Способ поддержания стерильной атмосферы в блоке розлива
METHOD OF MAINTAINING A STERILE ATMOSPHERE IN A DISPENSING UNIT

2
2
Изобретение относится к способу наполнения и закрытия с напитком бутылок, происходящих в стерилизующей среде, состоящего из смеси горячего воздуха и перекиси водорода (НО) - пероксида.
Известен способ асептической технологии розлива чувствительных к бактериологическому загрязнению и окислению напитков, предусматривающий выполнение операции в среде, в которой контролируется атмосфера микробиологической нагрузки, чтобы обеспечить более длительный срок хранения готовой продукции.
Таким образом, асептический процесс производства происходит в стерилизованной среде при контролируемом загрязнении.
Известен ультрачистый процесс, в котором контейнеры (емкости) поставляются уже стерилизованные, либо стерилизуются на входе наполнителя, с меньшим количеством микробов по сравнению с асептической технологией, и только заполнение и закрытие осуществляются в контролируемой атмосфере.
Причем, чтобы обеспечить более длительный срок хранения готовой продукции по отношению к асептической технологии, требуется хранение контейнеров (емкостей) при низкой температуре.
Известен способ контроля загрязнения окружающей среды в асептических заводах по розливу напитков, включающий, как машину для формования емкостей, так и машины для наполнения и укупорки, за счет использования "чистых комнат" при каждой операции наполнения напитков: производства, заполнения и упаковки емкостей.
Поэтому процесс упаковки включает в себя создание и поддержание асептических условий в объеме пространства, который явно больше, чем зоны, в которых происходит формирование, наполнение и закрытие емкости. "Чистая комната" полностью закрывает каждую машину без какого-либо различия между зонами обработки и вспомогательными зонами, такими как те, которые содержат элементы привода.
Основным недостатком традиционных методов и систем упаковки является значительная громоздкость таких систем. Фактически, "чистые помещения" обязательно должны иметь значительные размеры, чтобы иметь возможность изолировать машины и их соответствующие элементы привода от загрязненной внешней среды,* при этом машины должны быть подходящим образом сконструированы в соответствии с асептическими технологиями и оперативно связаны с наполнителями и укупорочными машинами.
Кроме того, в "чистых помещениях" сложно проводить операции по изменению размера или технического обслуживания и регулировки деталей машин из-за риска загрязнения, которое влечет за собой такие операции. Таким образом, доступ к "чистой комнате" оператором особенно критичен и разрешен только в случае использования стерильного снаряжения: обуви, одежды, головного убора.
Известен способ получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода (см., патент RU №2035919 МПК A61L 2/20, публикация от 27.05.1995), предусматривающий периодическое впрыскивание жидкой перекиси водорода в нагретый поток воздуха. При этом воздух нагревают за счет контакта с нагревательным элементом, имеющим большую тепловую инерционность.
Недостатком данного способа является то, что обработка контейнеров производится в разных камерах, а сам процесс стерилизации происходит последовательно для каждого отдельного контейнера со сменой стерилизующей среды на ее удаление, что необратимо приведет к низкой скорости работы блока наполнения.
Известен асептический способ наполнения напитка в контейнере в "чистой комнате" (см., патент JP №3315918 МПК A61L 2/20, публикация от 19.08.2002), предусматривающий распыление перуксусной кислоты, стерильной воды, горячего воздуха и перекиси водорода, который выбрасывается из форсунки с помощью туманного генератора, распыляя внутреннюю часть камеры, создавая стерилизующий агент в виде тумана для получения синергетического эффекта (возрастание эффективности), когда совместное действие этих факторов существенно превосходят простую сумму действий каждого из указанных факторов.
Недостатком данного решения является то, что наполнение напитка происходит в "чистой комнате", но не в стерильной, а в чистой среде.
Известен способ стерилизации (см., патент CN №104001198 В МПК A61L 2/20; A61L 101/22, публикация от 14.09.2016), включающий генератор перекиси водорода для подачи газа через клапана в двухкамерные многослойные стерилизаторы.
Недостатком этого решения является сложное механическое устройство системы, что понижает ее надежность, разнесение стерилизационных камер для заполнения и удаления стерилизующей среды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения газообразной стерилизационной жидкости (см., патент US №5258162А МПК A61L 2/00, 2/16, 2/20, публикация от 02.11.1993), включающий формирование воздушного потока, нагревание воздушного потока до практически постоянной, повышенной температуры испарения и периодическое испарение сжиженного пероксида водорода в нагретом потоке воздуха.
Смесь готовится стандартным общеизвестным методом: сначала подогревается, потом окончательно нагревается и дозируется пероксид в распылителе. Далее его используют для обеззараживания коробок в трехсекционном оборудовании. В первом отделении просто нагревают тару, чтобы не выпадал в дальнейшем конденсат, в следующем отделении сначала в течении 1 секунды подают пероксид, далее в течении 0,5 секунды происходит обдув тары для его удаления горячим стерильным воздухом.
Недостатком способа является:
- Отдельная секция для предварительного нагрева, усложняющая конструкцию и технологию.
- Попеременность действий во втором отделении, т.е. сначала обеззараживание, далее обдув вынуждают делать остановку на конвейере, что не позволит развить высокую производительность.
- Наполнение продуктом происходит в отдельном третьем отделении, в которое не подается стерилизующая смесь и требует герметичности при выполнении технологической операции по наполнению.
- Переключение клапанов происходит с периодичностью в 1 сек. Сколько будет циклов переключений за час, смену? Клапаны долго не проживут, т.е. надежность системы очень низкая.
Известный способ отображает классическую асептику с предварительным обеззараживанием и дальнейшим наполнением в стерильной среде.
Техническим результатом предложенного решения является повышение надежности, упрощение и удешевление процесса розлива за счет создания стерилизатора пероксида водорода разумной структуры, обеспечивающей требуемую высокую биологическую чистоту разливаемого напитка, происходящего в стерилизующей среде.
2
2
Технический результат достигается тем, что в способ поддержания стерильной атмосферы в блоке розлива, предусматривающий использование стерилизующей смеси, состоящей из горячего воздуха и распыленной мелкодисперсной перекиси водорода (НО) - пероксида, причем включающий создание избыточного давления заданной концентрации этой смеси во внутреннем контуре негерметичного изолятора при дросселировании технологических окон для удаления избыточного газообразного пероксида в область низкого давления внешнего негерметичного контура на протяжении всего технологического процесса розлива стерилизованного продукта в бутылки, причем бутылки, как внутри, так и снаружи, перед входом и во внутреннем контуре негерметичного изолятора, а также укупорочные крышки, как внутри, так и снаружи, доставляемые по наклонным проволочным направляющим, обрабатывают соответственно последовательно стерилизующей смесью и стерильным воздухом перед розливом и укупором напитка, кроме того формируют потоки стерилизующей смеси для обработки передающих звезд внутреннего контура негерметичного изолятора.
В процессе розлива производится многократный обмен среды внутри негерметичного изолятора, гарантирующий полную стерильность процесса розлива напитка в бутылки и стерильность укупоривания бутылок с готовым продуктом.
Основой этого решения является использование стерилизующей смеси, так как асептические методы становятся все более важными для обработки и наполнения контейнеров, т.е. постоянное присутствие стерилизующей смеси в пространстве, где проходит розлив, тем самым обеспечивающий высокую микробиологическую чистоту процесса, так как пероксид является особенно надежным стерилизующим агентом для уничтожения микроорганизмов и для достижения длительного срока хранения содержимого контейнера.
Таким образом, введенная химическая стерилизующая среда распределяется во время цикла стерилизации во внутреннюю часть негерметичного изолятора через распылительные форсунки, установленные внутри, где полученная среда реагирует с любыми нежелательными микробами.
Предложенное решение позволяет решить задачу без необходимости установки дополнительных дорогостоящих и сложных систем очистки.
Ранее были предложены процессы, которые поддерживали стерильную, но не стерилизующую среду в течение технологического процесса розлива, при помощи создания негерметичного изолятора, в котором поддерживалась стерильная атмосфера и исключались попадания в негерметичный изолятор необработанного атмосферного воздуха извне. Причем негерметичный изолятор выполнял функцию именно барьера защиты от внешней среды и любые минимальные риски отклонений от этого процесса приводили к необходимости останавливать основной технологический процесс розлива и переходить к повторной стерилизации негерметичного изолятора и повторному запуску процесса розлива.
Смесь распыленного пероксида и горячего воздуха является стерилизующей средой, а негерметичный изолятор является лишь условной преградой моментального выхода стерилизующей среды наружу и тем самым обеспечивает постоянную расчетную концентрацию пероксида внутри блока розлива. Заданная концентрация смеси поддерживается за счет подачи паров пероксида через дозатор в проходящий с заданной скоростью поток горячего воздуха, объемы которого контролируются расходомером. Среда внутри негерметичного изолятора является стерилизующей, что гарантирует уничтожение любых микроорганизмов, попадающих в изолятор извне во время розлива и обеспечивает асептический режим розлива продуктов в бутылки и их стерильного укупоривания.
Кроме того, использование предложенного способа стерилизации за счет разложения пероксида на водяной пар и кислород позволяет осуществлять защиту окружающей среды и нетоксичный выброс отработанного агента.
Этот способ позволяет также решить задачу без необходимости установки дополнительных дорогостоящих и сложных систем очистки, обеспечение стерилизующей смеси известной концентрации и размещение заданного количества форсунок перекиси водорода и подогретого воздуха.
Таким образом, это техническое решение направлено на создание устройства, реализующего предложенный способ для стерилизации распылением путем создания смеси, которая позволяет эффективно использовать пространство и упрощать конструкцию и в то же время поддерживать высокую степень гигиены. Дозировка стерилизатора может быть выполнена быстро и с высокой точностью при очень коротком времени стерилизации.
Сравнение предлагаемого способа с существующими техническими решениями показывает, что он обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с уже известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
Изобретение проиллюстрировано графическими материалами, где на чертежах фиг. 1, 2 приведено устройство реализации предложенного способа, а в таблице и графике, фиг. 3 отображено экспериментальное исследование органолептических показателей качества готового продукта за счет стерилизации смесью при минимальном уровне остаточного пероксида в готовом продукте.
Состав предложенного объекта:
1. подача пустых бутылок;
2. корпус моноблока (контур внешний);
2
2
3. смесь грячего воздуха и перекиси водорода HO, (стерилизующая смесь);
4. негерметичный изолятор (контур внутренний);
5. участок продувки бутылок;
6. горячий стерильный воздух;
7. участок розлива;
8. готовый продукт;
9. участок укупора бутылок;
10. укупор;
11. подача укупорочной крышки для укупора бутылок;
12. выход готовой продукции;
13. вентилятор вытяжки;
14. технические отверстия (окна);
15. стерильный продукт;
16. передающие звезды (данная позиция не отображена на чертеже).
Описание процесса работы объекта предложенного способа:
Повышенное давление создается за счет нагнетания стерилизующей смеси 3 и стерильного воздуха 6, а пониженное - за счет вытягивания среды вентилятором вытяжки 13 с регулятором оборотов.
Перед началом процесса розлива, а именно, подачей бутылок 1 и укупорочных крышек 11 в негерметичный изолятор 4, первым этапом проходит его дезинфекция. В пространство внутреннего контура 4 непрерывно в течении 5-ти минут подается стерилизующая смесь из пероксида и воздуха 3, обеспечивая микробиологическую чистоту и тем самым выполняя подготовку к основному технологическому процессу.
Перед входом в негерметичный изолятор 4 пустые бутылки 1 обрабатываются стерилизующей смесью 3 снаружи и изнутри. Смесь 3, оседая на стенках бутылок 1, полностью дезинфицирует бутылки 1.
Бутылки 1, попадая в негерметичный изолятор 4, проходят вначале участок продувки 5 стерильным горячим воздухом 6. За счет этого остаточный пероксид убирается с внутренних стенок бутылки 1 и в самой бутылке, существенно снижается концентрация смеси пероксида. При этом достигается необходимый минимальный уровень остаточного пероксида в готовом продукте 8.
Сразу после продувки 5 стерильным воздухом 6 бутылка 1 попадается на участок розлива 7.
На участке розлива 7 бутылки 1 наполняются предварительно приготовленным стерилизованным продуктом 8. Далее бутылки 1 подаются на укупоривание 9.
Крышки 11, попадая в негерметичный изолятор 4, также обрабатываются стерилизующей смесью 3 снаружи и изнутри и подвергаются продувкой 5 нагретым стерильным воздухом 6 для удаления остатков пероксида со стенок укупорочных крышек 11 непосредственно перед укупором 10 бутылок 1 с налитым в них продуктом 8.
Бутылка 1 укупоривается крышкой 11, которая подается по наклонным проволочным направляющим в зону укупоривания. Готовые бутылки 12 выходят из негерметичного изолятора 4.
В негерметичный изолятор 4 дополнительно подается стерилизующая смесь 3 для поддержания необходимой концентрации паров пероксида, обеспечивающая стерилизующий эффект и гарантирующая отсутствие живых микроорганизмов внутри негерметичного изолятора 4.
За счет подачи стерилизующей смеси 3 в негерметичный изолятор 4, в котором образуется небольшое повышенное давление (Р>Ратм) по отношению к окружающему изолятор пространству, избыточная смесь пероксида 3 и воздуха 6 выходит через технологические отверстия (окна) 14 негерметичного изолятора 4 и отверстие для подачи крышек в зону укупорки.
При прохождении бутылок через технологические отверстия (окна) 14 и отверстие для входа крышек вследствие изменения их сечения возникает эффект дросселирования избыточной стерилизующей смеси 3 и воздуха 6 в зону пониженного давления корпуса моноблока 2.
Так как, пониженное давление (Р<Р атм), создаваемое за счет вытяжной вентиляции 13, постоянно удаляющей воздушную смесь из внешнего контура 2, полностью исключает ее выход за пределы этого контура, что гарантирует защиту от попадания агрессивного составляющего стерилизующей смеси 3 и экологически безопасных продуктов ее распада - кислород и воду - во внешнее пространство в зону работы оператора. Обеспечение безопасной работы оператора при распаде пероксида достигается при условии бесперебойной работы вытяжной вентиляции, при отключении которой происходит блокировка подачи пероксида во внутренний контур 4.
Результаты проведенных тестов по обеззараживанию и наполнению бутылок сведены в (см., таблицу и график фиг. 3) и отражают органолептические показатели качества процесса, обеспечивающего получение конкурентоспособного готового продукта, единица измерения концентрации которого (остаточный уровень пероксида) - ppm (parts per million) - миллионная доля, составляет величину равную 0,3 ppm, что ниже общепринятых мировых стандартов.
Кривая зеленого цвета - ряд. 2 определяет процесс розлива без осуществления продувки бутылки стерильным горячим воздухом в негерметичном изоляторе 4;
Кривая синего цвета - ряд. 1 определяет процесс розлива при осуществлении продувки бутылки стерильным горячим воздухом в негерметичном изоляторе 4;
Технико-экономическим достоинством предложенного технического решения является повышение надежности, упрощение и удешевление процесса розлива при требуемой высокой биологической чистоте разливаемого напитка, выполняемого в непрерывных асептических условиях и экономичность в его реализации.