WO2009101156A2 - Verfahren und vorrichtung zur sterilisation von verpackungs- und/oder filtermaterial und/oder behältern, diesbezügliche verwendung von plasma sowie entsprechend behandeltes material oder behälter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur sterilisation von verpackungs- und/oder filtermaterial und/oder behältern, diesbezügliche verwendung von plasma sowie entsprechend behandeltes material oder behälter Download PDF

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WO2009101156A2
WO2009101156A2 PCT/EP2009/051667 EP2009051667W WO2009101156A2 WO 2009101156 A2 WO2009101156 A2 WO 2009101156A2 EP 2009051667 W EP2009051667 W EP 2009051667W WO 2009101156 A2 WO2009101156 A2 WO 2009101156A2
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Karl F. Massholder
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The Coca-Cola Company
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B55/00—Preserving, protecting or purifying packages or package contents in association with packaging
    • B65B55/02—Sterilising, e.g. of complete packages
    • B65B55/04—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging
    • B65B55/10—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging by liquids or gases

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for
  • Disinfection or sterilization of packaging material and / or containers and / or filter material in particular for foods, drinks, cosmetics, medical devices and other products with increased hygienic requirements, in particular for air filters for germ-free filling and / or packaging systems.
  • the invention relates to the use of plasma for the treatment of such materials or containers.
  • the invention relates to appropriately treated materials or appropriately treated containers.
  • the critical moment which can lead to microbiological contamination, occurs when the product comes into contact with the material of the container or packaging during filling or packaging and the material already carries undesirable bacteria, e.g. may have reached it by air or by other contacts.
  • the present invention is therefore based on the object to realize a quick and gentle sterilization of packaging material and / or containers just before the filling or packaging process and to provide effective sterilization of filter material.
  • Plasma is a partially or fully ionized gas, which has a significant proportion of free charge carriers such as ions, but especially free electrons.
  • plasma can be generated from the ambient air or other suitable pure gases or gas mixtures.
  • Treated materials are sterilized in a few seconds, i. disinfected.
  • the temperature rises only by a few degrees C, which does not affect the treated materials.
  • Packaging materials only a small amount of energy required.
  • ROS reactive oxidizing species
  • the plasma causes an electron exchange on the surface of the treated materials, which leads to a hydrophilization of the surface and thus reduces the "clumping" of microorganisms.
  • the inventive method is not only suitable for disinfection or sterilization of packaging material, but can also be used successfully for the treatment of filter material to eliminate microbial contamination.
  • the method according to the invention can be used in particular in connection with filling and / or packaging systems for the periodic treatment of HEPA filters used there.
  • all other conceivable filter materials are treatable.
  • the product and / or the product surface with a plasma in particular with a non-thermal atmospheric plasma, brought into contact.
  • An atmospheric plasma is recovered at ambient pressure from the surrounding air.
  • the electrons have a higher temperature than the heavy particles.
  • the temperature of the gas can be located in the region of the ambient temperature, while individual electrons have very high energy contents.
  • the plasma used may also be in complete or local thermal equilibrium.
  • the product can not be brought into direct contact with the plasma, but much more with the gas generated in the plasma.
  • the generated gas ozone (O 3 ) and / or OH radicals and / or other oxidants Reactive Oxidizing Species, ROS. Due to the presence of such strongly reactive constituents, on the one hand microorganisms are destroyed and on the other hand the surface of the material to be treated is conditioned in an advantageous manner as described above.
  • Plasma reactor supplies additional oxygen. Since the nitrogen of the air (with approx. 78%) does not participate in the plasma reaction, this can significantly increase the concentration of ROS.
  • the gas generation is optimized in terms of a high content of OH radicals.
  • OH radicals In the context of the present invention it has been found that an increased content of such hydroxyl radicals in the gas stream surprisingly leads to a greatly improved sterilization.
  • the OH radicals therefore have particularly effective antimicrobial properties.
  • the plasma reactor water in particular in the form of humidity and / or water vapor, is supplied.
  • an increased yield of OH radicals can be achieved, namely on the one hand from the water itself according to the reaction H 2 O -> OH + H, and on the other hand with further reaction of the molecular hydrogen with the ozone formed during plasma generation, namely according to the reaction H + O 3 -> OH + O 2 .
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that in a first step in the plasma reactor generated ozone is converted by subsequent application of UV radiation and subsequent contact with water in OH radicals.
  • ozone can be converted into electronically excited atomic oxygen by means of exposure to UV radiation is, namely according to O 3 -> O 2 + O ( 1 D).
  • This electronically excited atomic oxygen 0 ( 1 D) can be converted by the further reaction with existing water into OH radicals, namely according to Of 1 D) + H 2 O -> 2 OH.
  • the UV radiation used has a wavelength of about 240 nm up to about 300 nm, in particular about 270 nm. Surprisingly, a particularly high yield of OH radicals could be obtained in the stated wavelength range.
  • the plasma preferably a non-thermal atmospheric plasma
  • a dielectrically impeded discharge barrier discharge
  • a plasma can be generated which is far removed from the thermal equilibrium. This makes it possible to provide particularly high-energy electrons.
  • the plasma can also be generated by other types, for example by laser radiation, by DC voltage (sparkover), by microwave radiation, magnetic excitation or the like.
  • barriers are used, which are coated with photoactive titanium dioxide, wherein the barriers optionally have ceramic material. Ceramic materials initially provide particularly effective dielectrics.
  • the barrier can now be coated with photoactive titanium dioxide. This titanium dioxide is characterized by an energy absorption during the discharge, wherein the absorbed energy is then released again, inter alia, as ultraviolet radiation. Accordingly, the UV radiation thus emitted can make a valuable contribution to the formation of electronically excited atomic oxygen O ( 1 D) as described above.
  • the plasma is generated pulsed, with a clock of about 0.1 sec to about 3 sec, in particular about 2 sec, is used. With these parameters, good results have been achieved.
  • the treatment of the materials is advantageously carried out so that the material and / or the material surface or the container and / or the container inner surface and / or the container surface with the plasma, in particular a non-thermal atmospheric plasma, in contact is brought.
  • the plasma in particular a non-thermal atmospheric plasma
  • the generated reactive gas can be supplied to the materials to be treated.
  • the materials can occupy a certain distance from the plasma or the discharge zone.
  • the treatment of the product is carried out in a reactor and / or in or behind a discharge zone.
  • a discharge zone is located in a suitably encapsulated reactor.
  • the product to be treated is then contacted with the reactive gas generated in the plasma.
  • a bypass for the product flow through the reactor is to be provided for continuous operation.
  • a treatment time of about 20 sec to about 120 sec, in particular about 60 sec to about 120 sec, and in particular about 90 sec has been found.
  • the mentioned treatment times represent an optimal compromise between treatment success (germ killing) and economy.
  • the material to be treated can optionally during the treatment be constantly kept in motion (in-line treatment).
  • materials or containers for packaging and / or storage of food, beverages and other hygienically sensitive substances with the method according to the invention can be sterilized easily, gently and quickly.
  • any filter materials but in particular HEPA filter (High Efficiency Particulate Air Filter) treat, which are used for air purification for germ-free filling and / or packaging equipment.
  • HEPA filter High Efficiency Particulate Air Filter
  • Packaging material and / or containers and / or filter material finally has an input and / or rejection device for the material and / or container to be treated. This is one continuous and rapid treatment of the materials allows.
  • Methylene blue is a phenothiazine derivative and a known redox indicator.
  • An oxidizing effect of the generated gas leads to a discoloration of the initially deep blue solution.
  • Duration of treatment 60 sec, 90 sec and 120 sec
  • test dishes were under variation of the above
  • Oxygen with the addition of water has almost completely decolorized at a distance of 17 cm.
  • Screw cap for plastic beverage bottles polystyrene
  • various germs and spores and then subjected to a plasma treatment.
  • the seeds could be reduced by 5 log steps (i.e., 99.999%) within 60 seconds.
  • the inactivation rate achieved by the method according to the invention has been determined on the basis of two different microorganisms. On the one hand with Aspergillus Niger (black mold) and on the other hand with Bacillus atrophaeus (formerly Bacillus subtilis, hay bacillus, a far common gram-positive, rod-shaped and flagellated bacterium which is an aerobic-growing endosporogene) contaminated samples have been provided and treated.
  • the achieved reduction in the number of bacteria (CFU colony-forming units) can be deduced together with the respective treatment time from the following table:

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Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial angegeben, wobei das Material bzw. der Behälter mit einem in einem Plasmareaktor erzeugten Gas behandelt wird. Durch die Plasmabehandlung wird eine deutlich verbesserte Entkeimung von entsprechenden Materialien, insbesondere Verpackungsmaterialien und/oder Behältern zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen, erreicht. Schließlich wird noch die Verwendung von Plasma zur Behandlung solcher Materialien oder Behälter sowie entsprechend behandelte Materialien oder Behälter vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Sterilisation von Verpackungs- und/oder
Filtermaterial und/oder Behältern, diesbezügliche Verwendung von Plasma sowie entsprechend behandeltes Material oder Behälter
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, insbesondere für Nahrungsmittel, Getränke, Kosmetika, medizinische Geräte und sonstige Produkte mit erhöhten hygienischen Anforderungen, insbesondere auch für Luftfilter für keimfreie Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von Plasma zur Behandlung von solchen Materialien oder Behältern. Schließlich betrifft die Erfindung entsprechend behandelte Materialien bzw. entsprechend behandelte Behälter.
Stand der Technik
[0002] Aus dem industriellen Bereich sind eine Vielzahl von festen, flüssigen oder pastösen Produkten bekannt, die vor der Verwendung bzw. zum Weitertransport in Behältnisse, wie Flaschen, Gläser bzw. Verpackungen ab- oder eingefüllt werden müssen. Um die abgefüllten Produkte danach haltbarer zu machen, werden verschiedene Methoden angewendet, wovon das bekannteste die Wärmebehandlung (Einkochen, Autoklavieren) ist. Dabei werden Keime, die sich im Produkt oder am Verpackungsmaterial befinden, inaktiviert, so dass eine spätere bedenkliche Verkeimung (Verderben) des Produkts unterdrückt oder ganz verhindert wird.
[0003] Es gibt aber eine Vielzahl von Produkten, die man nicht thermisch behandeln kann oder will, da dadurch z.B. Geschmacksveränderungen entstehen, wertvolle Inhaltsstoffe beeinträchtigt werden (z.B. Vitamine) oder sich das Produkt insgesamt nachteilig verändert (z.B. Karamellisieren, Schmelzen). Des Weiteren stellt die thermische Behandlung erhöhte Anforderungen an das Behältnis, den Verschluss bzw. die Verpackung und ist auch insgesamt sehr kostenintensiv, da hohe Energiemengen aufgewendet werden müssen und sich dieser Prozess darüber hinaus sehr langwierig gestaltet. [0004] Obwohl bei der industriellen Verarbeitung und Verpackung von Produkten meist höchste hygienische Sorgfalt angewendet wird, kommt es doch immer wieder zu mikrobiologischen Kontaminationen während des Verpackungs- oder Abfüllvorgangs. Diese können jedoch nicht unmittelbar danach festgestellt werden, sondern erst nach längerer Zeit (Tage, Wochen), wenn sich das Produkt schon beim Endverbraucher befindet. Dabei können nachteilige geschmackliche Wahrnehmungen oder im schlimmsten Fall sogar ernsthafte gesundheitliche Probleme auftreten.
[0005] Der kritische Moment, der zu einer mikrobiologischen Kontamination führen kann, findet statt, wenn das Produkt beim Abfüllen oder Verpacken mit dem Material des Behälters oder der Verpackung in Berührung kommt und das Material bereits unerwünschte Keime trägt, die z.B. über den Luftweg oder durch sonstige Kontakte darauf gelangt sein können.
[0006] In diesem Zusammenhang ist bekannt, entsprechende Abfüll- und/oder Verpackungsschritte in praktisch keimfreier Umgebung (sogenanntes Aseptic Filling) vorzunehmen. Die Atmosphäre in solchen keimfreien Abfüll-Λ/erpackungsanlagen wird dabei durch Hochleistungsfilter, nämlich sogenannte High Efficiency Particulate Airfilter (HEPA-Filter) bereitgestellt. Solche Filter verfügen über einen derart geringen Porendurchmesser, dass selbst Viren zurückgehalten werden können. Jedoch neigen auch diese Filter zu einer Verkeimung, so dass letztlich die Keimfreiheit während des Abfüll-Λ/erpackungsschritts nicht sichergestellt werden kann.
Darstellung der Erfindung
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und schonende Entkeimung von Verpackungsmaterial und/oder Behältern kurz vor dem Einfüll- oder Verpackungsvorgang zu realisieren sowie eine wirkungsvolle Entkeimung von Filtermaterial bereitzustellen.
[0008] Diese Aufgabe ist in Bezug auf ein Verfahren zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, insbesondere von solchen Verpackungsmaterialien aus Kunststoff, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach wird das Material bzw. der Behälter mit einem in einem Plasmareaktor erzeugten Gas behandelt. [0009] Mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von derartigen Materialien oder Behältern angegeben.
[0010] Des Weiteren werden mit den Patentansprüchen 24 und 25 entsprechend behandelte Verpackungs- oder Filtermaterialien oder Behälter bzw. die Verwendung von Plasma zur Behandlung von solchen Materialien oder Behältern vorgeschlagen.
[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.
[0012] Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch die Behandlung mit einem Plasma die hygienischen Eigenschaften von Verpackungs- und Behältermaterialien oder Filtermaterialien, insbesondere jedoch von Verschlusselementen, insbesondere aus Kunststoff, deutlich verbessert werden können.
[0013] Plasma ist dabei ein teilweise oder vollständig ionisiertes Gas, das zu einem nennenswerten Anteil freie Ladungsträger wie Ionen, aber vor allem freie Elektronen aufweist. Dabei kann Plasma aus der Umgebungsluft oder anderen geeigneten reinen Gasen oder Gasgemischen erzeugt werden.
[0014] Die Verwendung von Plasma ist bisher lediglich aus anderen technischen Gebieten bekannt. So wird in US 6,467,467 B1 der Einsatz von Plasma zur Reduktion von gasförmigen und/oder festen Verunreinigungen im Abgasstrom von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen.
[0015] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass die
Oberfläche von Verpackungsmaterialien durch den Kontakt mit Plasma bzw. den im Plasma erzeugten Gasen in besonders vorteilhafter Weise modifiziert wird. Behandelte Materialien werden in wenigen Sekunden entkeimt, d.h. desinfiziert. Die Temperatur steigt dabei nur um wenige Grad C an, was die behandelten Materialien nicht beeinträchtigt.
[0016] In erfindungsgemäßer Weise ist zur Desinfektion der Oberflächen der
Verpackungsmaterialien lediglich ein geringer Energieeinsatz erforderlich.
[0017] Es wird vermutet, dass das Plasma die Luftmoleküle teilweise bis in atomare Bruchstücke aufspaltet und dabei sog. „Reactive Oxidizing Species" (ROS), z.B. aus Luft OH-Radikale, erzeugt. Daneben können elektronisch angeregte Sauerstoffmoleküle sowie atomarer Sauerstoff im Grundzustand und im angeregten Zustand entstehen. Des Weiteren geht die Erzeugung von Plasma unter Anwesenheit von Sauerstoff im Allgemeinen mit der Produktion von Ozon (O3) einher.
[0018] Das Plasma bewirkt einen Elektronenaustausch an der Oberfläche der behandelten Materialien, was zu einer Hydrophilisierung der Oberfläche führt und somit die „Klumpenbildung" von Mikroorganismen verringert.
[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial, sondern lässt sich auch erfolgreich zur Behandlung von Filtermaterial einsetzen, um eine Verkeimung zu beseitigen. So kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Zusammenhang mit Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen zur periodischen Behandlung dort eingesetzter HEPA-Filter genutzt werden. Es sind jedoch auch alle anderen denkbaren Filtermaterialien behandelbar.
[0020] In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Produkt und/oder die Produktoberfläche mit einem Plasma, insbesondere mit einem nicht-thermischen atmosphärischen Plasma, in Berührung gebracht. Ein atmosphärisches Plasma wird bei Umgebungsdruck aus der umgebenden Luft gewonnen. Bei einem nicht-thermischen Plasma weisen die Elektronen eine höhere Temperatur als die schweren Teilchen auf. So kann die Temperatur des Gases im Bereich der Umgebungstemperatur angesiedelt sein, während einzelne Elektronen sehr hohe Energieinhalte aufweisen. Während die Erzeugung eines atmosphärischen, nicht-thermischen Plasmas bevorzugt ist, ist alternativ auch die Anwendung eines Niederdruck- oder Hochdruckplasmas denkbar. Des Weiteren kann sich das verwendete Plasma auch im vollständigen oder im lokalen thermischen Gleichgewicht befinden. Alternativ kann das Produkt nicht direkt mit dem Plasma, sondern viel mehr mit dem im Plasma erzeugten Gas in Kontakt gebracht werden.
[0021] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden besonders gute
Ergebnisse erzielt, wenn das mit Plasma behandelte Gas nach der Passage über die zu desinfiziernde Oberfläche recycled wird, d.h. erneut in die Plasmazone eingespeist wird.
[0022] Es ist eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei dem das erzeugte Gas Ozon (O3) und/oder OH-Radikale und/oder weitere Oxidationsmittel (Reactive Oxidizing Species, ROS) aufweist. Durch das Vorhandensein solcher stark reaktiver Bestandteile werden einerseits Mikroorganismen vernichtet und wird andererseits die Oberfläche des zu behandelnden Materials in oben beschriebener, vorteilhafter Weise konditioniert.
[0023] Eine weitere Wirkungssteigerung ergibt sich, wenn man dem
Plasmareaktor zusätzlichen Sauerstoff zuführt. Da der Stickstoff der Luft (mit ca. 78%) nicht an der Plasma-Reaktion teilnimmt, kann hierdurch die Konzentration an ROS deutlich gesteigert werden.
[0024] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gaserzeugung im Hinblick auf einen hohen Gehalt an OH-Radikalen optimiert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte festgestellt werden, dass ein erhöhter Gehalt an solchen Hydroxyl-Radikalen im Gasstrom in überraschender weise zu einer stark verbesserten Entkeimung führt. Die OH-Radikale weisen demnach besonders wirksame antimikrobielle Eigenschaften auf.
[0025] Im Hinblick auf einen erhöhten Gehalt an OH-Radikalen ist bevorzugt, dass dem Plasmareaktor Wasser, insbesondere in Form von Luftfeuchtigkeit und/oder Wasserdampf, zugeführt wird. So lässt sich während der Plasmaerzeugung eine erhöhte Ausbeute an OH-Radikalen erzielen, nämlich einerseits aus dem Wasser selber gemäß der Reaktion H2O -> OH+H, und andererseits unter weiterer Reaktion des molekularen Wasserstoffs mit dem während der Plasmaerzeugung gebildeten Ozon, nämlich gemäß der Reaktion H+O3 -> OH+O2.
[0026] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt im Plasmareaktor erzeugtes Ozon durch nachfolgende Beaufschlagung mit UV-Strahlung und einen darauf folgenden Kontakt mit Wasser in OH-Radikale überführt wird. So ist festgestellt worden, dass Ozon mittels einer Beaufschlagung mit UV-Strahlung in elektronisch angeregten atomaren Sauerstoff überführbar ist, nämlich gemäß O3 -> O2 +O(1D). Dieser elektronisch angeregte atomare Sauerstoff 0(1D) lässt sich durch die weitere Reaktion mit vorhandenem Wasser in OH-Radikale überführen, nämlich gemäß Of1 D)+H2O ->2 OH.
[0027] Im Hinblick auf eine besonders effektive Bildung des elektronisch angeregten atomaren Sauerstoffs 0(1D) einhergehend mit einer möglichst hohen Ausbeute an OH-Radikalen wird vorgeschlagen, dass die verwendete UV-Strahlung eine Wellenlänge von ca. 240 nm bis zu ca. 300 nm, insbesondere ca. 270 nm, aufweist. Im genannten Wellenlängenbereich konnte in überraschender weise eine besonders hohe Ausbeute an OH-Radikalen erhalten werden.
[0028] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Plasma, vorzugsweise ein nicht-thermisches atmosphärisches Plasma, durch eine dielektrisch behinderte Entladung (Barriereentladung) gewonnen. Dabei kann trotz herrschenden Umgebungsdrucks ein Plasma erzeugt werden, das weit vom thermischen Gleichgewicht entfernt ist. Damit lassen sich besonders energiereiche Elektronen bereitstellen. Obwohl die Durchführung einer dielektrisch behinderten Entladung bevorzugt ist, kann das Plasma auch durch andere Arten erzeugt werden, bspw. durch Laserstrahlung, durch Gleichspannung (Funkenüberschlag), durch Mikrowellenstrahlung, magnetische Anregung oder dergleichen.
[0029] Darüberhinaus wird vorgeschlagen, dass Barrieren verwendet werden, welche mit photoaktivem Titandioxid beschichtet sind, wobei die Barrieren gegebenenfalls keramisches Material aufweisen. Keramische Materialien stellen zunächst besonders wirksame Dielektrika bereit. Die Barriere kann nun mit photoaktivem Titandioxid beschichtet werden. Dieses Titandioxid zeichnet sich durch eine Energieaufnahme während der Entladung aus, wobei die aufgenommene Energie daraufhin unter anderem als ultraviolette Strahlung wieder abgegeben wird. Demgemäß kann die so emittierte UV-Strahlung einen wertvollen Beitrag zur wie oben beschriebenen Bildung von elektronisch angeregtem atomarem Sauerstoff 0(1D) leisten.
[0030] Im Hinblick auf eine Plasmaerzeugung durch elektrische Entladung ist eine Weiterbildung des Verfahrens bevorzugt, bei der die elektrische Spannung von ca. 15 kV bis ca. 40 kV beträgt und/oder die Plasmafrequenz von ca. 5 kHz bis ca. 50 kHz beträgt. Mit diesen Parametern sind besonders gute Ergebnisse erzielt worden.
[0031] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird das Plasma gepulst erzeugt, wobei ein Takt von ca. 0,1 sec bis ca. 3 sec, insbesondere ca. 2 sec, verwendet wird. Mit diesen Parametern sind gute Ergebnisse erzielt worden.
[0032] Die Behandlung der Materialien wird in vorteilhafter Weise so durchgeführt, dass das Material und/oder die Materialoberfläche bzw. der Behälter und/oder die Behälterinnenfläche und/oder die Behälteroberfläche mit dem Plasma, insbesondere einem nicht-thermischen atmosphärischen Plasma, in Berührung gebracht wird. Im Sinne einer schonenden Behandlung, insbesondere unter Beachtung einer Höchstgrenze des Wärmeeintrags, kann es jedoch auch ausreichend sein, die zu behandelnden Materialien mit dem im Plasma erzeugten reaktiven Gas in Berührung zu bringen. Dabei kann das erzeugte reaktive Gas den zu behandelnden Materialien zugeleitet werden. Die Materialien können dabei einen gewissen Abstand von dem Plasma bzw. der Entladungszone einnehmen.
[0033] Vorzugsweise wird die Behandlung des Produkts in einem Reaktor und/oder in oder hinter einer Entladungszone durchgeführt. In besonders bevorzugter Weise befindet sich dabei eine Entladungszone in einem in geeigneter Weise abgekapselten Reaktor. Das zu behandelnde Produkt wird dann mit dem im Plasma erzeugten reaktiven Gas in Kontakt gebracht. Für einen kontinuierlichen Betrieb ist des Weiteren eine Vorbeileitung für den Produktstrom durch den Reaktor vorzusehen.
[0034] Als besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren hat sich eine Behandlungsdauer von ca. 20 sec bis ca. 120 sec insbesondere ca. 60 sec bis ca. 120 sec, und insbesondere ca. 90 sec herausgestellt. Die genannten Behandlungszeiten stellen dabei einen optimalen Kompromiss zwischen Behandlungserfolg (Keimabtötung) und Wirtschaftlichkeit dar. Das zu behandelnde Material kann wahlweise während der Behandlung auch ständig in Bewegung gehalten werden (In-line Treatment).
[0035] Sofern das zu behandelnde Material nicht direkt mit dem Plasma in Berührung kommen soll bzw. darf, hat sich ein Abstand des zu behandelnden Materials von dem Plasma bzw. von der Entladungszone von ca. 5 cm bis ca. 20 cm, insbesondere von ca. 11 cm bis ca. 17 cm, als besonders wirksam erwiesen.
[0036] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Materialien bzw.
Behälter aus Kunststoff besonders gut antimikrobiell behandeln. Solche Materialien tolerieren im Allgemeinen keine starke Temperaturerhöhung, so dass eine thermische Behandlung meist nur mit einer letztlich nicht ausreichenden Erhitzung durchführbar ist. Daher sind diese Materialien prädestiniert für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0037] So lassen sich Materialen bzw. Behälter zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach, schonend und schnell entkeimen.
[0038] Besonders gute Ergebnisse sind bei der Behandlung von Getränkeflaschen und insbesondere den zugehörigen Verschlusselementen (Schraubdeckel) aus Kunststoff erzielt worden. Bei den behandelbaren Getränkeflaschen kann es sich sowohl um Einweg- als auch um Mehrwegprodukte handeln. Obwohl die verwendeten Schraubdeckel stets fabrikneu auf die Getränkeflaschen aufgebracht werden, ist eine vorherige Entkeimung notwendig, insbesondere beim Abfüllen von Limonade, Säften oder dergleichen Erfrischungsgetränken.
[0039] Alternativ oder zusätzlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch beliebige Filtermaterialien, insbesondere jedoch HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Airfilter) behandeln, welche zur Luftreinigung für keimfreie Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen verwendbar sind.
[0040] Eine bevorzugte Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von
Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial weist schließlich eine Ein- und/oder Ausschleussvorrichtung für das zu behandelnde Material und/oder Behälter auf. Dadurch ist eine kontinuierliche und rasche Behandlung der Materialien ermöglicht.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0041] Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung von Versuchsbeispielen zu verweisen. Die nachfolgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstands, ohne ihn jedoch auf diese beschränken zu wollen.
V e r s u c h s b e i s p i e l e
Versuchsbeispiel 1 :
[0042] Zur Feststellung der Wirksamkeit der im Plasma erzeugten oxidierenden Species (ROS), insbesondere Ozon und OH-Radikale, wurde eine Vielzahl von Versuchsschalen mit einer Methylenblau-Lösung dem erzeugten Gas ausgesetzt. Methylenblau ist ein Phenothiazin-Derivat und ein bekannter Redoxindikator. Eine oxidierende Wirkung des erzeugten Gases führt dabei zu einer Entfärbung der anfangs tiefblauen Lösung.
[0043] Dabei sind folgende Parameter variiert worden:
- Abstand vom Plasma (6 cm, 11 cm und 17 cm),
- Behandlungsdauer (60 sec, 90 sec und 120 sec),
- Feed für den Plasmareaktor (Luft oder reiner Sauerstoff, ggf. mit Wasserbeimischung), und
- zusätzlicher Einsatz von UV-Strahlung.
[0044] Die Versuchsschalen wurden unter Variation der oben genannten
Parameter mit dem im Plasma erzeugten Gas behandelt. Der Erfolg der Behandlung wurde anhand der erreichten Entfärbung der jeweiligen Probe beurteilt.
[0045] Während bei der alleinigen Verwendung von atmosphärischer Luft bei allen drei Abständen und einer Behandlungsdauer von 120 sec nur eine schwache Entfärbung festgestellt werden konnte, führte die Versorgung des Plasmareaktors mit reinem Sauerstoff bei Entfernungen von 6 cm und 11 cm bereits zu einer deutlichen Entfärbung, wobei hier mit einer Behandlungsdauer von 60 sec das schlechteste Ergebnis erzielt wurde.
[0046] Wurde dem Feed-Strom aus reinem Sauerstoff zusätzlich Wasser beigemischt, konnte auch bei einer Entfernung von 17 cm und einer Behandlungsdauer von 90 sec bereits eine deutliche Entfärbung festgestellt werden. Diese Entfärbung war beim selben Abstand und derselben Behandlungsdauer ohne die Zugabe von Wasser deutlich geringer ausgeprägt.
[0047] Bei einer Behandlungsdauer von 120 sec und der Verwendung von
Sauerstoff mit Zugabe von Wasser ist bei einem Abstand von 17 cm eine beinahe vollständige Entfärbung gelungen.
[0048] Die mit Abstand besten Ergebnisse sind mit reinem Sauerstoff als Feed unter Zugabe von Wasser und der zusätzlichen Verwendung von UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 270 nm gelungen. Hier konnte sowohl bei einem Abstand von 11 cm und einer Behandlungsdauer von 90 sec als auch bei einem Abstand von 17 cm und einer Behandlungsdauer von 120 sec eine vollständige Entfärbung der Probe erreicht werden. Bei einem Abstand von 6 cm und einer Behandlungsdauer von 60 sec war die Probe deutlich aufgehellt, jedoch noch nicht vollständig entfärbt.
Versuchsbeispiel 2: [0049] Es wurden eine Vielzahl von Proben, bestehend aus
Schraub-Verschlusskappen für Getränkeflaschen aus Kunststoff (Polystyrol), mit verschiedenen Keimen und Sporen künstlich kontaminiert und anschließend einer Behandlung im Plasma unterzogen. Dabei konnten die Keime innerhalb von 60 sec um 5 log-Stufen (d.h. 99,999%) reduziert werden.
Versuchsbeispiel 3:
[0050] Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Inaktivierungsrate ist anhand zweier verschiedener Mikroorganismen ermittelt worden. Dabei sind einerseits mit Aspergillus Niger (Schwarzschimmel) und andererseits mit Bacillus atrophaeus (vormals Bacillus subtilis, Heubazillus, ein weit verbreitetes grampositives, stäbchenförmiges und begeißeltes Bakterium, welches ein aerob wachsender Endosporenbildner ist) kontaminierte Proben bereitgestellt und behandelt worden. Die erreichte Reduktion der Keimzahl (KBE = Koloniebildende Einheiten) ist zusammen mit der jeweiligen Behandlungszeit der nachfolgenden Tabelle entnehmbar:
Tabelle 1
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Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, wobei das Material bzw. der Behälter mit einem in einem Plasmareaktor erzeugten Gas behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Plasmareaktor erzeugte Gas Plasma aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Plasmareaktor erzeugte Gas ein nicht-thermisches atmosphärisches Plasma aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in einem Plasmareaktor erzeugte Gas Ozon (O3) und/oder OH-Radikale und/oder weitere Oxidationsmittel („Reactive Oxidizing Species" (ROS)) aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasmareaktor Sauerstoff zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaserzeugung im Hinblick auf einen hohen Gehalt an OH-Radikalen optimiert ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasmareaktor Wasser, insbesondere in Form von Luftfeuchtigkeit und/oder Wasserdampf, zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt im Plasmareaktor erzeugtes Ozon durch nachfolgende Beaufschlagung mit UV-Strahlung und einen darauf folgenden Kontakt mit Wasser in OH-Radikale überführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete UV-Strahlung eine Wellenlänge von ca. 240 nm bis ca. 300 nm, insbesondere ca. 270 nm, aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung (Barriereentladung) erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Barrieren verwendet werden, welche mit photoaktivem Titandioxid beschichtet sind, wobei die Barrieren ggf. keramisches Material aufweisen.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung von ca. 15 kV bis ca. 40 kV beträgt und/oder die Plasmafrequenz von ca. 5 kHz bis ca. 50 kHz beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma gepulst erzeugt wird, wobei ein Takt von ca. 0,1 sec bis ca. 3 sec, insbesondere ca. 2 sec, verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material und/oder die Materialoberfläche bzw. der Behälter und/oder die Behälterinnenfläche und/oder die Behälteroberfläche mit einem Plasma, insbesondere mit einem nicht-thermischen atmosphärischen Plasma, in Berührung gebracht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung in einem Reaktor und/oder in oder hinter einer Entladungszone durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine Behandlungsdauer von ca. 20 sec bis ca. 120 sec, insbesondere ca. 60 sec bis ca. 120 sec, und insbesondere ca. 90 sec.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des zu behandelnden Materials von dem Plasma bzw. von einer Entladungszone ca. 5 cm bis ca. 20 cm, insbesondere ca. 11 cm bis ca. 17 cm, beträgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zu desinfizierende Material bzw. der Behälter aus Kunststoff besteht.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bzw. der Behälter zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen vorgesehen ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bzw. der Behälter Getränkeflaschen, insbesondere aus Kunststoff, und/oder Verschlusselemente, insbesondere aus Kunststoff, für dergleichen Flaschen aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Filter, insbesondere HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Airfilter) aufweist, welche zur Luftreinigung für keimfreie Abfüll- und/oder Verpackungsanlagen verwendbar sind.
22. Vorrichtung zur Desinfektion oder Sterilisation von Verpackungsmaterial und/oder Behältern und/oder Filtermaterial, gekennzeichnet durch einen Plasmareaktor.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Ein- und/oder Ausschleusvorrichtung für das zu behandelnde Material und/oder Behälter.
24. Verpackungsmaterial oder Behälter oder Filtermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsmaterial bzw. der Behälter bzw. das Filtermaterial einer Behandlung mit Plasma unterzogen worden ist, und insbesondere mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 behandelt worden ist.
25. Verwendung von Plasma zur Behandlung von Verpackungsmaterial und/oder Behältern, insbesondere von Verpackungsmaterial oder Behältern aus Kunststoff, und insbesondere von Verpackungsmaterial oder Behältern, die zur Verpackung und/oder Lagerung von Lebensmitteln, Getränken und anderen hygienisch sensiblen Substanzen vorgesehen sind, und/oder zur Behandlung von Filtermaterial, insbesondere von HEPA-Filtern.
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