NO301104B1 - Fremgangsmåte til sterilisering av et emballasjemateriale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til sterilisering av et produkt eller en gjenstand, samt et produkt som er sterilisert ved fremgangsmåten. Oppfinnelsen har generell anvendelse, men er særlig beregnet for bruk ved emballering eller innpakking.

Fra GB patent 1 571 665 er det kjent at det foreligger en synergistisk virkning ved sterilisering av et emballert matvareprodukt ved UV-bestråling i en atmosfære av inertgass.

US patent 4 122 124 beskriver en fremgangsmåte og et system for kommersiell emballering av sterile matvarer i en plastbeholder som er relativt ugjennomskinnelig for synlig lysbestråling og som er relativt transparent for ultrafiolett stråling. Beholderen er åpen og matvareproduktet kjøles til en temperatur like over frysepunktet for vann, som forberedelse til og mens det befinner seg i et kammer med en atmosfære av kjølt, tørr, inert, steril gass, fortrinnsvis nitrogen, karbondioksyd eller en blanding derav. I kammeret blir den inerte gass og matvare produktet bestrålt med ultrafiolett energi som føres gjennom beholderen. Beholderen forsegles i kammeret, idet den inerte atmosfære opprettholdes på overflaten av matvareproduktet, mens det lagres i beholderen ved temperaturer rett over frysepunktet for vann i lengre tids-perioder.

Formålet med innføringen av nitrogen og/eller karbondioksyd er å fjerne luft og således oksygen fra området rundt beholderen og fra området rundt matvare produktet i beholderen og også å fjerne vanndamp fra området ved beholderen og rundt matvareproduktet for således å forhindre kondensasjon.

US patentet angir at et synergistisk resultat frembringes ved kombinasjonen av trinnet med bestråling av et matvareprodukt ved hjelp av ultrafiolett energi for sterilisering og emballering i en inert atmosfære, og at visse skadelige bakteriekolonier i realiteten vil reduseres i antall samtidig som deres vekst forhindres på grunn av kombinasjonen av ultrafiolett bestråling og inn-kapsling eller emballering i en atmosfære av inert gass.

US patent 3 769 517 beskriver et apparat som tillater behandling av produkter med ultrafiolett lys i en kontrollert atmosfære og som omfatter et kammer med innløps- og utløpsåpninger for gjennomføring av det produkt som skal behandles, en eller flere ultrafiolette lamper og minst ett gassforråd i kammeret adskilt av en porøs plate. Gass, f.eks. nitrogen, eller nitrogen/oksygenblanding innføres i forrådet, føres gjennom den porøse plate og over og rundt banen for fremføring av et arbeidsstykke som skal behandles.

Nitrogenatmosfæren er når den benyttes alene igjen benyttet til å fjerne luft og således oksygen fra området rundt arbeidsstykket. Nitrogen reduserer også farer så som muligheten til brann eller eksplosjon og dannelsen av ozon under behandlingsprosessen.

DE 2220065A beskriver bruken av høyenergi-ioniserende stråling for sterilisering av næringsmidler med det formål å hjelpe til med veksten av multicellulære dyreceller og spesielt pattedyrceller in vitro.

Bruken av slik ioniseringsstråling er betydelig mere besværlig enn bruken av UV-stråling fordi ioniseringsstråling krever betydelig større avskjerming for operatøren fra strålingskilden. En inert gass, såsom nitrogen eller helium benyttes for å fjerne luft og dermed oksygen fra atmosfæren som omgir næringsmiddel mediet for å unngå degradering av næringsmidlene i mediet pga. tilstedeværelsen av oksygen. Den inerte gass hjelper også til å holde fuktighet borte fra nærings middelmediet for å holde næringsmiddelmediet fullstendig tørt under bestråling.

Derwent File Supplier nr. AN 85-234441(JP60153982) synes å beskrive fjerningen av forurensningsforbindelser fra overflatene til gjenstander ved å la vann som inneholder oppløst ozon strømme over flatene under bestrålingen med UV. Vannet kan inneholde oppløst ozon eller bobler av ozonisert gass.

Hvor de forurensende forbindelser er organiske forbindelser blir de delvis oksydert ved behandlingen, det dannes aldehyder, ketoner og karboksylsyrer og disse fjernes av vann. Hvor forurensningsforbindelsene er uorganiske forbindelser vil de oppløses eller dispergere i vannet og blir således fjernet.

Ozon nedbrytes under bestråling med UV for dannelsen av et oksygenradikal, et hydroksylradikal og et hydrogenperoksydradikal. Da slike radikaler har høy aktivitet, men kort levetid, vil behandlingen danne radikaler på selve overflaten og således gjøre dem mer effektive. Vaskevirkningen blir videre fremmet pga. at en reaktivering av forurensningsforbindelsene kan fremmes ved UV-bestråling og således bryte ned forbindelsene til mindre partikler og til mere hydrofile sammensetninger. Vaskevirkningen blir øket med økende vasketid og med økende ozonoppløsningskonsentrasjon. Bruken av oksygen-gass i oksygendannelsen øket ozonkonsentrasjonen og fremmet vaskevirkningen.

Slik behandling vedrører fjerningen av forurensning fra overflaten av produkter og vedrører ikke sterilisering hvor mikroorganismer gjøres ikke levedyktige.

US patent 4 309 388 beskriver et steriliseringsapparat som omfatter en omhylling som omgir toppen, bunnen og sidene av et sentralt steriliserings-omhyllingsrom og tilhørende innløps- og utløpsomhyllingsrom som er åpne horisontalt til det ytre av omhyllingen ved de motsattliggende ender. En kontinuerlig beveget transportør bærer glassflasker som er åpne i toppen og som skal steriliseres horisontalt gjennom innløpet, steriliserings- og utløps-omhyllingsrommene i omhyllingen. Steriliseringsomhyllingsrommet er oppdelt av skillevegger i et øvre kammer som ved bunnen åpner til et lavere kammer umiddelbart over frem- føringsbanen for flaskene med åpen topp som føres gjennom det nedre kammer i steriliseringsom hyllingsrommet. Ozon-dannende ultrafiolette lamper er montert i det øvre kammer og en vifte sirkulerer luften mellom det nedre og det øvre kammer og gjennom åpningen i det øvre kammer til det nedre kammer slik at ozon som er dannet i det øvre kammer føres inn i åpningen ved toppen av flaskene som beveger seg i det lavere kammer. Ozonnedbrytnings-akselererende ultrafiolette lamper plasseres i innløps- og utløpsrommene i omhyllingen for å akselerere nedbrytningen av ozon i luften som unnviker til den omgivende atmosfære gjennom innløps- og utløpsrommene i omhyllingen.

UV-strålingen som benyttes for indirekte sterilisering av flaskene har en strålingsbølgelengde som er dominerende i bølgelengdebåndet som danner ozon og ikke i bølgelengdebåndet som dreper mikroorganismer. Selv om UV-stråling som er -fremherskende i bølgelengdebåndet som dreper mikroorganismer benyttes, benyttes det ikke for å gjøre mikroorganismene ikke levedyktige, men ganske enkelt for å nedbryte ozon etter dets dannelse.

CH patent 387 881 beskriver et steriliseringssystem hvor de gjenstander som skal steriliseres i en omhylling eller mantel utsettes for samtidige virkninger av (1) damper av en bakterisid substans, f.eks. "metanogen", "trioksymetylen" og "aldylen", (2) ozon dannet i omhyllingen av en lampe som stråler med en bølgelengde på 185 nanometer og (3) UV-stråling med en bølgelengde på 243,7 nm.

I CH patent 387 881 er primærvirkningen av ozon spesielt til gunst for systemoperatøren ved at den fjerner lukt fra dampene fra den bakteriside substans og fjerner deres etsende virkning uten å modifisere deres giftighet. Denne primærvirkning ledsages av en sekundærvirkning hvor virkningen av UV-stråling er å frembringe en aktivering av den bakteriside virkning, ikke bare for ozon, men også for de bakteriside damper.

Patent Abstracts fra Japan, vol. 12, nr. 22 (C-470) (2869) (JP 62-176595A) beskriver en metode for nedbrytning av en lavmolekylær organisk substans ved tilsetning av ozonisert vann til en blanding av hydrogenperoksyd og avløpsvann som inneholder en organisk substans, mens det hele bestråles med UV. Metoden er ikke rettet mot sterilisering av mikroorganismer.

I US patent 4 366 125 blir et langt baneformet materiale som skal steriliseres ført gjennom en atmosfære av H20 tåke med lav konsentrasjon og med dråpepartikkelstørrelse på ca. 10 mikron ved romtemperatur i ca. 1 sekund og blir så bestrålt i ca. 1 sekund med UV-lamper som er plassert for å bestråle de motsatte flater av banematerialet, idet materialet steriliseres som et resultat av den synergistiske virkning som frembringes av kombinasjonen av disse to steriliseringstrinn.

I henhold til et trekk ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en steriliseringsmetode av emballasjematerialer, hvor mikroorganismer på overflaten av emballasjematerialet utsettes for UV-bestråling for å gjøre mikroorganismene ikke-levedyktige i en atmosfære som kommer i berøring med mikroorganismene, før overflaten bringes i berøring med det produkt som skal pakkes, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at steriliseringsvirkningen på overflaten forbedres ved at det benyttes en atmosfære som i det vesentlige er en annen enn luft, med oppnåelsen av en synergistisk virkning mellom UV-bestrålingen og atmosfæren.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige krav.

I den foreliggende sak er det med uttrykket "inert gass" ment en gass eller en blanding av gass som ikke i noen nevneverdig grad nedbrytes ved utsettelse for UV-bestråling med bakterisid intensitet.

Den inerte gass kan velges fra gruppen som består av nitrogen, argon, helium, neon, krypton og xenon. Nitrogen er foretrukket da det er relativt billig.

I den foreliggende sak er det med uttrykket "ozon" ment en gass som består av vesentlig mengder Oyradikaler og hydroksylradikaler.

Ozonet som benyttes blir fortrinnsvis fremstilt ved å utsette luft for fotoflux i ultrafiolettområdet ved vakuum, idet fotonene har mellom 8 og 10 eV og bare ioniserer oksygeninnholdet, idet det dannes forskjellige aktiverte oksygen-forbindelser i gassfasen. Slikt aktivert oksygen er fordelaktig PHOTOZONE (registrert varemerke) -gass som fremstilles av PHOTOZONE (registrert varemerke) -lampen som markedsføres av Water Management A/S, Oslo Norge.

På denne måte aktivert oksygen har et relativt større oksydasjonspotensial enn ozon som fremstilles med klassiske metoder hvor det ble benyttet en høy-spenning mellom 8000 og 10000 volt mellom elektroder, og således oppnås en større drepende effekt for mikroorganismer på grunn av deres høyere forholdsandel av hydroksylradikalet.

Bølgelengdebåndet for UV-stråling er fortrinnsvis mellom 220 og 330 nanometer.

Den foreliggende oppfinnelse er særlig anvendbar ved sterilisering av kontaktflater på matvarer. Slike flater kan være innerflatene på vegger, ark, filmer, skåler og kartonger. Når dette utgjør innsider i kartonger som er klare til å fylles, kan disse f.eks. utgjøres av væskekontaktflater i kartonger eller beholdere som er utformet av papp (eller av papp og aluminiumsfolie, eller av papp og polymer) med indre og ytre plastbelegg. Væsker beregnet for bruk i slike beholdere kan være melk med lang levetid, eller f.eks. appelsinjuice.

Forsøk hvor matvarekontaktflatene til beholderne ble utsatt for UV-C og var anbragt i enten en inert gassatmosfære eller en ozonatmosfære synes å fremby en synergistisk virkning mellom UV-C og den inerte gass, eller mellom UV-C og ozonet.

En viktig kommersiell fordel ved oppfinnelsen er at de krevede drepegrader for eksponerte mikroorganismer oppnås ved behandlingstider som er vesentlig mindre enn ved de kjente steriliseringsmetoder.

Forsøk hvor matvarekontaktflater i beholdere ble utsatt ikke bare for UV-C i en inert gass eller ozonatmosfære, men også for en forberedelse med H202 synes å vise ekstra synergistisk virkning med derav følgende ytterligere forbedring i behandlingstider.

For at oppfinnelsen skal bli bedre forstått og lett skal kunne gjennomføres er det i det følgende beskrevet eksempler på kjente steriliseringsbehandlinger og på steriliseringsbehandlinger i henhold til oppfinnelsen.

EKSEMPLER 1- 8

Disse eksempler er angitt i tabell 1 og er et utvalg av forskjellige sammen-lignbare forsøk og illustrerer den drepende virkning ved eksponering av B- subtilis var, globigii (B-17) med UV-C (254 nm), 2% H20 og/eller varme under forskjellig atmosfærer. Luft er nevnt ved begynnelsen av alle eksempler fordi det var utgangs-atmosfæren hvis den ikke ble eller var blitt renset ved innføring av damp, N2 eller ozon, idet sistnevnte utgjorde atmosfæren frem til eventuell rensing med damp.

Forsøkene ble gjennomført med gavltoppformede aluminiumsfolieforede beholdere som ikke var forseglet ved toppen. Avstanden fra UV-C-lyskilden og H202-sprøytedysespissen til bunnen av beholderen var maksimalt 28 cm.

Beholderen ble før forsøkene podet med sporesuspensjon til et nivå på ca. IO<6 >sporer pr. beholder. Skylling med flateoppdeling ble benyttet for å bestemme sporebelastningen av beholderen.

Etter eksponering i samsvar med de forskjellige kombinasjonene av behandling ble kartongene behandlet med katalase for å fjerne rester av H20. Beholderne ble så dekket med næringsmiddelagar på innsiden og inkubert for telling av overlevende.

Betingelsen og eksponeringstidene for forsøkene er gitt i tabell 1 sammen med resultatene, idet de forskjellige behandlinger i hvert eksempel er gitt i deres aktuelle rekkefølge.

I hvert eksempel ble beholderen skyllet med N2, tilført med 2,4 l/s i 1,6 sekunder eller med PHOTOZONE, tilført med 0,8 l/s i 5,0 sekunder.

Eksemplene IA til 3A viser den synergistiske virkningen ved å føre UV-C gjennom en N2-atmosfære og likeledes eksemplene IB til 3B. Eksemplene 4A og 4B illustrerer den synergistiske virkningen ved å føre UV-C gjennom en N2-atmosfære som er innført umiddelbart etter innføringen av en H202-tåke. Eksemplene 5A og 5B illustrerer at sistnevnte synergistiske virkning opprettholdes med den siste utøvelse av varme. Eksemplene 6A til 6C viser at den synergistiske virkning bibeholdes med den endelige tilførsel av damp, eller av varme og så damp.

Eksemplene 7A til 7D illustrerer den meget store forbedring som oppnås ved passasje av UV-C gjennom en forstøvet ozon-atmosfære og den ytterligere forbedring som oppnås ved anvendelsen av en H202-sprøyting istedenfor vannsprøyting. Eksemplene 8A og 8B illustrerer den store forbedring som oppnås før tilsetning av H202 sammenlignet med å føre UV-C gjennom en tørr ozon-atmosfære.

Eksemplene IA, IB, 4A, 5A og 6A illustrerer kjente behandlinger. Eksemplene 3A, 3B, 4B, 5B, 6B, 6C, 7C, 7D, 8A og 8B illustrerer den foreliggende oppfinnelse. Tidsperioden som er gitt i hvert eksempel er sekvensiell istedet for parallell.

Forsøk ble også gjennomført på sporene Aspergillus niger da disse er kjent for å være sterkt motstandsdyktige mot ultrafiolett bestråling. Disse forsøk ble gjennomført i form av en kontroll for å hjelpe til å rettferdiggjøre de tidligere resultater.

EKSEMPLENE 9 OG 10

Disse eksempler illustrerer den drepende virkning ved en foretrukket behandling, nemlig UV-C (254 nm), 2% H202, varme og nitrogenatmosfære på de flatene som var dekket med en sporesuspensjon av Aspergillus niger.

Den aktuelle forsøksutførelse var lik den som er beskrevet i forbindelse med eksemplene 1-8. Sporesuspensjonen av Aspergillus niger ble strøket på den indre flate av beholderen. Betingelsene og sporedrepegraden er angitt i Tabell 2.

Sp oreprep ar ering

Apergillus niger-sporer ble podet på maltekstraktagar og inkubert ved 25°C i en uke.

Sporene ble høstet ved bruk av en steril sløyfe og opphengt i en 1/4-styrke Ringer's oppløsning med TWEEN 80 for å oppnå en konsentrasjon på ca. 10<5 >til IO<6> sporer/ml. Sporene ble overført på flatene ved hjelp av en bomullsdott. Beholderflatene ble tørket over natt etterfulgt av en eksponering for steriliseringsforsøksbetingelsene.

Bacillus subtilis var. globigii B17 sporer ble bragt til å vokse og isolert.

UV- C- kilde

UV-C-kilden var IWASAKI bestrålingsutstyr (254nm - UV-C) som besto av en høyintensitetssterilisator GHS 490145, ni lampesett GHL 400-2 og tre bestrålersett GE 4301.

Ozon ble fremstilt med en PHOTOZONE-lampe (185nm - UV-C) markedsført av Water Management A/S.

FREMGANGSMÅTER VED PODNING OG ORGANISMER

B. subtilis var, globigii (Bl7) er kjent for å være sterkt motstandsdyktig mot hydrogenperoksyd og ultrafiolettstråling.

Fremgangsmåte for fremstilling av en beholderpåføring på IO<6> var følgende. En lagret suspensjon på ca. IO<9> pr. ml fortynning ble sprøytet inn i beholderen i dose på 0,5 ml, idet den gjenblivende andel i beholderen er ca. IO<6>. Beholderne ble så tørket over natt og bekreftelsen av den aktuelle bakteriologiske fylling ble gjennomført på 3/4 av beholderne. 9 ml "Ringer's"-oppløsning med en styrke på 0,25 ble helt inn i beholderen, denne ble lukket og rystet voldsomt og det gikk ca. 20 sekunder før oppløsningen ble samlet i bunnen av beholderen. 1 ml ble fjernet med pipette og ytterligere fortynninger ble gjennomført.

Sprøytesystem

Det ble bestemt at det skal benyttes en innretning som allerede var i bruk som viser seg å gi en utmerket dekning på en liters "Pure-Pak"-beholder. Denne innretning er kommersielt tilgjengelig fra Metal Box plc, Reading, Berkshire, Storbritannia.

Sprøyteparametre

Innløpslufttrykk = 6,4 kg/cm2

Forstøvningsluft = 5,6 kg/cm<2>

Pulslufttrykk = 4,2 kg/cm2

Tanktrykk = 1,5 kg/cm<2>

Utløpslufttrykk = 1,05 kg/cm<2>

Dysespiss til beholderbunn = 270 - 280 mm

Denne innstilling forble standard gjennom alle forsøk hvor sprøyting med H202 ble krevet. Den eneste forandring var varigheten for sprøytetiden som ble variert for de forskjellige nivåer av H202 i beholderen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte til sterilisering av emballasjematerialer, hvor mikroorganismer på overflaten av emballasjematerialet utsettes for UV-bestråling for å gjøre mikroorganismene ikke-levedyktige i en atmosfære som kommer i berøring med mikroorganismene, før overflaten bringes i berøring med det produkt som skal pakkes, karakterisert ved at steriliseringsvirkningen på overflaten forbedres ved at det benyttes en atmosfære som i det vesentlige er en annen enn luft, med oppnåelsen av en synergistisk virkning mellom UV-bestrålingen og atmosfæren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mikroorganismene utsettes for UV-bestråling som angitt, i nærvær av hydrogenperoksyd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at mikroorganismene utsettes for UV-bestråling som angitt, i nærvær av en lav konsentrasjon av hydrogenperoksyd.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foranstående krav, karakterisert ved at mikroorganismene utsettes for varme.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foranstående krav, karakterisert ved at det benyttes en atmosfære som i det vesentlige fullstendig utgjøres av inert gass.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at det benyttes en inert gass som velges fra gruppen som består av nitrogen, argon, helion, neon, krypton og xenon.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det benyttes en atmosfære som omfatter aktivert oksygen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at mikroorganismen utsettes for UV-bestråling som nevnt i nærvær også av fuktighet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at fuktigheten tilveiebringes ved hjelp av vann-forstøvning eller med damp.