Brevet FR3088204A1 — publié le 20200515

Description Titre de l'invention : Méthode de maintien d'une atmosphère stérile dans une unité d'embouteillage [0001] L'invention est destinée au remplissage et au bouchage des bouteilles dans un milieu stérilisant, constitué d'un mélange d'air chaud et de peroxyde (H202) d'hydrogène. [0002] 11 existe une technologie aseptique d'embouteillage de boissons sensibles à la conta- mination bactériologique et à l'oxydation, prévoyant la réalisation de l'opération dans un environnement dans lequel l'atmosphère de la charge microbiologique est contrôlée afin d'obtenir une durée de conservation plus longue du produit fini. Le processus de fabrication aseptique a lieu dans un environnement stérilisé et à contamination contrôlée. [0003] Il existe aussi une méthode ultra-propre dans laquelle les conteneurs (récipients) sont acheminés déjà stérilisés, ou encore stérilisés à l'entrée du dispositif d'embouteillage, permettant une concentration microbienne moins élevée qu'avec la technologie aseptique, et dans cc cas, seuls le remplissage et le bouchage sont effectués dans une atmosphère contrôlée. [0004] De plus, afin d'obtenir une durée de conservation du produit fini supérieure à celle obtenue par la technologie aseptique, il est nécessaire d'entreposer les conteneurs (récipients) à basse température. [0005] Il existe une méthode de contrôle de la contamination environnante dans les usines d'embouteillages de boissons aseptisées, comprenant une machine destinée à la préparation des récipients et une autre pour remplir et boucher, utilisant des « salles blanches » pour chaque opération liée à l'embouteillage des boissons : production, remplissage et empaquetage des récipients. [0006] C'est pourquoi le processus d'empaquetage nécessite la mise en place et le maintien de conditions aseptiques dans un espace nettement plus grand que les zones dans lesquelles la préparation, le remplissage et le bouchage des récipients ont lieu. Unc « salle Hanche » entoure complètement chaque machine, sans distinction entre les zones de traitement et les zones auxiliaires, comme celles contenant les éléments du mécanisme d'entraînement. [0007] Le principal inconvénient des méthodes et systèmes d'empaquetage traditionnels est le volume considérable de ces systèmes. Car les « salles blanches » doivent nécessairement être d'une taille importante, afin de pouvoir isoler les machines et leurs éléments d'entraînement respectifs de l'environnement contaminé, et de plus, les machines doivent être construites de manière appropriée, en conformité avec les technologies aseptiques et reliées de manière efficace aux machines de remplissage et de 2 bouchage. [0008] De même, à l'intérieur des « salles blanches », il est difficile de redimensionner, d'entretenir et de régler les pièces de la machine en raison du risque de contamination que ces opérations entraînent. L'accès d'un opérateur à la « salle blanche » est donc particulièrement sensible et n'est autorisé que si un équipement stérilisé est utilisé : chaussures, vêtements, couvre-tête. [0009] TI existe une méthode pour produire un fluide gazeux stérilisant contenant du peroxyde d'hydrogène (voir le brevet RU 2035919 MPK A61L 2/20, publié le 27/05/1995), prévoyant l'injection périodique de peroxyde d'hydrogène liquide dans un courant d'air chauffé. L'air est de plus chauffé au contact d'un élément chauffant doté d'une grande inertie thermique. [0010] L'inconvénient de cette méthode est que le traitement des récipients est effectué dans différentes pièces et que le processus de stérilisation proprement dit a lieu séquentiellement pour chacun des récipients, l'utilisation du produit de stérilisation étant suivi de son élimination, ce qui ralentit nécessairement les opérations de l'unité d'embouteillage. [0011] TI existe une méthode aseptique pour le remplissage de boissons en « salle blanche » (voir le brevet JP 3315918 MPK A61L 2/20, publication du 19/08/2002) consistant à pulvériser à l'intérieur de la chambre de l'acide peracétique, de l'eau stérilisée, de l'air chaud et du peroxyde d'hydrogène grâce à un générateur de brouillard, créant ainsi un agent stérilisant sous forme de brouillard, afin d'obtenir un effet synergique (augmentation de l'efficacité). L'effet combiné de ces facteurs dépasse largement les simples résultats cumulés de chacun d'entre eux. [0012] L'inconvénient de cette solution est que l'embouteillage de la boisson a lieu dans une salle blanche », donc dans un environnement propre, mais pas dans un environnement stérile. [0013] 11 existe une méthode de stérilisation (voir le brevet CN N° 104001198 clans MPK A61L 2/20; A61L 101/22, publié le 14/09/2016), comprenant un générateur de peroxyde d'hydrogène, acheminant par vannes le gaz à des stérilisateurs multicouches composés de deux chambres. [0014] L'inconvénient de cette solution réside dans la complexité du dispositif mécanique du système, ce qui réduit sa fiabilité, et dans l'espacement des chambres destinées au remplissage et à l'élimination du produit stérilisant. [0015] La méthode consistant à produire un liquide de stérilisation gazeux (voir le brevet US N° 5258162A MPK A61L 2/00, 2/16, 2/20 du 02/11/1993), comprenant la création d'un flux d'air, le réchauffement de ce flux d'air jusqu'à une température d'évaporation élevée quasi constante et la pulvérisation périodique de peroxyde d'hydrogène liquéfié dans le courant d'air chauffé, s'avère être la méthode la plus proche sur le plan 3 technique et en ce qui concerne les résultats obtenus. [0016] Le mélange est préparé suivant une méthode standard et bien connue : le peroxyde est d'abord réchauffé, puis chauffé totalement, avant d'être dosé dans le pulvérisateur. Il est ensuite utilisé pour la décontamination des boîtes dans un appareil composé de trois compartiments. Dans le premier compartiment, les récipients sont simplement chauffés de manière à éviter toute condensation. Dans le compartiment suivant, le peroxyde est d'abord pulvérisé pendant 1 seconde, puis de Pair chaud stérilisé est soufflé pendant 0,5 seconde pour éliminer le peroxyde. [0017] Les inconvénients de cette méthode sont : - La présence d'une section distincte pour le préchauffage, compliquant la conception et l'opération. - L'alternance des actions dans le deuxième compartiment, c'est-à-dire d'abord la décontamination, puis le soufflage, ce qui impose au convoyeur une pause ne permettant pas d'obtenir des rendements élevés. - L'embouteillage du produit a lieu dans un troisième compartiment séparé, sans mélange stérilisant, et nécessitant l'étanchéité pendant le processus de remplissage. - La commutation des vannes se produit à la fréquence de 1 seconde. Combien de cycles de commutation y a-t-il par heure? Les vannes s'usent rapidement, et donc la fiabilité du système est très faible. [0018] Il existe une méthode comprenant une asepsie classique avec décontamination préalable et un remplissage subséquent dans un environnement stérile. [0019] Le résultat technique de la solution proposée grâce à l'invention est une aug- mentation de la fiabilité, la simplification et la réduction du coût du processus d'embouteillage grâce à un stérilisateur à peroxyde d'hydrogène de structure raisonnable, offrant la pureté biologique élevée requise dans les produits embouteillées tels que des boissons et s'effectuant dans un milieu stérilisé. [0020] Ce résultat technique est obtenu par une méthode de maintien d'une atmosphère stérile dans une unité d'embouteillage par l'utilisation d'un mélange stérilisant composé d'air chaud et de peroxyde d'hydrogène (H202) finement pulvérisé, incluant la création d'une pression positive (ou excédentaire) d'une concentration donnée de ce mélange stérilisant dans la chambre interne d'un isolateur non hermétique par l'obturation (ou l'étranglement) de fenêtres technologiques, afin d'éliminer l'excès de peroxyde gazeux dans la zone de basse pression de la chambre extérieure non hermétique pendant tout le processus de remplissage des bouteilles par un produit stérilisé, bouteilles qui, à l'intérieur comme à l'extérieur, avant d'entrer dans la chambre interne de l'isolateur non hermétique, de même que les couvercles d'étanchéité, à l'intérieur comme à l'extérieur, acheminées par des guides-fils, sont traitées séquentiellement avec un mélange stérilisant, puis avec de l'air stérile (ou stérilisé), avant l'embouteillage et le bouchage de la bouteille, tout en formant un mélange stérilisant pour traiter les mécanismes de distribution à l'intérieur de l'isolateur non hermétique. [0021] Au cours du processus d'embouteillage, le fluide à l'intérieur de l'isolateur non hermétique est changé à plusieurs reprises, ce qui garantit la stérilité complète du processus de mise en bouteille du produit (par exemple de la boisson) et la stérilité du bouchage des bouteilles contenant le produit fini. [0022] Le principe à la base de cette technologie est l'utilisation d'un mélange stérilisant, car les méthodes aseptiques sont de plus en plus importantes pour la manipulation et le remplissage des récipients ; la présence constante du mélange stérilisant dans l'espace où se déroule la mise en bouteille assure une haute pureté microbiologique au processus, car le peroxyde est un agent stérilisant particulièrement efficace pour détruire les micro-organismes et conserver longtemps un contenu dans un récipient. [0023] Ainsi, l'agent de stérilisation chimique injecté est distribué au cours du cycle de stéri- lisation à l'intérieur de l'isolateur non hermétique par des pulvérisateurs installés à l'intérieur, où le fluide ainsi obtenu réagit à tous les microbes indésirables. [0024] La solution proposée permet de résoudre le problème sans avoir à installer d'autres systèmes de nettoyage coûteux et complexes. [0025] Précédemment ont été proposées des méthodes qui maintenaient un milieu stérile, niais non stérilisant, pendant l'embouteillage, grâce à un isolateur non hermétique dans lequel une atmosphère stérile était maintenue, empêchant l'entrée d'air non traité provenant de l'extérieur dans l'isolateur non hermétique. De plus, l'isolateur non hermétique agissait comme une barrière de protection vis-à-vis de l'environnement extérieur et le moindre écart pal- rapport à ce processus rendait nécessaire l'interruption de l'embouteillage et obligeait à procéder à une nouvelle stérilisation de l'isolateur non hermétique avant de pouvoir relancer le processus d'embouteillage. [0026] Le mélange de peroxyde pulvérisé et d'air chaud est un agent stérilisant et l'isolateur non hermétique n'est ici qu'une barrière conditionnelle, permettant la libération instantanée du produit stérilisant vers l'extérieur, garantissant ainsi une concentration constante et calculée de peroxyde à l'intérieur de l'unité d'embouteillage. La concentration voulue du mélange est maintenue grâce à l'introduction de vapeur de peroxyde, par le biais d'un doseur, dans un flux d'air chaud circulant à vitesse fixe et dont les volumes sont contrôlés par un débitmètre. L'atmosphère à l'intérieur de l'isolateur non hermétique est stérilisée, garantissant ainsi la destruction de tous les micro-organismes pénétrant dans l'isolateur depuis l'extérieur pendant l'embouteillage et assurant le caractère aseptique de l'embouteillage des produits et de leur stérilisation. [0027] De plus, l'utilisation de la méthode de stérilisation proposée, grâce à la décom- position du peroxyde en vapeur d'eau et en oxygène, permet de protéger l'environnement et de faire en sorte que les émissions de l'agent utilisé soient non toxiques. [0028] Cette technologie permet également d'accomplir la tâche sans qu'il soit nécessaire d'installer d'autres systèmes de nettoyage coûteux et complexes, grâce à la diffusion d'un mélange stérilisant, dont la concentration est connue, et l'installation d'un nombre déterminé d'injecteurs de peroxyde d'hydrogène et d'air chauffé. [0029] Ainsi, cette solution technique vise à créer un dispositif utilisant la méthode dc stéri- lisation par pulvérisation proposé avec un mélange permettant une utilisation efficace de l'espace, tout en simplifiant la conception et en maintenant un niveau élevé d'hygiène. Le dosage du stérilisateur peut être déterminé rapidement, avec une grande précision, et de façon à permettre un temps de stérilisation très court. [0030] La comparaison de la méthode proposée avec les solutions techniques existantes montre qu'il présente un nouvel assortiment de caractéristiques essentielles qui, combinées aux caractéristiques déjà connues, permettent d'atteindre le but recherché. Brève description des figures [0031] L'invention est illustrée schématiquement : [0032] [fig.11 La Fig. 1 illustre un dispositif de mise en oeuvre de la méthode proposée. [0033] [fig.21 La Fig. 2 illustre le dispositif dc mise en oeuvre dc la méthode proposée à la Fig.]. [0034] [fig.31 La Fig. 3 représente un graphique (Figure 3a) et un tableau (Figure 3h) qui montrent les résultats des recherches expérimentales concernant les indicateurs dc qualité organoleptiquc du produit fini grâce à la stérilisation avec le mélange, avec un niveau minimal de peroxyde résiduel dans le produit fini. Description détaillée 100351 Composition de l'appareil proposé 1. arrivée des bouteilles vides ; 2. boîtier monobloc (chambre externe) ; 3. mélange d'air chaud et de peroxyde d'hydrogène H202, (mélange stérilisant) ; 4. isolateur non hermétique (chambre interne) ; 5. section de soufflage des bouteilles ; 6. air stérile chaud ; 7. section de remplissage ; 8. produit ; 9. section de bouchage des bouteilles ; 10. }loucheuse ; 11. arrivée des couvercles d'étanchéité pour le bouchage des bouteilles ; 12. sortie du produit fini ; 13. ventilateur d'extraction ; 6 14. ouvertures technologiques (fenêtres) ; 15. produit stérilisé ; 16. mécanismes de distribution (cet élément n'est pas représenté sur le dessin). [0036] Description du processus de fonctionnement de l'appareil proposé : [0037] L'augmentation de la pression est provoquée par l'injection du mélange stérilisant 3 et d'air stérile 6, et la diminution de la pression, par l'aspiration du fluide à l'aide du ventilateur d'extraction 13 équipé d'un régulateur de vitesse. [0038] Avant le début du processus d'embouteillage, à savoir, l'alimentation en bouteilles 1 et en couvercles d'étanchéité 11 de l'isolateur non hermétique 4, la première étape est la désinfection. Le mélange stérilisant de peroxyde et d'air 3 est introduit en continu dans l'espace de la chambre interne 4 pendant 5 minutes, ce qui assure une pureté microhiologique et prépare ainsi le processus technologique principal. [0039] Avant d'entrer dans l'isolateur non hermétique 4, les houteilles vides sont traitées avec le mélange stérilisant 3 à l'extérieur et à l'intérieur. Le mélange 3, en se déposant sur les parois des houteilles, désinfecte complètement les bouteilles. [0040] Les houteilles, en entrant dans l'isolateur non hermétique 4, traversent d'abord la section de purge 5 par air chaud stérile 6. De cette façon, le peroxyde résiduel est éliminé des parois internes de la bouteille et, dans la bouteille elle-même, la concentration de mélange de peroxyde est réduite de manière significative. Cela permet d'atteindre le niveau minimum nécessaire de peroxyde dans le produit 8. [0041] Immédiatement après la purge 5 par air stérile 6, la bouteille arrive dans la section de remplissage 7. [0042] Dans la section de remplissage 7, les bouteilles sont remplies de produit 8 stérilisé préparé préalablement. Ensuite, les bouteilles sont envoyées vers la section de bouchage 9. [0043] Les couvercles d'étanchéité 11, entrant dans l'isolateur non hermétique 4, sont également traités avec le mélange stérilisant 3 à l'extérieur et à l'intérieur, dans la section 5 et soufflés avec de l'air chauffé stérile 6 pour éliminer le peroxyde résiduel des parois des couvercles d'étanchéité 11 immédiatement avant le bouchage 10 des bouteilles 1 avec le produit 8 versé dans celles-ci. [0044] La bouteille 1 est scellée avec le couvercle d'étanchéité 11 acheminé dans la zone de bouchage par des guide-fils. Les bouteilles scellées 12 quittent l'isolateur non hermétique 4. [0045] Le mélange stérilisant 3 est également introduit dans l'isolateur non hermétique 4 afin de maintenir la concentration nécessaire en vapeur de peroxyde, ce qui produit un effet stérilisant et garantit l'absence de micro-organismes vivants à l'intérieur de l'isolateur non hermétique 4. [0046] Grâce à l'arrivée du mélange stérilisant 3 dans l'isolateur non hermétique 4, dans 7 lequel est générée une légère augmentation de pression (P> Patm) par rapport à l'air entourant l'isolateur, le mélange de peroxyde 3 et d'air 6 en excès est évacué par les ouvertures technologiques (fenêtres) 14 de l'isolateur non hermétique 4 et par l'ouverture destinée aux couvercles d'étanchéité dans la section de bouchage. [0047] Le changement de diamètre des ouvertures technologiques (fenêtres) 14 et des orifices assurant l'acheminement des couvercles d'étanchéité provoqué par le passage des bouteilles se traduit par un effet d'étranglement du mélange stérilisant en excès 3 et de l'air 6 dans la zone de pression réduite du boîtier monobloc 2. [0048] Ainsi, la pression réduite (P