WO2019111993A1 - 無菌充填機及び無菌充填方法 - Google Patents

無菌充填機及び無菌充填方法 Download PDF

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WO2019111993A1
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filling
tip
filling nozzle
space
bag
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睦 早川
善隆 園田
Original Assignee
大日本印刷株式会社
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B55/04—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging
    • B65B55/06—Sterilising wrappers or receptacles prior to, or during, packaging by heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids

Definitions

  • the present invention aseptically fills liquid bags such as milk, cream, juice, sake and soft drinks, or liquid medicines or liquid foods containing solid substances into a bag-in-box inner bag with a spout without a sterile chamber. And a method of aseptic filling.
  • cans such as one cans were widely used as large liquid containers, but the use of bag-in-box (BIB), which is easy to dispose of, is widespread because transportation and processing for container disposal are complicated. ing.
  • BIB bag-in-box
  • Aseptic filling is adopted in which the inner bag is sterilized and the sterilized contents are filled in the inner bag sterilized in an aseptic atmosphere. Therefore, when milk, cream, fruit juice, fruit juice with fruit pulp, etc. are filled in BIB and stored for a long time, the contents are filled in the inner bag by the aseptic filling machine.
  • the bag with the outlet is sealed with a cap, the inside of the bag is sterilized by ethylene oxide gas or ⁇ -ray irradiation, etc., and the sterilized bag is supplied to the aseptic BIB filling machine And sterilize the outside of the spout and the cap with a liquid sterilizing agent such as sodium hypochlorite solution, peracetic acid solution or hydrogen peroxide solution, remove the cap from the spout in the aseptic chamber, and spout the spout and filling nozzle To fit the contents into the inner bag from the filling nozzle, remove the filling nozzle from the spout, and seal the spout with a cap to make an aseptically filled product.
  • a liquid sterilizing agent such as sodium hypochlorite solution, peracetic acid solution or hydrogen peroxide solution
  • Patent Document 1 There is also proposed a method of filling a BIB inner bag into which sterilized liquid food, medicine or the like is sterilized without using a sterile chamber.
  • the outlet is attached to the upper plastic film of the BIB inner bag heat sealed to the periphery of the two plastic films, the inner plug fitted from the inside to the outlet is attached to the lower plastic film, and the inner plug Attach the outlet of the sealed bag to the outlet and insert the inside plug at the tip of the filling nozzle for steam sterilization, remove the inside plug from the outlet, and fill the contents into the bag from the filling nozzle
  • the aseptic filling method comprises a filling step, a washing step of washing with steam from the tip of the filling nozzle to the plug part, and a sealing step of fitting the spout and the plug after washing.
  • Patent Document 2 It has also been proposed to attach a cap to the spout in the aseptic filling method of Patent Document 1 (Patent Document 2). Furthermore, it has also been proposed to provide a barrier chamber in part of the sliding portion of the plunger connected to the filling valve for opening and closing the filling port of the filling nozzle and introduce steam into the barrier chamber (Patent Document 1) 3).
  • an F value as a judgment means for terminating the sterilization of the sterilization (SIP) in the aseptic filling machine of the beverage by steam.
  • SIP sterilization of the sterilization
  • the temperatures of plural locations of the beverage supply system piping are detected at predetermined time intervals. It has been proposed to calculate the value and terminate the sterilization process when the minimum F value of the values reaches the target value (Patent Document 4).
  • JP-A-62-503164 Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-162404 Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-142640 International Publication No. 2014/103787 JP, 2015-6920, A
  • the spout is attached to the upper plastic film of the inner bag for bag-in-box formed by heat-sealing the periphery of at least two flexible plastic films, and the spout is fitted from the inside
  • An inside plug is attached to the lower plastic film, the inside outlet of the bag-in-box inner bag formed by fitting the inside plug into the outlet, and the tip of the filling nozzle in close contact, and the inside of the outlet, inside A plug, a heating steam supply device for supplying heated steam to a space formed by the tip of the filling nozzle and the tip of the filling valve, removing the inner plug from the outlet or fitting the inner plug to the outlet
  • the opening portion of the filling nozzle is opened by moving the plug attaching / detaching device and the filling valve tip of the filling nozzle, and the content is filled in the bag-in-box inner bag
  • a computing device including a temperature sensor at a predetermined location in the
  • the spout is attached to the upper plastic film of the inner bag for bag-in-box formed by heat-sealing the periphery of at least two flexible plastic films, and the spout is fitted from the inside.
  • a plug is attached to the lower plastic film, and the spout of the bag-in-box inner bag formed by fitting the plug into the spout is brought into close contact with the tip of the filling nozzle, and the spout, the inside
  • the heating steam is supplied to the space formed by the plug, the tip of the filling nozzle and the tip of the filling valve of the filling nozzle to supply the outlet and the surface of the plug, the tip of the filling nozzle, the filling of the filling nozzle
  • the valve tip portion and the space are sterilized by the heating steam, and after the sterilization, the supply of the heating steam is stopped, and the plug is removed from the pouring outlet, and at the same time, the filling tube is closed.
  • a temperature sensor is provided at a predetermined location in the space, and an F value is calculated while detecting the temperature in the space at each predetermined time when the heated steam is supplied to the space, and the minimum F value is a target It is characterized in that the sterilization in the space is ended when the value is reached.
  • the F value is It is preferable to calculate using.
  • the present inventor manages the F value to review the temperature and introduction time of heated steam used for sterilization. As a result of investigation, it has been found that sterilization can be completed in a short time as compared with the prior art.
  • the tip of the filling nozzle is attached to the spout fitted with the inside plug,
  • the heating steam is introduced into the space formed by the spout and the filling nozzle to sterilize the surface and space of the plug, spout and filling nozzle, but the temperature of the filling nozzle forming the space and the temperature of the discharge of the heating steam
  • a sensor is provided, a temperature is detected at predetermined time intervals by the temperature sensor, an F value is calculated based on the detected temperature, and sterilization is terminated when the minimum value of the calculated F value reaches a target value,
  • the sterilization time can be shortened, and the productivity of the aseptic filling machine can be increased.
  • the inner bag for bag-in-box which concerns on embodiment of this invention is shown, (A) is a perspective view of the inner bag before filling, (B) is sectional drawing of the inner bag before filling, (C) is (C).
  • the cross section of the inner bag after filling is shown.
  • the process of the aseptic filling method which concerns on embodiment of this invention is shown, (D) shows a sterilization process, (E) shows a filling process, (F) shows a washing process, and (G) shows a sealing process.
  • the cross section of the steam introduction apparatus in the sterilization process of the aseptic filling machine according to the embodiment of the present invention is shown, (H) shows the state where the steam introduction line is open, and (I) shows the state where the steam introduction circuit is closed. .
  • the installation place of the temperature sensor for F value measurement of the aseptic filling method which concerns on embodiment of this invention is shown. It is a graph which shows the relationship between the sterilization temperature by the heating water vapor
  • the bag-in-box inner bag 1 filled with the contents by the aseptic filling machine is a perspective view of the bag-in-box inner bag 1 before the contents are filled (FIG. A) and the cross-section of FIG. 1 (B), the peripheral edges of at least two flexible plastic films 2 are heat sealed.
  • the two flexible plastic films 2 are heat sealed to be bonded by the heat seal portion 3 to form a bag shape.
  • the bag-in-box inner bag 1 is formed of an upper plastic film 2a and a lower plastic film 2b. When the upper plastic film 2a and the lower plastic film 2b are heat sealed, air between the films is removed as much as possible.
  • the polyethylene constituting the innermost layer of the bag-in-box inner bag 1 It is because it may react with oxygen to generate an offensive odor.
  • the flexible plastic film 2 is a stretched film such as a biaxially stretched polypropylene film, a biaxially stretched nylon film, a biaxially stretched polyester film, a biaxially stretched ethylene-vinyl alcohol copolymer film, aluminum, aluminum oxide as a stretched film, A film formed by vapor deposition of silicon oxide or the like, a film obtained by laminating a polyethylene film with one or more films having no heat sealability such as aluminum foil, or a single polyethylene film, or nylon or ethylene-vinyl alcohol copolymer
  • the upper plastic film 2a and the lower plastic film 2b of the bag-in-box inner bag 1 are made of one or more plastic films.
  • polyethylene is used for the bonding surface by heat sealing.
  • the heat seal is a heat seal by direct heating with a heating plate, an ultrasonic heat seal, a high frequency heat seal in the case of including an aluminum foil as a layer, or the like.
  • the upper plastic film 2a or the lower plastic film 2b of the bag-in-box inner bag 1 may be two or more.
  • a film obtained by sequentially laminating a biaxially stretched nylon film 15 ⁇ m, an aluminum foil 7 ⁇ m, and a polyethylene 50 ⁇ m and a polyethylene film 80 ⁇ m are stacked two times to form the upper plastic film 2a, and the lower plastic film 2b is similarly stacked two sheets, 80 ⁇ m polyethylene
  • the bag is formed by heat sealing with the film inside. In the heat seal portion 3, four films are adhered, but in the non-heat seal portion, the four films are not adhered.
  • the upper plastic film 2a and the lower plastic film 2b can be bonded by heat sealing at the heat sealing portion to form a plurality of sheets or more, thereby rubbing the film between transport and cardboard as the exterior, shaking or shaking It is possible to reduce the risk of contents leakage due to pinholes caused by the bending of the flexible plastic film 2 due to the movement of the contents due to.
  • the polyethylene film may have a multi-layered structure, in which high density polyethylene layers may be provided on both sides of low density polyethylene.
  • the upper plastic film 2a is provided with a hole and the spout 4 is adhered from the inside, and the lower plastic film 2b is adhered with the inner plug 5 on the inside.
  • the upper side of the outlet flange 4a and the inner side of the upper plastic film 2a are bonded by heat sealing, and the lower side of the inner plug flange 5a and the inner side of the lower plastic film 2b are bonded by heat sealing.
  • the mounting position of the plug 5 is adhered to the lower plastic film 2 b at the same position as the spout 4 so that it can be fitted to the spout 4.
  • the spout 4 and the plug 5 are obtained by injection molding and compression molding of a resin such as polyethylene.
  • a resin such as polyethylene.
  • Polyethylene is preferred because the flanges 4a and 5a of the spout 4 and the plug 5 are heat sealed to the inner surface of the flexible plastic film 2.
  • the outer surface of the inner plug 5 is fitted to the inner surface of the spout 4.
  • the fitting surface is required to have adhesion to such an extent that bacteria and the like do not flow into it.
  • the inside plug 5 is fitted to the spout 4, and in a sealed state, the inside of the bag-in-box inner bag 1 is sterilized by irradiation with ⁇ rays or electron beams.
  • the bag-in-box inner bag 1 with its inside sterilized is supplied to the aseptic filling machine.
  • the bag-in-box inner bag 1 supplied to the aseptic filling machine is sterilized in the sterilization process shown in FIG.
  • the bag-in-box inner bag 1 supplied to the aseptic filling machine is gripped by the clamp 6 at the spout 4, and the tip of the filling nozzle 7 is brought into close contact with the spout 4 fixed by gripping.
  • the space 13 formed by the spout 4, the inner plug 5, the tip of the filling nozzle 7 and the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 is sealed.
  • the heated steam supplied from the heated steam supply device is supplied from the heated steam supply port 10 to the space 13 formed by the outlet 4, the inner plug 5, the tip of the filling nozzle 7 and the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7. And sterilize the surfaces of the spout 4 and the plug 5, the tip of the filling nozzle 7, the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 and the space 13.
  • the temperature of the heated steam supplied is suitably 121 ° C to 145 ° C.
  • the heating steam is supplied by the heating steam supply device, but the heating steam is supplied to the space 13 from the heating steam supply pipe 9 through the heating steam supply port 10 to the space 13 as shown in FIG.
  • the heat of the supplied heating steam kills bacteria and the like present on the surfaces of the spout 4 and the plug 5, the tip of the filling nozzle 7, the tip 8 of the filling valve of the filling nozzle 7 and the space 13.
  • the supplied heated steam is discharged from the heated steam outlet 12 through the heated steam outlet pipe 11.
  • the temperature of the heating steam to be discharged is measured by a temperature sensor provided in the heating steam discharge pipe 11, and the temperature is raised to 140 ° C. It was supplied to Checking the temperature rise and holding for 10 seconds lengthened the time for filling the contents into the bag-in-box inner bag 1 and reduced the production efficiency of the filled product. Supplying heated steam at 140 ° C. or higher to the space 13 for 10 seconds means that excessive sterilization is performed. It is possible to speed up the filling rate by control of the proper sterilization temperature and sterilization time without unnecessary sterilization.
  • the productivity is controlled by controlling the F value of sterilization of the surfaces of the outlet 4 and the inner plug 5 by the supply of heated steam to the space 13, the tip of the filling nozzle 7, the tip 8 of the filling valve of the filling nozzle 7 and the space 13. I found it to go up. That is, as shown in FIG. 4, a temperature sensor S is provided at a predetermined location in the space 13, and when the heating steam is supplied to the space 13, the temperature sensor S detects the temperature in the space 13 every predetermined time.
  • the detected temperature information is sent to the controller 14, the F value is calculated by the controller 14 having a computing device, and when the minimum F value reaches the target value, the surface of the pouring spout 4 and the plug 5 and the filling nozzle 7 The sterilization of the tip, the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 and the space 13 is finished. At the end of sterilization, the supply of heated steam is stopped.
  • the F value is determined by the following arithmetic expression.
  • Tr of the arithmetic expression is 121.1 ° C.
  • Tr of the arithmetic expression is 121.1 ° C.
  • the arithmetic device provided in the controller 14 starts the calculation of the F value.
  • the Z value of the spore fungus to be sterilized is 7 ° C. to 11 ° C.
  • the Z value may be calculated as 10 ° C.
  • the Z value and the target F value can optionally be adapted to the required germicidal strength of the product content to be produced.
  • the reference temperature Tr can be 85 ° C. and the Z value can be 7.8 ° C.
  • values to be substituted into the above equation can be appropriately changed according to the microbial growth characteristics of product liquid, distribution temperature, etc. of dairy products, concentrated juice, noodle soup, seasoning, green tea beverage, mineral water, chilled beverage etc. It is.
  • the F value is calculated from when the temperature reaches 121.1 ° C.
  • the F value which is the area of the hatched portion calculated from the temperatures detected by all the temperature sensors S, reaches the target value When sterilization ends.
  • the temperature of the space 13 may not reach 140 ° C.
  • the timer is activated, and the sterilization is finished after 10 seconds.
  • the total sterilization time was 20 seconds. Since the sterilization lower limit condition is 10 seconds at 140 ° C., the F 0 (121.1 ° C.) value is 12.9 when the Z value is 10 ° C. As shown in FIG.
  • the temperature sensor S is a tip of the filling nozzle 7 which forms a wall surface in the space 13, a spot which forms the space 13 of the filling valve tip of the filling nozzle 7, and the heating steam outlet 12 of the heating steam discharge pipe 11. It is provided in the vicinity.
  • the temperature sensor S may be provided at one place or a plurality of places.
  • compressed air is introduced into the compressed air inlet 15a for heating steam supply, and the open / close rod 17 for heating steam supply is moved to supply the heated steam, as shown in FIG. 3 (H).
  • the mouth 10 is opened.
  • compressed air is introduced into the compressed air inlet port 16a for discharging the heated steam, the heating steam discharge open / close rod 18 is moved, and the heated steam outlet 12 is opened.
  • the heating steam supply port 10, the space 13 and the heating steam discharge port 12 are in communication with each other, the heating steam is supplied from the heating steam supply device, the surface of the spout 4 and the inner plug 5, the tip of the filling nozzle 7;
  • the filling valve tip 8 and the space 13 of the filling nozzle 7 are sterilized.
  • the heating steam supply port 10 and the heating steam outlet 12 which are in the open state are closed.
  • This introduces compressed air into the compressed air inlet 15b for heating steam supply moves the open / close rod 17 for heating steam supply, makes the heated steam supply port 10 closed, and the compressed air inlet 16b for heating steam discharge. Compressed air is introduced, the heating steam discharge opening / closing rod 18 is moved, and the heating steam discharge port 12 is closed.
  • the tip of the filling nozzle 7, the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 and the space 13 is completed, as shown in FIG.
  • the inner plug 5 is removed from the outlet 4, and at the same time, the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 is moved.
  • the contents are filled in the inner bag 1 for bag-in-box.
  • the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 is moved to close the filling port of the filling nozzle 7 to complete the filling.
  • the pouring spout 4 After the contents are filled in the inner bag 1 for bag-in-box 1, as shown in FIG. 2 (F), the pouring spout 4, the plug 5, the wall surface forming the space 13 of the filling nozzle 7 and the filling nozzle 7
  • the filling valve tip 8 is cleaned with heated steam.
  • compressed air is introduced into the heating steam supply compressed air introduction port 15a, the heating steam supply opening / closing rod 17 is moved, and the heating steam supply port 10 is opened. Further, compressed air is introduced into the compressed air inlet port 16a for discharging the heated steam, the heating steam discharge open / close rod 18 is moved, and the heated steam outlet 12 is opened.
  • the heated steam supplied while the inner plug 5 is removed from the outlet 4 heats the outlet 4, the inner plug 5, the wall surface forming the space 13 of the filling nozzle 7 and the filling valve tip 8 of the filling nozzle 7 It is exposed to water vapor, the contents adhering to these are removed, and it becomes clean.
  • the removed content enters the bag of the bag-in-box inner bag 1 and does not remain in the heating steam supply pipe 9 and the heating steam discharge pipe 11.
  • compressed air is introduced to the compressed air inlet 15b for heating steam supply, the heating steam supply opening / closing rod 17 is moved, and the heating steam supply port 10 is closed, so that compressed air for heating steam discharge is compressed air.
  • Compressed air is introduced into the inlet 16b, the heating steam discharge opening / closing rod 18 is moved, and the heating steam discharge port 12 is closed.
  • the inner plug 5 is fitted to the outlet 4 by the inner plug attaching / detaching device 19 as shown in FIG. 2 (G). In this way, the bag-in-box inner bag 1 is sealed in a sterile manner inside. Further, here, the outer surface of the inner plug 5 may be cleaned by supplying the heating steam again.
  • FIG. 1 (C) After the plug 5 is fitted to the spout 4, the plug removal device 19 is removed from the plug 5 and the spout 4 is further removed from the clamp 6 to obtain a aseptically filled product as shown in FIG. 1 (C).
  • FIG. 2 (F) the inner bag 1 for bag-in-box is blown with heated steam into the bag for cleaning and is in an expanded state, but after cooling, the heated steam is condensed to become a slight amount of water
  • the bag-in-box inner bag 1 absorbed in the contents and filled with the contents is a product as shown in FIG. 1 (C).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

バッグインボックス用内袋に無菌充填する際の、注出口、中栓、充填ノズルから形成される空間の殺菌を短時間に行う。　バッグインボックス用内袋の注出口と充填ノズルの先端を密着して、注出口、中栓記充填ノズルの先端及び充填弁先端部で形成される空間に加熱水蒸気を供給する加熱水蒸気供給装置、前記中栓を前記注出口から外し又は前記中栓を前記注出口に嵌合する中栓着脱装置及び前記充填ノズルの充填弁先端部を移動させることにより、前記充填ノズルの開口部を開いて、前記バッグインボックス用内袋に内容物を充填する充填装置を備える無菌充填機において、空間内の所定箇所に温度センサを備え、空間への加熱水蒸気供給時に空間内温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算する演算装置を備え、最小のＦ値が目標値に達したときに前記空間内の殺菌を終了する。

Description

無菌充填機及び無菌充填方法
　本発明は、牛乳、クリーム、ジュース、酒及び清涼飲料水等の液状食品、若しくは液状薬品又は固形物を含む液状食品等を注出口付きバッグインボックス用内袋に、無菌チャンバなしで無菌充填するための無菌充填機及び無菌充填方法に関する。
　従来、液体の大型容器としては一斗缶等の缶が多く使用されていたが、容器廃棄のための輸送や処理が煩雑であるために、廃棄処理し易いバッグインボックス（ＢＩＢ）の使用広まっている。内容物が菌等により腐敗や変敗する場合、ＢＩＢの内袋に内容物を充填してから加熱殺菌することは困難である。そこで、長期保存を行う腐敗し易い内容物については、内袋を殺菌し、殺菌した内容物を無菌雰囲気で殺菌した内袋に充填する無菌充填が採用されている。そのため、牛乳、クリーム、果汁、果肉入り果汁等をＢＩＢに充填して長期保存する場合は、無菌充填機により内袋に内容物を充填している。
　ＢＩＢ用内袋への無菌充填方法としては、注出口を有する袋をキャップにより密封し、エチレンオキサイドガスやγ線照射等により袋の内部を殺菌し、殺菌された袋を無菌ＢＩＢ充填機に供給し、注出口及びキャップの外側を次亜塩素酸ナトリウム溶液、過酢酸溶液又は過酸化水素溶液等の液状殺菌剤により殺菌した後、無菌チャンバ内で注出口からキャップを取り外して注出口と充填ノズルを嵌合させて、充填ノズルから内袋に内容物を規定量充填し、注出口から充填ノズルを取り外し、注出口をキャップにより密封して無菌充填製品とする。
　また、無菌チャンバを使用しないで、殺菌した液状食品や薬品等を殺菌したＢＩＢ用内袋に充填する方法が提案されている（特許文献１）。これは、２枚のプラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるＢＩＢ用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、中栓を注出口に嵌合してなる密封袋の注出口と中栓を充填ノズルの先端に装着して蒸気殺菌する殺菌工程、注出口から中栓を外し、充填ノズルから内容物を袋に充填する充填工程、充填ノズルの先端から中栓部分までを蒸気により洗浄する洗浄工程、洗浄後、注出口と中栓を嵌合する密封工程からなる無菌充填方法である。
　特許文献１の無菌充填方法における注出口にキャップを装着することも提案されている（特許文献２）。さらに、充填ノズルの充填口を開閉するための充填弁に接続しているプランジャーの摺動部の一部にバリア室を設け、バリア室に蒸気を導入することも提案されている（特許文献３）。
　一方、蒸気により飲料の無菌充填機内の殺菌（ＳＩＰ）について、殺菌を終了する判断手段としてＦ値を導入することが提案されている。例えば、飲料の加熱殺菌部から充填機内へと飲料を送る飲料供給系配管を熱水又は加熱蒸気により熱殺菌する際に、飲料供給系配管の複数箇所の温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうちの最少のＦ値が目標値に達したところで、殺菌工程を終了することが提案されている（特許文献４）。
　また、充填ノズルへ飲料を送る飲料供給系配管に熱水又は蒸気を送り、充填ノズルから熱水又は蒸気を吐出させて充填ノズル内を殺菌する際に、すべての充填ノズル内の温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうちの最少のＦ値が目標値に達したところで、殺菌工程を終了することも提案されている（特許文献５）。
特表昭６２－５０３１６４号公報 特開昭６３－１６２４０４号公報 特開２０００－１４２６４０号公報 国際公開第２０１４／１０３７８７号 特開２０１５－６９２０号公報
　ＢＩＢ用内袋に内容物を充填する無菌充填機において、無菌チャンバを必要としない特許文献１に記載の無菌充填機は、コンパクトで作業性も良好である。また、殺菌剤を使用しないため、殺菌剤の残留や廃棄処理の煩雑さもなく、ランニングコストも抑えることができる。特許文献１に記載の２枚のプラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるＢＩＢ用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、中栓を注出口に嵌合してなる密封袋の注出口と中栓を充填ノズルの先端に装着して蒸気殺菌する殺菌工程、注出口から中栓を外し、充填ノズルから内容物を袋に充填する充填工程、充填ノズルの先端から中栓部分までを蒸気により洗浄する洗浄工程、洗浄後、注出口と中栓を嵌合する密封工程からなる無菌充填方法は、他のＢＩＢの無菌充填方法に較べ設備及び材料面で優位性が高い。
　しかし、注出口と中栓を蒸気殺菌する際の殺菌時間が長く、生産性に劣るという欠点がある。１４０℃以上の蒸気を１０秒間以上送って殺菌している。
　ＢＩＢ用内袋の注出口及び中栓の蒸気殺菌における上述のような欠点を解消することができる、注出口及び中栓の蒸気殺菌装置及び殺菌方法が求められている。
　本発明はこのような問題点を解決することができる、ＢＩＢ用内袋に無菌雰囲気で内容物を充填する無菌充填機及び無菌充填方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る無菌充填機は、少なくとも二枚の柔軟性プラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるバッグインボックス用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、前記注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、前記中栓を前記注出口に嵌合してなる前記バッグインボックス用内袋の前記注出口と充填ノズルの先端を密着して、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端及び充填弁先端部で形成される空間に加熱水蒸気を供給する加熱水蒸気供給装置、前記中栓を前記注出口から外し又は前記中栓を前記注出口に嵌合する中栓着脱装置及び前記充填ノズルの充填弁先端部を移動させることにより、前記充填ノズルの開口部を開いて、前記バッグインボックス用内袋に内容物を充填する充填装置を備える無菌充填機において、前記空間内の所定箇所に温度センサを備え、前記空間への前記加熱水蒸気供給時に前記空間内温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算する演算装置を備え、最小のＦ値が目標値に達したときに前記空間内の殺菌を終了することを特徴とする。
　本発明に係る無菌充填方法は、少なくとも二枚の柔軟性プラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるバッグインボックス用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、前記注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、前記中栓を前記注出口に嵌合してなる前記バッグインボックス用内袋の前記注出口と充填ノズルの先端を密着させて、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端及び前記充填ノズルの充填弁先端部で形成される空間に加熱水蒸気を供給して前記注出口と前記中栓の表面、前記充填ノズルの先端、前記充填ノズルの前記充填弁先端部及び前記空間を前記加熱水蒸気により殺菌し、殺菌後に前記加熱水蒸気の供給を止め、前記中栓を前記注出口から外すと同時に、前記充填ノズルの前記充填弁先端部を移動させることにより、前記充填ノズルの開口部を開いて、内容物を前記バッグインボックス用内袋に充填し、充填終了後前記充填ノズルの開口部を閉鎖し、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端、前記充填ノズルの前記充填弁先端部及び前記空間を蒸気洗浄した後、前記中栓を前記注出口に嵌合し、無菌充填を行う無菌充填方法において、前記空間内の所定箇所に温度センサを設けておき、前記空間への前記加熱水蒸気供給時に前記空間内温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に達したときに前記空間内の殺菌を終了することを特徴とする。
　また、本発明に係る無菌充填方法は、Ｆ値が次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 を用いて演算されると好適である。
　本発明者は、無菌チャンバを必要としないバッグインボックス用内袋へ内容物を充填する無菌充填機において、殺菌に使用する加熱水蒸気の温度及び導入時間について見直しを行うべく、Ｆ値の管理について検討したところ、従来に比べ、短時間で殺菌を終了することができることを見出した。
　本発明によれば、無菌チャンバを必要としないバッグインボックス用内袋へ内容物を充填する無菌充填機において、中栓が嵌合された注出口に充填ノズルの先端を装着し、中栓、注出口及び充填ノズルにより形成される空間に加熱水蒸気を導入して、中栓、注出口及び充填ノズルの表面及び空間内を殺菌するが、空間を形成する充填ノズル及び加熱水蒸気の排出部に温度センサを設け、当該温度センサにより所定時間ごとに温度を検知し、検知した温度によりＦ値を演算し、演算されたＦ値の最小値が目標値に達したときに殺菌を終了することで、殺菌時間を短くすることが可能となり、無菌充填機の生産性をアップすることができる。
本発明の実施形態に係るバッグインボックス用内袋を示しており、（Ａ）は充填前の内袋の斜視図を、（Ｂ）は充填前の内袋の断面図を、（Ｃ）は充填後の内袋の断面図を示す。 本発明の実施の形態に係る無菌充填方法の工程を示し、（Ｄ）は殺菌工程を、（Ｅ）は充填工程を、（Ｆ）は洗浄工程を、（Ｇ）は密封工程を示す。 本発明の実施の形態に係る無菌充填機の殺菌工程における蒸気導入装置の断面を示し、（Ｈ）は蒸気導入管路が開の状態を、（Ｉ）は蒸気導入回路が閉の状態を示す。 本発明の実施の形態に係る無菌充填方法のＦ値測定のための温度センサの装備個所を示す。 本発明の実施の形態に係る無菌充填方法における加熱水蒸気による殺菌温度と殺菌時間の関係を示すグラフである。 従来の無菌充填方法における加熱水蒸気による殺菌温度と殺菌時間の関係を示すグラフである。
　以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　本発明の実施の形態に係る無菌充填機により内容物が充填されるバッグインボックス用内袋１とは、内容物を充填する前のバッグインボックス用内袋１の斜視図である図１（Ａ）及び断面を示す図１（Ｂ）のように、少なくとも二枚の柔軟性プラスチックフィルム２の周縁をヒートシールしてなる。二枚の柔軟性プラスチックフィルム２はヒートシールされることにより、ヒートシール部３により接着され、袋状を形成する。バッグインボックス用内袋１は上側プラスチックフィルム２ａと下側プラスチックフィルム２ｂにより形成される。上側プラスチックフィルム２ａと下側プラスチックフィルム２ｂをヒートシールする際には、フィルム間のエアをできる限り排除して行う。バッグインボックス用内袋１をγ線や電子線の照射により殺菌する際に、バッグインボックス用内袋１の内部に酸素が存在するとバッグインボックス用内袋１の最内層を構成するポリエチレンが酸素と反応して異臭を発生するおそれがあるからである。
　柔軟性プラスチックフィルム２とは、二軸延伸ポリプロピレンフィルム、二軸延伸ナイロンフィルム、二軸延伸ポリエステルフィルム、二軸延伸エチレン－ビニルアルコール共重合体フィルム等の延伸フィルム、延伸フィルムにアルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を蒸着したフィルム、アルミニウム箔等のヒートシール性を有していないフィルムの１種以上とポリエチレンフィルムをラミネートしたもの、又はポリエチレンフィルム単体若しくは、ナイロン又はエチレン－ビニルアルコール共重合体のようなバリア性を有する樹脂とポリエチレンとの共押し出しフィルムであり、バッグインボックス用内袋１の上側プラスチックフィルム２ａ及び下側プラスチックフィルム２ｂは１枚以上のプラスチックフィルムからなる。ヒートシールによる接着面は通常ポリエチレンが用いられる。ヒートシールは加熱板による直接加熱によるヒートシール、超音波ヒートシール、層としてアルミニウム箔を含む場合の高周波ヒートシール等である。
　バッグインボックス用内袋１の上側プラスチックフィルム２ａ又は下側プラスチックフィルム２ｂは２枚以上であっても構わない。例えば、二軸延伸ナイロンフィルム１５μｍ、アルミニウム箔７μｍ、ポリエチレン５０μｍを順次ラミネートしたフィルムとポリエチレンフィルム８０μｍを２枚重ねて上側プラスチックフィルム２ａとし、下側プラスチックフィルム２ｂも同様として２枚重ね、８０μｍのポリエチレンフィルムを内側としてヒートシールにより袋を形成する。ヒートシール部３は４枚のフィルムが接着されているが、非ヒートシール部では４枚のフィルムは各々接着されていない。このように上側プラスチックフィルム２ａ及び下側プラスチックフィルム２ｂをヒートシール部でヒートシールにより接着できるようにして各々複数枚以上とすることで、輸送時のフィルムと外装であるダンボールとの擦れや、揺れによる内容物の移動による柔軟性プラスチックフィルム２の屈曲により発生するピンホールに起因する内容物の漏れリスクを低減することができる。
　ポリエチレンは密度が低いほど耐ピンホール性に優れる傾向があるが滑り性が劣るため、ポリエチレンフィルムは多層構成として、密度の低いポリエチレンの両側に密度の高いポリエチレン層を設けるようにしても構わない。
　図１（Ｂ）に示すように上側プラスチックフィルム２ａには孔を設け注出口４が内側から接着され、下側プラスチックフィルム２ｂには内側に中栓５が接着される。注出口のフランジ４ａの上側と上側プラスチックフィルム２ａの内側とがヒートシールにより接着され、中栓のフランジ５ａの下側と下側プラスチックフィルム２ｂの内側とがヒートシールにより接着されている。中栓５の取り付け位置は注出口４と嵌合できるように、注出口４と同じ位置の下側プラスチックフィルム２ｂに接着される。
　注出口４及び中栓５はポリエチレン等の樹脂を射出成形、圧縮成形することにより得られる。注出口４及び中栓５のフランジ４ａ及び５ａは柔軟性プラスチックフィルム２の内側面とヒートシールされるため、ポリエチレンが好ましい。また、注出口４の内面には中栓５の外面が嵌合される。嵌合面は菌等が流入しない程度の密着性がもとめられる。そこで、注出口４を構成するポリエチレンの密度よりも中栓５を構成するポリエチレンの密度を高くすることがこの好ましい。注出口４を伸ばすように嵌合することで高い密着性が得られる。
　バッグインボックス用内袋１は中栓５が注出口４に嵌合され、密封された状態でγ線や電子線等の照射によりバッグインボックス用内袋１の内部が殺菌される。内部が殺菌されたバッグインボックス用内袋１が無菌充填機に供給される。無菌充填機に供給されたバッグインボックス用内袋１は図２（Ｄ）に示す殺菌工程により注出口４及び中栓５の外部表面が殺菌される。
　無菌充填機に供給されたバッグインボックス用内袋１は、クランプ６により注出口４を把持され、把持されて固定された注出口４に充填ノズル７の先端が密着される。これにより、図２（Ｄ）に示すように、注出口４、中栓５、充填ノズル７の先端及び充填ノズル７の充填弁先端部８により形成される空間１３が密閉状態となる。
　次いで注出口４、中栓５、充填ノズル７の先端及び充填ノズル７の充填弁先端部８により形成される空間１３に、加熱水蒸気供給装置から供給される加熱水蒸気を加熱水蒸気供給口１０から供給し、注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３を殺菌する。供給される加熱水蒸気の温度は１２１℃～１４５℃が適当である。
　加熱水蒸気は加熱水蒸気供給装置により供給されるが、空間１３には図３（Ｈ）に示すように、加熱水蒸気供給管９から加熱水蒸気供給口１０を経て空間１３に加熱水蒸気が供給される。供給される加熱水蒸気の熱により、注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３に存在する菌等が殺菌される。供給された加熱水蒸気は加熱水蒸気排出口１２から加熱水蒸気排出管１１を経て排出される。
　従来、加熱水蒸気の供給は、加熱水蒸気排出管１１に設けられた温度センサにより、排出される加熱水蒸気の温度を測定し、測定温度が１４０℃に昇温した後、１０秒間加熱水蒸気を空間１３に供給していた。昇温を確認して１０秒間保持することは、バッグインボックス用内袋１に内容物を充填する時間を長くし、充填製品の生産効率を低下させていた。１４０℃以上の加熱水蒸気を空間１３に１０秒間供給するのは、過度の殺菌を行っていることとなる。不必要な殺菌を行うことなく、適正な殺菌温度及び殺菌時間の管理により充填速度を速めることが可能である。
　空間１３への加熱水蒸気の供給による注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３の殺菌についてＦ値管理することで、生産性を上げることを見出した。すなわち、図４に示すように、空間１３の所定箇所に温度センサＳを設け、空間１３へ加熱水蒸気が供給されたときに、温度センサＳにより、空間１３内の温度を所定時間ごとに検知し、検知した温度情報をコントローラ１４に送り、演算装置を備えるコントローラ１４によりＦ値を演算し、最少のＦ値が目標値に達したときに注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３の殺菌を終了する。殺菌終了により、加熱水蒸気の供給は停止される。
　温度センサＳにより検知され、演算装置を備えるコントローラ１４に送られた温度を基に以下の演算式によりＦ値が求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　演算式のＴｒを１２１．１℃とすると各箇所の温度センサＳにより検知される温度が、１２１．１℃に達するとコントローラ１４が備える演算装置はＦ値の演算を開始する。殺菌すべき芽胞菌のＺ値は７℃～１１℃であり、例えばＺ値を１０℃として演算しても構わない。Ｚ値及び目標とするＦ値は、製造する製品中身の必要な殺菌強度に任意に合わせることができる。
　また製品液のｐＨが４～４．６未満のときは基準温度Ｔｒ＝８５℃、Ｚ値＝７．８℃とすることができ、製品液のｐＨが４未満のときは基準温度Ｔｒ＝６５℃、Ｚ値＝５℃とすることができるが、適宜変更することも可能である。ｐＨ４．６以上の場合は、基準温度Ｔｒ＝１２１．１℃、Ｚ値＝１０℃で算出することができる。
　また、乳製品、濃縮ジュース、めんつゆ、調味料、緑茶飲料、ミネラルウォーター、チルド飲料等、製品液の微生物発育特性、流通温度等に合わせて上記演算式に代入する値を適宜変更することも可能である。
　図５に示すように、１２１．１℃に達したときからＦ値は演算され、全ての温度センサＳにより検知される温度から演算される斜線部の面積であるＦ値が目標値に達したときに殺菌を終了する。このとき、空間１３の温度は１４０℃に達していないこともある。従来は、加熱水蒸気排出管に設けられた温度センサＳの検知温度が１４０℃に達したところでタイマーが作動し、１０秒後に殺菌終了としていた。トータルの殺菌時間は２０秒であった。殺菌下限条件は１４０℃の１０秒であるため、Ｚ値を１０℃としてF0(121.1℃)値を
算出すると、１２．９である。図６に示すように、空間１３の温度が１４０℃に到達するまでに１０秒を要するとすると、図５に示すように殺菌時間をＦ値管理することにより、例えば殺菌終了（F0(121.1℃)値が１２．９に到達する）までの時間が１３秒となり、殺菌に要する時間を３５％短縮することができる。
　温度センサＳは充填ノズル７の先端であって空間１３内の壁面を形成する箇所、充填ノズル７の充填弁先端部の空間１３を形成する箇所及び加熱水蒸気排出管１１の加熱水蒸気排出口１２の近傍箇所に設けられる。温度センサＳは１箇所に設けても、複数箇所に設けても構わない。
　空間１３への加熱水蒸気の供給は、図３（Ｈ）に示すように、加熱水蒸気供給用圧縮エア導入口１５ａに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気供給用開閉ロッド１７を移動させ、加熱水蒸気供給口１０を開の状態にする。また、加熱水蒸気排出用圧縮エア導入口１６ａに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気排出用開閉ロッド１８を移動させ、加熱水蒸気排出口１２を開の状態にする。ここで、加熱水蒸気供給口１０、空間１３及び加熱水蒸気排出口１２が連通状態になり、加熱水蒸気供給装置から加熱水蒸気が供給され、注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３が殺菌される。
　殺菌終了後、図３（Ｉ）に示すように、開放状態となっている加熱水蒸気供給口１０及び加熱水蒸気排出口１２を閉鎖する。これは、加熱水蒸気供給用圧縮エア導入口１５ｂに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気供給用開閉ロッド１７を移動させ、加熱水蒸気供給口１０を閉の状態とし、加熱水蒸気排出用圧縮エア導入口１６ｂに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気排出用開閉ロッド１８を移動させ、加熱水蒸気排出口１２を閉の状態にする。
　注出口４及び中栓５の表面、充填ノズル７の先端、充填ノズル７の充填弁先端部８及び空間１３の殺菌が終了した後、図２（Ｅ）に示すように、中栓着脱装置１９により、注出口４に嵌合している中栓５を引き抜くことにより、中栓５を注出口４から外し、同時に充填ノズル７の充填弁先端部８を移動させ、充填ノズル７の充填口からバッグインボックス用内袋１の袋内に内容物を充填する。所定量の内容物をバッグインボックス用内袋１の袋内に充填後、充填ノズル７の充填弁先端部８を移動させ充填ノズル７の充填口を閉鎖して充填を終了する。
　バッグインボックス用内袋１の袋内に内容物を充填後、図２（Ｆ）に示すように、注出口４、中栓５、充填ノズル７の空間１３を形成する壁面及び充填ノズル７の充填弁先端部８を加熱水蒸気により洗浄する。充填ノズル７の充填口を閉鎖後、加熱水蒸気供給用圧縮エア導入口１５ａに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気供給用開閉ロッド１７を移動させ、加熱水蒸気供給口１０を開の状態にする。また、加熱水蒸気排出用圧縮エア導入口１６ａに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気排出用開閉ロッド１８を移動させ、加熱水蒸気排出口１２を開の状態にする。中栓５が注出口４から外された状態で供給される加熱水蒸気により、注出口４、中栓５、充填ノズル７の空間１３を形成する壁面及び充填ノズル７の充填弁先端部８は加熱水蒸気に曝され、これらに付着していた内容物が除去され、清浄な状態となる。除去された内容物はバッグインボックス用内袋１の袋内に入り、加熱水蒸気供給管９及び加熱水蒸気排出管１１にも残留することはない。
　洗浄工程終了後は、加熱水蒸気供給用圧縮エア導入口１５ｂに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気供給用開閉ロッド１７を移動させ、加熱水蒸気供給口１０を閉の状態とし、加熱水蒸気排出用圧縮エア導入口１６ｂに圧縮エアを導入し、加熱水蒸気排出用開閉ロッド１８を移動させ、加熱水蒸気排出口１２を閉の状態にする。
　加熱水蒸気による洗浄が終了した後、図２（Ｇ）に示すように、中栓着脱装置１９により中栓５を注出口４に嵌合する。これで、バッグインボックス用内袋１は内部が無菌状態で密封される。また、ここで、再度加熱水蒸気を供給して、中栓５の外表面を洗浄しても構わない。
　中栓５を注出口４に嵌合した後、中栓着脱装置１９を中栓５から外し、さらにクランプ６から注出口４を外し、図１（Ｃ）のような無菌充填製品を得る。図２（Ｆ）において、バッグインボックス用内袋１は洗浄のために袋内に加熱水蒸気が吹き込まれて膨らんだ状態となっているが、冷却後に加熱水蒸気は凝縮し僅かな水分となって内容物に吸収され、内容物が充填されたバッグインボックス用内袋１は図１（Ｃ）のような製品となる。
　本発明は以上説明したように構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々変更可能である。
　１…バッグインボックス用内袋
　４…注出口
　５…中栓
　７…充填ノズル
　１０…加熱水蒸気供給口
　１２…加熱水蒸気排出口
　１４…コントトーラ
　１９…中栓着脱装置
　Ｓ…温度センサ

Claims (3)

  1. 　少なくとも二枚の柔軟性プラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるバッグインボックス用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、前記注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、前記中栓を前記注出口に嵌合してなる前記バッグインボックス用内袋の前記注出口と充填ノズルの先端を密着して、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端及び充填弁先端部で形成される空間に加熱水蒸気を供給する空間加熱水蒸気供給装置、前記中栓を前記注出口から外し又は前記中栓を前記注出口に嵌合する中栓着脱装置及び前記充填ノズルの充填弁先端部を移動させることにより、前記充填ノズルの開口部を開いて、前記バッグインボックス用内袋に内容物を充填する充填装置を備える無菌充填機において、
    　前記空間内の所定箇所に温度センサを備え、前記空間への前記加熱水蒸気供給時に前記空間内温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算する演算装置を備え、最小のＦ値が目標値に達したときに前記空間内の殺菌を終了することを特徴とする無菌充填機。
  2. 　少なくとも二枚の柔軟性プラスチックフィルムの周縁をヒートシールしてなるバッグインボックス用内袋の上側プラスチックフィルムに注出口を取り付け、前記注出口に内側から嵌合する中栓を下側プラスチックフィルムに取り付け、前記中栓を前記注出口に嵌合してなる前記バッグインボックス用内袋の前記注出口と充填ノズルの先端を密着させて、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端及び前記充填ノズルの充填弁先端部で形成される空間に加熱水蒸気を供給して前記注出口と前記中栓の表面、前記充填ノズルの先端、前記充填ノズルの前記充填弁先端部及び前記空間を前記加熱水蒸気により殺菌し、殺菌後に前記加熱水蒸気の供給を止め、前記中栓を前記注出口から外すと同時に、前記充填ノズルの前記充填弁先端部を移動させることにより、前記充填ノズルの開口部を開いて、内容物を前記バッグインボックス用内袋に充填し、充填終了後前記充填ノズルの開口部を閉鎖し、前記注出口、前記中栓、前記充填ノズルの先端、前記充填ノズルの前記充填弁先端部及び前記空間を蒸気洗浄した後、前記中栓を前記注出口に嵌合し、無菌充填を行う無菌充填方法において、
    　前記空間内の所定箇所に温度センサを設けておき、前記空間への前記加熱水蒸気供給時に前記空間内温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に達したときに前記空間内の殺菌を終了することを特徴とする無菌充填方法。
  3. 　請求項２に記載の無菌充填方法において、Ｆ値は次式
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     を用いて演算することを特徴とする無菌充填方法。
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