用于在装瓶单元中保持无菌气氛的方法与流程

本发明涉及一种在由热空气和过氧化氢(h2o2)的混合物组成的灭菌环境中用饮料灌装瓶子并封闭瓶子的方法。

背景技术：

已知一种用于对细菌污染和氧化敏感的饮料的无菌装瓶工艺方法，该方法涉及在下述环境中进行操作，在该环境中对微生物负载的气氛进行控制以确保成品的较长保质期。

因此，无菌制造过程在具有受控的污染的灭菌环境中进行。

已知一种超纯净方法，其中容器(器皿)以已灭菌状态被输送到灌装机或在灌装机入口处进行灭菌，与无菌技术相比，微生物更少，并且仅灌装和封闭在受控的气氛中进行。

同时，与无菌技术相比，容器(器皿)应在低温下保存，以提供更长的成品保质期。

已知一种用于控制无菌饮料装瓶厂中的环境污染的方法，它包括容器成型机和灌装封盖机，基于针对以下各项饮料灌装操作均使用“洁净室”：容器的制造、灌装和包装。

因此，包装过程涉及无菌条件的产生和维持，该无菌条件的体积明显大于容器成型、灌装和封闭所处的区域。洁净室完全覆盖每台机器，在处理区与辅助区(例如包含驱动元件的区)之间没有任何区别。

常规方法和包装系统的主要缺点是此类系统非常笨重。实际的洁净室必须足够大，以便能够将机器及其相应的驱动元件与受污染的环境隔离开来，同时机器必须根据无菌技术进行适当的设计并在操作上与灌装和封盖机相连。

也很难测量洁净室的尺寸或对其中的机器零件进行维护和调整，因为此类操作有导致污染的风险。因此，对于进入洁净室的操作员而言至关重要，只有在使用无菌装备(包括鞋子、衣服和帽子)的情况下，才允许进入洁净室。

已知一种用于产生包含过氧化氢的气态灭菌流体的方法(参见俄罗斯专利号2035919ipca61l2/20，公布日期1995年5月27日)，它指出将液体过氧化氢循环注入加热的空气流中。在这种情况下，空气通过与具有大的热惯性的加热元件接触而被加热。

该方法的缺点在于，容器在不同的腔室中进行处理，并且对于每个单独的容器而言，灭菌过程是连续进行的，并且在移除后要更换灭菌流体，这不可避免地导致灌装单元的运转率低下。

已知一种在“洁净室”中将饮料无菌灌装到容器中的方法(参见日本专利号3315918ipca61l2/20，公布日期2002年8月19日)，它指出使用气雾发生器使从喷嘴排出的过氧乙酸、无菌水、热空气和过氧化氢雾化，该发生器在腔室的内部喷雾并产生灭菌剂雾以获得协同效应(效率提高)，此时这些因素的综合效果大大超过这些因素中每一个的效果的简单总和。

该解决方案的缺点是饮料装瓶是在“洁净室”中进行的；不是在无菌室内，而是在干净的环境中。

已知一种灭菌方法(参见中国专利号104001198bipca61l2/20；a61l101/22，公布日期2016年9月14日)，它包括过氧化氢发生器，用于通过阀门将气体送入双腔室多层灭菌器中。

该解决方案的缺点是系统的复杂机械设计，这降低了其可靠性，并且将用灭菌介质填充和移除灭菌介质的灭菌室分开。

就技术方面和所达到的效果而言，最相似的解决方案是一种用于产生气态灭菌液体的方法(参见美国专利号5258162aipca61l2/00，2/16，2/20，公布日期1993年11月2日)，它包括形成气流、将气流加热到几乎恒定的升高的蒸发温度以及在加热的空气流中使液化的过氧化氢循环蒸发。

使用标准的众所周知的方法来制备混合物：首先将雾化器中的过氧化物预热，然后加热并计量。接下来，将其用于对三隔室设备中的箱子进行净化。第一隔室仅用于加热容器，以避免进一步凝结；下一个隔室用于先供应过氧化物1秒，然后用无菌热空气吹扫容器0.5秒以除去过氧化物。

该方法的缺点是：

-存在单独的预热隔室，这使设计和工艺更加复杂。

-第二隔室中的交替动作(首先是净化，然后是吹扫)迫使传送带停止，这使得无法实现高性能。

-产品装瓶在第三隔室中进行，不向该隔室中送入灭菌混合物并且在灌装操作过程中需要密封。

-阀门每秒切换一次。每个班次每小时将存在多少个切换循环？阀门不能持久，也就是说，系统可靠性非常低。

技术实现要素：

已知的方法对应于在无菌环境中进行初步净化和后续灌装的常规无菌技术。

所提出的解决方案的技术效果将通过产生具有合理设计的过氧化氢灭菌器来提高可靠性、简化装瓶并降低装瓶成本，该合理设计确保装在灭菌流体中装瓶的饮料具有必要的高生物纯度。

实现的技术效果在于，在装瓶区块中保持无菌气氛的方法规定使用由热空气和雾化的细过氧化氢(h2o2)组成的灭菌混合物，其中它包括在非加压隔离器的内部回路中产生指定浓度的该混合物的超压，同时对工艺开口进行节流以在整个灭菌产品装瓶过程中将过量的气态过氧化物移入外部非加压回路的低压区中，而进入非加压隔离器的内壳之前和处于非加压隔离器的内壳中的瓶子以及经由倾斜的钢丝引导件输送的盖子在随后的饮料装瓶和封盖之前经灭菌混合物和无菌空气依次进行内外部处理；该方法还包括在非加压隔离器的内部回路中形成灭菌混合物流，以处理输送链轮。

在装瓶过程中，非加压隔离器内的流体被交换多次，从而保证了饮料装瓶过程的完全无菌性以及对装有成品的瓶子进行封盖期间的无菌性。

该解决方案基于使用灭菌混合物，因为无菌方法对于容器的处理和灌装变得越来越重要，也就是说，灭菌混合物一直存在于进行装瓶的空间中，从而确保该过程的高微生物纯度，因为过氧化物是一种特别可靠的用于消除微生物并实现容器内含物的长保质期的灭菌剂。

因此，引入的灭菌化学环境在灭菌循环中通过安装在内部的雾化喷嘴分配到非加压隔离器的内部，其中所产生的流体与任何有害微生物发生反应。

所提出的解决方案可以在无需安装其他昂贵且复杂的清洁系统的情况下解决问题。

以前，有人提出了在装瓶的工艺流程中通过产生非加压隔离器来维持无菌(但不是灭菌)环境的方法，该隔离器保持无菌气氛并防止未经处理的大气从外部进入非加压隔离器。同时，非加压隔离器还起到隔离周围环境的屏障的作用，并且偏离该过程的任何最小风险都会导致需要关闭主装瓶过程并切换到对非加压隔离器的重复灭菌并重新开始装瓶过程。

雾化的过氧化物和热空气的混合物用作灭菌介质，而非加压隔离器只是将灭菌介质立即释放到外部的临时屏障，因此可确保装瓶区块内过氧化物的设计浓度保持恒定。通过将过氧化物蒸气通过注入器送入以指定的速度通过的热空气流，来保持混合物的指定浓度，它们的体积由流量计控制。非加压隔离器内的介质进行灭菌，可确保消除在装瓶过程中从外部进入隔离器的任何微生物，并提供产品装瓶的无菌模式及其无菌封盖。

使用将过氧化物分解成水蒸气和氧气的所提出的灭菌方法还可以实现环境保护和废试剂的无毒排放。

该方法还可以在无需安装其他昂贵且复杂的清洁系统的情况下解决问题，从而提供已知浓度的灭菌混合物并设置指定数量的过氧化氢和热空气喷嘴。

因此，该技术方案旨在产生一种装置，以通过产生混合物借助雾化来实现所提出的灭菌方法，该装置将能够有效利用空间并简化设计，同时又能保持高卫生水平。可以在非常短的灭菌间隔内快速高精度地对灭菌器进行定量投配。

将所提出的方法与现有技术方案进行比较，可以证明它具有一组新的基本属性，从而使得可以与已知的特征一起成功实现目标。

附图说明

本发明通过附图来说明，

其中图1和图2示出了用于实施所提出的方法的装置，

并且图3中的表格和曲线图示出了由于用混合物灭菌而对成品的感官质量指标进行的实验研究，成品中的残留过氧化物的水平极低。

所提出的设施的组成：

1.空瓶进料

2.一体化壳体(外部回路)

3.热空气和过氧化氢h2o2的混合物(灭菌混合物)

4.非加压壳体(内部回路)

5.瓶子吹扫区

6.热无菌空气

7.装瓶区

8.成品

9.瓶子封盖区

10.封盖机

11.盖子进料以用于瓶子封盖

12.成品输出

13.排气扇

14.工艺开口(窗口)

15.无菌产品

16.转移链轮(此项未在图中示出)

具体实施方式

所提出的方法的说明：

灭菌混合物3和无菌空气6产生升高的压力，而变速排气扇13产生的气流产生降低的压力。

在灌装过程之前，也就是说，将瓶子1和盖子11送入非加压隔离器4中之前，第一步是对隔离器进行净化。将过氧化物和空气的灭菌混合物3连续送入内部回路4的空间持续5分钟，从而确保微生物纯度并因而为主要工艺做准备。

在进入非加压隔离器4之前，将空瓶1用灭菌混合物3从外部和内部进行处理。混合物3沉降在瓶子1的壁上，以完全净化瓶子1。

瓶子1进入非加压隔离器4，以首先经过使用无菌热空气6的吹扫区5。因此，残留的过氧化物从瓶子1的内壁和瓶子本身中清除掉；过氧化物混合物的浓度显著降低。同时，实现了成品8中所需的最低过氧化物水平。

在用无菌空气6吹扫5之后，立即将瓶子1送入装瓶区7。

在装瓶区7中，用准备好的灭菌产品8灌装瓶子1。然后将瓶子1送去封盖9。

进入非加压隔离器4的盖子11也在内部和外部用灭菌混合物3进行处理，并用加热的无菌空气6进行吹扫5以从盖子11的壁上除去过氧化物残留物，然后立即对灌装了产品8的瓶子1进行封盖10。

将瓶子1用沿着倾斜的钢丝引导件送入封盖区的盖子11封盖。成品瓶子12退出非加压隔离器4。

另外，将灭菌混合物3送入非加压隔离器4中，以维持所需的过氧化物蒸气浓度，从而确保灭菌效果并保证非加压隔离器4内没有活微生物。

由于将灭菌混合物3送入非加压隔离器4，与隔离器周围的空间相比，非加压隔离器中形成了小的超压(p>patm)，因此过氧化物3和空气6的过量混合物通过非加压隔离器4的工艺开口(窗口)14以及用于将盖子送入封盖区的孔离开。

当瓶子穿过工艺开口(窗口)14以及盖子进入孔时，开口尺寸的变化产生了过量的灭菌混合物3和空气6节流进入一体式壳体2的减压区中的效果。

排气扇13不断从外部回路2移除空气混合物而产生的降低压力(p<patm)完全阻止了空气混合物离开该回路，从而确保了防止灭菌混合物3的腐蚀性成分及其分解的环境安全产物(即氧气和水)进入操作员工作区中的外部空间。如果排气扇持续运转，并且在该通风关闭时，阻止了过氧化物进入内部回路4，则可确保操作员在过氧化物分解过程中的安全操作。

瓶子净化和灌装试验的结果在图3的表格和曲线图中汇总，并反映了感官上的工艺质量指标，从而确保生产出具有竞争力的成品，其残留过氧化物的浓度为0.3ppm(份每百万份)，低于全球标准。

绿色曲线(第2行)定义了未在非加压隔离器4中用无菌热空气吹扫瓶子的装瓶过程。

蓝色曲线(第1行)定义了在非加压隔离器4中用无菌热空气吹扫瓶子的装瓶过程。

所提出的技术方案的技术和经济效益包括提高的可靠性、更简单且更便宜的装瓶过程以及在连续无菌条件下装瓶的饮料的必要的高生物纯度，以及实施过程中的经济效率。