饮料的无菌填充方法及其系统与流程

本发明涉及饮料的无菌填充方法及其系统。更具体地，本发明涉及将如含果汁的碳酸饮料、含乳性组分(lactic component)的碳酸饮料、含氨基酸或维生素的营养补充碳酸饮料等含氮源的碳酸饮料无菌填充到像耐压性聚酯瓶的此类容器中的方法及其系统。

背景技术：

近年来，在将必须杀菌的饮料填充到容器中以及密封该容器时，除了通过加热来进行杀菌的填充方法以外，已经广泛地采用无菌填充法以获得防止由加热导致的风味的下降而保持高品质的饮料。无菌填充法保证在完全无菌的状态下气密密封，因此，可以用于填充如含果汁的饮料和其中如芽孢杆菌等细菌孢子易于繁殖的乳性饮料等酸性饮料。因此，尽管在常温下填充饮料，无菌填充法提供的优势在于，内容物几乎不热劣化(例如，参见专利文献1和2)。

通常，在实施无菌填充法时，容器通过化学杀菌系统来杀菌，因此，在使用化学试剂的杀菌步骤之后必须用无菌水清洗。因此，涉及很多的步骤，并且已经要求提供使容器杀菌的简化方法。无菌填充系统已经用于填充如果汁等酸性饮料，如咖啡、茶等低酸性饮料，和如矿物水等无碳酸饮料。然而，无菌填充系统尚未用于填充上述含有氮源的碳酸饮料。例如，上述含果汁的碳酸饮料迄今已经通过以下来生产：将内容液和碳酸气混合在一起，将它们填充并气密密封在容器中，并且在气密密封在容器中之后，将容器引入至巴氏灭菌器(pasteurizer)中，在巴氏灭菌器中用温水淋洒来喷射各瓶的外表面，使得将内容液加热至65℃、10分钟相当的杀菌水平以加热杀菌。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本专利No.473792013

专利文献2：JP-A-2012-1238

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在用于加热杀菌已经填充并气密密封在容器中之后的内容物的系统的情况下，将巴氏灭菌器加热至预定的温度或将其冷却需要相当长的时间。因此，加热杀菌内容物需要实质上长的时间，这导致生产性仍然差。除此以外，在内容物填充并气密密封在容器中的状态下加热的容器趋于膨胀并且外观劣化。进一步，产生的问题在于：当打开容器时，填充在其中的内容物的视线下降。除此以外，要使用的容器必须是经由热定形的步骤而赋予有耐热性的昂贵的耐压性聚酯瓶，因此，从经济性的观点，依然存在不满意的因素。

因此，本发明的目的是提供在将如含果汁的碳酸饮料、含乳性组分的碳酸饮料、含氨基酸或维生素等的营养补充碳酸饮料等含氮源的碳酸饮料无菌填充到聚酯瓶中时，将所述饮料和容器有效地杀菌并且改善生产率，能够以低成本无菌填充饮料的饮料的无菌填充方法及其系统。

用于解决问题的方案

根据本发明，提供了一种将pH小于4.0的含氮源的碳酸饮料无菌填充到容器中的方法，其包括以下步骤：

将所述饮料进行65℃、10分钟同等以上的加热杀菌；

将作为耐压性聚酯瓶的容器通过将70至80℃的温水喷射至所述容器上0.5至5秒来杀菌；

将杀菌后的饮料填充到杀菌后的容器中；和

将填充后的容器气密密封；

其中至少所述填充步骤和所述气密密封步骤在无菌环境中进行。

在本发明的饮料的无菌填充方法中，期望的是：

1.所述含氮源的碳酸饮料是含果汁的碳酸饮料、含乳性组分的碳酸饮料、含氨基酸或维生素的营养补充碳酸饮料；

2.所述含氮源的碳酸饮料的加热杀菌步骤包括：将含氮源的饮料进行65℃、10分钟同等以上的加热杀菌的步骤，以及碳酸气的除菌步骤或含所述碳酸气的水溶液的加热杀菌步骤。

3.所述杀菌后的容器的收缩率小于5％；和

4.所述容器的底部具有花瓣状(petaloidal)耐压结构。

进一步，根据本发明，提供了一种将pH小于4.0的含氮源的碳酸饮料无菌填充到容器中的系统，其包括：

用于将所述饮料进行65℃、10分钟同等以上的加热杀菌的手段；

用于将作为耐压性聚酯瓶的容器通过将70至80℃的温水喷射至所述容器上0.5至5秒来杀菌的手段；

用于将杀菌后的饮料填充到杀菌后的容器中的手段；和

用于将填充有饮料的容器气密密封的手段；

其中至少所述填充手段和所述气密密封手段设置在无菌环境中。

发明的效果

在本发明中，用温水来杀菌用于容纳含氮源的碳酸饮料的耐压性聚酯瓶。因此，不像使用化学试剂来实现杀菌的情况，化学试剂是不需要的，并且用无菌水清洗也是不需要的。因此，可以有效地杀菌低成本的耐压性聚酯瓶，并且可以用饮料无菌填充所述耐压性聚酯瓶。

进一步，本发明既不需要迄今在容器填充有含氮源的碳酸饮料并且气密密封之后使用巴氏灭菌器的加热杀菌、也不需要在加热杀菌时的温度调节。因此，也可以有效地杀菌和无菌填充饮料。

进一步，在本发明中，将耐压性聚酯瓶用70至80℃的相对低温的温水来杀菌。因此，即使容器是不具有耐热性的耐压性聚酯瓶，其收缩率也可以抑制至小于5％，并且抑制填充的饮料的视线上升。因此，可以防止填充时饮料的泄漏，防止填充饮料后的密封不良，防止瓶的外表面上的污染和防止瓶的外观不良。

进一步，根据本发明，容纳在依赖昂贵的热定形而赋予有耐热性的耐压性聚酯瓶中的饮料现在可以容纳并气密密封在低成本的耐压性聚酯瓶中，还提供了在经济性方面的优点。

附图说明

[图1]是表明根据本发明的饮料的无菌填充方法及其系统的流程图。

[图2]是用于本发明的饮料的无菌填充方法及其系统中的耐压性聚酯瓶的参考图。

具体实施方式

(含氮源的碳酸饮料)

在本发明中，要填充并气密密封的内容物是含氮源的碳酸饮料，即，pH小于4.0且含有如果汁、果肉、蔬菜汁、乳性组分、氨基酸等氮源的含氮源的碳酸饮料。含氮源的碳酸饮料通过将含氮源的饮料与碳酸气或含碳酸气的水溶液混合来制备。

作为软饮料的杀菌条件，在食品卫生法下根据内容物的pH等已经规定了制造标准。本发明采用相当于将pH小于4.0的饮料在65℃下加热10分钟的加热方法、或具有上述同等以上的效果的方法(下文中称为65℃、10分钟同等以上)。

(要杀菌的容器)

在本发明中，将上述饮料填充到其中并气密密封的容器是通过将已知的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂注射成形获得的聚酯瓶或通过将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的压缩成形预制品双轴拉伸吹塑成形获得的聚酯瓶。

在本发明中，内容物是碳酸饮料。因此，期望的是，聚酯瓶是包括如图2所示口颈部21、肩部22、主体部23和具有花瓣状耐压结构的底部24的耐压性聚酯瓶20。耐压性聚酯瓶通过使用相对低温的温水在短时间内，即在70至80℃、0.5至5秒下加热杀菌，使得容器的收缩率抑制为小于5％。因此，对容器不要求特定的耐热性。即，容器可以在考虑预定的收缩率的情况下成形；即低成本的耐压性聚酯瓶将会满足需要。

(无菌填充方法)

本发明的饮料的无菌填充方法包括以下步骤：

将pH小于4.0的含氮源的碳酸饮料进行65℃、10分钟同等以上的加热杀菌；

将作为耐压性聚酯瓶的容器通过将70至80℃的温水喷射至所述容器上0.5至5秒来杀菌；

将杀菌后的饮料填充到杀菌后的容器中；和

将填充后的容器气密密封；

其中至少所述填充步骤和所述气密密封步骤在无菌环境中进行。

在本发明中，重要的特征在于，选择作为将杀菌后的含氮源的碳酸饮料填充到其中并气密密封的容器的低成本的耐压性聚酯瓶，通过使用70至80℃的温水杀菌0.5至5秒以产生65℃、10分钟同等以上的杀菌效果，以及作为耐压性聚酯瓶的杀菌条件的良好杀菌效果的发现。

即，作为低成本的耐压性聚酯瓶的杀菌条件，进行70至80℃、0.5至5秒，优选74至80℃、1至3秒，更优选78℃±1.5℃、1至3秒的温水杀菌，使得可以在短时间内杀菌耐压性聚酯瓶，以致该瓶可以用作将含氮源的碳酸饮料填充到其中的容器。进一步，瓶的收缩率降低，从而抑制填充在其中的饮料的视线上升，因此，防止填充时饮料的泄漏，防止填充后的密封不良，防止瓶的外表面上的污染和防止瓶的外观不良。

这里，作为耐压性聚酯瓶的杀菌条件，如果低于70℃的温水用于杀菌，则在短时间内不能获得满意程度的杀菌效果，杀菌效率下降并且生产性下降。另一方面，作为耐压性聚酯瓶的杀菌条件，如果超过80℃的温水用于杀菌，则可以缩短杀菌时间。然而，尚未赋予有耐热性的耐压性聚酯瓶产生5％以上的收缩率。因此，瓶中饮料的视线在填充时明显上升，这导致饮料泄漏的发生、盖上盖子后的密封不良和瓶的外观不良。

图1是表明在本发明中当内容物是含果汁的碳酸饮料并且容器是耐压性聚酯瓶时的实例的流程图。现在将根据图1描述本发明的饮料的无菌填充方法。

含果汁的碳酸饮料通过以下来制备：将作为含氮源的饮料的果汁饮料根据其pH按照食品卫生法加热杀菌，通过除菌过滤器分别从果汁饮料、碳酸气中除菌，并且将该碳酸气导入杀菌后的果汁饮料中。

另一方面，将耐压性聚酯瓶和用于密封其的盖子通过从注射喷嘴喷射例如78±1.5℃的温水至它们的内外面上1至3秒来温水杀菌。将杀菌后的耐压性聚酯瓶输送至在无菌环境中的填充机并且将杀菌后的含果汁的碳酸饮料填充到该杀菌后的耐压性聚酯瓶中。接下来，将填充有含果汁的碳酸饮料的耐压性聚酯瓶输送至在相似的无菌环境中的密封机并且用杀菌后的盖子气密密封。将气密密封后的耐压性聚酯瓶移送至检查步骤和装箱步骤，而不经过在迄今对含氮源的碳酸饮料进行的基于温水淋洒的巴氏灭菌器中的后加热杀菌处理。

本发明的饮料的无菌填充方法不限于上述参考图1的具体实施方案，而可以以各种方式改变。这里，期望的是，从防止碳酸气损失的观点，在填充前已经制备含氮源的碳酸饮料。然而，使与含氮源的饮料分开地用碳酸气填充杀菌后的耐压性聚酯瓶。在此情况下，期望的是，首先填充碳酸气，然后填充含氮源的饮料。即使当使用含碳酸气的水溶液代替碳酸气时，也保持同样。

进一步，本发明处理的内容物是pH小于4的含氮源的碳酸饮料，因此，可以加热杀菌至65℃、10分钟同等以上的水平。

在如图1所示的本发明的饮料的无菌填充方法中，必要的是，至少将含氮源的碳酸饮料填充到杀菌后的耐压性聚酯瓶中并密封的步骤在无菌环境中进行。然而，当然允许的是，内容物的杀菌步骤和耐压性聚酯瓶的杀菌步骤也在无菌环境中进行。

这里，本发明涉及的无菌环境表示以下环境：处于用65℃至100℃的热水预先加热杀菌、清洗并且与外界隔离的状态，环境内部供给有无菌空气，并且其中的压力升高至高于外部压力以致外部空气不会容易地流入其中。

耐压性聚酯瓶通过将温水喷射至瓶的内外表面来杀菌，即通过将70至80℃的温水喷射0.5至5秒，优选地将74至80℃的温水喷射1至3秒，更优选地将78±1.5℃的温水喷射1至3秒来杀菌。根据该方法，将耐压性聚酯瓶用温水杀菌，同时，也清洗杀菌后的瓶。因此，不需要另外清洗杀菌后的瓶的步骤。进一步，同样地，盖子的内外表面也用温水来杀菌。

耐压性聚酯瓶的内外表面可以通过将温水喷射至保持倒立的容器中来用温水杀菌，尽管不仅限于此。同样地，盖子也通过将盖子保持其开口部面向下方，并且向其喷射温水来杀菌。

从进一步改善杀菌效果的观点，期望的是，通过选择使加热杀菌的效果为65℃、10分钟同等以上的程度的条件，将瓶和盖子用温水来杀菌。

(无菌填充系统)

本发明的饮料的无菌填充系统对应于上述无菌填充方法，并且是一种将pH小于4.0的含氮源的碳酸饮料无菌填充到容器中的系统，并且该系统包括：

用于将所述饮料进行65℃、10分钟同等以上的加热杀菌的手段；

用于将作为耐压性聚酯瓶的容器通过将70至80℃的温水喷射至所述容器上0.5至5秒来杀菌的手段；

用于将杀菌后的饮料填充到杀菌后的容器中的手段；和

用于将填充有饮料的容器气密密封的手段；

其中至少所述填充手段和所述气密密封手段设置在无菌环境中。

参考图1，将果汁饮料从设置在无菌环境外的果汁饮料贮存罐1供给至加热杀菌设备2中，并且在其中将果汁饮料进行65℃、10分钟同等以上的杀菌。相似地，将碳酸气从碳酸气贮存槽3供给至装配有除菌过滤器的除菌设备4，并且除菌。接下来，将杀菌后的果汁饮料和除菌后的碳酸气供给至混合槽5中并且在其中混合在一起，以获得含果汁的碳酸饮料。

另一方面，将要用含果汁的碳酸饮料填充并气密密封的耐压性聚酯瓶从瓶供给设备6移送至温水杀菌设备7，并且在其中将瓶用70至80℃的温水杀菌0.5至5秒，或优选地，用温水进行65℃、10分钟同等以上的杀菌。将盖子从盖子供给设备8移送至温水杀菌设备9，并且在其中将盖子像瓶一样用温水杀菌。

将杀菌后的耐压性聚酯瓶供给至填充设备10，并且在其中将含果汁的碳酸饮料填充到瓶中。进一步，将盖子供给至密封设备11，在其中将盖子安装至填充有含果汁的碳酸饮料的耐压性聚酯瓶，以气密密封该瓶。将气密密封的耐压性聚酯瓶输送至设置在无菌环境外的产品检查设备和包装设备。

在本发明的无菌填充系统中，虽然必要的是至少填充设备和密封设备设置在无菌环境中，但也允许的是，加热杀菌设备、混合槽和温水杀菌设备也设置在无菌环境中。

实施例

(评价)

1.瓶的收缩率

通过使用图2中示出的容积为500ml(重量为31g)且口径φ为28mm的耐压性聚酯瓶，从在如实施条件下在将瓶的内表面用温水杀菌前与将其用温水杀菌后的测量的注满容量(V1,V2)之间的差求得收缩率。

收缩率(％)＝[(V1–V2)/V1]×100

结果如表1所示。

在表中，○表示当瓶的收缩率小于5％时的情况，和×表示当瓶的收缩率为5％以上时的情况。

2.用温水杀菌瓶的效果

(1)杀菌效果(D值)

作为样品瓶，使用图2中示出的口径φ为28mm的耐压性聚酯瓶。进一步，作为样品菌，使用在马铃薯葡萄糖的琼脂培养基上培养30天的Aspergillus niger ATCC6275。

将样品菌的孢子悬浮液以0.1ml的量喷雾至样品瓶的内表面，使得其浓度为10⁶cfu/瓶。将该瓶在净化室内干燥一整个昼夜，并且用作样品瓶。

通过将样品瓶保持为倒立状态，温水喷射喷嘴(内径为5mm)插入瓶的口部中心以距离瓶口的顶面30mm，从而面向瓶的底面的中心。将瓶的内表面通过如实施条件中规定的以100ml/秒的流量将在预定温度下加热的温水喷射预定时长。

接下来，将杀菌后的瓶内表面上存活(surviving)的菌在马铃薯葡萄糖的琼脂培养基上在30℃下培养7天，并且测量菌数。从其Log(初始菌数/存活菌数)求得杀菌效果(D)。含氮源的碳酸饮料本身具有抑菌性，并且有助于缓和杀菌水平。因此，3D以上的效果被认为是达到目的的杀菌效果。

结果如表1所示。

在表1中，○表示3D以上和×表示小于3D。

(2)杀菌效果(F65值)

在实施条件下，将瓶的内表面用65℃的温水杀菌10分钟(z＝5℃)，并且基于F65值来确认杀菌效果。结果如表1所示。

在表1中，○表示F65＝10以上，和×表示F65＝小于10。

在实施条件7和8下，瓶的收缩率为5％以上。进一步，在实施条件9和10下，杀菌效果(D值)是2D以下；即，通过用温水杀菌没有获得杀菌效果。因此，在这些条件下，没有进行杀菌效果的确认。

[表1]

从根据本发明的上述实施条件的评价，当将含氮源的碳酸饮料无菌填充到低成本的耐压性聚酯瓶中时，该低成本的耐压性聚酯瓶可以被有效地杀菌并进行无菌填充。除此以外，即使容器是不具有耐热性的耐压性聚酯瓶，也抑制填充的液体的视线上升。以上饮料迄今填充在通过热定形赋予有耐热性的昂贵的耐热性聚酯瓶。然而，以上饮料现在可以填充并密封在低成本的耐压性聚酯瓶中。

产业上的可利用性

本发明的饮料的无菌填充方法及其系统可以有效地用作必须杀菌的如含果汁的碳酸饮料、含乳性组分的碳酸饮料、含氨基酸或维生素等的营养补充碳酸饮料等含氮源的碳酸饮料的无菌填充技术。

进一步，因为容器是不要求耐热性的耐压性聚酯瓶，所以使得成本降低。因此，本发明可以有效地用作将含氮源的碳酸饮料无菌填充到通用容器中的技术。

附图标记说明

2：加热杀菌设备

4：除菌设备

5：混合槽

7,9：温水杀菌设备

10：填充设备

11：密封设备

20：耐压性聚酯瓶。