DE69735012T2

DE69735012T2 - Verfahren zur sterilisation eines verpackungsmaterials

Info

Publication number: DE69735012T2
Application number: DE69735012T
Authority: DE
Inventors: Thomas Bjerborn
Original assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: US6682696B1; CA2266079C; SE507994C2; DE69735012D1; EP1021210A1; CA2266079A1; WO1998016259A1; CN100415303C; AU4730097A; NZ334621A; SE9603735L; ATE314098T1; DK1021210T3; SE9603735D0; CN1519033A; ID21220A; EP1021210B1; ES2255102T3; BR9712234A; JP2001502277A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmaterial. Im besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungsmaterial, das eine Kunststoffoberfläche aufweist, durch das Aufbringen von Wasserstoffperoxid in gasförmiger Phase auf die zuvor erhitzte Kunststoffoberfläche.
Sterile Behälter, die bereit für das Befüllen sind, können auf verschiedene Weise erhalten werden. Eine Methode zum Sterilisieren beinhaltet, daß die Plastikbehälter direkt in Verbindung mit dem Herstellungsprozeß verschlossen werden, zum Beispiel wenn sie blasgeformt werden. Aufgrund des Kollabierens des Behälters bei dem nachfolgenden Sinken der Temperatur führt das Verschließen in diesen Fällen zu erheblichen Problemen. Der Behälter muß deshalb bei einer erhöhten Temperatur aufbewahrt werden, da das in den Behälter eingeschlossene Luftvolumen sich verringern würde, wenn die Temperatur sinken würde. Eine solche Aufbewahrung ist sowohl umständlich als auch teuer. Um dies zu vermeiden, wird heute neben anderen Materialien Wasserstoffperoxid in einer wässrigen oder gasförmigen Phase verwendet, womit dann die Innenseite des Behälters sterilisiert wird.
Wasserstoffperoxid ist ein sehr starkes aber nicht besonders stabiles Oxidationsmittel, und ein Vorteil ist, daß nur reines Wasser als Nebenprodukt gebildet wird. Allerdings ist die Halbwertzeit von Wasserstoffperoxid sehr lang und deshalb muß das Sterilisierungsmittel entfernt werden, nachdem es seine Wirkung erzielen konnte.
Es wird angenommen, daß Wasserstoffperoxid seine antimikrobielle Wirkung durch seine starke Oxidationswirkung ausübt, indem es mit Bestandteilen in der cytoplasmatischen Membran des Mikroorganismus reagiert. In dem Sterilisierungsprozeß wird Wasserstoffperoxid als wässrige Lösung verwendet, das in den Behälter gesprüht wird. Wenn der Behälter anschließend erhitzt wird, wird das Wasserstoffperoxid verdampft und kann durch Belüften entfernt werden, nachdem es seine Wirkung erzielt hat.
In einem alternativen Sterilisationsverfahren wird ein Behälter in einem ersten Schritt Wasserstoffperoxid in gasförmiger Phase ausgesetzt, das dann auf der Innenseite des Behälters kondensieren kann. Mit diesem Verfahren wird eine homogene Beschichtung mit Wasserstoffperoxid erhalten, das das gesamte Verpackungsmaterial bedeckt. In einem nachfolgenden Schritt wird das kondensierte Gas wieder verdampft und anschließend durch Belüftung entfernt. Mit Hilfe des Verfahrens kann eine für kommerzielle Sterilisierung akzeptable Todesrate von Mikroorganismen erreicht werden.
Wenn z.B. Kunststoffbehälter sterilisiert werden, werden diese in der Praxis mit einer kommerziell erhältlichen Standardlösung mit Namen „Oxonia Aktiv" beschichtet, die neben anderen Dingen auch Wasserstoffperoxid und Peressigsäure enthalten. Die Lösung kann für einige Minuten wirken und die Behälter werden dann mit sauberem sterilen Wasser ausgespült. Ein solches Verfahren ist sowohl kompliziert als auch zeitraubend.
Die EP-A-0 481 361 offenbart ein Gerät zur Sterilisierung von Behältern, das eine Vorrichtung zum Verdampfen von Wasserstoffperoxid in erhitzter Luft enthält. Nach einer optionalen Stufe, in der der Container vorerhitzt wird, tritt das gasförmige Sterilisierungsmittel in den Container ein, um den Sterilisierungseffekt zu erzielen. Zurückbleibende Tropfen des Sterilisierungsmittels werden in einer nachfolgenden Trocknungsstufe entfernt.
Ein weiteres Problem ist, daß Rückstände von Wasserstoffperoxid erhalten werden, wenn bestimmte Kunststoffe, vor allem Polyester, im Verpackungsmaterial enthalten sind, die dann als Folge des Besprühens, Beschichtens oder Kondensation von der Innenseite des Containers absorbiert werden. Diese können im Nachhinein negative Einflüsse auf das Füllmaterial haben, z.B. indem sie die Farbe verändern. Die Behörden haben Grenzwerte festgelegt, die für Rückstände an Wasserstoffperoxid nicht überschritten werden dürfen.
Es ist sehr ungewöhnlich, ein Verpackungsmaterial wie Polyester keimfrei zu behandeln, da dieser Typ von Material meistens für Softdrinks und ähnliches verwendet wird. Allerdings besteht ein großes Interesse des Marktes an einer keimfreien Flasche aus Polyethylenterephtalat (PET).
Um das Risiko der Bildung von Rückständen zu verringern, kann das Wasserstoffperoxid durch Belüftung entfernt werden, z.B. bei erhöhter Temperatur oder indem sterile Luft in den Behälter geblasen wird. Ein solches Verfahren ist teuer und es wäre deshalb erstrebenswert, wenn kürzere Belüftungszeiten verwendet werden könnten, da dies zu geringeren Kosten pro Behälter führen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile, die bei der Sterilisierung mit Hilfe von Wasserstoffperoxid nach dem Stand der Technik auftreten, zu beseitigen oder reduzieren.
Um dieses Ziel zu erreichen ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Ein Sterilisierungsverfahren mit einer Kondensation von Wasserstoffperoxid umfaßt vier Phasen von unterschiedlicher zeitlicher Länge: eine Aufheizphase, eine Vergasungsphase, eine Haltephase und eine Belüftungsphase.
Während der Aufheizphase wird der Behälter auf eine geeignete Temperatur erhitzt. Die Aufheizphase ist nicht notwendig. Allerdings reduziert sie die Menge an Kondensat, die später durch Belüftung entfernt werden muß.
Während der Vergasungsphase wird gasförmiges Wasserstoffperoxid in den zuvor erhitzten Container und über die zu behandelnde Oberfläche, auf der das Gas kondensiert, geleitet, und es bildet sich ein Kondensat in der Form von Tröpfen. Das verwendete Gas ist eine Mischung aus Luft und einer vergasten Lösung von Wasserstoffperoxid. Die Wasserstoffperoxidlösung hat eine gewerbliche Qualität und besteht zu ungefähr 65% aus Wasser und ungefähr zu 35% aus Wasserstoffperoxid. Allerdings können natürlich auch andere Konzentrationen in Abhängigkeit von anderen Parametern verwendet werden.
Während der Haltephase kann das Kondensat seine Wirkung erzielen, und während der Belüftungsphase wird der Behälter belüftet, wobei das Kondensat wieder in die Gasphase gebracht und aus dem Behälter entfernt wird. In diesem Zusammenhang wird Heißluft verwendet, die durch Filtration vorgefiltert und sterilisiert wurde.
Die Versuche wurden mit dem Ziel ausgeführt, eine ebenso effektive Sterilisierung zu erreichen wie die, die erzielt wird, wenn es dem Wasserstoffperoxid erlaubt wird, seine Wirkung in Form von kondensiertem Gas auszuüben. In diesen Versuchen liegt das Wasserstoffperoxid erfindungsgemäß während des gesamten Sterilisationsverfahren in der Gasphase vor.
Im Vergleich zu der oben beschriebenen Sterilisierung mit Hilfe von Kondensation erfordert das erfindungsgemäße Verfahren, daß die Behälter, die mit vergasten Wasserstoffperoxid sterilisiert werden sollen, zuerst auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher als der Taupunkt des benutzten Gases ist. Die Behälter werden dann mit steriler Heißluft trockengeblasen.
Während des Sterilisierungsvorgangs sind die Behälter dementsprechend für eine bestimmte Zeit gasförmigem Wasserstoffperoxid mit einer spezifischen Temperatur, Taupunkt und Strömungsrate ausgesetzt. Neben der Wasserstoffperoxidkonzentration sind diese Parameter wichtig, um eine effektive Abtötung zu erzielen. In diesem Zusammenhang ist der Taupunkt die Temperatur, auf die das gasförmige Wasserstoffperoxid abgekühlt werden muß, um eine Kondensation zu erzielen und sich eine wässrige Lösung von Wasserstoffperoxid abscheidet. Diese Temperatur hängt von dem Gehalt an Wasserstoffperoxid im Gas ab. Der Taupunkt ist so angepaßt, um in einer existierenden Sterilisationsausrüstung verwendet zu werden.
Vorhergehende Experimente haben gezeigt, daß der Anteil an Wasserstoffperoxidrückstand pro Flächeneinheit nach Kontakt mit verschiedenen Typen von Packmaterial variiert. Verschiedene Probleme traten bei der Verwendung von Polyester als Packmaterial auf, und deshalb wurden die Versuche auf dieses Material konzentriert, indem Flaschen aus Polyethylenterephtalat verwendet wurden. Allerdings wurden auch Behälter, die bereit zum Befüllen sind, untersucht.
Beispiel 1. Vergleich der Sterilisierungseffekte
Es wurde ein Vergleich zwischen dem Sterilisierungseffekt, der durch Vergasung/Kondensation und dem, der erfindungsgemäß allein durch Vergasung erzielt wurde, angestellt. Die Effizienz mit Bezug auf die Abtötung von Mikroorganismen in Form einer logarythmischen Abnahme wurde als die Zahl der Organismen in einer Vergleichsprobe minus der Zahl der überlebenden Organismen definiert.
Die PET-Flaschen wurden mit Sporen von Bacillus subtilis NCA 7252 geimpft, und nach der jeweiligen Sterilisierungsbehandlung wurden die Ergebnisse statistisch mit einer konventionellen Methode (basierend auf der Methode der „wahrscheinlichste Anzahl"), die dem Fachmann bekannt ist, ausgewertet.
Die Behälter, die der Vergasung/Kondensation oder der erfindungsgemäßen alleinigen Vergasung unterworfen werden sollten, erhielten jeweils dieselbe Behandlung in der Vergasungsphase und der Haltephase, wobei durch vorhergehende Versuche herausgefunden worden war, welche Behandlung am besten geeignet ist.
Deshalb wurde im Sterilisierungsverfahren eine Vergasungsphase von 3 Sekunden mit gasförmigem Wasserstoffperoxid verwendet, wobei das Gas eine Temperatur von 90°C, einen Taupunkt von 65°C und eine Strömungsgeschwindigkeit von 40 kg/Stunde hatte. Die Länge der Haltephase betrug 1 Sekunde.
Die Behälter, die Vergasung/Kondensation unterworfen werden sollten, wurden während der Heizphase auf 50–55°C erhitzt, und die Behälter wurden für 10 Sekunden mit 70°C heißer steriler Luft mit einer Strömungsrate von 40 kg/Stunde belüftet. Während der Vergasung/Kondensation wurde die Belüftungszeit in der Weise angepaßt, daß das gesamte sichtbare Kondensat verdampfte. Die Behälter, die erfindungsgemäß einer alleinigen Vergasung unterworfen waren, wurden während der Heizphase auf eine Temperatur von 70–80°C erhitzt, und während der Belüftungsphase wurden die Behälter für 2 Sekunden von 80° heißer steriler Luft mit einer Strömungsrate von 60 kg/Stunde durchflossen. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, daß mit beiden Sterilisierungsmethoden ein zufriedenstellender Abtötungseffekt in Form einer logarhythmischen Abnahme von wenigstens log 5 (10⁵) erzielt wurde.
Beispiel 2. Vergleich zwischen den Mengen sich bildenden Rückstands
Die Versuche wurden durchgeführt, um zu untersuchen, ob irgendwelche Rückstände in PET-Behältern, die erfindungs gemäß sterilisiert wurden, zurückblieben. Gleichzeitig wurde ein Vergleich mit Polyethylen (PE)-Flaschen durchgeführt.
Flaschen aus PET und PE wurden derselben Sterilisierungsbehandlung wie in Beispiel 1 unterworfen, abgesehen davon, daß die zeit nach dem Befüllen der Flaschen, die Lagerzeit, variiert wurde und die Belüftungszeit nach den zwei Sterilisierungsverfahren 2 Sekunden betrug. Rückstände an Wasserstoffperoxid wurde in jedem Behälter mit Hilfe einer Phiole HP-10 (Chemetrics, 90298-31) nach den Vorschriften des Herstellers bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1. Rückstand von Wasserstoffperoxid (ppm) nach Sterilisierung (2 Sekunden Belüftungszeit).
Die Ergebnisse zeigen, daß kein signifikanter Wasserstoffperoxidrückstand mit Polyethylen erhalten wurde. Es ist auch möglich, den Rückstand von Wasserstoffperoxid in einem PET-Behälter, der der erfindungsgemäßen Vergasung unterworfen worden ist und dann über eine so kurze Zeit wie 2 Sekunden belüftet wurde, auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Ungefähr dreimal so viel Rückstand wird in einer PET-Flasche erhalten, die mit Hilfe von Kondensation sterilisiert wird. Diese Tendenz wird auch mit einer so kurzen Belüftungszeit wie 15 Sekunden beibehalten (Tabelle 2).
Tabelle 2. Rückstand von Wasserstoffperoxid (ppm) nach Sterilisierung (15 Sekunden Belüftungszeit).
Folglich werden bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vergasung geringere Rückstandsmengen erhalten und eine effektive Abtötung erzielt. Die Abnahme der Zahl der Mikroorganismen kann auch durch die Erhöhung des Taupunktes (der Gaskonzentration) oder durch eine Verlängerung der Vergasungsphase erhöht werden. Allerdings nimmt die Rückstandsmenge bei dem erfindungsgemäßen Vergasungsverfahren zu, wenn der Taupunkt zu stark erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Sterilisationsmethode ist bevorzugt dafür vorgesehen, Behälter zu sterilisieren, die bereit zum Befüllen sind und/oder für ein Verpackungsmaterial mit einer Kunststoffoberfläche, die einen Polyester z.B. Polyethylenterephtalat enthalten kann. Allerdings ist die Methode nicht auf Behälter begrenzt, die bereit zum Befüllen sind. Es ist im Gegenteil ein Vorteil, wenn der Behälter als eine „Vorform" sterilisiert wird, z.B. bevor er – z.B. mit Hilfe von Blasformung – seine endgültige Form erhalten hat, die mit Blick auf die Sterilisierung eine abweichende Geometrie hat. In diesem Fall werden geringere Rückstandsmengen pro Flächeneinheit im fertiggestellten Behälter erhalten. Verpackungsmaterial in der Form eines Blattes oder eines Netzes kann folglich in derselben Weise wie ein Behälter, der bereit zum Befüllen ist, den oben genannten vier Phasen, Aufheizphase, Vergasungsphase, Haltephase und Belüftungsphase unterworfen werden, indem die Sterilisierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird. In diesem Zusammenhang kann das Verpackungsmaterial auch kontinuierlich behandelt werden.

Claims

Verfahren zum Sterilisieren einer Kunststoffoberfläche, in dem Wasserstoffperoxid in gasförmiger Phase der zuvor erwärmten Kunststoffoberfläche zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Sterilisierungsvorgang mit dem Wasserstoffperoxid in gasförmiger Phase durchgeführt wird und dass die Kunststoffoberfläche auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als der Taupunkt für das Wasserstoffperoxid in der gasförmigen Phase.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffoberfläche einen Polyester aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffoberfläche Polyethylenterephtalat aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sterilisierung in der Weise durchgeführt wird, dass etwaiges auf besagter Plastikoberfläche zurückbleibendes Wasserstoffperoxid nach einer Belüftungszeit von zwei Sekunden, in der sterile, 80°C heiße Luft mit einer Strömungsrate von 60 kg/Std. aufgebracht wird, 3 ppm oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Sterilisieren eines Verpackungsmaterials für einen Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsmaterial, welches eine Kunststoffoberfläche besitzt, sterilisiert wird, bevor der Behälter seine Endform erhalten hat.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsmaterial mit einer Kunststoffoberfläche kontinuierlich sterilisiert wird.