NO824423L

NO824423L - Fremgangsmaate for sterilisering av emballasje for naeringsmidler.

Info

Publication number: NO824423L
Application number: NO824423A
Authority: NO
Inventors: Michael J Digeronimo
Original assignee: Michael J Digeronimo
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1982-12-30
Publication date: 1983-07-01
Also published as: IL67396A0; EP0083448A2; KR840002658A; ES8402217A1; DK579982A; US4424188A; FI824527L; CA1198257A; BR8207600A; ES518731A0; JPS6012057B2; FI824527A0; EP0083448A3; JPS58118759A; AU9196382A

Description

Denne oppfinnelse angår aseptisk embalering og mer bestemt en metode eller fremgangsmåte for sterilisering av emballasje-materiale som skal utformes til pakninger for den aseptiske emballering av næringsmidler. Slikt emballasje-materiale er ofte et kartonglaminat innbefattende, bare som eksempel, lag av kartong, aluminiumfolie og polyetylen.

Varmebehandling forut for fylling er den vanlig godtatte praksis for sterilisering av metallkanner og glassbeholdere for en aseptisk emballeringsmetode. De fleste andre emballasjemate-rialer, såsom plast eller kombinasjoner av plast og papir, er ustabile ved høye temperaturer, og krever derfor bruk av alter-native steriliseringsteknikker og -fremgangsmåter. Et vanlig alternativ er bruk av hydrogenperoksyd og varme. Se f.eks. US-patent 3 904 361. To steriliseringsmetoder som har vært brukt er bestråling med ultrafiolette stråler og ultralydbølger, idet lydbølgene forplantes gjennom en væske.

Den bakteriedrepende effekt av ultrafiolett bestråling (UV)

i området mellom 2 50 og 2 70 nm er velkjent. For tiden er der to meget anvendte kilder for slikt lys på markedet. Den ene type

er den konvensjonelle bakteriedrepende lampe, og den andre type er en høyintensitetslampe. Av førstnevnte type er det flere ut-gaver på markedet. En av disse er General Electrics lampemodell G30T8. En høyintensitetslampe som.nylig er bragt på markedet av dét sveitsiske firma Brown Boveri Corporation, er en UV-lampe som arbeider i UV-spekterets C-område og som utstråler energi hovedsakelig i 254 nm-området.

Det ultrafiolette spektrum er konvensjonelt delt i tre områ-der, kjent som A-, B- og C-områdene, der C-området dominerer når det gjelder baktiere- eller mikrobedrepende aktivitet. UV måles som strålingsintensiteten uttrykt i mikrowatt pr. cm<2>

2 2

(1 yW/cm = 10 erg/s/cm ). Dosering uttrykkes som produktet av intensiteten og eksponeringstiden, i sekunder eller minutter, 2 2 hvilket gir mikrowatt pr. sekund/minutt pr. cm (1 yW s/cm = 10 erg/cm 2). Dosen måles vanligvis ved bruk av et lysfølsomt papir. Den biologiske effekt måles ved standard laboratoriefor-søk på dyr, der man registrerer antall overlevende mikroorganis-mer etter bestråling.

Anvendelsen av UV-bestråling som et steriliserende middel

er ikke nytt. Se f.eks. US-patent 3 091 901 og US-patent

4 175 140. En slik bestråling har vært vanlig brukt for sterilisering av luft, overflater og mer nylig, for sterilisering av emballasje-materiale for næringsmidler og væsker. Ultrafiolett lys er også blitt brukt for direkte bestråling av rom såsom ope-rasjonsrom og mikrobiologiske laboratorier for å holde bakterie-og soppforurensning i luften og på overflater under kontroll. Ovennevnte BBC-UV-C-områdelampe anvendes f.eks. for tiden i Eu-ropa, for sterilisering av forskjellige beholderposer og skåler ved aseptisk emballering av næringsmiddelprodukter.

Bruken av ultralyd innen sykehos og tannpleie i løpet av

de to siste tiår har vært meget utbredt som et middel til å bedre steriliseringsmiddelets steriliserende virkning. Anvendelsesom-rådet har vært stort, innbefattende bruk i diagnoseteknikker, desinfisering av kirurgiske instrumenter, og fjerning av tann-sten. Eksempler på bruk av ultralyd for vasking av glassbeholdere er vist i US-patent 3 302 655. Bruk av ultralyd til hånd-rensing er f.eks. vist i US-patent 3 481 687. Bruk av ultralyd er også kjent som del av en prosess (som også gjør bruk av hydrogenperoksyd) for sterilisering av emballasje-materiale i form av en bane, f.eks. som vist i US-patent 3 929 409.

Selv om ultrafiolett- og ultralydbestråling hver for seg er i stand til i vesentlig grad å minske antall levedyktige mikro-organismer på en fast overflate, har de begge i praksis begrens-ninger med hensyn til steriliseringsevne og nødvendig tid for å frembringe den ønskede virkning. En har nå imidlertid funnet at når UV anvendes umiddelbart etter lydbehandling av overflaten på et kartonglaminat, blir den nødvendige tid for dreping av mikro-organismene vesentlig redusert, hvilket hører til en effektiv steriliseringsteknikk. Andre fordeler ved denne steriliseringsmetode gjelder dens anvendelse ved sterilisering av materialer som er uforenlige med kjemiske steriliseringsmidler eller ved sterilisering av materialer uten bruk av kjemiske steriliseringsmidler som kan ha uønskede egenskaper.

På tegningene viser fig. 1 hovedtrinnene i den aseptiske steriliseringsmetode ifølge oppfinnelsen, mens fig. 2 viser hvorledes fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse kan anvendes på en kontinuerlig prosess for sterilisering av en materialbane som deretter formes til enkeltbeholdere for næringsmidler.

EKSEMPEL

I eksemplet vist på fig. 1 var den anvendte organisme Bacillus subtilis vv niger. Den ble dyrket på skråstivnede sub-strater av "Nutrient Agar" (Difco) inneholdende 1,5% forurenset ekstrakt. Substratene ble inkubert ved 35°C i 4 - 5 dager inn-til maksimal sporedannelse var oppnådd. Sporedannelsen ble bestemt ved bruk av kaldspore-flekkmetoden ifølge Bartholomew og Mittiwer.

Til ultralydbehandlingsdelen av forsøkene ble benyttet en "Heat Systems Sonicator Modell W-375". Dette instrument arbeider med en lydfrekvens på 20 kHz med 375 Watt maksimal utgangs-effekt. Den anvendte spiss var et \".avbryterhorn.

Det ble benyttet en ultrafiolett strålelampe av høy inten-sitet, som markedsføres av det sveitsiske firma Brown Boveri Corp. (BBC). Den type som ble benyttet var "Brown Boveri Irra-diation Unit UV-C 13-50". Den består av lampetype XI 2-50 inn-satt i et vanntett hus som inneholder en reflektor og organer for vannkjøling. Et kvartsglassvindu tillater forplantning av ultrafiolette stråler bare i én retning. Den arbeider med 99,9% effektivitet ved 254 nm.

En stabilisert løsning av 30% hydrogenperoksyd (mål, elek-tronisk type) ble benyttet for forsøk som innebar bruk av hydrogenperoksyd og varme.

Prøveplatene 10 ble inokulert på en overflate med 20 ul av sporesuspensjonen, hvilket ga et 10 8podestoff som ble tørket i 30 min. Etter tørking ble platene utsatt for lydbehandling ved hjelp av lydgenerator 12. Der ikke annet er angitt, ble lydbehandlingen utført ved et effektnivå på 6,5 - 7 W med en varighet av 15 s. Lydbehandlingen ble utført i en steril petriskål 14 under anvendelse av sterilt, destillert vann 16 som lydbehand-lingsmedium. Etter lydbehandling ble den overskytende fuktig-het fjernet og platen ble så plassert på et underlag under en UV-lampel8, av den ovenfor beskrevne type BBC 13-50, i en avstand av 152 mm fra lysoverflaten og bestrålt i et bestemt tidsrom, vanligvis 15 s.

I den hensikt å bestemme antall overlevende organismer, ble platen lydbehandlet enda en gang. Lydbehandlingsvæsken ble utplatet i det angjeldende virkningsmedium for opptelling av antall overlevende celler. Alle plater ble inkubert ved 35°C i

48 timer. Opptelling ble utført etter 24 og 48 timer.

For H^O-- og varmluftbehandling ble platene inokulert med 20 ul av sporesuspensjon for å gi en 10 8 sporekonsentrasjon. Platene ble tørket i omtrent 30 min før behandlinger.

Platene 10 ble nedsenket i 10 si 30% H202og den overskytende peroksydløsning ble fjernet. Platen ble så holdt under en varmluftpistol i 8 s. Temperaturen varierte fra 150° til 155°C. Etter at platen var utsatt for varmluft ble den renset med sterilt, destillert vann, deretter lydbehandlet i sterilt, destillert vann ved 7 W i 15 s for å fjerne alle gjenværende celler. Rensevæsken og lydbehandlingsvæsken ble utplatet ved bruk av "Plate Count Agar" (Difco). Platene ble inkubert ved 35°C i totalt 48 timer. Platetellinger ble utført etter 24 og 48 timer.

Behandling av organismer

Det materiale som ble benyttet ved alle forsøkene var lami-nert, folief6ret, polyetylenbelagt kartong, som vanligvis anvendes for emballering av safter og saftdrikker. Den laminerte konstruksjon var som følger: (LD) polyetylen (utvendig lag)/ kartong/Surlyn/aluminiumfolie/Surlyn/(LD)polyetylen (innvendig lag). (Surlyn er DuPonts varemerke for et ionisk tverrbundet termoplastharpiks som fremstilles av etylen/metakrylsyrekopoly-mer.) Kartongen ble skåret i stykker 4,5 - 5,0 cm 2. Inokule-ringsstedet var et areal på 1,5 cm 2 i midten av kartongen. 20 ul av den 10 10 cellesuspensjon ble benyttet for å gi et 10<8>podestoff pr. sted. Suspensjonen ble fordelt så jevnt som mulig over arealet ved hjelp av en gummikonstabel og tillatt å tørke i ca. 30 min før prøving. Etter hvert forsøk ble cellene opptalt for bestemmelse av antall overlevende. Opptellinger ble utført enten på lydbehandlingsvæske eller sterilt vann anvendt for rensing av de behandlede kartonger.

Innledningsvis ble eksponeringsrekkefølgens innvirkning undersøkt for å bestemme rekkefølgen og bidraget av ultrafiolett- og ultralydbestråling ved sterilisering. Resultatene i tabell 1 viser at når emballasjematerialet belastes med 10 8 sporer og utsettes bare for lydbehandling, blir den logaritmiske reduksjon i organismer 0,5 sammenlignet med en reduksjon på 2,9 med bestråling av ultrafiolett lys.

Betydelig større reduksjoner ble observert når inokulerte kartonger ble utsatt for 15 s med lydbehandling fulgt av 15 s med ultrafiolett bestråling, hvilket ga en log.reduksjon på 5,4 i levedyktige organismer. Ved omvendt rekkefølge av behandlin-gene ble resultatene de samme som UV-behandling alene. For å bestemme reproduserbarheten av steriliseringsmetoden, ble inokulerte kartonger utsatt for ultralydvibrasjoner i 15 s fulgt av UV-bestråling i 15 s på 5 forskjellige dager. UV alene ble benyttet som kontrollreferanse. Resultatene i tabell 2 viser en konsekvent reduksjon fra dag til dag av de inokulerte sporer frem til et nivå på 10 2organismer, en gjennomsnittlig log.reduksjon på 5,1, hvilket omtrent gir en fordoblet virkning i forhold til UV alene. (Dette viste seg å være 2,5 log.reduksjon større enn sporer utsatt for UV-bestråling alene.)

En sammenligning av den bakteriedrepende virkning av hydrogenperoksyd (t^C^), hydrogenperoksyd pluss varme, ultrafiolett lys, og lydbehandling pluss ultrafiolett lys ble utført. Når hydrogenperoksyd ble brukt som felles steriliseringsmiddel, ble Bacillus subtilis-sporer utsatt for hydrogenperoksyd og oppvarmet i 9 s til mindre enn 100°C (for å unngå smelting av polyetylen-laget). Dette førte så til en loggreduksjon på 5,8 i levedyktige celler (tabell 3).

Hverken hydrogenperoksyd eller varme alene hadde noen merkbar virkning på prøveorganismen. Også her viste lydbehandling kombinert med ultrafiolett lys en betydelig minsking i levedyktige celler sammenlignet med UV alene.

Når bakteriesporene ble utsatt for forskjellige intensiteter av ultralydenergi og eksponeringstider i kombinasjon med UV i 10 s, viste tiden ingen innvirkning på metodens bakteriedrepende effekt (tabell 4) .

Intensiteten påvirket drepeeffektiviteten. Der var en merkbar økning i log.reduksjonen mellom 0,7 W og 110 W uten noen tilsynelatende forskjell mellom de høyere intensiteter som ble benyttet.

Eksponeringstiden for ultrafiolett lys viste seg å være en variabel av betydning (tabell 5).

Der var en gradvisøkning i drepevirkningen av ultrafiolett lys og lydbehandling når dosen øket til 10 s.

Den ovenfor beskrevne BBC-UV-enhet 13-50 ble benyttet ved

de forsøk som er sammenfattet i tabellene 1-8.

Fig. 2 viser hvorledes oppfinnelsen kan anvendes på en kontinuerlig prosess for sterilisering av en emballasje-materialbane for næringsmidler eller lignende, der emballasjematerialet, i et formfylleapparat, formes til enkeltbeholdere, fylles og forsegles, det hele i en aseptisk prosess.

På fig. 2 betegner henvisningstallet 30 en rull av banema-terialet 32, såsom en rull av et laminat av den tidligere beskrevne type. Etter >at den utløpende bane 32 har forlatt rullen 32 løper den rundt valser inn i og ut av et væskebad 34 der ultralydenergi utstråles gjennom væsken ved hjelp av en lydgenerator

38 eller ved hjelp av et lydpåvirket bad (ikke vist) i et kar

36. Fortrinnsvis blir i det minste banens 32 overflate som kom- mer til å danne beholderens innvendige, mot næringsmiddelet vendte overflater, utsatt for lydenergien, selv om det er mulig å utsette hele banen for lydenergien. Den lydbehandlede bane blir så tørket, f.eks. ved hjelp av luftkniver 40. Det vil være klart at andre tørkemidler enn luftkniver kan anvendes ved dette stadium av prosessen. Det vil også være klart at lydgeneratoren 38 svarer til lydgeneratoren 12 på fig. 1. Når den fremadlø-pende bane 32, etter at den er uitralydbehandlet ved lydgeneratoren 38 og tørket ved hjelp av luftknivene 40, har passert opp og ut av væskebadet 34, løper den nær en kilde for ultrafiolett lys betegnet med henvisningstallet 42. Elementet 42 på fig. 2 tilsvarer elementet 18 på fig. 1..Deretter løper banen 32 inn i et formfylleapparat som hovedsakelig danner tuber av banen, fyller dem et sterilt næringsmiddelprodukt, og kutter og forsegler den for å danne enkeltbeholdere 4 6 av et aseptisk em- ballert produkt. Et formfyllesystem er vist i US-patent 3 709 569. Foreliggende oppfinnelse er generelt rettet mot en fremgangsmåte for sterilisering av emballasjemateriale, idet embal-las jematerialet etter dets sterilisering anvendes for aseptisk emballering av næringsmidler. Fremgangsmåtetrinnene går ut på (1) først å utsette emballasjematerialet for ultralydvibrasjoner gjennom et væskemedium, og (2) deretter å utsette emballasje-materialet for ultrafiolett bestråling, hvorved den bakteriedrepende virkning av trinnene (1) og (2) kombinert i den angitte rekkefølge blir større enn om de utføres i omvendt rekkefølge.

Claims

1. Fremgangsmåte for sterilisering av emballasjemateriale ved aseptisk emballering av næringsmidler,karakterisert vedat (1) emballasje-materialet først utsettes for ultralydvibrasjoner gjennom et væskemedium,

(2) at emballasjematerialet deretter utsettes for ultrafiolett bestråling, hvoretter emballasje-materialet formes til en tube som deretter fylles og forsegles for å frembringe fylte, aseptiske enkelt-nær ingsmiddelpa.kninger.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat trinn (1) utføres ved en lydfrekvens på 20 kHz.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat trinn (1) utføres ved et effektnivå i området 0,7 - 145 W.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat trinn (1) utføres med en varighet i området 1-60 sekunder.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat trinn (2) utføres med ultrafiolett bestråling i området 250 - 270 nm med en varighet på 2 - 15 sekunder.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat emballasje-materialet er et laminat som innbefatter minst ett lag kartong.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert vedat laminatet omfatter et første lag av termoplastmateriale, et lag av kartong, et annet lag av termoplastmateriale, et lag av metallfolie, et tredje lag av et termoplastmateriale og et fjerde lag av termoplastmateriale.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat det første og fjerde lag av termoplastmateriale utgjøres av polyetylen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat det andre og tredje lag av termoplastmateriale omfatter en ionisk tverrbundet termoplast harpiks.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat væskemediet i trinn (1) . er vann.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, som utføres kontinuerlig, hvor emballasje-materialet er en bane av ubestemt lengde, og banen, etter at den er sterilisert, benyttes til å preparere paknin-gen som deretter fylles og forsegles,karakterisert vedat (1) idet minste én overflate på banen først lydbehandles ved å utsette den for ultralydvibrasjoner gjennom et væskemedium, og at (2) banens lydbehandlede overflate deretter bestråles ved å utsette den for ultrafiolette stråler, hvorved minst én av banens overflater blir lydbehandlet og bestrålt og banens nevnte overflate vil danne den innvendige, mot næringsmiddelet vendte overflate av den forseglede pakning for derved å frembringe en aseptisk næringsmid-delpakning og hvorved den bakteriedrepende virkning av trinn (1) og (2) kombinert i den angitte rekkefølge blir større enn om den utføres i omvendt rekkefølge.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert vedat emballasje-materialet er et laminat, hvor laminatets første lag danner innerlaget i den forseglede pakning, laminatet omfatter et lag av kartong, et annet lag av et termoplastmateriale, et lag av metallfolie, et tredje lag av termoplastmateriale og et fjerde lag av termoplastmateriale, som danner den forseglede paknings ytterlag.