DE69508958T2 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von sauerstoff aus dem kopfraum eines behälters - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus dem Kopfraum eines aseptisch gefüllten Behälters, in dem man den Behälter unter steriler Luftatmosphäre füllt, anschließend sterilen Stickstoff mit einer direkt über der Öffnung des Behälters angeordneten Düse bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck in einer sterilen Luftatmosphäre injiziert und den Behälter zwischen zwei Versiegelungselementen versiegelt. Die Erfindung betrifft ferner die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendete Vorrichtung.
• Beim aseptischen Füllen mit Hilfe von bestimmten Maschinentypen ist es nicht möglich, einen Behälter zu füllen und zu versiegeln, ohne in ihm ein geringes Gasvolumen, Kopfraum genannt, zu belassen. Da man normalerweise in Systemen mit steriler Luft arbeitet, enthält dieser Kopfraum etwa 20% Sauerstoff. Die Anwesenheit von Sauerstoff hat insofern eine negative Wirkung, als es bei der Konservierung des in dem Behälter enthaltenen Produkts häufig geschieht, daß dieses Produkt für Sauerstoff empfindlich ist, was zu einer Beeinträchtigung seines Geschmacks und/oder gewisser Zutaten, wie Vitamine und Mineralsalze, führen kann. Diese Erscheinung ist für den Verbraucher und aus Gründen der Nahrungsmittelgesetzgebung nicht tolerierbar. Es wurde bereits eine Lösung vorgeschlagen, bei der man versucht, den Kopfraum zu verkleinern: man geht dabei so vor, daß man kurz vor Versiegelung die Luft durch Wasserdampf ersetzt. Der Nachteil dieses Systems ist jedoch, daß der Wasserdampf auf kalten Oberflächen kondensiert: die Folge ist eine nicht tolerierbare Infektionsgefahr bei neutralen und schwach sauren Produkten. Eine zweite Lösung besteht darin, daß der Kopfraum mit mechanischen Mitteln verkleinert wird, indem der Behälter zusammengedrückt wird. Es ist jedoch nicht möglich, diesen Raum vollständig zu entfernen. Das Patent DE-A-31 08 817 betrifft ferner eine Vorrichtung, die die Ent fernung von Sauerstoff aus dem Kopfraum eines Behälters gestattet. Bei dieser Vorrichtung ist die Düse, die die Injizierung von Stickstoff gestattet, mit einem der Versiegelungselemente fest verbunden, was die Wirksamkeit der Stickstoffzufuhr verringert, da diese Düse sich bewegt und der Stickstoffstrahl seine Richtung ändert. Die Patente US- A-4 934 127 und EP-A-479 037 betreffen ebenfalls Vorrichtungen zum Entfernen des Sauerstoffs aus dem Kopfraum eines Behälters. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß die Versiegelung des Behälters stromab von der Stickstoffinjektionsstelle stattfindet, was zur Folge hat, daß die zuvor eingeführte Stickstoffmenge wieder austritt.
• Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Entfernung des Sauerstoffs aus dem Kopfraum eines aseptisch gefüllten Behälters wirksam gestattet. Unter "entfernen" versteht man das Erreichen eines sehr geringen Sauerstoffgehalts im Kopfraum von etwa 2% und sogar darunter.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren injiziert man den sterilen Stickstoff über die Düse, die feststehend ist und zwischen den beiden beweglichen Versiegelungselementen angeordnet ist, wobei die Stickstoffinjektion von oben unter einem Winkel von 40 bis 50º bezüglich der Vertikalen und im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Verpackungen stattfindet.
• Man verbessert auf diese Weise die Wirksamkeit der Entfernung der Restluft im Kopfraum dank dieser spezifischen Anordnung des Eintritts des Stickstoffstroms.
• Der benutzte Behälter kann von jedem Typ sein, sofern sein oberer Teil versiegelbar ist.
• Das Füllprodukt des Behälters kann von jedem flüssigen Typ des Nahrungsmittelbereichs sein, beispielsweise ein Produkt auf Milch-, Fruchtsaft- oder Wasserbasis, und kann außerdem einen Anteil an Stücken enthalten. Bevorzugt sind insbeson dere für Sauerstoff empfindliche und schwach sauere Produkte, wie diätetische Produkte, die Vitamine und Mineralsalze enthalten. Das Ziel ist, Produkte mit langer Konservierungszeit zu erhalten, bei denen bei der Lagerung keine Beeinträchtigung des Geschmacks und/oder mancher Zutaten auftritt.
• Das Verfahren wird auf einer herkömmlichen industriellen Fertigungslinie eingesetzt, in der insbesondere eine Füllkammer und eine Versiegelungskammer vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist in der Versiegelungskammer ein Schritt der Stickstoffinjizierung vorzusehen.
• Die Füllkammer und die Versiegelungskammer stehen unter einem sterilen Luftstrom, so daß in ihnen Wirbelbedingungen geschaffen werden. Die Injektionsgeschwindigkeit des Stickstoffs ist höher als die Injektionsgeschwindigkeit der sterilen Luft. Um einen Kopfraum zu erhalten, der einen Sauerstoffgehalt von weniger als 2% hat, muß man pro Linie mit einem Stickstoffdurchsatz von 100 bis 800 l/min bei atmosphärischem Druck arbeiten.
• Die Zeit der Stickstoffinjektion pro Behälter beträgt etwa 1 Sekunde. Diese schnelle Stickstoffinjektion gestattet eine Einsparung an der Stickstoffmenge und begrenzt die Länge der Produktionslinie. Man kann ebenso gut mit einer kontinuierlichen Stickstoffzufuhr wie mit einer diskontinuierlichen Zufuhr arbeiten.
• Die Erfindung betrifft ferner die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendbare Vorrichtung. Diese Vorrichtung besitzt eine Kammer zum Befüllen eines Behälters mit Produkt, eine Kammer zum Versiegeln des Behälters mit zwei Versiegelungselementen und eine Fördervorrichtung zur Beförderung der Behälter in den beiden Kammern, wobei die zweite Kammer eine feststehende Düse zur Injektion des Stickstoffs aufweist, die zwischen den beweglichen Versiegelungselementen angeordnet ist und so positioniert ist, daß sie mit der Vertikalen einen Winkel von 40 bis 50º bildet, wobei dieser Winkel im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Behälter gerichtet ist.
• Die Fördervorrichtung hat ein Schrittvorschubsystem, und man kommt zu einem bei diesem Linientyp gebräuchlichen Fülltakt. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich natürlich alles auf eine aseptische Füllung: der Stickstoff und die benutzte Luft sind vorsterilisiert.
• In der Stickstoffzufuhrdüse sind ein Verteiler und zusätzliche Mittel wie eine oder mehrere Metallplatten vorgesehen, durch die am Austritt der Düse gleichmäßige Ströme erhalten werden können.
• Ferner ist es erforderlich, daß der Stickstoffstrom auf einer ausreichenden Breite zutritt, um die Restluft auch gut aus dem Kopfraum bewegen zu können. Man sieht eine Düsenbreite vor, die größer als die Breite der Öffnung des Behälters ist. In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen. In dieser Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Schritts der Stickstoffinjizierung und
• Fig. 2 eine schematische Darstellung derselben Vorrichtung während des Versiegelungsschrittes.
• Die Behälter 1 werden durch die Fördervorrichtung 2 in Richtung der Pfeile 3 in die aseptische Füllkammer 4 und dann in die Versiegelungskammer 5 eingeführt. In beide Kammern wird über die Leitung 6 bzw. 7 sterile Luft injiziert. Das Produkt 8 tritt über das Füllsystem 9 zu und wird dem Behälter 1 durch die Fülldüse 10 zugeteilt. Die Versiegelungskammer 5 weist die feststehende Düse 11 zur Stickstoffinjizierung auf, wobei der Stickstoff über die Leitung 12 zutritt, sowie die beiden Versiegelungselemente 13, 14.
• Die aseptische Füllkammer 4 und die Versiegelungskammer 5 besitzen Öffnungen 15, 16, 17, die den Durchgang der Behälter 1 auf der Fördervorrichtung 2 gestatten.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: die Fördervorrichtung 2 hat ein Schrittvorschubsystem. Der Behälter 1 wird unter der Fülldüse 10 positioniert, die nun die Produktdosis 8 abgibt. Die Kammer steht ständig unter steriler Luftatmosphäre. Die Fördervorrichtung positioniert anschließend die anderen Behälter unter der Düse 10, und die gefüllten Behälter treten in die Versiegelungskammer 5 ein und gelangen unter die Düse 11 zur Stickstoffinjizierung. Der Stickstoffdurchsatz beträgt 300 l/min, wobei die Versiegelungskammer ebenfalls ständig unter steriler Luftatmosphäre steht. Fig. 2 zeigt den Arbeitsgang der Versiegelung mit den Elementen 13 und 14. Die Fördervorrichtung 2 führt nun die für die Verwendung oder die Lagerung bereiten Behälter ab.
• Man erhält auf diese Weise erfindungsgemäß Behälter, die ohne jede Beeinträchtigung der Qualität und des Geschmacks des Produkts mindestens 6 Monate gelagert werden können. Außerdem bleiben die Vitamine sowie die Mineralsalze erhalten. Im vorliegenden Beispiel erreicht man im Kopfraum einen Sauerstoffgehalt von 1%.

Claims (8)

1. Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus dem Kopfraum eines aseptisch gefüllten Behälters (1), bei dem man den Behälter (1) unter steriler Luftatmosphäre füllt, anschließend sterilen Stickstoff mit einer direkt über der Öffnung des Behälters angeordneten Düse (11) bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck in einer sterilen Luftatmosphäre injiziert und den Behälter mit zwei Versiegelungselementen (13, 14) versiegelt, dadurch gekennzeichnet, daß man den sterilen Stickstoff über die Düse (11) injiziert, die feststehend ist und zwischen den beiden beweglichen Versiegelungselementen (13, 14) angeordnet ist, und daß die Stickstoffinjektion von oben unter einem Winkel von etwa 40-50º bezüglich der Vertikalen und im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Behälter stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffinjektion pro Behälter etwa 1 Sekunde dauert.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffinjektion kontinuierlich oder unkontinuierlich stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsgeschwindigkeit des Stickstoffs höher als die Injektionsgeschwindigkeit der sterilen Luft ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Stickstoffinjektion pro Linie 100 bis 800 l/min beträgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine Kammer (4) zum aseptischen Befüllen eines Behälters (1) mit Produkt, eine Kammer (5) zum Versiegeln des Behälters mit zwei Versiegelungselementen (13, 14) und eine Fördervorrichtung (2) zur Beförderung der Behälter in den beiden Kammern (4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (5) eine feststehende Düse (11) zum Injizieren des Stickstoffs aufweist, die zwischen den beweglichen Versiegelungselementen (13, 14) angeordnet ist, und daß die Düse (11) mit der Vertikalen einen Winkel von 40 bis 50º bildet, wobei dieser Winkel im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Behälter gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen Verteiler aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) eine größere Breite als der Behälter (1) aufweist.