專利名稱：用液體產(chǎn)品對包裝進行無菌灌裝用的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用液體產(chǎn)品向中空包裝中的無菌灌裝，特別是，涉及飲料向PET瓶中的無菌灌裝。
背景技術(shù)：
目前，人們越來越傾向于對于微生物腐壞高度敏感的產(chǎn)品。這些生物敏感的產(chǎn)品包括即飲飲料，例如，茶、咖啡及內(nèi)含果蔬汁(“保健概念”)的飲料。即使是水，也可以是生物敏感的，特別是，如果當水是不起泡的(即，未充二氧化碳氣的)或者具有高含量的鈣/鎂鹽時，這些鈣/鎂鹽常常被認為是有利于健康的。
對于對生物高度敏感的產(chǎn)品的填充過程，在閉合的包裝內(nèi)必須實質(zhì)上避免所有微生物的污染的痕跡。對于瓶和罐，這通常借助3個基本方法來達到熱罐裝法，灌裝后加熱殺菌法和無菌灌裝法。在加熱罐裝法的情況下，在灌裝之前將產(chǎn)品加熱，用熱的產(chǎn)品灌裝包裝，使得產(chǎn)品的溫度上升到足以確保包裝和產(chǎn)品的無菌狀態(tài)，一直到包裝被最后封裝為止。在灌裝后加熱殺菌法的情況下，將灌裝好并密封的包裝加熱足夠的時間，以便將其內(nèi)裝物殺菌，這種殺菌通常在一個隧道式巴氏滅菌器中進行。在無菌灌裝法的情況下，將產(chǎn)品、包裝和灌裝設(shè)備分別單獨殺菌，在環(huán)境溫度和保持無菌的環(huán)境下進行灌裝。
無菌灌裝不要求提高溫度，因此，對于產(chǎn)品本身以及對熱敏感的包裝而言是更穩(wěn)定的。將某些產(chǎn)品經(jīng)受熱罐裝法和灌裝后加熱殺菌法所需的時間期間的高溫度會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性，并引起味道變差(常常表現(xiàn)出一種“煮過的”、“燒焦的”，或者“不新鮮的”味道，通常比較微弱，但是可以察覺的)。此外，由于材料的固有的溫度敏感性，某些塑料包裝對熱罐裝法和灌裝后加熱殺菌法設(shè)置了嚴格的限制。
盡管無菌灌裝法的上述很多優(yōu)點應(yīng)用于金屬罐和玻璃瓶，但它們特別用于PET瓶，因為它們是高度熱敏感的。例如，適合于熱處理的PET瓶不僅昂貴，而且不能接受某些產(chǎn)品(例如，茶、咖啡)所需的高的滅菌溫度。但是，PET瓶是一種方便而且具有吸引力的包裝，并且可以推進生物敏感的產(chǎn)品的銷適性。因此，低成本和更穩(wěn)定的無菌灌裝法可以成為這種產(chǎn)品的重要的營銷手段。
更詳細地說，無菌灌裝牽涉到在環(huán)境溫度的灌裝，同時確保最后包裝好的產(chǎn)品的微生物含量足夠低，以便保證無菌的包裝產(chǎn)品。用于飲料包裝(罐或瓶)的無菌灌裝的現(xiàn)行的方法，牽涉到保持一個無菌的灌裝空間。無菌灌裝空間通過保持圍繞灌裝機和封口機的整個環(huán)境在無菌的空氣覆蓋層(“無菌室灌裝”)之下達到，或者，通過圍繞關(guān)鍵的機器部分和與之相關(guān)的輔助設(shè)備及傳送裝置保持一個無菌空氣覆蓋層來達到。原則上，這意味著或者圍繞整個機器保持無菌環(huán)境，或者，將機器的一些部分保持在無菌的環(huán)境，在機器的這些部分，產(chǎn)品或者未密封的包裝，向該環(huán)境敞開。
保持一個無菌的灌裝空間或者一個無菌室，要求特殊的設(shè)備和操作者的特殊訓(xùn)練(遠遠超過工業(yè)中的普通標準)，并牽涉到產(chǎn)品風險，因為灌裝環(huán)境的無菌性的喪失既不是很快的，也不是很容易檢測到。此外，很難保持不與產(chǎn)品接觸的部分的無菌性，特別是，運動部分的外部，例如，軸、馬達等。由于設(shè)備和特殊的灌裝生產(chǎn)線的高成本，并且由于增加運送距離(因為這種特殊的灌裝生產(chǎn)線必然很少)，保持無菌空間導(dǎo)致很高的成本?，F(xiàn)有的滅菌方法，不允許周期性地轉(zhuǎn)換到在傳統(tǒng)的、非無菌灌裝生產(chǎn)線的無菌灌裝，從而，通過確保更好的生產(chǎn)線的利用和小的運送距離，在某些情況下，這可以是有利的。
作過一些努力，改變包裝本身，以便更加容易地進行無菌灌裝。在制藥工業(yè)中，薄膜或者“隔膜”的應(yīng)用是很普遍的，并將這種薄膜用于避免在灌裝過程中包裝內(nèi)部的微生物污染。
例如，Shaw(U.S.Patent Numbers 3,245,200；3,382,642；3,299,603和3,637,102)以及Py(U.S.Published Patent Patent Number2002/0023409 A1)將一個薄膜放置在容器口上，并用一個環(huán)形套圈將其壓住，保持薄膜的頂表面顯露在外。然后借助外部的非侵入性的手段(例如，γ射線)將薄膜/容器組合滅菌，并用雙中空針穿孔用于灌裝。然后Shaw蓋上套圈以便封閉其頂部環(huán)帶，在蓋與穿孔的薄膜之間留下一個間隙。Py通過利用激光將所穿的孔熔融，把薄膜重新密封。通過利用針經(jīng)過薄膜抽取包裝的內(nèi)裝物將其騰空，這適合于醫(yī)生作手術(shù)，但是不適合于普通的消費者，普通消費者需要簡單易于使用的蓋。Shaw和Py所使用的灌裝方法，用于他們的專門用途，并且只適用于灌裝針，不適合用于像飲料瓶和罐這樣的消費用包裝的高速設(shè)備所需要的灌裝裝置。同時，利用γ射線進行滅菌在飲料工廠是很困難的，并且從某些消費者認知的觀點出發(fā)，這也是一種很可疑的作法。
薄膜系統(tǒng)也已被用于柔性容器(例如袋)的無菌灌裝。一個例子是Kruger(U.S Patent Number 5,382,406)，他將注意力集中在醫(yī)藥用的小的袋子的灌裝。進一步的例子是Davi/Rica(U.S.Patent Numbers4,445,550和4,494,363)，Anderson(U.S.Patent Numbers 4,805,378和4,942,716和European Patent Numbers 0 072 699；0 236 107和0 271242)以及Llliger(U.S.Patent Number 4,916,885)他們致力于散裝袋的灌裝。在這一組應(yīng)用中，將一個含有薄膜的噴口熱封在袋子的開口上，然后借助外部的非侵入性的手段(例如，γ射線)將薄膜/容器組合滅菌。一個含有灌裝管的灌裝頭，將噴口的出口端封閉，利用無菌蒸氣將薄膜和灌裝頭之間的微小的空間滅菌，然后，灌裝管刺穿薄膜對袋進行灌裝(在灌裝過程中，無需排氣設(shè)備，因為這是一個扁平袋)。
在灌裝之后，Kruger在緊靠噴口的下方將袋的兩側(cè)壓在一起，以便形成一個熱封的接縫。Davis/Rica利用一個蓋子將噴口的頂部熱封，該蓋子儲存在灌裝頭內(nèi)并被滅過菌。Aderson和Llliger通過在噴口的底部上包含一個被壓在噴口上的折葉片，利用一個熱封機經(jīng)過袋壁將噴口的底部熱封。原則上，所有這些都將注意力集中在同一個結(jié)果上一是將噴口頂部熱封，另一個是將噴口底部熱封，從而薄膜在灌裝操作過程中不起著密封(或者重新密封)的作用，而是只簡單地提供一個將包裝預(yù)先非侵入性地預(yù)先滅菌的手段。
然而，這種袋灌裝方法不能應(yīng)用于剛性的容器中，此外，它們也不適合于用于消費品包裝(例如飲料瓶和罐)的高速設(shè)備所需要的灌裝裝置。由所有所述的方法所形成的密封，實際是被密封的袋的一部分，只適合于特殊的用途，不適合于一個容易打開的消費品包裝。如前面已經(jīng)指出的，利用射線殺菌在一個飲料工場內(nèi)將是很困難的，并且，根據(jù)某些消費者的認知，也是成問題的。
本發(fā)明的目的是，作為一個方法的一個完整的部分將薄膜應(yīng)用于包裝上，該方法可以用于剛性(例如，瓶子、罐)或者柔性的包裝，并且只需進行很少的修改，就可以應(yīng)用于現(xiàn)有的高速包裝灌裝技術(shù)，能夠進行無菌灌裝。本發(fā)明的另一個目的是能夠采用在成本方面或者在使用者易于使用方面不是非常困難的封裝。本發(fā)明的另一個目的是避免諸如γ射線等滅菌方法，這些滅菌方法不適合于飲料灌裝環(huán)境，并且具有負面的消費者的認知。
發(fā)明的內(nèi)容從而，本發(fā)明涉及一種適合易于進行無菌灌裝的方法的包裝，以及用于無菌灌裝的方法和系統(tǒng)，避免了專門的機器和現(xiàn)有的無菌灌裝系統(tǒng)對無菌空氣空間的要求。本發(fā)明能夠比較簡單地使傳統(tǒng)的非無菌灌裝設(shè)備適合于無菌灌裝。由于避免了在無菌空氣覆蓋層下的灌裝的需要，所以，根據(jù)本發(fā)明的無菌灌裝與通常的無菌灌裝操作相比，可以由相對而言不很專業(yè)的操作人來進行。這具有降低設(shè)備和灌裝成本以及更高的產(chǎn)品安全性的總的優(yōu)點。還有一個可以使用非專用灌裝生產(chǎn)線的優(yōu)點，通過改變部件，以部分時間為基礎(chǔ)，所述生產(chǎn)線既可以進行非無菌灌裝，也可以進行無菌灌裝。這提供了降低輸送距離的可能性(因為它牽涉到非集中的灌裝和更分散的灌裝)，并增加生產(chǎn)線的利用率(因為更大的生產(chǎn)線的適應(yīng)性)。
本發(fā)明可以用于灌裝所有的具有開口的中空包裝，所述包裝包括罐和玻璃瓶，但是，對于PET瓶的灌裝特別有利，因為這種瓶提出了嚴格的溫度限制。本發(fā)明的另一個主要優(yōu)點在于高度熱敏感產(chǎn)品的包裝，所述產(chǎn)品也是高度生物敏感的，因為，本發(fā)明對于微生物污染提供了更大的安全性。
本發(fā)明也涉及到柔性薄膜的使用，所述薄膜是以能夠完全覆蓋包裝口的方式形成的?？梢赃@樣形成該薄膜，使得它可以打開，并允許諸如機器部件等固體物穿過該開口并通過該開口突出，但是，此外，當固體物被移走時，可以將其重新閉合。在薄膜的一個優(yōu)選實施例中，允許固體物通過它的可能性，通過一個花瓣狀的部分來達到，當固體物被移走時，所述花瓣狀部分，相互緊密地配合一起，并且反彈回來，相互重新密封。
可以在將瓶子殺菌之前，將薄膜安裝到包裝口上。然后，在整個殺菌、灌裝和加蓋階段，該薄膜可以保持在其位置上，最后可以將蓋放置在該薄膜的頂部。從而，薄膜可以變成蓋內(nèi)的插件，并被固定到該蓋上。該薄膜可以代替蓋的通常的密封混合物，當消費者打開包裝時，可以和蓋一起將其去掉。
由于優(yōu)選在將薄膜安裝到包裝的嘴上之后進行殺菌，所以薄膜可以在其內(nèi)部俘獲殺菌介質(zhì)的蒸氣，從而，即使通過普通(即，未消毒的)灌裝室的空間輸送該包裝，也可以保持包裝內(nèi)部的無菌狀態(tài)。在灌裝機處，來自于灌裝機用料桶的消毒空氣氣流(或者惰性氣體)可以取代所述殺菌介質(zhì)。在離開包裝時，被取代的殺菌介質(zhì)可以越過灌裝閥的包括產(chǎn)品的部分，從而在灌裝開始之前，將它們殺菌。在灌裝之后，薄膜可以在包裝內(nèi)保持一個消毒空氣(或者惰性氣體)的頂部空間，同時，可以將包裝通過一個未消毒的空間輸送到封口機。
總起來說，即使將包裝在一個未消毒的空間內(nèi)輸送，薄膜也可以允許包裝俘獲并保持一種無菌的內(nèi)裝物。由于在灌裝之前，空的包裝可能攜帶殺菌介質(zhì)，這不僅將其保持無菌狀態(tài)，而且還提供一種將灌裝閥接觸的部分殺菌的手段。在包裝可以連同產(chǎn)品和一個消毒的頂部空間離開的灌裝機的后面，盡管將包裝通過一個未消毒的空間輸送到封口機，也可以被俘獲該消毒的頂部空間，并被薄膜所保持。
包裝俘獲并在其內(nèi)部保持殺菌狀態(tài)的能力避免了傳統(tǒng)上在圍繞機器的整個部分保持滅菌空氣環(huán)境的需要，并且從設(shè)備和過程控制的觀點兩個方面簡化了工藝過程。這是因為像傳統(tǒng)的系統(tǒng)中所要求的那樣，在整個機器部分保持一個無菌的空氣向環(huán)境，導(dǎo)致高的成本并需要專門的操作者的技巧。通過避免傳統(tǒng)無菌灌裝系統(tǒng)所要求的復(fù)雜性，成本和操作者的訓(xùn)練，上面所描述的方法和原理實現(xiàn)了發(fā)明的目的，因為無需再圍繞整個機器保持一個無菌空氣覆蓋層，由于每一個瓶子在通過所有的灌裝階段的過程中，可以帶有一個內(nèi)部無菌狀態(tài)。進而，由于只牽涉到傳統(tǒng)灌裝設(shè)備的相對比較簡單的修改，所以，該方法能夠以部分時間為基礎(chǔ)地應(yīng)用在生產(chǎn)線上，該生產(chǎn)線也用來進行非無菌灌裝，從而，潛在地可以縮短輸送距離并提高生產(chǎn)線的利用率。
在一個方面，本發(fā)明包括一個含有灌裝孔的包裝和一個孔封閉裝置，其中，孔封閉裝置打開，以便提供一個比孔的面積約大10％的開口，并且，該孔封閉裝置關(guān)閉，提供一個抗拒從外部污染包裝的牢固的屏障，并且，在被機械地打開之后，所述裝置重新密封。在一個實施例中，這種密封由一個足以充分俘獲包裝的蒸氣含有物的裝置提供。在另一個實施例中，該孔封閉裝置是一個柔性薄膜。在另一個實施例中，該薄膜是一個彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。在另一個實施例中，柔性薄膜包括柔性扇形體。在另一個實施例中，柔性薄膜通過其彈性、形狀或者它們的組合完成其打開和重新閉合的功能。在另一個實施例中，孔關(guān)閉裝置包括一個自己重新閉合的折葉片。在另外一個實施例中，折葉片基本上相對于孔閉合裝置的外部邊緣密封。在另一個實施例中，折葉片充分地相對于包裝孔的一個內(nèi)膛密封。
在另一個方面，本發(fā)明包括一個包裝，所述包裝包含灌裝孔和套在灌裝孔上的柔性薄膜，所述柔性薄膜包含有柔性扇形體，其中，所述柔性扇形體適合于允許一個殺菌管和一個灌裝閥通過，并允許以足夠的密封重新封閉，以便當抽出殺菌管和灌裝閥時，充分地俘獲包裝的蒸氣含量。在一個實施例中，所俘獲的蒸氣是殺菌蒸氣。在另一個實施例中，所述柔性薄膜適合于附著到一個用于包裝的蓋上。在另一個實施例中，該薄膜打開到大于灌裝孔的面積的10％，以便容納所述殺菌管和所述灌裝閥。在另一個實施例中，薄膜是一個彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。在另一個實施例中，薄膜取代一個蓋上的密封混化合物，該薄膜適合于粘附在該蓋上。在另一個實施例中，該柔性扇形體具有適合于配合到一起或者相互交疊的邊緣。在另一個實施例中，所述包裝是塑料瓶。在另一個實施例中，所述包裝是PET瓶。在另一個實施例中，所述包裝是金屬或塑料罐。在另一個實施例中，所述包裝是玻璃瓶。在另一個實施例中，薄膜由多種材料構(gòu)成。在另一個實施例中，所述包裝是柔性材料，所述灌裝孔是剛性材料。在另一個實施例中，所述包裝由多種材料、分層材料或者涂層材料構(gòu)成。在另一個實施例中，柔性扇形體適合于允許薄膜打開到大于灌裝孔的面積的大約10％。在另一個實施例中，柔性扇形體適合于允許薄膜打開到大于灌裝孔的面積的大約50％。在另一個實施例中，柔性扇形體適合于允許薄膜打開到大于灌裝孔的面積的大約90％。
在再一個另外的方面，本發(fā)明包括一種無菌灌裝一個包裝的方法，所述包裝具有內(nèi)部、灌裝孔、和套在灌裝孔上的薄膜，所述方法包括以下步驟用殺菌蒸氣灌裝到包裝的內(nèi)部；將殺菌蒸氣在包裝的內(nèi)部保持足夠的時間，以便將該包裝的內(nèi)部殺菌；去掉一部分殺菌蒸氣；用產(chǎn)品灌裝該包裝；將裝有產(chǎn)品的包裝的灌裝孔加蓋；其中，在本方法的所有步驟中，薄膜均位于灌裝孔上面的適當位置。在一個實施例中，該方法進一步包括一個步驟，該步驟在用產(chǎn)品灌裝包裝之前允許足夠量的殺菌蒸氣退出包裝，以避免影響產(chǎn)品的質(zhì)量，其中，殺菌蒸氣退出包裝并對灌裝裝置的將與產(chǎn)品接觸的部分進行殺菌。在另一個實施例中，薄膜是彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。在另一個實施例中，在灌裝步驟中，薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約10％。在另一個實施例中，該方法進一步包括一個利用無菌空氣取代殺菌蒸氣的步驟，其中，無菌空氣形成加蓋的包裝的頂部空間。在另一個實施例中，該方法進一步包括一個用惰性無菌氣體取代殺菌蒸氣的步驟，其中，惰性無菌氣體形成加蓋的包裝的頂部空間。在另一個實施例中，該方法進一步包括一個將薄膜扇形體緊密地壓在包裝的內(nèi)壁上的步驟，以便通過消除薄膜扇形體與包裝的內(nèi)部之間的間隙加速殺菌蒸氣的置換。在另一個實施例中，該方法進一步包括一個步驟，該步驟允許在用殺菌蒸氣灌裝包裝的步驟中殺菌蒸氣從包裝中退出，其中，退出包裝的殺菌蒸氣將該包裝的外表面殺菌。在另一個實施例中，該方法在灌裝步驟和加蓋步驟之間進一步包括在非無菌氣氛中輸送該包裝的步驟，其中，該包裝的內(nèi)部實質(zhì)上保持沒有微生物的污染。在另一個實施例中，該方法進一步包括利用液體將薄膜浸濕的包裝，其中，浸濕的薄膜具有一個增強的防止污染進入的能力。在另一個實施例中，所述液體包括殺菌劑和增稠劑，以便增加液體的粘度。在另一個實施例中，該方法進一步包括加熱包裝的步驟，其中，加熱增大了包裝內(nèi)的氣體的內(nèi)部壓力，并且加強防止污染進入包裝內(nèi)的能力。在另一個實施例中，該方法利用適合于無菌灌裝的傳統(tǒng)的非無菌灌裝設(shè)備完成。在另一個實施例中，部分時間利用該非無菌灌裝設(shè)備進行無菌灌裝。在另一個實施例中，該方法進一步包括在加蓋步驟之前將薄膜的外表面殺菌的步驟。在另一個實施例中，將薄膜的外表面殺菌的步驟利用殺菌介質(zhì)來達到，該殺菌介質(zhì)具有一個有限的持續(xù)時間的殺菌效果。在另一個實施例中，將薄膜的外表面殺菌的步驟利用殺菌介質(zhì)來達到，該殺菌介質(zhì)在少量的情況下不會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在另外一個實施例中，該方法進一步包括一個在每一個灌裝步驟之后、利用熱水漂洗灌裝裝置的與將要灌裝的產(chǎn)品接觸的部分的步驟。在另一個實施例中，該方法進一步包括一個在灌裝操作之間對灌裝裝置的與將要灌裝的產(chǎn)品接觸的部分進行殺菌的步驟，所述殺菌步驟通過用含氯的水噴霧、通過紫外線、通過密封在殺菌蒸氣中、或者它們的任意組合來進行。
在另外一個方面中，本發(fā)明包括一個用于無菌灌裝包裝的系統(tǒng)，所述包裝具有灌裝孔，所述系統(tǒng)包括蓋在包裝的灌裝孔上面的薄膜；用殺菌蒸氣灌裝包裝的內(nèi)部用的機構(gòu)；將殺菌蒸氣在包裝內(nèi)保持足夠時間以便將包裝和薄膜的內(nèi)部接觸的部分殺菌用的機構(gòu)；不必除去薄膜即可用產(chǎn)品灌裝包裝用的灌裝裝置；在用產(chǎn)品灌裝之前從包裝中除去足夠量的殺菌蒸氣用的機構(gòu)，用以避免影響產(chǎn)品的質(zhì)量，其中，殺菌蒸氣退出該包裝并對灌裝裝置的將與產(chǎn)品接觸的部分殺菌；用于不除去薄膜而將包裝加蓋的機構(gòu)。在一個實施例中，該薄膜是一個彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。在另外一個實施例中，一個支在彈簧上的插件取代灌裝裝置上的傳統(tǒng)密封材料，并且在灌裝機的部件插入的過程申，將薄膜保持在灌裝孔上方的適當位置上。在另一個實施例中，該薄膜打開到大于灌裝孔的面積的大約10％。在另一個實施例中，該支在彈簧上的插件與薄膜相結(jié)合，提供蒸氣密封。在另外一個實施例中，該系統(tǒng)進一步包括通向并離開灌裝裝置的傳送裝置和用于灌裝的機構(gòu)，其中，傳送裝置部分地或者全部地裝配有罩，所述罩含有殺菌蒸氣以便將包裝的外表面殺菌。在另一個實施例中，殺菌蒸氣通過一個泄氣閥(snifft-valve)被排出。


圖1表示薄膜的一個實施例，表示出薄膜本身和安裝在完成的瓶子上的兩種情況。
圖2表示該薄膜與灌裝閥相結(jié)合的操作。
圖3表示利用該薄膜的無菌灌裝方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實施例。
圖4表示薄膜的另一個實施例，表示出薄膜本身和安裝在完成的瓶子上的兩種情況，借此，薄膜的扇形體向包裝的內(nèi)部傾斜，以便于大的機器部件通過。
圖5表示薄膜的一個實施例的另一個圖示，表示出薄膜本身和安裝在完成的瓶子上的兩種情況，該薄膜沒有扇形體，但是足夠柔軟，以便通過拉伸將其打開。
圖6表示薄膜的另一個實施例，表示出薄膜本身和安裝在完成的瓶子上的兩種情況，該薄膜具有一個折翼活瓣，該折翼活瓣可以被退開并重新關(guān)閉支靠在該薄膜的外邊緣上。
圖7表示進一步的另外一個薄膜的實施例，表示出薄膜本身和安裝在完成的瓶子上的兩種情況，該薄膜具有一個折翼活瓣，該折翼活瓣可以被退開并重新關(guān)閉支靠在瓶子的制成品的內(nèi)膛上。
具體實施例方式
雖然下面的附圖和描述說明其中瓶子是無菌灌裝容器的本發(fā)明的一個實施例，但是，熟悉本領(lǐng)域的人員應(yīng)當理解，本發(fā)明的原理能夠以相同的有利的結(jié)果簡單地應(yīng)用于罐和其它容器。
圖1表示薄膜的一個實施例。薄膜1可以用適合的柔性及產(chǎn)品兼容性的材料制造，例如用適當級別的硅酮橡膠制造。在圖1中，薄膜1可以具有一個外邊緣2和一個包括多個扇形體4的內(nèi)部部分3。扇形體4可以被多個唇緣5分開。唇緣5可以被設(shè)計成相互結(jié)合，以便是適當?shù)臍饷苄缘?。薄?可以安裝到包裝7的開口6上。
在圖1中，將包裝7作為一個瓶子表示出來，但是，類似的原理可以應(yīng)用于罐和其它中空包裝。在灌裝之后，可以將一個蓋8置于薄膜1的頂部。薄膜1優(yōu)選地附著在開口6上，使得薄膜1下面描述的灌裝過程中可以在保持在正確的位置上，直到加上蓋8為止。這里，具有幾個達到在薄膜1和開口6之間恰當?shù)母街玫暮唵蔚臋C構(gòu)。例如，可以將薄膜1成形，使之抓住開口6的內(nèi)緣9，如圖1所示?；蛘撸∧?可以緊握開口6的外緣(未示出)。圖4表示在薄膜1和開口6之間的牢固的附著的進一步的一個例子。
圖2表示本發(fā)明的一個實施例，在該實施例中，薄膜1在一個反壓灌裝機(未示出)的灌裝閥10內(nèi)運轉(zhuǎn)。支在彈簧上的插件11可以取代灌裝閥10的通常的密封橡膠(未示出)，在傳統(tǒng)上該灌裝閥位于閥罩13的凹槽12內(nèi)。在圖2所述的實施例中，支在彈簧上的插件11包括一個套圈14，一個彈簧15和一個支在彈簧上的端面16。支在彈簧上的端面16可以向下壓到薄膜1上，以便當灌裝閥10的裝填通氣管17壓迫薄膜1并通過薄膜突出時，將所述薄膜1保持就位，防止所述薄膜移動。套圈14可以壓迫薄膜1使之遠離裝填通氣管17，從而生成一個孔18。借助孔18，液體產(chǎn)品(未示出)可以進入包裝7內(nèi)。
圖3表示與灌裝生產(chǎn)線21相關(guān)的本發(fā)明的一個實施例的原理和工序。在步驟A，將薄膜1裝配到包裝7的開口6內(nèi)。步驟A可以牽涉到一個機器(未示出)，優(yōu)選地，該機器利用現(xiàn)代的拾取放置技術(shù)拾取薄膜1并將薄膜1放置到開口6上。當將包裝7從外部供應(yīng)源供應(yīng)到灌裝生產(chǎn)線21時，傳統(tǒng)的作業(yè)是，在將所述包裝進給到灌裝生產(chǎn)線21之后，立即漂洗所述包裝。在這種情況下，步驟A可以緊接在傳統(tǒng)的漂洗機器(未示出)之后進行?；蛘?，如果灌裝生產(chǎn)線21是以吹瓶機或者其它傳統(tǒng)的在線包裝制造設(shè)備(未示出)開始的話，則步驟A緊接在所述吹瓶或者其它包裝制造設(shè)備之后進行。因此，在步驟A之前，包裝7在物理上是清潔的，但是，未對微生物進行過消毒的。
包裝7可以借助傳統(tǒng)的輸送機(未示出)從步驟A被輸送到隨后的步驟B一直到G，當進行非無菌灌裝時，灌裝生產(chǎn)線21通常具有所述傳統(tǒng)輸送機。為了本發(fā)明的目的，輸送機在步驟A和步驟D之間的部分，優(yōu)選地用罩22封閉，至少是在所述步驟之間的一部分距離上。當通過步驟B和C輸送包裝7時，包裝7可以通過罩22的內(nèi)部。優(yōu)選地，罩22具有一個入口部分23和一個出口部分24。所述部分23和24具有孔，優(yōu)選地，所述孔相當好地與包裝7的通過輪廓相一致，并被排氣導(dǎo)管25連接到水環(huán)真空泵26上。水環(huán)真空泵26是傳統(tǒng)的，并供水器27供水。
在步驟B可以通過薄膜1插入殺菌介質(zhì)噴射管30和殺菌介質(zhì)排出管31，從而所述兩個管伸入到包裝7的內(nèi)部?？梢杂霉茏訉⒕橘|(zhì)32輸送到殺菌介質(zhì)噴射管30內(nèi)。殺菌介質(zhì)32可以是蒸氣或者揮發(fā)性液體。在一個優(yōu)選的實施例中，殺菌介質(zhì)32是殺菌劑33的蒸氣和無菌空氣的混合物化合物，例如，過氧化氫的蒸氣和無菌空氣的混合物。
圖3表示一個用于產(chǎn)生殺菌劑33和無菌空氣35的混合物的典型的系統(tǒng)34，用于提供殺菌介質(zhì)32。在系統(tǒng)34中，如圖所示，未殺菌的空氣36可以由風機37吹過空氣加熱器/冷卻器38(將空氣殺菌)，并吹入噴霧塔39。殺菌劑33可以用殺菌劑泵40向噴霧塔30的頂部流動，使得它向下流到噴霧塔39，同時將無菌空氣(向上并逆流地流動)用殺菌劑33飽和。殺菌介質(zhì)32可以從噴霧塔39退出，并在風機37產(chǎn)生的壓力下流動。如這里所描述的，可以將殺菌介質(zhì)32用管輸送到需要它的無菌灌裝過程的部分。系統(tǒng)34另外還提供一個單獨的無菌空氣流35，該無菌空氣流也被用管輸送到無菌灌裝過程的適當?shù)牟糠?，如這里所描述的那樣。
有幾個傳統(tǒng)的產(chǎn)生殺菌空氣35和殺菌介質(zhì)32的傳統(tǒng)工藝過程。系統(tǒng)34只是為了更好地連結(jié)本發(fā)明的原理所給出的一個例子。對于熟悉本領(lǐng)域的人員來說，用于產(chǎn)生殺菌空氣35和殺菌介質(zhì)32的系統(tǒng)是眾所周知的。
在步驟B，通過噴射管30進入的殺菌介質(zhì)32，可以置換任何可能被俘獲在包裝7的內(nèi)部的非無菌的空氣20。其結(jié)果是，非無菌空氣20與殺菌介質(zhì)32的混合物從包裝7通過殺菌介質(zhì)排出管31排出。從包裝7中被排出的非無菌空氣20，可以和殺菌介質(zhì)32混合，并變成被殺菌的。殺菌介質(zhì)32會充滿包裝7，并將包裝7的內(nèi)部殺菌。當殺菌介質(zhì)32從殺菌介質(zhì)排出管31排出時，它可以充滿罩22的內(nèi)部空間40，從而，也將包裝7和薄膜1的外部殺菌。包裝7和薄膜1的外部的殺菌并不總是必須的，但是優(yōu)選的，因為一個無菌的或者接近無菌的包裝的外部幫助防止包裝7內(nèi)部的污染。
在步驟C，可以將包裝7保持充滿殺菌介質(zhì)32狀態(tài)所需的時間，以便確保完全無菌狀態(tài)，同時被輸送到步驟D。紫外線照射可以增進和加速在步驟D的殺菌過程。進入內(nèi)部空間40的過剩的殺菌介質(zhì)32，可以借助排氣導(dǎo)管25用管道輸送到真空泵26，在該處可以用供水器27混合，并被排出到排水管中。真空泵26可以向入口部分23和出口部分24上施加一個輕微的真空使得殺菌介質(zhì)32不會逃逸到大氣中。
步驟D和E是灌裝步驟。在步驟D，可以用傳統(tǒng)方式輸送包裝7并將其置于灌裝閥10之下。然后用傳統(tǒng)方式將包裝7升起，薄膜1的頂部可以被壓在支在彈簧上的插件11上。裝填通氣管17可以通過薄膜1突出，并且支在彈簧上的插件11可以生成一個孔18(見上面對圖2的描述)。
在圖3中，表示出了眾所周知的傳統(tǒng)的灌裝閥的反壓操作形式，它包括一個灌裝機料桶44，它帶有一個該灌裝機料桶頂部空間45和灌裝機料桶液體產(chǎn)品儲存槽46。在灌裝機料桶44的內(nèi)部可以有通氣管閥47、液體閥48和汽嘴49(通常采用濾網(wǎng)的形式)。灌裝閥10的典型組合包括一個泄氣閥(snifft-valve)50。如熟悉本領(lǐng)域的人員將會理解的，“泄氣閥”是灌裝裝置中的元件的通用術(shù)語，它在灌裝后提供包裝內(nèi)的壓力的均衡。除上面描述的灌裝閥的反壓形式之外，在商業(yè)慣例中，也可以有其它形式的灌裝閥10，但是，本發(fā)明不能理解為局限于任何特定形式的灌裝閥。圖3的目的只是表示出基本要素以及它們?nèi)绾文軌蜻m合于本發(fā)明的無菌灌裝方法。
通常，灌裝閥10按下述方式操作。一旦包裝7在灌裝閥10的下方就位，通氣管閥47會被打開。由于頂部空間45處在壓力之下，空氣會向下流到裝填通氣管17，并將包裝7的內(nèi)裝物空間51加壓。一旦內(nèi)裝物空間51于頂部空間45具有類似的壓力，液體閥48就會打開，液體產(chǎn)品52會流過汽嘴49進入包裝7，同時，在內(nèi)裝物空間51的空氣會向上轉(zhuǎn)移到頂部空間45內(nèi)。當液體產(chǎn)品52達到通氣管17的尖端水平時，通常內(nèi)裝物空間51可以不再排氣，從而防止經(jīng)由液體產(chǎn)品52的路徑被汽嘴49排出。這時，液體產(chǎn)品52向包裝7內(nèi)的流動停止，因為空氣不能進一步從內(nèi)裝物空間51內(nèi)被排出，因此液體不能再進入?，F(xiàn)在通氣管閥47可以關(guān)閉?？梢酝ㄟ^打開泄氣閥50，將內(nèi)裝物空間51內(nèi)剩余的壓力釋放。當泄氣閥50開始釋放包裝7的內(nèi)部壓力時，液體閥48由于橫過它產(chǎn)生的壓力差而被關(guān)閉。當包裝7的內(nèi)部壓力已經(jīng)被完全釋放時，可以將包裝7從灌裝閥510移開。
有很多商業(yè)上的灌裝系統(tǒng)的變型，但是，所描述的操作包括了反壓灌裝機的基本要素，所述灌裝機是用于罐和瓶子的最常見的灌裝模式。本發(fā)明的一個方面，可以理解為將非無菌灌裝設(shè)備(例如上面所描述的設(shè)備)向一種無菌灌裝設(shè)備的一種修改。
在一個方面，本發(fā)明包括進行如下所述的修改的上面描述的商業(yè)上的灌裝閥和灌裝操作。首先，如在圖1的描述中已經(jīng)指出的，灌裝閥10的傳統(tǒng)的密封橡膠可以被支在彈簧上的插件11取代，并且灌裝閥10可以被相對于薄膜1的頂面密封?？梢韵蚬嘌b機料桶頂部空間45提供無菌空氣35，可以利用壓縮機55將其引導(dǎo)到所需的壓力?；蛘?，可以從一個加壓的氣體供應(yīng)源(未示出)用惰性氣體充滿頂部空間45，例如氮氣，當液體產(chǎn)品52是對氧氣腐壞敏感的情況下，這將是很有利的。
上面描述的灌裝操作可以進行如下所述的修改以便滿足本發(fā)明的無菌灌裝的目的。當包裝7被置于灌裝閥10的下方的位置上時，泄漏閥50可以打開以便允許殺菌介質(zhì)32從頂部空間45中被無菌空氣35置換。直到殺菌介質(zhì)32已被完全從包裝7中置換出來為止，泄氣閥50可以保持打開，因為，否則的話，痕量的殺菌介質(zhì)32就會破壞液體產(chǎn)品52。退出的殺菌介質(zhì)32與灌裝閥10的接觸部件(即，液體路徑、氣體路徑/腔體和裝填通氣管17)接觸并將其殺菌，在灌裝開始之前，為灌裝閥10的接觸部分提供滅菌。
一旦殺菌介質(zhì)32已經(jīng)被置換出包裝7，泄氣閥50可以立即關(guān)閉，灌裝可以按照傳統(tǒng)的方式繼續(xù)進行，如已經(jīng)描述過的那樣。步驟D表示當泄氣閥52被打開時殺菌介質(zhì)32的置換?？梢岳靡粋€泄氣閥罩56，以便俘獲退出的殺菌介質(zhì)32并通過管道將其輸送到真空泵26，以便避免其逃逸到大氣中。
當包裝7能夠耐受外部壓力的情況下，例如，在玻璃瓶的情況下，可以利用通常用于灌裝啤酒的類型的灌裝閥(未示出)以便加速殺菌介質(zhì)32從包裝7中的置換。這種形式的灌裝閥，開始時可以在包裝7的內(nèi)部施加一個真空，從而加速殺菌介質(zhì)32的移出。如果包裝7是用塑料或其它柔性材料制造的，在包裝7的內(nèi)部施加一個真空可能是不實際的，但是，借助一個向下增大的流向裝填通氣管17的無菌空氣35的氣流(未示出)也可以加速殺菌介質(zhì)32的置換，這可以通過增大裝填通氣管17的流動橫截面來達到，或者，也可以通過增加頂部空間45內(nèi)的壓力來達到，也可通過兩者來達到。但是，在步驟D中從包裝17中加速除去殺菌介質(zhì)32，最好是伴隨著降低或者消除在灌裝操作之間灌裝閥10的接觸部分的重新污染的措施，如下面將要進一步描述的那樣。這是因為將殺菌介質(zhì)32的除去具有附加的將灌裝閥10的接觸部分殺菌的作用，并且這種殺菌一般要求相當多的時間，這將存在額外的污染。
為了在步驟D利用退出的殺菌介質(zhì)32加速灌裝閥10的殺菌，在某些情況下，在每次灌裝操作之后，需要利用熱水漂洗灌裝閥10和裝填通氣管17，以便除去痕量的液體產(chǎn)品?；蛘撸袣⒕鷦⒗绾新鹊乃钠?，可以進行清潔、殺菌并減少重新污染的傾向。另外，優(yōu)選地是，在從步驟E返回到步驟D時，為了灌裝閥10提供一個罩(未示出)，并允許殺菌介質(zhì)32流入所述罩內(nèi)，因為，這也將在灌裝操作之間減少或者消除灌裝閥10的重新污染。作為進一步的一個選頂，在灌裝閥10在灌裝操作之間運動時，可以提供將紫外線指向灌裝閥10的暴露部分。如上面所述，如果利用含氯的水對灌裝閥10進行過漂洗的話，利用紫外線是特別有效的。
降低灌裝閥10的接觸部分的重新污染的其它手段包括在裝填通氣管17的基座內(nèi)采用一個關(guān)閉底部的球閥(未示出)，當流動壓力停止時(即，當裝填通氣管47關(guān)閉時)，該球閥關(guān)閉。這將在灌裝循環(huán)之間顯著地抑制非無菌的空氣進入閥中。或者，當灌裝閥10在步驟D中返回到灌裝位置時，可以利用蒸汽清洗/消毒灌裝閥10。
這些措施，在步驟D重新殺菌之前，可以降低灌裝閥10的暴露部分的重新污染。這些附加的措施牽涉到的是對熟悉本領(lǐng)域的人員已知的標準設(shè)備，因此不再進一步描述。
如上面所指出的，優(yōu)選地，在灌裝開始之前，從包裝7內(nèi)有效地去掉痕量的殺菌介質(zhì)32。殺菌介質(zhì)32的除去較慢的一個區(qū)域，是被包裝7與薄膜1的扇形體4之間的間隙19所限定的區(qū)域(見圖2)。殺菌介質(zhì)32從間隙19中的除去，可以被更大的流動紊流加速，所述更大的流動紊流可以通過流向裝填通氣管17的更大的氣體流實現(xiàn)，如上面已經(jīng)描述過的那樣。另外一個加速間隙19內(nèi)殺菌介質(zhì)32的除去的手段，是增加薄膜1內(nèi)的扇形體4的數(shù)目，因為，這將增加圍繞著扇形體的流動紊流，并縮短殺菌介質(zhì)32的置換的流動路線。加速除去間隙19內(nèi)的殺菌介質(zhì)32的進一步的一個手段是通過擴充套圈14的部分完全消除間隙19，所述套圈14壓靠在薄膜1上，以便生成孔18。通過擴充套圈14，薄膜1的扇形體4可以緊密地壓在包裝1的壁上，從而間隙19實質(zhì)上被消除(因此提供了為灌裝生成一個更大的孔18的附加的優(yōu)點)。將扇形體4壓在包裝7的壁上的套圈14的部分優(yōu)選是穿孔的，以便避免產(chǎn)生一個在扇形體4與套圈14之間產(chǎn)生一個流動差的區(qū)域。
在圖3中，步驟E表示灌裝操作，這時液體閥48打開。在灌裝的結(jié)尾，這將是步驟E的結(jié)尾，包裝7內(nèi)的剩余的內(nèi)裝物空間51可以被來自于頂部空間45的無菌空氣35(或者惰性氣體，如果用它代替無菌空氣的話)所充滿。
在步驟E中的灌裝完成之后，可以用傳統(tǒng)的方式將包裝7輸送到一個封口機(未示出)。在步驟F，傳統(tǒng)輸送機在灌裝和封口之間的部分最好是裝配有一個封口機前的罩60。在包裝7在封口機前的罩60內(nèi)通過時，可以利用介質(zhì)噴霧器61向薄膜1的頂部上噴射殺菌介質(zhì)32。端部部分62和63與包裝7的經(jīng)過輪廓緊密地適應(yīng)，并被沿管道輸送到真空泵26，如前面結(jié)合罩22所描述的那樣。在封口機前面的罩60內(nèi)的封口機前面的空間64變成由殺菌介質(zhì)32充滿，包裝7和薄膜1的外部可以被重新殺菌。優(yōu)選地，端部部分63盡可能地靠近封口機頭，以便消除額外的重新污染進入封口機(未示出)。
在步驟G，一個傳統(tǒng)的封口機可以將包裝7加蓋，薄膜1可以變成蓋8的密封元件?？梢栽谏w8內(nèi)使用一種接觸粘合劑(或者類似的方法)，以便將薄膜1結(jié)合到蓋8的下側(cè)。或者，可以在即將加蓋之前，將熱熔粘合劑涂敷到薄膜1的頂部，通過將薄膜1的頂面的殺菌、以及將其粘結(jié)到蓋8上，這將是很有用的。除了當使用熱熔膠時，可以在封口機頭(未示出)的緊下方、在即將加蓋之前，進行殺菌介質(zhì)32的噴霧，以便在蓋8最后加上之前確保薄膜1的頂部的無菌狀態(tài)。由于一些殺菌介質(zhì)32會被俘獲在蓋8與薄膜1之間，優(yōu)選地，使用腐蝕性小、與飲料兼容的殺菌介質(zhì)(殺菌介質(zhì)32a)。例如，殺菌介質(zhì)32a可以是輕微含氯的水，在薄膜剛剛從端部部分63出來、在封口機之前施加到薄膜上，因為含氯的水具有持久的殺菌效果。
在有些情況下，封口機前的罩60在步驟F完全可以被噴射適當?shù)臍⒕橘|(zhì)32a來代替，例如用含氯的水代替，在與非無菌的大氣接觸時可以保持無菌狀態(tài)。
圖4表示薄膜1的另外一個可供選擇的實施例，這里表示為薄膜66。薄膜66可以具有多個向內(nèi)傾斜的扇形體67，所述扇形體使得大型的灌裝閥部件(例如，罐或瓶灌裝閥部件)易于經(jīng)過薄膜66通過。圖4還表示將薄膜66附著到開口6上的另外一種可供選擇的機構(gòu)。可以開口6的頂部邊緣68制成槽榫，以便提供一個內(nèi)表面69。這可以放置一個鎖緊環(huán)70，該鎖緊環(huán)可以是薄膜66的一部分，以便不需要突出到開口6的外表面71之外。薄膜1或66的附著以一般的方式表示在圖4中，其中，緊鎖環(huán)70或者抓緊內(nèi)表面69，或者簡單地抓緊薄膜71(未示出)，使得扇形體67能夠折回，在灌裝過程中，直到所述扇形體與頂部邊緣68接觸為止，這提供了可能的最大的灌裝孔。
圖5表示薄膜1的進一步的一個可供選擇的實施例，這里表示為薄膜75。薄膜75沒有扇形體，并拉伸打開唇部76，由于用于薄膜75的材料的柔性和/或薄膜75的形狀，足以使得灌裝閥部件通過。通過將其返回到初始的形狀，薄膜75可以重新閉合。
圖6表示薄膜1的再一個可供選擇的實施例，這里表示為薄膜80。薄膜80裝有一個折翼活瓣81，該折翼活瓣相對于薄膜唇部82關(guān)閉并且用折翼活瓣鉸鏈83柔軟地鉸接。薄膜80可以具有一個環(huán)形邊緣84，它可以提供一個相對于蓋8的密封，并且鉸鏈83可以固定于其上。提供推開折翼活瓣81，灌裝閥部件可以經(jīng)過薄膜80突出，通過柔性地返回到其初始位置，折翼活瓣81可以重新關(guān)閉。
圖7表示薄膜1的再一個可供選擇的實施例，這里表示為薄膜85。薄膜85可以包括一個邊緣86，該邊緣可以提供一個相對于蓋8的密封。一個臂87可以從邊緣86上凸出到一個懸掛的折翼活瓣88上。懸掛的折翼活瓣88可以提供一個相對于包裝7的開口6的內(nèi)膛的密封。通過被灌裝閥部件將其推開，懸掛的折翼活瓣88可以被打開，通過柔性地使之返回其初始位置，可以重新關(guān)閉。
薄膜1和薄膜66的扇形體4，以及薄膜75、80和85的密封唇，當所述扇形體關(guān)閉時對微生物的進入優(yōu)選地提供了一個屏障。依賴于用于薄膜1的材料，借助幾種方法的任何一個，可以提高薄膜1的扇形體4反抗微生物污染的進入的的密封性，所述方法包括形成唇5，以便在它們之間提供一個環(huán)形楔狀接觸；特別是與唇5之間的楔狀接觸一起，形成尺寸稍大的扇形體4。在過程的關(guān)鍵部分(例如，緊接著步驟C和步驟D/E之后)向薄膜1的頂部噴射殺菌劑液體的微細的薄霧，可以潤濕并密封唇5的邊緣。通過添加對食物安全的增稠劑增加含氯的水的粘度，例如添加甘油或者樹膠，可以提高液體的密封效果。通過加熱稍稍增加薄膜1下面的氣體壓力，也可以提高薄膜1的扇形圖4相對于微生物污染進入的密封性。在步驟C之后，可以將定域能指向包裝7內(nèi)的氣體，并且在步驟D/E之后，指向液體上面的頂點空間，例如，利用激光或者IR(紅外線)(從而，將氣體壓力提高mbar(毫巴)數(shù)量級)。這將提高向下傾斜的扇形圖4(例如，圖4中的扇形圖67)被向上推的傾向性，并相互密封。這也將提高氣體流出包裝1的傾向性，從而防止向內(nèi)的污染。
材料的組合導(dǎo)致對于薄膜1的多層結(jié)構(gòu)，在某些應(yīng)用中可以是有利的，特別是帶有大的開口6的包裝-例如，給出與密封能力(即，柔軟/給予表面)相結(jié)合的彈性的材料。通常，薄膜1將用模塑法形成。依賴于材料和模塑工藝，優(yōu)選地，它是不完全切割的唇5，而是用材料的薄的跨接部分將它們連接起來，在第一次使用時(即，機器的部件第一次進入時)被打破。由于通過破裂分離的唇很可能導(dǎo)致粗糙的不良的密封邊緣，這種依賴于模塑工具的跨接，應(yīng)當盡可能地降低跨接部分的厚度。
薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)的材料，依賴于所選擇的特定的薄膜的實施例(例如，圖1，或者圖4、或者圖5、或者圖6、或者圖7)以及被包裝7的應(yīng)用所確定的實際的材料性質(zhì)。彈性材料適合于所有的實施例，但是，對于某些實施例，非彈性材料也是可能的，首先是如圖6所描述的。
影響彈性體選擇的主要的彈性體性質(zhì)，包括彈性(為了足夠的“反彈”)，硬度/柔軟性(為了恰當?shù)拿芊?，食物接觸的可接受性(為了進行食物包裝)，溫度的耐受性(依賴于最終用途的類型)，耐化學(xué)性(依賴于最終用途的類型和所使用的殺菌介質(zhì))，生產(chǎn)方法(決定是選擇熱塑性或者熱固性的彈性體)，以及成本。由于和食物接觸，正確等級的硅酮橡膠是首選的。根據(jù)應(yīng)用和薄膜設(shè)計所要求的性質(zhì)，也可以選擇其它彈性體，例如，天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、氟橡膠(維通橡膠)。對于非彈性體(例如，結(jié)合圖6)，主要選擇的性質(zhì)與對于彈性體已經(jīng)列出的內(nèi)容形似，但彈性除外。對于非彈性體，需要一個“反彈”的性質(zhì)。帶有鉸接和反彈性質(zhì)的非彈性體包括聚烯烴類。
薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)的具體化設(shè)計應(yīng)當使得包裝7的開口6的足夠大的部分被打開并且在打開之后能夠基本上重新閉合。進而，薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)通常應(yīng)當不止一次地打開和重新閉合，特別是，在灌裝之前利用化學(xué)殺菌時，因為這種類型的殺菌牽涉到化學(xué)注射裝置通過薄膜的侵入。因此，薄膜的具體化的設(shè)計不同于在醫(yī)療實踐中公知的“隔膜”的設(shè)計，這是因為必須允許大得多的裝置(例如，灌裝閥)通過薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)。這與隔膜完全不同，對于隔膜只需要允許比較纖細的針通過。對于瓶的灌裝，薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)通常必須允許機器部件通過，例如灌裝閥，它要求至少3mm直徑的開口，但理想的是大于6mm的直徑，優(yōu)選為超過12mm的直徑，最優(yōu)選地為大于20mm的直徑。對于罐的灌裝，薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)必須提供一個至少20mm直徑的開口，優(yōu)選地為30mm直徑，最優(yōu)選地超過40mm的直徑。
薄膜1(或者薄膜66、75、80和85)必須提供的孔的尺寸必須遠大于由所述的公知的醫(yī)學(xué)隔膜的尺寸的原因是，因為諸如飲料容器等商品化的容器，必須以高速度灌裝，以達到經(jīng)濟的目的。例如，通常最慢要求5,000個包裝/小時的灌裝速度，超過60,000個包裝/小時的速度是相當普通的。另外，低的灌裝速度(例如，每小時5,000左右或更少)通常與大的容器相關(guān)，在這種情況下，液體的灌裝量仍然是非?？捎^的。例如，20升的箱中袋包裝，有時以每小時60的低速度灌裝，但是，仍然相當于每小時1200升，遠遠超出醫(yī)療隔膜或者針的能力。小的包裝，例如飲料罐，通常以超過每小時120,000個的速度灌裝，相當于40,000升/小時。包裝灌裝的高速度也影響化學(xué)殺菌裝置(或者其它殺菌裝置，它必須穿過薄膜1，或者薄膜66、75、80和85)所需的開口的尺寸，因為，殺菌操作也牽涉到高速度和大的液體體積。例如，在殺菌介質(zhì)是過氧化氫蒸氣的情況下，將需要一個比較大的殺菌介質(zhì)管30，大約至少6mm的直徑，常常大于12mm。另外，可能還需要一個殺菌介質(zhì)通氣管31，它將具有一個類似的直徑。
因此，優(yōu)選的灌裝的高速度，在本發(fā)明的包裝中要求灌裝孔比較寬，同樣地，薄膜或其它孔關(guān)閉裝置不會過分地限制包裝灌裝孔，以便能夠適應(yīng)于較寬的灌裝法部件和殺菌管。從而，薄膜和孔關(guān)閉裝置應(yīng)當能夠?qū)⒐嘌b孔的面積的足夠部分打開。在一個實施例中，薄膜或孔關(guān)閉裝置打開到大于灌裝孔的面積的10％。在另外一些實施例中，薄膜或孔關(guān)閉裝置打開到大于灌裝孔的面積的20％，大于灌裝孔的面積的30％，大于灌裝孔的面積的40％，大于灌裝孔的面積的50％、大于灌裝孔的面積的60％，大于灌裝孔的面積的70％，大于灌裝孔的面積的80％。在一個優(yōu)選的實施例中，薄膜或孔關(guān)閉裝置打開到大于灌裝孔的面積的90％。
倘若令開口6是剛性的，如在本發(fā)明中那樣，包裝7包括剛性和柔性包裝兩種情況，以及最常見的消費包裝(即，瓶、罐以及箱中袋)?？梢院捅景l(fā)明一起使用的包裝7的材料包括塑料(例如，PET、PEN、聚烯烴、尼龍、聚碳酸酯等)、玻璃以及金屬。包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)的還有對于包裝7的材料組合，例如塑料/樹脂涂敷在金屬上，或者涂敷到塑料或玻璃上。由多層塑料構(gòu)成的包裝7的結(jié)構(gòu)，也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中，PET提供了一個例子，因為可以使PET成層，使之包含提高其阻擋及其它性能的內(nèi)層，例如，通常采用由聚酰胺或者EVOH(聚乙烯醇)構(gòu)成的阻擋層。對于非剛性的包裝，用于構(gòu)成包裝7的包裝薄膜常常具有一個幾種塑料的多層結(jié)構(gòu)，同時，在這種結(jié)構(gòu)內(nèi)也可以包括金屬箔(例如，鋁箔)。
盡管本發(fā)明的焦點是PET瓶，但是，類似的原理也應(yīng)用于罐或者其它帶有加蓋的開口的中空的包裝中。類似的，盡管結(jié)合反壓灌裝進行了描述，但是，類似的原理也可以應(yīng)用于其它類型的灌裝機，包括真空灌裝機和活塞灌裝機。盡管本發(fā)明與實施例相結(jié)合進行了描述，但是，對于熟悉本領(lǐng)域的人員來說，根據(jù)前面的描述，很多替代方案、改型和變形將會是很明顯的。從而，本發(fā)明試圖將所有這些替代方案、改型和變形都包含在所附權(quán)利要求書的精神和廣泛的范圍之內(nèi)。這里所引用的所有的專利申請、專利和其它出版物，其全部均將作為參考加以收錄。
權(quán)利要求
1.一種無菌灌裝包裝的方法，該包裝具有內(nèi)部、灌裝孔、和套在灌裝孔上的薄膜，該方法包括以下步驟利用殺菌蒸氣填充包裝的內(nèi)部；將殺菌蒸氣在包裝的內(nèi)部保持足夠長的時間，以便將包裝的內(nèi)部殺菌；去掉部分殺菌蒸氣；利用產(chǎn)品灌裝包裝；將裝有產(chǎn)品的包裝的灌裝孔加蓋；其特征在于，在該方法的所有步驟中，薄膜位于灌裝孔上方的位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括一個步驟，該步驟在利用產(chǎn)品灌裝之前，允許足夠量的殺菌蒸氣退出包裝，以避免影響產(chǎn)品的質(zhì)量，其中，所述殺菌蒸氣退出包裝并將和產(chǎn)品接觸的灌裝裝置的部分殺菌。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，薄膜材料是彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在灌裝步驟的過程中，薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約10％。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括一個用無菌空氣置換殺菌蒸氣的步驟，其中，所述無菌空氣形成加蓋的包裝的一個頂部空間。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括用惰性無菌氣體置換殺菌蒸氣的步驟，其中，所述惰性無菌氣體形成加蓋的包裝的一個頂部空間。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括將薄膜扇形體緊緊地壓在包裝的內(nèi)壁上、以便通過消除在薄膜扇形體與包裝內(nèi)部之間的間隙來加速殺菌蒸氣的置換的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在用殺菌蒸氣填充包裝的步驟過程中允許殺菌蒸氣退出包裝的步驟，其中，退出包裝的殺菌蒸氣，將包裝的外表面殺菌。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在非無菌的氣氛中在灌裝步驟和加蓋步驟之間輸送包裝的步驟，其中，包裝的內(nèi)部基本上保持沒有微生物污染。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括用液體將薄膜潤濕的步驟，其中，被潤濕的薄膜具有增大的防止污染進入的能力。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述液體包含有殺菌劑和增稠劑，以便增加所述液體的粘度。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括加熱所述包裝的步驟，其中，加熱增加了包裝內(nèi)氣體的內(nèi)壓力，并提高防止污染進入包裝的能力。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法利用適合于無菌灌裝的傳統(tǒng)的非無菌灌裝設(shè)備完成。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述非無菌灌裝設(shè)備部分時間用于無菌灌裝。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在加蓋步驟之前將薄膜的外表面殺菌的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，利用一種殺菌介質(zhì)完成將薄膜的外表面殺菌的步驟，所述殺菌介質(zhì)具有一個有限期間的殺菌效果。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，利用一種殺菌介質(zhì)完成將薄膜的外表面殺菌的步驟，在少量時，所述殺菌介質(zhì)不影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在每一個灌裝步驟之后，利用熱水漂洗灌裝裝置的與被灌裝的產(chǎn)品接觸的部分的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括一個步驟，該步驟借助噴射含氯的水、借助紫外線、借助裝入殺菌蒸氣中或者它們的任意組合，在灌裝操作之間，對灌裝裝置與被灌裝的產(chǎn)品接觸的部分殺菌。
20.一種無菌灌裝包裝的系統(tǒng)，該包裝具有灌裝孔，所述系統(tǒng)包括套在包裝的灌裝孔上的薄膜；利用殺菌蒸氣填充包裝的內(nèi)部的機構(gòu)；將殺菌蒸氣在包裝內(nèi)保持足夠的時間、以便將包裝和薄膜的內(nèi)部接觸的部分殺菌的機構(gòu)；灌裝裝置，用于不除去所述薄膜而用產(chǎn)品灌裝所述包裝；在利用產(chǎn)品灌裝包裝之前、從包裝中除去足夠量的殺菌蒸氣以避免影響產(chǎn)品質(zhì)量的機構(gòu)，其中，殺菌蒸氣退出包裝并對裝置與產(chǎn)品接觸的部分殺菌；不用除去薄膜而將包裝加蓋的機構(gòu)。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜是彈性體，所述彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個支在彈簧上的插件代替灌裝裝置上的傳統(tǒng)的密封材料，并且在插入灌裝機器的部件的過程中，將所述薄膜保持在灌裝孔上方的位置上。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的10％。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，支在彈簧上的插件和所述薄膜一起提供蒸氣密封。
25.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括輸送機和用于灌裝的機構(gòu)，該輸送機通向并離開灌裝裝置，其中，所述輸送機部分或者全部裝配有罩，該罩包含有殺菌蒸氣，以便將包裝的外表面殺菌。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述殺菌蒸氣通過一個灌裝裝置的泄氣閥被排出。
27.一種包裝，包括一個灌裝孔和一個孔的關(guān)閉裝置，其特征在于，孔的關(guān)閉裝置打開，以便提供一個大于所述孔的面積的約10％的開口，并且孔的關(guān)閉裝置關(guān)閉，以便提供一個牢固的屏障，防止來自于包裝外部的污染，并且所述裝置在被機械地打開之后重新密封。
28.如權(quán)利要求27所述的包裝，其特征在于，由該裝置所提供的密封足以充分地俘獲所述包裝的蒸氣含量。
29.如權(quán)利要求27所述的包裝，其特征在于，孔的關(guān)閉裝置是柔性薄膜。
30.如權(quán)利要求29所述的包裝，其特征在于，所述薄膜是彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。
31.如權(quán)利要求30所述的包裝，其特征在于，所述柔性薄膜包括柔性扇形體。
32.如權(quán)利要求30所述的包裝，其特征在于，所述柔性薄膜通過其彈性、形狀或者它們的組合，達到其打開、重新閉合的功能。
33.如權(quán)利要求27所述的包裝，其特征在于，所述孔的關(guān)閉裝置包括一個自己重新關(guān)閉的折葉片。
34.如權(quán)利要求33所述的包裝，其特征在于，所述折葉片充分地相對于孔的關(guān)閉裝置的外緣密封。
35.如權(quán)利要求33所述的包裝，其特征在于，所述折葉片充分地相對于包裝孔的內(nèi)膛密封。
36.一種包裝，包括灌裝孔和套在該灌裝孔上的柔性薄膜，該柔性薄膜包括柔性的扇形體，其中，所述柔性扇形體適合于允許一個殺菌管和一個灌裝閥通過，并且當所述殺菌管和灌裝閥被抽出時，以足夠的密封重新關(guān)閉，以便充分俘獲包裝的蒸氣含量。
37.如權(quán)利要求36所述的包裝，其特征在于，被俘獲的蒸氣是殺菌蒸氣。
38.如權(quán)利要求36所述的包裝，其特征在于，所述柔性薄膜適合于附著在用于所述包裝的蓋上。
39.如權(quán)利要求36所述的包裝，其特征在于，所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的10％，以便容納殺菌管和灌裝閥。
40.如權(quán)利要求36所述的包裝，其特征在于，所述薄膜是彈性體，該彈性體選擇自由硅酮橡膠、天然橡膠、丁二烯、腈、磺酸基物質(zhì)、橡膠基質(zhì)、聚氨基甲酸乙酯、合成橡膠構(gòu)成的組中。
41.如權(quán)利要求38所述的包裝，其特征在于，所述薄膜取代所述蓋上的密封化合物，并且所述薄膜適合于粘附在所述蓋上。
42.如權(quán)利要求36所述的包裝，其特征在于，所述柔性扇形體具有適合于結(jié)合到一起或者交疊的邊緣。
43.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝是一個塑料瓶。
44.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝是PET瓶。
45.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝是金屬或者塑料罐。
46.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝是玻璃瓶。
47.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述薄膜用多層材料構(gòu)成。
48.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝是柔性材料的，而灌裝孔是剛性材料的。
49.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述包裝用多種材料、分層的材料或者涂敷的材料構(gòu)成。
50.如權(quán)利要求27或36所述的包裝，其特征在于，所述柔性扇形體適合于允許所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約10％。
51.如權(quán)利要求51所述的包裝，其特征在于，所述柔性扇形體適合于允許所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約50％。
52.如權(quán)利要求52所述的包裝，其特征在于，所述柔性扇形體適合于允許所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約90％。
53.如權(quán)利要求52所述的包裝，其特征在于，所述柔性扇形體適合于允許所述薄膜打開到大于灌裝孔的面積的約90％。
全文摘要
本發(fā)明包括無菌的包裝(7)和通過較小的和不昂貴的設(shè)備改進就允許在傳統(tǒng)的灌裝生產(chǎn)線上的無菌灌裝的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明可以避免傳統(tǒng)上需要將灌裝設(shè)備的全部或者一部分包裝在無菌空氣氣氛中。本發(fā)明包括一個包裝(7)，安裝有一個柔性薄膜(1)，在灌裝步驟中，該薄膜可以俘獲和攜帶它自己的無菌狀態(tài)，其中，該薄膜最終變成包裝的蓋(8)的一部分。本發(fā)明降低產(chǎn)品風險，減少操作者的專業(yè)化，和無菌灌裝的成本。
文檔編號B67C7/00GK1750993SQ200480004707
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者G·普萊斯特 申請人:可口可樂公司