專利名稱：高速、低溫滅菌和消毒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于容器的滅菌和/或消毒方法和裝置，該容器適用于對微生物腐敗或污染敏感的產(chǎn)品的無菌包裝。本發(fā)明尤其適用于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器的滅菌或消毒，特別是適用于對那些設(shè)有與總內(nèi)表面積相比具有相對小的橫截面積的口部的容器以及那些以非熱固性PET的形式形成的容器進行滅菌或消毒。
背景技術(shù)：
為了公開的目的，將滅菌定義為細菌枯草桿菌球形變種(var.globigii)的孢子的減少量為6log(99.9999％)，而將消毒定義為能導(dǎo)致高酸性產(chǎn)品(即pH值為4.6或者更低)腐敗的生物體的減少量5log(99.999％)，以酵母啤酒糖酵母的子囊孢子為代表。消毒可以適用于那些被設(shè)計成或者被用來貯存高酸性產(chǎn)品(比如，果汁，果汁飲料，酸化產(chǎn)品)的容器，而滅菌優(yōu)選地適用于那些被用來貯存低酸性產(chǎn)品(比如，茶，咖啡，乳制品，保健品(nutraceuticals)，醫(yī)藥品)的容器。
已有多種公知的裝置和方法用來對容器進行滅菌或者消毒。這些公知的裝置和方法通常使用滅菌劑，比如過氧化氫(H2O2)蒸汽。在過氧化氫蒸汽以一個相對高的溫度流入容器后，用一種高溫的熱空氣流將容器中的殘留滅菌劑清洗。
然而，這些公知的裝置和方法不適用于由某些材料制成的容器，比如PET，尤其是非熱固性PET。例如，不僅從PET容器的表面，而且從它的聚合物基質(zhì)內(nèi)，都很難清除殘留滅菌劑，比如過氧化氫。根據(jù)施加到一個非熱固性PET容器中的過氧化氫的劑量，一些過氧化物被截留在聚合物基質(zhì)中并且用熱空氣流不容易清除掉。當(dāng)流體產(chǎn)品被導(dǎo)入容器時，盡管這能夠相當(dāng)穩(wěn)定達到幾分鐘至數(shù)小時，但是過氧化氫能從聚合物基質(zhì)中進入流體產(chǎn)品之中，就潛在地違反了用來限制過氧化物殘留的聯(lián)邦法規(guī)的規(guī)定。
此外，由于在溫度低于250°F時過氧化氫的蒸汽壓力相對較低，所以大多數(shù)現(xiàn)有的滅菌方法都依賴于使用大量體積的已經(jīng)被加熱到遠高于250°F溫度的氣流。因為非熱固性PET具有一個玻璃轉(zhuǎn)化溫度163.4°F，將這種容器暴露在超過163°F的溫度下而容器沒有變形的危險，這是不可能的。而且，在高速操作所需的較短期間內(nèi)，許多容器的口部(瓶口)尺寸阻止可測量的大量體積的空氣流入和流出容器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠以快速、經(jīng)濟的方式對各種容器進行滅菌或消毒的裝置和方法。
本發(fā)明還提供一種能夠以大規(guī)模但是占地相對較小的對容器進行滅菌或消毒的裝置。
本發(fā)明能夠有效地對PET容器進行滅菌或消毒，而不使容器變形。
本發(fā)明還能夠?qū)ET容器進行滅菌或消毒，而在處理之后被立即注滿水的容器中，殘留滅菌劑的量不超過0.5mg/l。這個值等于或者低于由美國食品及藥物管理局(FDA)規(guī)定的滅菌劑殘留量的極限值。
本發(fā)明提供一種滅菌和消毒方法和裝置，用于快速而且相對低廉地對任何類型的標(biāo)準(zhǔn)容器進行滅菌或消毒，所述容器用于包裝醫(yī)藥品，保健品，增強健康產(chǎn)品以及傳統(tǒng)的高和低酸性產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種對容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一種滅菌劑蒸汽并將一噴嘴穿過一口部定位在所述容器中，并且定位于一與所述容器的任何內(nèi)表面不近于15mm的位置，所述內(nèi)表面垂直于來自所述噴嘴的滅菌劑蒸汽流的主方向。該方法還包括將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種對容器進行滅菌和/或消毒的方法，該容器具有一個預(yù)定直徑的口部，該容器的內(nèi)表面積與該口部的橫截面積之比至少是7.5，包括以下步驟生成一種滅菌劑蒸汽并將一噴嘴穿過所述口部定位在所述容器中，該噴嘴的直徑不大于該容器的口部的預(yù)定直徑的一半。該方法還包括將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，一種對PET容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一種溫度不高于160°F的滅菌劑蒸汽并將一噴嘴穿過一口部定位在所述容器中。該方法還包括將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及用一種溫度不高于160°F的加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑的步驟，其中從所述排放步驟開始，所述清洗步驟的完成不超過30秒。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，一種用于對容器進行滅菌和/或消毒的裝置，包括一個滅菌劑蒸汽發(fā)生器，一個與該發(fā)生器連通的噴嘴以及一個定位機構(gòu)，該定位機構(gòu)用于將所述噴嘴穿過一口部定位在所述容器中并且與該容器的任何內(nèi)表面不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于滅菌劑蒸汽流動的主方向。該裝置還包括一個控制器，用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于對容器進行滅菌和/或消毒的裝置，該容器具有一個預(yù)定直徑的口部，該容器的內(nèi)表面積與該口部的橫截面積之比至少是7.5，包括一個滅菌劑蒸汽發(fā)生器和一個與該發(fā)生器連通的噴嘴，該噴嘴的直徑不大于該容器的口部的預(yù)定直徑的一半。該裝置還包括一個用于將該噴嘴定位在容器的所述口部中的定位機構(gòu)，以及一個控制器，用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，一種用于對PET容器進行滅菌和/或消毒的裝置，包括一個滅菌劑蒸汽發(fā)生器，滅菌劑蒸汽的溫度不高于160°F，一個與該發(fā)生器連通的噴嘴，以及一個用于將該噴嘴定位在容器的一個口部中的定位機構(gòu)。所述裝置還包括一個控制器，用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過噴嘴排放并流入容器以及用一種溫度不高于160°F的熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑。所述控制器控制從滅菌劑排放開始要在不超過30秒內(nèi)完成的清洗。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，一種對容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一種滅菌劑蒸汽，將所生成的滅菌劑蒸汽排入容器并用一種熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑。容器中桿菌孢子減少一預(yù)定量X(log)滿足下面的等式X＝(0.138×a/b)+(0.066×T1)-(0.00083×c/b)+(0.021×T2)+(0.008347×d)-11.357，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，d是環(huán)境相對濕度(％RH)，T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，T2是清洗氣體的溫度(°F)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種對容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一種滅菌劑蒸汽并將所生成的滅菌劑蒸汽排入該容器。該方法還包括用一種熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑的步驟，其中容器中的酵母囊孢子減少一預(yù)定量Y(log)滿足下面的等式Y(jié)＝(0.063×a/b)+(0.023×T1)-(0.00036×c/b)+(0.052×T2)+(0.009×d)-3.611，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，d是環(huán)境相對濕度(％RH)，T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，T2是清洗氣體的溫度(°F)。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，一種對容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一種滅菌劑蒸汽，將所生成的滅菌劑蒸汽排入該容器并用一種熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑的步驟。容器中的滅菌劑減少到一預(yù)定量Z(mg/l)滿足下面的等式Z＝(0.030×a/b)-(0.043×T1)-(0.040×c/b)-(0.075×T2)+15.747，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，
T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，T2是清洗氣體的溫度(°F)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的總的滅菌/消毒裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明的滅菌/消毒裝置中所用排氣閥的一個橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是圖2中所示排氣閥的一個橫截面俯視圖；圖4是一個曲線圖，示出致污物的減少量與滅菌劑劑量之間的關(guān)系；圖5是一個曲線圖，示出殘留滅菌劑與沖洗時間之間的關(guān)系；圖6是根據(jù)本發(fā)明的滅菌/消毒裝置的正視圖；圖7是本發(fā)明的滅菌/消毒裝置的平面圖。
具體實施例方式
如圖1所示，是本發(fā)明的滅菌/消毒裝置10的示意圖。裝置10包括一個滅菌劑供應(yīng)部分20和一個沖洗氣體供應(yīng)部分30。裝置10能夠通過排氣閥40順序地從滅菌劑供應(yīng)部分20向容器12供應(yīng)滅菌劑和從沖洗氣體供應(yīng)部分30向容器12供應(yīng)沖洗氣體。為了使裝置獲得滅菌劑，在劑量室或者箱14中能夠執(zhí)行排放和沖洗或清洗步驟。
滅菌劑供應(yīng)部分20最好是采用過氧化氫、尤其是35％的過氧化氫作為滅菌劑。一個蒸汽發(fā)生器22以任何公知的方式產(chǎn)生過氧化氫蒸汽。過氧化氫蒸汽被立即送入一被加熱的、干燥的空氣流中。該過氧化物與空氣的混合物通過一個隔熱并加熱的混合室23，該混合室具有隔板以便獲得一種過氧化物在空氣中的均勻的或同質(zhì)的混合物。設(shè)置有未示出的傳感器以監(jiān)測溫度、空氣流速和過氧化物濃度。傳感器反饋給一個裝置控制器60，它能夠糾正溫度、空氣流速和過氧化物濃度的任何偏差，以確保該過氧化物蒸汽狀態(tài)被保持。該過氧化氫蒸汽通過滅菌劑供應(yīng)管道24流至排氣閥40。當(dāng)閥40未被致動以排氣時，它將飽含過氧化物的空氣通過滅菌劑回流管道26再循環(huán)回流至混合室23。
傳感器還被設(shè)置在劑量室14中以檢測其中的溫度和濕度。這些條件被控制器60監(jiān)測以便控制在處理期間的環(huán)境溫度和濕度。假如該室溫度超過165°F或者假如該室濕度超過75％，則控制器60就阻止滅菌循環(huán)的開始。排氣閥40能被打開以連續(xù)地排放環(huán)境空氣直到該室溫度和濕度穩(wěn)定。
沖洗氣體供應(yīng)部分30能夠供應(yīng)環(huán)境空氣或者純凈氣體比如氮氣。當(dāng)空氣被用來沖洗容器時，它可以被從最近的周圍環(huán)境32中吸入到裝置中。空氣通過空氣管道33，通過一個除濕器34并再通過一個HEPA空氣過濾器(高效微粒空氣過濾器)35?？諝獗凰惋L(fēng)機36吸入，它將空氣導(dǎo)引排放至加熱器37。加熱的空氣然后被供應(yīng)到排氣閥40。排放到劑量室的空氣，被用來或調(diào)節(jié)該室或沖洗容器，它被通過回流管道38從劑量室排放?；蛘咭蚩諝馔ㄟ^排氣閥40排放而產(chǎn)生輕微過壓，因送風(fēng)機36的動作而產(chǎn)生負壓或沿管道51產(chǎn)生真空，或者因閥52的手動操作而達到平衡使這些作用進行一些組合，其結(jié)果是，空氣進入管道38。被從劑量室進入管道38的沖洗空氣所攜帶的過氧化物經(jīng)過一個催化轉(zhuǎn)化器39的作用，被轉(zhuǎn)換成水蒸氣和氧氣。沒有過氧化物的空氣排放該催化轉(zhuǎn)化器，并且，假如它由閥52通過管道53被導(dǎo)入管道33則它能被再循環(huán)，或者它能通過管道51被排放裝置。作為選擇，設(shè)置所述閥52以便能以與管道51和53成不同的比例流出空氣。這樣，消過毒的、干燥的、加熱的空氣能被排放以便沖洗滅菌劑。
排氣閥40和排氣噴嘴50被詳細地示于圖2和圖3中。排氣閥40包括進氣口42a和42b，分別用于與滅菌劑管道24和沖洗空氣管道33連接。圖中未示出與滅菌劑回流管道26的連接件。每個進氣口被連接到一個各自的閥室43a、43b上，其中閥室中具有閥44a、44b。每個閥44a、44b被連接到一個閥桿45a、45b上，閥桿可由各自的螺線管48a、48b致動。正常狀態(tài)下，每個閥借助于彈簧47a、47b的偏壓作用而閉合抵靠在各自的閥座46a、46b上。當(dāng)一個特定的閥被提升而離開它的閥座時，其各自的閥室43a、43b能夠與排氣管道49a連通，該排氣管道具有一個排氣口49b。排氣噴嘴50被連接到排氣口49b上。每個螺線管48a、48b能被單獨地致動以將閥44a、44b提升離開閥座46a、46b以便選擇性地允許滅菌劑蒸汽從管道24或者允許沖洗空氣從通道33流經(jīng)閥門通道和排氣管道進入排氣噴嘴50。排氣閥40被加熱，以便在滅菌劑蒸汽到達容器表面之前，消除滅菌劑蒸汽冷卻和冷凝的潛在可能性。
操作時，要被消毒或滅菌的容器被定位于劑量室14中，噴嘴50被插入至該容器的口部。然后排氣閥40被致動以將一個劑量的滅菌劑蒸汽通過噴嘴50排入容器。在一個預(yù)定的等待時間之后，排氣閥40被再致動一次以通過噴嘴50供應(yīng)沖洗氣體，以清除殘留的滅菌劑。
本發(fā)明還能用于對容器的內(nèi)表面和外表面進行消毒或者滅菌，這是對產(chǎn)品進行無菌包裝所必需的。容器可以是由玻璃、紙板、塑料或者其合成物制成。本發(fā)明對一種吹塑的PET容器進行滅菌或消毒特別有用，容器具有一個瓶口或口部，其相對于容器的總?cè)莘e或者最大直徑而言是小的。其口部的直徑只是容器最大直徑一半的容器滿足此定義。假如該封閉容器的內(nèi)表面積與口部的橫截面積之比等于或大于7.5，則該容器也滿足此定義。此方法特別適用于低成本、非熱固性的PET容器。另外，此方法特別適用于對表面不一致的容器或包裝進行滅菌或消毒，比如波紋表面、壓花表面、手槍式握把手柄、中央隔板或者封閉的口袋。
在整個說明書和權(quán)利要求書中，本發(fā)明所用容器的尺寸是作為直徑給出的。然而，本發(fā)明也不局限于采用圓形橫截面的容器。當(dāng)然，本發(fā)明也可以采用具有任何形狀的容器。因而，在整個說明書和權(quán)利要求書中所用的術(shù)語“直徑”可以理解為非圓形容器的任何相應(yīng)尺寸。
對容器進行有效滅菌或消毒所需的參數(shù)因容器的尺寸和材料的不同而變化。比如，對一個用來存儲高酸產(chǎn)品的2升PET容器消毒，在過氧化氫蒸汽的濃度約為60mg/l，且溫度約為125°F，流速約為2cfm的條件下，將需要14-19秒的消毒時間，而一個0.30升的容器需要的消毒時間為4-5秒。另一方面，對一個用于存儲低酸產(chǎn)品的2升容器滅菌將需要24-33秒的滅菌時間，而一個0.30升的容器需要為5-7秒。這里，滅菌時間被定義為，從一個容器與所述噴嘴之間開始發(fā)生相向的相對運動開始，到當(dāng)該相對運動將容器定位在其口部接近于噴嘴尖端為止的時間，并包括滅菌劑劑量供給時間、保持時間和沖洗時間。
基于詳盡的試驗過程，可以采用數(shù)學(xué)模型來確定滅菌和消毒所需的參數(shù)。在每一試驗中，將細菌枯草桿菌球形變種的孢子或者啤酒糖酵母的子囊孢子施加到PET容器的表面，干燥一整夜，然后根據(jù)如圖1所示的裝置用過氧化氫蒸汽處理。用沖洗空氣清除過氧化物直到滅菌劑的量等于或低于FDA所規(guī)定的滅菌劑殘留濃度的極限值。存活的孢子被立即在大量體積的中和緩沖劑上再生并被放置在合適的恢復(fù)培養(yǎng)基上。
在試驗期間，收集了1360個數(shù)據(jù)點用以分析被過氧化物蒸汽殺死的酵母子囊孢子，收集了2320個數(shù)據(jù)點用以分析被過氧化物蒸汽殺死的枯草桿菌孢子，并收集了6834個數(shù)據(jù)點用以分析過氧化物的殘留。在試驗期間所收集的數(shù)據(jù)包括所述加熱器的溫度，在供給劑量和空氣沖洗期間所述排氣閥40的溫度，在供給劑量和沖洗期間所述噴嘴50的溫度，流出該噴嘴的空氣流的溫度，流出該噴嘴的過氧化物的溫度，所述室14的濕度，該室中過氧化物的濃度，在該室外部過氧化物的濃度，經(jīng)過排氣噴嘴50的壓力降，殘留過氧化物，以及相對于初始濃度的孢子的存活總數(shù)。數(shù)據(jù)被收集并被制成表格以便進行回歸分析。
進行回歸分析，以便建立在將被觀察到的枯草桿菌孢子(或啤酒糖酵母子囊孢子)的對數(shù)減少量作為過氧化物劑量的對數(shù)減少量的一個函數(shù)與將空氣流參數(shù)和過氧化物殘留的消除作為過氧化物劑量和空氣流參數(shù)的一個函數(shù)之間的關(guān)系。此回歸分析顯示出，在測試參數(shù)的范圍內(nèi)，微生物的殺滅是一個對數(shù)線性函數(shù)，而且過氧化物殘留的消除是一個線性函數(shù)。
所確立的關(guān)系如下(1)枯草桿菌孢子的對數(shù)減少量(X)X＝(0.138×a/b)+(0.066×T1)-(0.00083×c/b)+(0.021×T2)+(0.008347×d)-11.357，(2)啤酒糖酵母子囊孢子的對數(shù)減少量(Y)Y＝(0.063×a/b)+(0.023×T1)-(0.00036×c/b)+(0.052×T2)+(0.009×d)+3.611，(3)過氧化氫的殘留量(24小時后)(mg/l)(Z)Z＝(0.030×a/b)-(0.043×T1)-(0.040×c/b)-(0.075×T2)+15.747，其中，a是每個劑量的過氧化氫的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是沖洗空氣的體積(l)，d是所述室14內(nèi)的相對濕度(％RH)，T1是過氧化氫蒸汽的溫度(°F)，以及；T2是沖洗空氣的溫度(°F)。
圖4是一個曲線圖，示出不同的過氧化氫劑量的影響以及表面附著的細菌孢子和酵母子囊孢子的計算消除量。
圖5是一個曲線圖，示出殘留的過氧化氫與空氣沖洗時間之間的關(guān)系。過氧化氫的劑量和過氧化氫蒸汽的溫度以及沖洗溫度被改變。沖洗空氣的流速是14.5cfm(6.85l/s)?；谏鲜鰯?shù)學(xué)關(guān)系，可以得到適用于任何參數(shù)范圍的解決方案。就是說，對于一個具有已知容積或者表面積的瓶子，為了獲得所需的用于滅菌的6log的枯草桿菌減少量或者用于消毒的5log的子囊孢子減少量，就能確定過氧化氫的劑量，沖洗空氣的體積，以及過氧化物和沖洗空氣的相對濕度和溫度。
已經(jīng)進一步發(fā)現(xiàn)，容器的外表面積的滅菌是緊要的以確保容器在處理之后被保持在無菌狀態(tài)，其中容器的外表面積包括容器的瓶口(口部)和肩部。為此，在噴嘴50被插入容器之前，最好是使滅菌劑開始通過噴嘴50排放，以便幾乎在容器內(nèi)部被開始滅菌的同時，允許容器外部的上部沐浴在滅菌劑中。
另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在噴嘴50已經(jīng)插入容器之后，噴嘴的插入程度影響到過程的執(zhí)行。滅菌過程的最佳化取決于劑量噴嘴的位置控制。對于PET和塑料容器，當(dāng)噴嘴的尖端插入容器口部的深度達到容器高度的1/6至5/6時，供應(yīng)滅菌劑劑量，這是特別有效的。容器高度被定義為，在容器口部的頂端與所灌注產(chǎn)品和容器底部的最低接觸點之間的最大容積高度。與相對于容器高度的其它位置相比較，在此范圍內(nèi)，過氧化氫的供應(yīng)和殘留過氧化物的清除被發(fā)現(xiàn)是最佳的。對于具有肩部的容器，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將噴嘴50插入容器口部剛好低于容器的肩部，是最有效的。而且緊要的是，噴嘴的尖端與那些與過氧化物流經(jīng)噴嘴的主方向垂直的容器表面相距至少15毫米。假如該噴嘴再接近些，則汽化的滅菌劑能被直接釋放到容器上并且?guī)砭哂袣埩暨^氧化物的問題。
噴嘴50的大小也是本發(fā)明的一個重要特征。一個直徑不大于容器口部直徑一半的排氣噴嘴50能夠最佳地促進滅菌劑的供應(yīng)和殘留滅菌劑的消除。比如，對于一個具有28mm直徑口部的容器，噴嘴直徑應(yīng)當(dāng)不大于14mm。這樣設(shè)計的噴嘴使得從滅菌裝置向容器以及從容器向大氣的氣體交換最大化。
為了允許滅菌劑具有足夠的時間作用在致污物上，但防止滅菌劑被容器材料吸收，要對供應(yīng)滅菌劑與清洗之間的時間進行控制。對于一個2升非熱固性的瓶口為28mm的PET容器，完全的滅菌循環(huán)周期是30秒。對于較小的容器或者具有較大直徑瓶口的容器，能夠在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生效力。此外，為了防止對PET造成損壞，滅菌劑蒸汽的溫度和清洗用空氣的溫度應(yīng)當(dāng)不高于160°F，它低于非熱固性PET的163°F的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
本發(fā)明的滅菌/消毒裝置10被最有效地和高效率地應(yīng)用于一種用以大批量對容器進行滅菌或消毒的設(shè)備100。在圖6和7中更加詳細地示出了該設(shè)備100。為了最高效地輸送容器和對容器進行滅菌或消毒，該設(shè)備最好是具有一種圓盤傳送帶式的結(jié)構(gòu)。具有此布置，在過程的各個步驟中，要滅菌或消毒的容器被不斷地移動，以在一個給定的時間周期內(nèi)使能被處理的容器數(shù)量達到最大。
基于上述三個數(shù)學(xué)關(guān)系式，能夠確定對容器滅菌或消毒并隨后清除殘留過氧化物所需的時間，并能夠確定圓盤傳送帶式結(jié)構(gòu)所需的大小。比如，假設(shè)需要的處理速度是每分鐘625個10至20盎司的瓶子(bpm)，550個1升bpm或者300個2升bpm，則該滅菌/消毒設(shè)備的直徑范圍是8.5-25.7英尺?；诿總€單位時間能被處理的容器是大量的，則用于容置這樣一個設(shè)備所需的面積就相對的小。如果需要，劑量的供給能夠在一個圓盤傳送帶上進行，殘留物的清除能夠在一個第二圓盤傳送帶上進行，使兩個圓盤傳送帶設(shè)置在一起所占據(jù)的地面空間僅僅比一個完成兩項任務(wù)的單一圓盤傳送帶的空間稍微大些。
在設(shè)備100中，上述滅菌劑供應(yīng)部分20，沖洗氣體供應(yīng)部分30和控制器60能被組裝在一個整體箱體102中。該箱體102包括流體連接件24，33和電源接頭109，以連接一個圓盤傳送帶106。圓盤傳送帶106包括一個基座108，以及一個導(dǎo)引部分120、驅(qū)動部分130和一個氣體輸出部分140。導(dǎo)引部分120、驅(qū)動部分130和氣體輸出部分140全部被容置在一個劑量室或外殼114(或者一個分級絕對無塵室100)中以將滅菌劑蒸汽包含在設(shè)備中并將通過空氣傳播的微生物致污物排除在外。
因為在一個優(yōu)選實施例中，滅菌劑蒸汽被供應(yīng)到容器12的外部以及它們的內(nèi)部，設(shè)備100被設(shè)計成使容器12與對應(yīng)的排氣噴嘴50產(chǎn)生相對運動。在此優(yōu)選實施例中，排氣噴嘴50在垂直方向上不移動，但是容器12被相對于噴嘴升高和降低。作為選擇，噴嘴組件能被適合于被降低到容器內(nèi)，在滅菌周期內(nèi)不改變它們的旋轉(zhuǎn)平面。而且，瓶子能被升高到一個中間位置，而該噴嘴組件同時被向該中間位置降低。為了實現(xiàn)本實施例，其中噴嘴是固定的，容器12被定位在平臺121上，每個平臺的下端被連接到一根提升桿122上。每個提升桿122包括一個隨動輥123，該隨動輥123隨動于一個提升凸輪124。提升凸輪124具有這樣一個形狀，使得每根提升桿122從一個進給區(qū)域(in-feed zone)向上上升到一個滅菌和沖洗區(qū)域然后降低到一個送出區(qū)域(out-feed zone)。每根提升桿122通過一個軸套126被連接到一個驅(qū)動輪125上。提升桿122可以相對于軸套126在垂直方向上自由地移動。當(dāng)驅(qū)動輪125旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)桿125在一個旋轉(zhuǎn)方向上隨動以導(dǎo)致隨動輥123支靠在提升凸輪124上而動。
提升桿122可以被未示出的彈簧偏置到一個被正常提升的位置或者一個被正常降低的位置。作為選擇，提升桿122可以由重力被偏置以被正常降低。在任何布置中，當(dāng)容器12繞著設(shè)備旋轉(zhuǎn)時，擱置在平臺121上的容器12隨著提升凸輪124的軌跡上升和下降。
驅(qū)動輪125被連接到一個可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動架127上，該轉(zhuǎn)動架被連接到基座108上。導(dǎo)向器128和129也被連接到轉(zhuǎn)動架127上并且具有對容器在圓周運動和垂直運動中進行導(dǎo)向和穩(wěn)定的表面。轉(zhuǎn)動架127被驅(qū)動系統(tǒng)130驅(qū)動。一臺電動機132通過變速器131傳遞原動力，變速器131與設(shè)置在轉(zhuǎn)動架周邊上的一個齒輪133嚙合。電動機132能被設(shè)置在箱體102中的控制器60控制。
氣體輸出部分140包括一個氣體分配歧管141，該分配歧管被連接到轉(zhuǎn)動架127的頂部并繞該轉(zhuǎn)動架旋轉(zhuǎn)。滅菌劑供應(yīng)管道24和沖洗氣體供應(yīng)管道33通過歧管供應(yīng)管道142被連接到氣體分配歧管141上，歧管供應(yīng)管道142被設(shè)置在轉(zhuǎn)動架127的中空內(nèi)部。歧管供應(yīng)管道142最好是固定的，但是通過與弓形狹槽連通的排氣口而與氣體分配歧管141連通，比如，象美國專利US2824344中所示和所述的那樣。多根排放管道143被連接到歧管本體142上以便向閥40供應(yīng)滅菌劑蒸汽或沖洗氣體。所述排放管道143的數(shù)量與設(shè)備中設(shè)置的閥40的數(shù)量一致。閥40能夠被未示出的凸輪的動作機械地控制或者被控制器60控制，其借助于通過電源接頭104傳送的信號控制。
在操作過程中，通過被輸送到進給轉(zhuǎn)盤101上，容器12進入設(shè)備100，在處理之后，通過送出轉(zhuǎn)盤103退出設(shè)備。容器12首先從進給轉(zhuǎn)盤101被送進到一個平臺121上，轉(zhuǎn)動架127連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。在進給之后的第一階段，由于凸輪和隨動輥的斜面的作用，容器朝向排氣噴嘴50之一升高。導(dǎo)向器128和129具有用于每個容器的導(dǎo)軌面，以使容器與對應(yīng)的排氣噴嘴對準(zhǔn)。在此優(yōu)選實施例中，在噴嘴進入容器的口部之前，每個噴嘴50噴出滅菌劑，以便在容器的上端外部的周圍噴灑滅菌劑。
該容器然后被進一步升高以便噴嘴50進入口部并被定位于該容器內(nèi)部。優(yōu)選地，在它的最深處，噴嘴50的端部與容器底面的距離不近于15mm，并且與底面的距離不近于容器高度的1/6。滅菌劑被通過噴嘴連續(xù)地噴出，容器進入一個保持階段或區(qū)域。
在經(jīng)過一段預(yù)定的保持時間之后，其中該時間開始于滅菌劑噴出的停止之時，容器進入沖洗區(qū)域，閥40開啟以將沖洗氣體排入容器。在該沖洗過程結(jié)束后，容器12被降低并進入送出轉(zhuǎn)盤103以被送出設(shè)備。
本發(fā)明已經(jīng)被描述，這是目前被認為是優(yōu)選的實施例，應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明并不局限于這些實施例。相反，本發(fā)明在權(quán)利要求書所限定的精神和范圍內(nèi)，可以覆蓋各種變型和等同的結(jié)構(gòu)。下面的權(quán)利要求書所限定的范圍與最寬的闡述一致，以便包含所有這樣的變型和等同結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.對容器滅菌和/或消毒的方法，所述方法以下步驟生成一滅菌劑蒸汽；將一噴嘴穿過一口部定位在所述容器中，并且定位于一與所述容器的任何內(nèi)表面不近于15mm的位置，所述內(nèi)表面垂直于來自所述噴嘴的滅菌劑蒸汽流的主方向；將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器；以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟之后，所述噴嘴被定位成與所述容器的底部不近于15mm。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一低于容器口部的肩部，在所述定位步驟中，所述噴嘴被定位成剛好低于所述肩部。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟之后，所述噴嘴被插入所述容器高度的1/6至5/6。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括加熱所述噴嘴的步驟。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗步驟包括迫使加熱氣體通過所述噴嘴流入容器。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴嘴的直徑不大于所述容器口部直徑的一半。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排放步驟中所用的滅菌劑蒸汽以及在所述清洗步驟中所用的氣體的溫度不高于160°F。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排放步驟之后所述清洗步驟作用不超過30秒。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述噴嘴定位在所述容器口部之上以及將滅菌劑蒸汽排放到所述容器外部的步驟。
13.對容器滅菌和/或消毒的方法，所述容器具有一個有一預(yù)定直徑的口部，所述容器的內(nèi)表面積與所述口部的橫截面積之比至少為7.5，所述方法包括以下步驟生成一滅菌劑蒸汽；將一噴嘴穿過所述口部定位在所述容器中，所述噴嘴的直徑不大于所述容器的口部的預(yù)定直徑的一半；將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器；以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑。
14.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
15.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括加熱所述噴嘴的步驟。
16.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
17.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述清洗步驟包括迫使加熱氣體通過所述噴嘴流入所述容器。
18.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟之后，所述噴嘴被設(shè)置成與所述容器的任何內(nèi)表面不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于來自于所述噴嘴的流動方向。
19.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟之后，所述噴嘴被插入容器高度的1/6至5/6。
20.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述排放步驟中所用的滅菌劑蒸汽以及在所述清洗步驟中所用的氣體的溫度不高于160°F。
21.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述排放步驟之后所述清洗步驟作用不超過30秒。
22.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括將所述噴嘴定位在所述容器口部之上以及將滅菌劑蒸汽排放到所述容器外部的步驟。
23.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述容器口部的預(yù)定直徑不大于容器最大直徑的一半。
24.對PET容器進行滅菌和/或消毒的方法，包括以下步驟生成一溫度不高于160°F的滅菌劑蒸汽；將一噴嘴穿過一口部定位在所述容器中；將所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器；以及用一溫度不高于160°F的加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑，其中從所述排放步驟開始，所述清洗步驟的完成不超過30秒。
25.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
26.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括加熱所述噴嘴的步驟。
27.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
28.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在所述清洗步驟中，所述加熱氣體通過所述噴嘴噴入所述容器。
29.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟，所述噴嘴被設(shè)置成與所述容器的任何內(nèi)表面不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于來自所述噴嘴的流動方向。
30.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在所述定位步驟之后，所述噴嘴被插入所述容器高度的1/6至5/6。
31.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述容器的口部具有一預(yù)定直徑，所述容器的內(nèi)表面積與所述口部的橫截面積之比至少是7.5，所述噴嘴的直徑不大于所述容器的口部的預(yù)定直徑的一半。
32.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括將所述噴嘴定位在所述容器口部之上以及將滅菌劑蒸汽排放到所述容器外部的步驟。
33.用于對容器進行滅菌和/或消毒的裝置，所述裝置包括一滅菌劑蒸汽發(fā)生器；一與所述發(fā)生器連通的噴嘴；一定位機構(gòu)，其用于將所述噴嘴穿過一口部定位在所述容器中，并且與所述容器的任何內(nèi)表面不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于來自于所述噴嘴的滅菌劑蒸汽流出的方向；以及一控制器，其用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器以及清除所述容器上的所排放的滅菌劑。
34.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴定位成與所述容器底部的距離不近于15mm。
35.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述容器包括一個低于容器口部的肩部，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴定位成剛好低于所述肩部。
36.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴插入所述容器高度的1/6至5/6。
37.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
38.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，還包括一個加熱器，用于加熱所述噴嘴。
39.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
40.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，在清洗中，所述控制器對迫使加熱氣體通過所述噴嘴流入所述容器進行控制。
41.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述容器的口部具有一預(yù)定直徑，所述容器的內(nèi)表面積與所述口部的橫截面積之比至少是7.5，所述噴嘴的直徑不大于所述容器的口部直徑的一半。
42.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述控制器控制滅菌劑蒸汽和清洗氣體的溫度不高于160°F。
43.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述控制器控制進行清洗的時間從排放滅菌劑開始不超過30秒。
44.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述控制器還控制將所述噴嘴定位在所述容器口部之上并將滅菌劑蒸汽排放到所述容器的外部。
45.用于對容器進行滅菌和/或消毒的裝置，所述容器具有一個預(yù)定直徑的口部，所述容器的內(nèi)表面積與所述口部的橫截面積之比至少是7.5，所述裝置包括一滅菌劑蒸汽發(fā)生器；一與所述發(fā)生器連通的噴嘴，所述噴嘴的直徑不大于所述容器口部的預(yù)定直徑的一半；一定位機構(gòu)，其用于將所述噴嘴定位在所述容器的口部中；以及一控制器，其用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器以及清洗所述排放滅菌劑的容器。
46.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
47.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，還包括一加熱器，用于加熱所述噴嘴。
48.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
49.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，在清洗中，所述控制器對迫使加熱氣體通過所述噴嘴流入所述容器進行控制。
50.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴定位成與所述容器任何內(nèi)表面的距離不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于來自于噴嘴的流動方向。
51.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴插入所述容器高度的1/6至5/6。
52.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述控制器控制滅菌劑蒸汽和清洗氣體的溫度使之不高于160°F。
53.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述控制器控制進行清洗的時間從排放滅菌劑開始不超過30秒。
54.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述控制器還控制將所述噴嘴定位在所述容器口部之上并將滅菌劑蒸汽排放到所述容器的外部。
55.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述容器口部的預(yù)定直徑不大于所述容器最大直徑的一半。
56.用于對PET容器進行滅菌和/或消毒的裝置，所述裝置包括一滅菌劑蒸汽發(fā)生器，滅菌劑蒸汽的溫度不高于160°F；一與所述發(fā)生器連通的噴嘴；一定位機構(gòu)，其用于將所述噴嘴穿過一口部定位在所述容器中；以及一控制器，其用于控制所產(chǎn)生的滅菌劑蒸汽通過所述噴嘴排放并流入所述容器、以及用一溫度不高于160°F的加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑，其中，所述控制器控制從滅菌劑排放開始要在不超過30秒內(nèi)完成的清洗。
57.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述滅菌劑包括過氧化氫。
58.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，還包括一個加熱器，用于加熱所述噴嘴。
59.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述容器至少部分由PET形成。
60.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，在清洗中，所述控制器對迫使加熱氣體通過所述噴嘴流入所述容器進行控制。
61.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴定位成與所述容器任何內(nèi)表面的距離不近于15mm，所述內(nèi)表面垂直于來自所述噴嘴的滅菌劑蒸汽流的一主方向。
62.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述定位機構(gòu)將所述噴嘴插入所述容器高度的1/6至5/6。
63.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述容器的口部具有一預(yù)定直徑，所述容器的內(nèi)表面積與所述口部的橫截面積之比至少是7.5，所述噴嘴的直徑不大于所述容器口部直徑的一半。
64.按照權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述控制器還控制將所述噴嘴定位在所述容器口部之上并將滅菌劑蒸汽排放到所述容器的外部。
65.對容器進行滅菌和/或消毒的方法，所述方法包括以下步驟生成一過氧化氫滅菌劑蒸汽；排放所生成的滅菌劑蒸汽進入所述容器；以及用一加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑，所述容器中桿菌孢子減少一預(yù)定量X(log)滿足下面的等式X＝(0.138×a/b)+(0.066×T1)-(0.00083×c/b)+(0.021×T2)+(0.008347×d)-11.357，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，d是環(huán)境相對濕度(％RH)，T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，T2是清洗氣體的溫度(°F)。
66.按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述孢子是枯草桿菌球形變種。
67.按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述容器中所述孢子的預(yù)定減少量(X)至少等于6log。
68.按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，在所述清洗步驟中殘留滅菌劑被減少到一個所需值(Z)(mg/l)，其滿足下面的等式Z＝(0.030×a/b)-(0.043×T1)-(0.040×c/b)-(0.075×T2)+15.747。
69.按照權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括35％的過氧化氫。
70.對容器進行滅菌和/或消毒的方法，所述方法包括以下步驟生成一過氧化氫滅菌劑蒸汽；排放所生成的滅菌劑蒸汽進入所述容器；以及用加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑，其中所述容器中的酵母囊孢子減少一預(yù)定量Y(log)滿足下面的等式Y(jié)＝(0.063×a/b)+(0.023×T1)-(0.00036×c/b)+(0.052×T2)+(0.009×d)-3.611，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，d是環(huán)境相對濕度(％RH)，T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，以及T2是清洗氣體的溫度(°F)。
71.按照權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述子囊孢子是酵母啤酒糖酵母。
72.按照權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述容器中所述子囊孢子的預(yù)定減少量(Y)至少等于5log。
73.按照權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，在所述清洗步驟中殘留滅菌劑被減少到一所需值(Z)(mg/l)，其滿足下面的等式Z＝(0.030×a/b)-(0.043×T1)-(0.040×c/b)-(0.075×T2)+15.74。
74.按照權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括35％的過氧化氫。
75.對容器進行滅菌和/或消毒的方法，所述方法包括以下步驟生成過氧化氫滅菌劑蒸汽；排放所生成的滅菌劑蒸汽進入所述容器；以及用一加熱氣體清除所述容器上的所排放的滅菌劑，其中，所述容器中的滅菌劑減少到一預(yù)定量Z(mg/l)滿足下面的等式Z＝(0.030×a/b)-(0.043×T1)-(0.040×c/b)-(0.075×T2)+15.747，其中，a是被排放的滅菌劑蒸汽的質(zhì)量(mg)，b是容器容積(l)，c是清洗氣體的體積(l)，T1是被排放滅菌劑蒸汽的溫度(°F)，以及T2是清洗氣體的溫度(°F)。
76.按照權(quán)利要求75所述的方法，其特征在于，所述滅菌劑包括35％的過氧化氫。
77.按照權(quán)利要求75所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定量是在所述清洗步驟之后經(jīng)過24小時為0.5mg/l。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用滅菌劑蒸汽比如過氧化氫對容器滅菌和/或消毒的方法。滅菌劑蒸汽通過位于容器(12)口部內(nèi)的一個噴嘴(50)排放，然后用一種加熱氣體比如無菌空氣來清除容器中的殘留滅菌劑。噴嘴(50)最好是與容器(12)的底面或者任何內(nèi)表面的距離不少于15mm且被插入容器(12)高度的1/6至5/6。噴嘴(50)的直徑不大于容器(12)的口部直徑的一半。當(dāng)所用容器是由非熱固性PET制成時，滅菌劑蒸汽和清洗用空氣的溫度最好不高于160°F。
文檔編號B65B55/04GK1589158SQ02822933
公開日2005年3月2日 申請日期2002年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月5日
發(fā)明者理查德·T·史密斯, 帕克·C·雷斯特, 斯蒂芬·格拉恩 申請人:百事可樂公司