, føres inn i sterilfilteranordningen 23 hvor den bringes til å passere gjennom et sterilt filter av i og for seg kjent art for å skille ut de eventuelle mikroorganismer som kan forekomme i luften. Fra sterilfilteranordningen 23 tas den filtrerte luft ut gjennom ledningen 24 og føres over ledningen 25 inn i kammeret 28 for ventilering og bortføring av det steriliseringsfluid som er igjen etter steriliseringen, gjennom utløpsledningen 35. Ventileringen pågår i ca. 0,5 sekunder, hvoretter den steriliserte og ventilerte emballasjekapsel 3 ved hjelp av transportbåndet 4 forflyttes inn i kammeret 29 for fylling med sterilt fyllgods gjennom fyll-røret 26 (fig. 3). Under denne forflytning transporteres samtidig den nærmest etterfølgende emballasjekapsel 3, som er forvarmet i kammeret 27, inn i steriliseringskammeret 28, hvor det tidligere beskrevne steriliserings- og ventileringsforløp gjentas ved at ventilen 20 i ledningen 12 lukkes, og ventilene 19 og 26 i henholdsvis ledningen 18 og ledningen 25 åpnes for å tilføre kammeret 28 nyfremstilt, gassformet steriliseringsfluid fra fordampningskammeret 12. Fremgangsmåten gjentas deretter på samme måte i tur og orden for de øvrige, etterfølgende emballasjekaspler på transportbåndet 4 som transporterer kapslene gjennom huset 30 i avstemt takt med nevnte sterilisering og ventilering i kammeret 28 samt den etterfølgende aseptiske fylling og avstengning i kammeret 29, for å danne aseptiske, ferdig emballerte produkter som i rekkefølge føres ut gjennom sluseutgangen 32.

Ved at varmevekslerelementet 11 har stor varmekapasitet og stor masse kan den tilførte energi for oppvarming av varmeelementets varmevekslerflate avbrytes eller reguleres i løpet av den beskrevne ventileringsperiode uten risiko for uønsket avkjøling av varmevekslerflaten eller overdrevet oppvarming av den ventende luft i varmevekslerenheten, idet varmevekslerflaten under den avbrutte eller regulerte energitilførsel med sikkerhet holdes ved ønsket jevn temperatur på grunn av oppvarming fra den varme som er magasinert i varmevekslerelementet. På denne måte sikres det ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen at den oppvarmede luft i varmevekslerenheten holdes ved en konstant eller i alle fall ubetydelig varierende fordampningstemperatur når den forlater varmevekslerelementet 11 og føres inn i fordampningskammeret 17, selv om fremstillingen av det hydrogenperoksydholdige steriliseringsfluid i gassform gjennomføres med meget hyppige, langvarige eller kortvarige avbrudd i tilførselen av hydrogenperoksyd i væskeform.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det således mulig ved anvendelse av enkel og lettregulert utrustning, å fremstille et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform med sikret jevn eller bare ubetydelig varierende temperatur, samt i denne sammenheng stabile og gode steriliseringsegenskaper for effektiv sterilisering av emballasjekapsler eller andre intermitterende transporterte gjenstander, uten at noen del av det fremstilte steriliseringsfluid behøver å gå til spille.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å fremstille et hydrogenperoksydholdig steriliseringsfluid i gassform og med gode, jevne steriliseringsegenskaper ved sterilisering av emballasjer og lignende gjenstander ved hjelp av intermitterende fordampning av hydrogenperoksyd i væskeform i en strøm av oppvarmet luft som gjør tjeneste som fordampningsmiddel, hvor fordampningsmiddelet oppvarmes til og bibeholdes ved en hovedsakelig konstant, høy temperatur over steriliseringsfluidets fordampningstemperatur,karakterisert vedat luftstrømmen oppvarmes til denne temperatur ved at den bringes i kontakt med overflaten av en varmeveksler med tilstrekkelig stor varmekapasitet eller masse og overflateareal til at overflatens temperatur ikke varierer i vesentlig grad ved den intermitterende drift.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat hydrogenperoksydet i væskeform sprøytes i finfordelt form inn i den oppvarmede luftstrøm.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat varmeveksleren (11) holdes på en hovedsakelig konstant, høy temperatur ved regulert varmetilførsel med elektriske midler eller annen måte, for eksempel ved hjelp av het damp.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 - 3, karakterisert vedat den nevnte luftstrøm utgjøres av kontinuerlig innsuget luft fra omgivelsene, og som filtreres og forvarmes før den endelige oppvarming til den ønskede fordampningstemperatur.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 2-4, karakterisert vedat innsprøytningen av hydrogenperoksydet i væskeform avbrytes under avbrytelsene ved den intermitterende fordampning.