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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren eines für
die Befüllung bereiten Behälters. Die Erfindung betrifft insbesondere ein
Verfahren zum Sterilisieren eines geschlossenen Behälters, der zum Befüllen
vorbereitet ist, wobei der Behälter in Form einer homogenen ebenen ersten Platte
und einer nicht homogenen zweiten Platte mit im wesentlichen ebenen
Innenseiten ist und zwischen der ersten und der zweiten Platte einen Raum aufweist.
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Es bestand lange Zeit in der Industrie zum Verpacken von Lebensmitteln der
Bedarf an einem schnellen Verfahren zum Sterilisieren von
Verpackungsmaterial ohne die Verwendung von Chemikalien. Ferner wäre es häufig von großer
Wichtigkeit, wenn in den eigentlichen Füllmaschinen eine Sterilisationsanlage
vermieden werden könnte, d. h. daß die Behälter vorher in Verbindung mit der
Herstellung des Materials sterilisiert werden könnten. Wenn in Füllmaschinen
zum Einfüllen von Lebensmitteln an unterschiedlichen Stellen in großer
Anzahl auf vorgefertigte Behälter zugegriffen werden könnte, könnten diese
Maschinen bei einem geringeren Preis hergestellt werden und die
Investitionskosten würden kleiner sein, denn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen für das
aseptische Befüllen könnten wahrscheinlich minimiert werden. Außerdem
können solche Maschinen geringere Betriebskosten zur Folge haben, was an
sich keinen geringen Vorteil darstellt.
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Verpackungsmaterialien werden gegenwärtig durch eine Behandlung mit
Dampf, Dampf/Kondensation oder Wasserstoffperoxid sterilisiert. In
Abhängigkeit vom Typ des Verpackungsmaterials kann die Innenseite eines
Behälters mit Wasserstoffperoxid in flüssiger oder gasförmiger Phase, mit
ultraviolettem Licht, bei Bedarf in Kombination mit Wasserstoffperoxid, oder mit
ultraviolettem, infrarotem oder sichtbarem Licht in Form von sogenanntem
"impulsförmigem Licht" sterilisiert werden. Jedoch können vollkommen
abgedichtete Behälter nicht auf diese Weise sterilisiert werden. Deswegen sind
in der letzten Zeit beim Sterilisieren von Verpackungsmaterialien Versuche
unternommen worden, um Beta- oder Gamma-Strahlung für die Deaktivierung
und/oder für das Abtöten von Mikroorganismen und Viren zu verwenden.
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Gewöhnlich wird Beta-Strahlung (Bestrahlung mit Elektronen) bevorzugt, da
dieser Typ der Sterilisation weniger gefährlich und kostengünstig herzustellen
ist.
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Jedoch wird Luft (Sauerstoff) in Ozon umgewandelt, wenn sie Elektronen
ausgesetzt ist. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel für organische Substanzen
und Ozon, das in Behältern vorhanden ist, reagiert wiederum mit der
Innenseite des Verpackungsmaterials, wobei aus solchen Reaktionsprodukten ein
unerwünschter Restgeschmack entsteht. Die Bildung von Ozon hat
demzufolge eine Beeinträchtigung des Produkt zur Folge, d. h. es wird schwieriger,
empfindliche Produkte zu verpacken. Solche Produkte sind im Prinzip alle
Produkte, die Wasser enthalten; je mehr Wasser im Produkt ist, desto mehr
Bestandteile, die einen Fremdgeschmack erzeugen, können aus dem
Kunststoffmaterial gelöst werden. Das Vorhandensein eines Restgeschmacks im
Produkt könnte durch die Verbesserung der Qualität des Kunststoffs im
Material vermieden werden. Jedoch sind Materialien mit einer guten Ozonresistenz,
wie etwa z. B. Polyurethanmaterialien, teuer und können außerdem nicht
immer als Verpackungsmaterial für spezielle Zwecke verwendet werden.
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Es ist bekannt, die Innenseite sowie die Außenseite eines noch nicht
verschlossenen Verpackungsmaterials mit einer Elektronenkanone
(Elektronenbeschleuniger) zu bestrahlen. Es ist außerdem bekannt, einen Behälter, der
zum Befüllen vorbereitet ist, zu sterilisieren, indem er Elektronen ausgesetzt
wird, wobei die Verpackung, während sie gedreht wird, einem
Elektronenstrahl von einem Fenster der Elektronenkanone ausgesetzt wird. Die Energie
des Elektronenstrahls ist so angepaßt, daß der Elektronenstrahl jederzeit die
Wand des Behälters, die dem Fenster zugewandt ist, durchdringt und die
gegenüberliegende Innenwand des Behälters erreicht. Bei diesem Typ der
Sterilisation fertiggestellter Behälter muß jedoch die Energie des Elektronenstrahls
jederzeit an die Geometrie des Behälters sowie an die Dicke des
Verpackungsmaterials angepaßt sein, d. h. wenn der Behälter nicht vollständig
symmetrisch ist, wird an der Innenseite des Behälters keine gleichförmige
Strahlungsdosis empfangen. Das bedeutet, daß die Energie während der
Bestrahlung entweder erhöht oder verändert werden muß, was wiederum eine
teurere Prozedur und/oder insgesamt eine Energieverschwendung zur Folge
hat. Es ist gleichzeitig wichtig, daß keine Überdosis erreicht wird, die beeinträchtige
Verpackungseigenschaften und einen sogenannten
"Fremdgeschmack" zur Folge haben kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der obenerwähnten Art zu
schaffen, das auf kosteneffektive Weise durch die Bestrahlung mit Elektronen
die Sterilisation von Behältern, die zum Befüllen vorbereitet sind, ermöglicht.
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Um diese Aufgabe zu erreichen, besitzt das erfindungsgemäße Verfahren die
kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1.
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Um die Erfindung genauer zu erläutern, wird auf die beigefügte Zeichnung
Bezug genommen, in der
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Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen Behälter zeigt, der für die
Behandlung gemäß dem Verfahren der Erfindung vorgesehen ist;
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Fig. 2 schematisch die Herstellung eines solchen Behälters zeigt; und
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Fig. 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch einen
Querschnitt durch einen Elektronenbeschleuniger und eine Fördereinrichtung mit
Behältern zeigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann von einem Verpackungsmaterial
ausgehen, das zur Bildung eines Verpackungslaminats auf einer Faser oder auf
Kunststoff basiert und mit verschiedenen Typen von Kunststoff sowie bei
Bedarf mit einer Licht- und/oder Sauerstoffgassperre laminiert ist. In Fig. 1 ist
ein Beispiel eines flachen geschlossenen Behälters 1 gezeigt, der aus zwei
Verpackungshälften aus ein und demselben Verpackungslaminat 2 aufgebaut
ist, die in der Figur als 2A und 2B gezeigt sind. Von außen nach innen ist das
Laminat vorzugsweise aus einer äußeren Schicht 3 in Form einer
Polyethylenschicht aufgebaut, die typischerweise auf eine Basisschicht 4 in einer Menge
von 13 g/cm² extrudiert ist. Die Basisschicht kann eine Faserbasis, die
vorzugsweise aus Papier besteht, oder eine Schicht auf Kunststoffbasis sein.
Innenliegend zur Basisschicht 4 ist eine Sperrschicht 5, z. B. eine Schicht aus
Aluminiumfolie, angeordnet. Auf der Sperrschicht 5 ist zur vorgesehenen
Innenseite des Behälters eine innere Schicht 6 aufgebracht, entweder in Form
von zwei Schichten aus extrudiertem Polyethylen oder als ein Polyethylenfilm,
der auf die Sperrschicht gespritzt ist.
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Damit das Verpackungsmaterial in die vorhandene Fabrikation eingeschlossen
werden kann, ist es als Vollwalzen in Form eines flexiblen Bogens oder eines
Gewebematerials angeordnet, wie dies gewöhnlich der Fall ist, wenn
Verpackungsbehälter, die für Flüssigkeiten undurchlässig sind, mit einer guten
Dimensionsstabilität hergestellt werden. Solche Verpackungsbehälter können
beispielsweise wie folgt hergestellt werden (Fig. 2). Das Verpackungsmaterial
wird mit einem speziellen Muster von Faltlinien 7A, 7B versehen, um die
Umwandlung in Verpackungsbehälter zu erleichtern. Diese Faltlinien
erleichtern das Falten des Materials und verlaufen parallel, senkrecht bzw. quer zur
Längsrichtung des Materials. (Zur Einfachheit sind in der Figur lediglich
wenige Linien gezeigt.) Die Begrenzungsflächen des Behälters sind durch diese
Faltlinien definiert.
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In das vollständig laminierte und vorgefaltete Verpackungsmaterial werden an
geeigneten Stellen für die beabsichtigte Verwendung des Behälters Löcher 8
gestanzt, das Material wird anschließend längs der Linien 9 in Stücke mit
geeigneter und vorgesehener Größe geschnitten. In jedes dieser Löcher 8
werden Einrichtungen 10 gesteckt. Diese Einrichtungen 10 basieren vorzugsweise
auf Kunststoff und enthalten einen Hals 11 (Fig. 1), der mit einem Flansch 12
versehen ist, der an der Außenseite angeschraubt ist (nicht gezeigt), derart, daß
der Flansch 12 an der Innenseite des vorgesehenen Behälters, d. h. an dem
Verpackungslaminat 2B, in engem Eingriff ist. Der Hals 11 ist in diesem
Zusammenhang so aufgebaut, daß das Loch 8 vollständig ausgefüllt ist.
Anschließend wird das Verpackungsmaterial längs der Faltlinie 7B gefaltet und
der Flansch 12 wird an den inneren Schichten 6 der entsprechenden zwei
Behälterhälften des Verpackungslaminats 2 dicht verschlossen, d. h. auch am
Verpackungslaminat 2A. Die inneren Schichten 6 werden vollständig
aneinandergedrückt, derart, daß sie fast vollständig aneinander in Eingriff sind. Die
drei verbleibenden Längskanten werden anschließend durch Längs- und
Querverschlüsse 13 verbunden. Durch diese Konstruktion des Behälters sind keine
ungeschützten Schnittkanten zur Innenseite des Behälters gerichtet und somit
können keine Papierfasern abgerissen werden und später im Prozeß die
Innenseite des Behälters berühren.
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Durch diese Prozedur wird der Abstand zwischen den inneren Schichten lokal
höchstens der Dicke des Flansches 12 entsprechen, der etwa 0,5 mm dick ist.
Der Behälter ist deswegen nun so flach, daß nur sehr wenig oder überhaupt
keine Luft in dem Raum 14 verbleibt, der durch diese Prozedur zwischen den
Behälterhälften gebildet wird. Das bedeutet, daß lediglich eine kleine Menge
Ozon gebildet werden und einen Einfluß auf das Verpackungsmaterial haben
kann.
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Somit erhält man auf diese Weise nicht steril gefaltete und absolut dichte
Behälter, in die keine Luft mit eventuell vorhandenen Mikroorganismen und
Viren eindringen kann. Eine Behälterhälfte wird im wesentlichen homogen
sein, während die andere Hälfte mit dem Hals 11 versehen ist, der dadurch auf
dieser Seite vom Behälter vorsteht. Wenn der Behälter mit weiteren
Elementen versehen werden soll, werden diese gemäß der Erfindung auf derselben
Seite wie die Einrichtung 6 angeordnet, d. h. an oder im Verpackungslaminat
2B. Solche Elemente für die weitere Verwendung des Behälters können
Greifvorrichtungen für die Handhabung des Behälters, Prägedrucke usw. sein.
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Ein Beispiel dafür, wie Behälter gemäß der Erfindung sterilisiert werden, ist in
Fig. 3 gezeigt. Geschlossene Behälter 1, die in der oben gezeigten Weise
vorgefertigt sind, werden auf einer Bettfördereinrichtung 15 oder dergleichen
angeordnet, die sie durch einen stahlungsgeschützten Tunnel 16 einzeln unter
einer Elektronenkanone 17 durchschiebt, die jeden Behälter durch ein Fenster
18 von außen vorzugsweise ununterbrochen durch das Verpackungsmaterial
hindurch bis zur gegenüberliegenden Innenseite des Behälters bestrahlt. Die
Elektronenkanone ist während dieses Durchgangs im wesentlichen über einer
Hälfte des Behälter angeordnet, wobei die mit einem Hals versehene Seite
nach unten gerichtet ist. Somit wird die Sterilisation von der Oberseite eines
homogenen und ebenen Verpackungsmaterials über dessen gesamte
Oberfläche erreicht. Das bedeutet, daß durch das Verpackungsmaterial eine absolut
gleichmäßige Dosis erreicht werden kann. Die Strahlungsdosis, die an
verschiedenen Punkten des inneren Laminats des Behälters absorbiert wird, wird
deswegen gleich sein, da der Behälter gleichmäßig geformt ist, bis die
Strahlung das innere Laminat erreicht. Die von jedem Behälter aufgenommene
Strahlungsdosis kann in dieser Hinsicht durch Steuerung der Prozeßparameter
eingestellt werden. Somit kann die Eindringtiefe für verschiedene
Behältertypen optimiert werden.
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Die Beschleunigung der Elektronen in der Elektronenkanone ist so angepaßt,
daß an den inneren Laminaten eine für die Sterilisation ausreichende
Strahlungsdosis aufgenommen wird. Die Behälterhälfte, die zur Elektronenkanone
gerichtet ist, wird an der Außenseite sowie an der Innenseite sterilisiert,
während die andere Behälterhälfte lediglich eine kleine Strahlungsdosis absorbiert.
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Die Eindringtiefe der Strahlungsdosis hängt hauptsächlich von ihrer Energie
und von der Masse des bestrahlten Materials ab. In diesem Zusammenhang
wird die Eindringtiefe so eingestellt, daß im Raum 14 und an den
angrenzenden inneren Schichten 6 der beiden Behälterhälften 2A und 2B des
Verpackungslaminats eine für die Abtötung von Mikroorganismen ausreichende
Dosis erreicht wird. Dementsprechend wird in der oberen Hälfte des
Verpackungsmaterials 2A eine bestimmte Überdosis aufgenommen, während die
mit einem Hals versehene Unterseite des Laminats 2B fast keine Dosis
aufnehmen wird, da die Energie während des Durchgangs der Elektronen durch
das Verpackungsmaterial abnimmt. Deswegen empfängt diese Behälterhälfte
eine vergleichsweise kleine Strahlungsdosis, was zur Folge hat, daß die
mechanischen Eigenschaften in dieser Behälterhälfte mit einem oder mehreren
Elementen für die weitere Behandlung des Behälters nicht beeinträchtigt
werden. Das wiederum kann eine bessere sogenannte "Integrität der Verpackung"
ermöglichen.
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Während der Bestrahlung wird die Energie der Elektronenkanone auf das
spezifische Gewicht des Materials für jeden Behältertyp angepaßt. Das
spezifische Gewicht des Verpackungsmaterials kann sehr klein sein und bis zu
einem Wert ansteigen, der durch die Elektronenkanone bestimmt ist. Ein
häufig vorkommendes spezifisches Gewicht für steifes Verpackungsmaterial ist
250 bis 750 g/m². Die Beschleunigungsspannung der Elektronenkanone kann
in Abhängigkeit vom Verpackungsmaterial von 100 kV bis 500 kV variieren.
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Eine dickere Basisschicht beispielsweise für Papier kann somit an Stelle von
dem gewöhnlich in der Technik verwendeten Papier verwendet werden. Das
hat zur Folge, daß bei Standardprozeduren größere Behältervolumina erreicht
werden können, wenn ein Füllmaterial zugefügt wird. Vorzugsweise werden
Behälter mit einem Volumen von etwa 0,5 l bis zu etwa 4,5 l verwendet.
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Innen sterile, abgeschlossene Behälter können in einer Produktionseinheit
vorteilhaft so hergestellt werden, daß sie an verschiedene Ort auf der Welt
zum Befüllen durch Füllmaschinen verteilt werden, in denen die Behälter
geöffnet, befüllt und verschlossen werden.
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In einer Befüllungsmaschine wird der Hals 11 mit einer für diesen Zweck
geeigneten Chemikalie sterilisiert, vorzugsweise mit Wasserstoffperoxid, UV-
Licht oder mit Kombinationen davon. Eventuelle
Wasserstoffperoxid-Rückstände werden abgetrocknet und der Behälter wird geöffnet, indem der
Flansch 12 mit Hilfe einer Stanzoperation durch den Hals abgeschnitten wird.
Da dieses Mittelstück des Flansches an der gegenüberliegenden Innenseite des
Behälters befestigt ist, wird es nicht in das Produkt herunterfallen, sondern am
Behälter bleiben.
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Die Stanzoperation kann vorteilhaft ausgeführt werden, indem ein Füllrohr mit
dem Hals 11 verbunden wird, wobei der Raum 14 im Behälter anschließend
operativ zugänglich ist, und der Behälter wird mit einem geeigneten
aseptischen oder sterilen Produkt gefüllt. Das in Frage kommende Füllmaterial ist
vor allen ein flüssiges Produkt, wie etwa Milch, Saft oder Tee, das
Füllmaterial kann jedoch außerdem Partikel enthalten. Im Zusammenhang mit der
Füllung bildet sich der Behälter selbstständig durch den Fülldruck und mit
Hilfe der zuvor angebrachten Faltlinien, derart, daß er vorzugsweise einen im
wesentlichen rechtwinkligen Boden mit im wesentlichen parallelen Seiten
erhält. Natürlich sind außerdem weitere Ausführungsformen möglich.
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Durch den flachen Aufbau des Behälters und den dadurch kleinen Raum 14
des Behälters hat sich kein oder nur sehr wenig Ozon gebildet, das in dem
eingefüllten Produkt einen Restgeschmack bewirken kann. Es ist deswegen
nicht erforderlich, im Zusammenhang mit der Befüllung Luft vom Behälter
abzuführen. Dadurch wird das Risiko einer Neuinfektion minimiert.
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Da die Behälter beim Befüllen bereits sterilisiert sind, wird die Verwendung
eines sogenannten "aseptischen Hauses" vermieden, in das die Behälter durch
eine Schleuse eintreten und das vollkommen steril sein muß. Das hat zur
Folge, daß ein einfacherer Maschinenaufbau verwendet werden kann, was
wiederum die Investitionskosten vermindert.