СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНТЕЙНЕРОВ НА ОСНОВЕ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2003 года по МПК B65B55/06 A61L2/04 A61L2/07 

Изобретение относится к способу стерилизации контейнеров на основе волокнистого материала. Изобретение, в частности, касается автоклавирования контейнеров на основе волокнистого материала, при котором длительность процесса стерилизования сокращается.

Термическая обработка для уничтожения и/или инактивации микроорганизмов может быть осуществлена посредством как влажного, так и сухого нагревания. В пищевой промышленности предпочтительна термическая обработка влажным нагреванием, так как биологическое уничтожение и механизм инактивации эффективнее при высоком содержании воды, чем при малом содержании воды, то есть при сухом нагревании. Кроме того, теплопередача в оборудовании, используемом для термической обработки, более всего эффективна при влажном нагревании.

В упаковочном материале, имеющем базовый слой из бумаги или картона, этот слой должен быть относительно толстым, чтобы придать контейнеру необходимую жесткость конфигурации. Однако контейнер, изготовленный из этого ламинированного материала на основе бумаги или картона, быстро теряет свою механическую прочность под воздействием жидкости или влажности, в результате чего контейнер становится дряблым и неудобным. Таким образом, контейнер, произведенный из ламинированного материала со слоем волокнистого материала, поглощающего жидкость, нельзя подвергать термической обработке с влажным нагревом без желаемой механической прочности ламинированного материала, потому что при этом жесткость конфигурации контейнера может быть повреждена или утрачена.

Чтобы избежать этих проблем, разработали ламинированный упаковочный материал, приспособленный к условиям высокой влажности и/или высокой температуры. Такой известный альтернативный упаковочный материал, например, имеет усиливающий базовый слой пластика и наполнителя, смешанного с пластиком. Этот материал менее чувствителен к влажности, чем использовавшиеся ранее материалы на основе бумаги и картона. Контейнеры, изготовленные из таких ламинированных материалов, хорошо подходят для сохранения продуктов как охлаждением, так и нагреванием. При сохранении продуктов охлаждением эти контейнеры с твердым и/или жидким содержимым могут охлаждаться водой.

Так как бумага и картон являются дешевыми упаковочными материалами, то разработали контейнеры, которые содержат ламинат с базовым слоем из одного из этих материалов. Контейнер, изготовленный из этих ламинированных материалов в форме листа или полотна, может быть термообработан во влажной атмосфере при высокой температуре.

Этот ламинированный материал может использоваться для фальцовки из него конфигурационных стабильных герметичных упаковочных контейнеров, очень пригодных для использования в самых тяжелых условиях влажной среды, включая термообработку влажным нагреванием при повышенном давлении. Такие жесткие условия включают в себя автоклавирование при таких температурах и с такой продолжительностью, которые приняты для пищевых продуктов. Это означает, что ламинированный материал также пригоден для изготовления контейнеров, предназначенных для заполнения продуктом в стерильных условиях. В этой связи продукт стерилизуют и заполняют при почти стерильных условиях в подобным образом стерилизованный контейнер, который после заполнения герметизируют таким образом, чтобы заполненный в него продукт в течение срока хранения не инфицировался микроорганизмами до его потребления.

Такая термическая обработка тары достигается при помощи теплообменной среды, содержащей воду. Обычно термообработку с влажным нагреванием применяют при повышенном давлении в автоклавах, заполненных водой или паром. В этой связи цикл автоклавирования может быть разделен на периоды повышения температуры, выдержки и охлаждения. Период повышения температуры и определяется как время от начала нагревания до достижения требуемой температуры. Под избыточным давлением 0,5 бар (50 кПа) пар имеет температуру приблизительно 110^oС, а под избыточным давлением 1,1 бар (110 кПа) температура достигает приблизительно 121^oС. После периода выдержки при этой температуре, требуемого для стерилизации, давление в автоклаве понижают до нормального атмосферного давления и в течение периода охлаждения температуру понижают посредством охлаждения автоклава.

Так как автоклавирование является способом стерилизации, в котором используется избыточное давление, этот способ чаще всего осуществляют периодически, а не в непрерывном процессе. Таким образом, имеется потребность в сокращении длительности цикла автоклавирования.

Однако стало ясно, что когда вышеупомянутые контейнеры слишком сильно подвергаются воздействию высокой температуры, то из-за воздействия среды их герметизация, защищающая от влажности и жидкости, частично теряется. Из-за впитывания бумажным или картонным слоем возникает риск потери механической прочности упаковочного материала, и что контейнер станет дряблым и неудобным. Таким образом важно, чтобы этот вид контейнеров подвергался таким жестким условиям внешней среды в наименьшей степени.

Для решения вышеупомянутых задач способ по изобретению имеет отличительные признаки по п.1.

При стерилизации контейнера, содержащего волокнистый материал, предварительно осуществляют охлаждение контейнера воздухом, чтобы компенсировать вышеупомянутые воздействия. Как было установлено при автоклавировании контейнеров с впитывающим слоем из бумаги или картона, они очень хорошо выдерживают как нагревание до критической температуры, так и охлаждение водой в жидкой фазе, используемой в качестве теплообменной среды.

Различные виды материалов требуют различные длительности обработки и/или различное время нагревания/стерилизации/охлаждения. Прежде всего критическая температура зависит от толщины базового слоя и содержания волокнистого материала в его составе, но и другие составляющие ламинированного материала упаковки также важны. Так, критическая температура находится в интервале между приблизительно 70^oС и приблизительно 95^oС, предпочтительно между приблизительно 80^oС и приблизительно 85^oС. Контейнер, сложенный из такого ламинированного материала в форме листа или полотна, который содержит базовый слой, внешнее покрытие и внутреннее покрытие, может выдержать критическую температуру, достигающую приблизительно 90^oС.

Стерилизацию заполненного контейнера в автоклаве осуществляют в цикле. Такой цикл включает вышеупомянутые стадии, следующие друг за другом: нагревания, выдержки и охлаждения. Теплообменная среда согласно изобретению может изменяться на стадии охлаждения.

Так как, например, охлаждение воздухом значительно медленнее, чем охлаждение водой, то для контейнеров на основе волокнистого материала, которые могут автоклавироваться, предпочтительно использовать комбинированное охлаждение, когда воздух заменяют водой, достигая при этом более короткое время охлаждения.

Аналогично, нагревание паром быстрее, чем распылением воды, который является обычным приемом предварительного нагрева в процессе термообработки. Такой обмен теплообменной среды повышает эффективность цикла стерилизации, а это в свою очередь приводит к экономии затрат.

В этой связи теплообменная среда означает агент, передающий тепловую энергию от или к контейнеру. Подходящими средствами теплопередачи служат, например, вода (в жидкой фазе), пар и воздух. Во время охлаждения контейнера после стерилизации посредством, например, автоклавирования теплообменная среда согласно изобретению может быть изменена при критической температуре предпочтительно с воздуха на воду. Охлаждение ниже критической температуры может также осуществляться посредством распыления холодной воды по необходимости совместно с СО₂ или N₂ для быстрого достижения достаточно низкой температуры. В связи с этим также можно завершать стадию охлаждения сухим воздухом. Таким же образом теплообменная среда может изменяться при критической температуре в ходе предварительного нагревания контейнера перед его автоклавированием.

Короче, существуют упаковочные материалы, которые, будучи подвергнуты жестким условиям окружающей среды, требуют хороших свойств герметизации от влажности и жидкости. Выше некоторой критической температуры эти материалы не могут полностью противостоять отрицательному воздействию воды на механические свойства упаковочного материала. Следовательно, контейнер, подвергнутый воздействию этих условий, должен пребывать в них как можно более короткое время при поддержании требуемого результата стерилизации. Это согласно изобретению достигается посредством того, что среду, используемую для охлаждения контейнера, изменяют при достижении критической для контейнера, содержащего бумажный или картонный слой, температуры, составляющей от 70^oС до 95^oС, и более типично от 80^oС до 85^oС. Поскольку охлаждение контейнеров начинают воздухом, то при достижении критической температуры воздушную теплообменную среду заменяют на воду.

Благодаря данному изобретению длительность процесса стерилизации в целом может быть снижена за счет сокращения цикла "пар-воздух-вода", так как вследствие замены воздуха на воду охлаждение контейнера сокращается приблизительно на 10 минут от прежней длительности термообработки, составлявшей от 30 до 50 минут.

Пример
Заполненные жидкостью и запечатанные контейнеры емкостью 1 л в виде параллелепипедных пакетов, содержащих сердцевинный бумажный слой, подвергают предварительному нагреванию при одновременном перемещении к месту их стерилизации. Нагретые приблизительно до 95^oС контейнеры загружают в автоклав, в который подают пар с требуемой температурой (до 110^oС). После нагревания и выдержки около 10 мин при указанной температуре для обеспечения надежной стерилизации содержимого пар отключают и в автоклав подают воздух в качестве охлаждающей среды. Через пять минут температура снижается, достигая критического для данных контейнеров диапазона (от 95^oС до 70^oС). При достижении 85^oС теплообменную (охлаждающую) среду изменяют с воздуха на воду и через пятнадцать минут охлажденные контейнеры направляют на дальнейшее охлаждение. По сравнению с известной технологией цикл термообработки контейнеров сократился на 10 минут.

Изобретение касается способа стерилизации контейнеров на основе волокнистого материала автоклавированием. Среду, используемую для нагревания и охлаждения соответственно, изменяют при критической для контейнера температуре. Способ значительно сокращает время стерилизации. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ стерилизации контейнеров, содержащих бумажный или картонный слой, предусматривающий их стерилизацию в автоклаве, включающую стадии нагревания, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что на стадии охлаждения контейнера при достижении критической температуры, составляющей от 70 до 95^oС, воздух, используемый в качестве теплообменной среды для охлаждения контейнера, изменяют на воду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная критическая температура составляет от 80 до 85^oС.