Anlage sowie Verfahren zum sterilen Verpacken von Produkten

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum sterilen Verpacken von Produkten gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren zum sterilen Verpacken von Produkten gemäß Oberbegriff Patentanspruch 15. [0002] In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind Sterilisierungsvorrichtung und Sterilisierungsverfahren weithin bekannt. Die Technologie für feste, starre Behälter, wie Flaschen oder dergleichen, die einen monolithischen Körper darstellen, der mittels Blas- und/oder Tiefziehverfahren hergestellt wurde, ist sehr ausgereift. Die Oberflächen sind glatt und im Wesentlichen ohne schwer zugängliche Rillen, Falten oder dergleichen.

[0003] Bei flexiblen Verpackungsbeuteln hingegen besteht produktionsbedingt eine weniger glatte, übergänge und Hinterschneidungen bildende Oberfläche. Zur Formgebung der Beutel müssen Knickkanten, Klebeflächen, Falzbereiche in Kauf genommen werden, durch welche enge und für Reinigungs- oder Sterilisierungsflüssigkeiten schwer zugängliche Bereiche, wie Rillen, Falten, Kanten und/oder dergleichen entstehen.

[0004] Für viele Flüssigkeiten und Produkte, die handelsüblich in flexible Beutel gefüllt werden, ist eine thermische Behandlung des gefüllten Beutels nicht gewünscht, da Qualitätseinbußen am Produkt die Folge einer thermischen Behandlung sind. Daher besteht ein großes Interesse an kaltaseptischen Abfüllungen. Neben bekannten Reinigungsschritten im Wasser, Dampf oder sterilisierenden Flüssigkeiten, ist im Bereich der industriellen Abfüllmaschinen für Getränke die Sterilisierung mit H ₂ O ₂ sehr verbreitet. WO 05/120960 A1 offenbart ein derartiges aseptisches Form-, Füll- und Schließverfahren. [0005] Auch wenn dieses System im Prinzip zuverlässig arbeitet, ist der

Benetzungsgrad der zu sterilisierenden Oberfläche in möglichst kurzer Zeit limitiert und eine Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit bei noch geringeren Keimzahlen ist mit derartigem System nicht oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand erreichbar. [0006] Es ist weiterhin bekannt, das Verpackungsausgangsmaterial bzw. das Folienmaterial, welches zur Herstellung von Verpackungsbeuteln verwendet wird,

vor der Verarbeitung zu sterilisieren und die Fertigung der Beutel als solche in einem sterilen Raum oder Reinraum durchzuführen. In der GB 1 ,166,010 A wird vorgeschlagen, das Folienmaterial in einem ersten Schritt über eine Nassreinigungsstation zu führen, in welcher die Folie vorgereinigt wird, nachfolgend die so gereinigte Folie an einer UV-Lichtquelle vorbeizuführen, um die gewünschte Keimabtötung zu erreichen.

[0007] Vergleichbare Lösungen werden in DE 40 07 714 A1 , DE 42 09 838 A1 , DE 196 26 705 A1 oder WO 99/21593 A1 beschrieben, wobei hier die Vorreinigung im ersten Schritt auch mittels eines geeigneten Flüssigkeitsbades vorgenommen wird. Stromabwärts zu diesem ersten Behandlungsschritt wird die Folie in einem Schacht nach oben geführt, damit die Flüssigkeit ablaufen kann, wobei vor der UV-Lampe geeignete Abstreifer der anderen Trocknungsvorrichtungen angeordnet sind. Diese nasse, teils mechanische Reinigungsstufe ist erforderlich, um in einem ersten Schritt bereits eine nennenswerte Keimentfernung zu realisieren, da die alleinige UV-Bestrahlung gerade bei hohen Laufgeschwindigkeiten des Bandmaterials nicht ausreichend ist. Diese nasse, mechanische Behandlung der Folien ist aufwendig und stellt eine gegebenenfalls unvollständige Entfernung von Flüssigkeitsresten und Trocknung ebenfalls eine Produktverschlechterung dar. Auch führt eine UV- Bestrahlung in vielen Fällen, insbesondere auch bei Verpackungsbeuteln nicht zu dem gewünschten Sterilisierungsgrad, insbesondere auch dann, wenn derartige Beutel für die UV-Strahlung schwer oder nur unzulänglich zugängige Bereiche aufweisen und/oder aus einem für UV-Licht nicht durchlässigen oder nur schwer durchlässigen Material bestehen, beispielsweise aus einem mehrschichtigen Material mit einer oder mehreren Diffusionssperrschichten. [0008] Bekannt ist weiterhin auch eine Vorrichtung zur Sterilisation von Produkten durch Hochdruckbehandlung, d.h. durch allseitige oder allflächige Beaufschlagung des Produktes mit hohem Druck z.B. mit einem Behandlungsdruck im Bereich von 4000 bar (EP 1 327 392 A1). Diese bekannte Vorrichtung, die im Wesentlichen aus einem verschließbaren und mit dem hohen Behandlungsdruck beaufschlagbaren Hochdruckbehälter besteht, ist bevorzugt für die Behandlung von Nahrungsmittelprodukten bestimmt.

[0009] Unter "Verpacken" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Art des Verpackens von Produkten in Packmitteln zu verstehen, insbesondere auch das Befüllen von Packmitteln, beispielsweise Beuteln mit einem Produkt und das anschließende Verschließen des gefüllten Packmittels. [0010] "Packmittel" im Sinne der Erfindung sind Verpackungen unterschiedlichster Art und/oder Elemente von Verpackungen, wie z.B. Behälter, Verschlüsse oder Verschlusskappen, insbesondere aber Verpackungsbeutel und so genannte „Pouches".

[0011] "Verpackungsausgangsmaterial" ist im Sinne der Erfindung das für die Herstellung bzw. für das Formen der Packmittel verwendete Halbzeug, insbesondere Flachmaterial (Folien), speziell auch in aufgerollter Form.

[0012] "Keime" sind im Sinne der Erfindung sind Mikroorganismen jeglicher Art, wie Bakterien, Viren, Pilze usw.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage aufzuzeigen, mit der ein Verpacken von Produkten unter Verwendung von Packmitteln mit hohem Sterilisationsgrad möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anlage entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren zum sterilen Verpacken von Produkten ist Gegenstand des Patentanspruchs 15.

[0014] Mit der erfindungsgemäßen Anlage wird ein hoher Sterilisationsgrad (extrem geringe verbleibende Keimzahl) für das verwendete

Verpackungsausgangsmaterial oder Packmittel und damit für das hergestellte Produkt erreicht. Dies gilt insbesondere auch für solche Packmittel, wie z.B. Verpackungsbeutel, die für die üblichen Reinigungs- oder Sterilisationsverfahren und die dort verwendeten flüssigen und/oder gasförmigen Sterilisationsmedien und/oder für UV-Licht nicht oder nur schwer zugängliche Bereiche aufweisen.

[0015] Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine komplette allflächige Sterilisation des jeweiligen Packmittels oder Verpackungsausgangsmaterials an allen Flächen, insbesondere auch bei Verpackungsbeuteln oder anderen dreidimensionalen bzw. voluminösen Packmitteln an allen Bereich der Innen- und Außenseite erreicht.

[0016] Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

[0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2, die jeweils in vereinfachter prinzipieller Darstellung eine Sterilisierungsvorrichtung für Packmittel, zusammen mit Anlagen zum Verarbeiten dieser Packmittel zeigen, näher erläutert.

[0018] Die in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Anlage dient zum sterilen Befüllen und Verschließen von Packmitteln in Form von Verpackungsbeuteln 2. Die beispielsweise aus einer ein- oder mehrlagigen Kunststofffolie hergestellten Verpackungsbeutel 2 werden der Anlage 1 bzw. einer Sterilisierungsvorrichtung 4 dieser Anlage über einen geeigneten äußeren Transporteur 3 z.B. als zusammenhängender Verpackungsbeutelstrang 2.1 zugeführt, in welchem die Verpackungsbeutel 2 über Materialabschnitte, z.B. auch über perforierte Materialabschnitte mit einander verbunden sind.

[0019] Die Sterilisierungsvorrichtung 4 ist Bestandteil einer Eingangsschleuse 5, die den sterilen Innenraum bzw. Reinraum 6 der Anlage 1 von der äußeren Umgebung trennt, und besteht im Wesentlichen aus einem zweiseitig verschließbaren Hochdruckbehälter 7, in der das Sterilisieren der Verpackungsbeutel 2 durch Behandlung mit hohem Druck erfolgt, d.h. mit einem Behandlungsdruck P beispielsweise im Bereich zwischen 3000 und 7000 bar erfolgt. Die Hochdruckbehälter 7 kann einen Innendurchmesser bis 500 mm und eine Länge im Bereich zwischen 3000 mm und 4000 mm besitzen. Ein üblicher Innendurchmesser liegt im Bereich von 300 bis 400 mm.

[0020] Für diese Druckbehandlung wird der geschlossene Innenraum 8 des Hochdruckbehälters 7 mit einem Druck übertragenden Medium (nachstehend auch "Druckmedium") gefüllt, welches sich zumindest bei dem Behandlungsdruck P im flüssigen Zustand befindet und den Innenraum 8 des Hochdruckbehälters 7

vollständig ausfüllt. Als Druckmedium eignet sich insbesondere ein steriles inkompressibles Medium, welches auch bei Umgebungsdruck einen flüssigen Zustand aufweist, beispielsweise steriles Wasser oder Reinwasser. Als Druckmedium eignen sich grundsätzlich auch sterile Gase, die bei dem Behandlungsdruck P einen flüssigen Zustand aufweisen, beispielsweise Luft, CO ₂ , Stickstoff oder Edelgase. Dabei ist das ein inertes Verhalten der Gase gegenüber den Verpackungsmitteln von entscheidender Bedeutung. Der große Vorteil der Verwendung von flüssigen Gasen besteht darin, dass Anhaftungen dieses Druckmediums in Folge der Druckabsenkung vollständig in den gasförmigen Zustand übergehen und somit die Verpackungsmaterialien trocken entnommen werden können, ohne dass ein gesonderter Trocknungsschritt erforderlich ist.

[0021] Durch das zumindest bei dem Behandlungsdruck flüssige, den Hochdruckbehälter 7 bzw. dessen Innenraum 8 vollständig ausfüllende Druckmedium ist die Druckbehandlung der Verpackungsbeutel 2 an allen Bereichen mit dem hohen Druck möglich. Das Druckmedium sowie der Behandlungsdruck werden durch einen Druckerzeuger oder Druckquelle 9 zur Verfügung gestellt.

[0022] Die Verpackungsbeutel 2 werden in der bei der Figur 1 dargestellten Ausführungsform jeweils als Gruppe bestehend aus mehreren Verpackungsbeuteln 2 in die an einer Aufgabestation 10 mit einer geeigneten Halte/Handlingvorrichtung eingebracht. Der Hochdruckbehälter 7 ist hierfür nur zur Außenseite der Anlage 1 geöffnet, zum Reinraum 6 hingegen verschlossen. Anschließend erfolgt bei vollständig geschlossenem Hochdruckbehälter 7 die Druckbehandlung, bei der durch den Behandlungsdruck P vorhandene Keime durch Zerstörung ihrer Zellstruktur abgetötet werden, und zwar in gleichem Maße an sämtlichen Flächen der Verpackungsbeutel 2, d.h. insbesondere an allen Innen- und Außenflächen, an allen Knickkanten, Klebeflächen, Falzbereichen und an allen anderen schwer zugänglichen Bereichen.

[0023] Zur Hochdruckbehandlung wird der Hochdruckbehälter 7 in ein nicht dargestelltes Joch eingespannt, um die auf die Verschlusselemente wirkenden Kräfte aufzunehmen. Hierzu sind im Wesentlichen zwei bekannte Varianten anwendbar. Entweder

a)der Hochdruckbehälter ist starr angeordnet und das Joch wird vor die Verschlusselemente geschwenkt oder b)der Hochdruckbehälter 7 wird aus dem Joch und in die Förderstrecke gefahren, was idealerweise parallel zum Joch erfolgt. [0024] Nach der Druckbehandlung und nach dem Entlasten des

Hochdruckbehälters 7 wird dieser nur zum Reinraum 6 der Anlage 1 hin geöffnet und die sterilisierten Verpackungsbeutel 2 werden wiederum als Gruppe 2.1 an einer Entnahmestation 11 innerhalb des Reinraumes 6 mit einer geeigneten Halte/Handlingvorrichtung dem Hochdruckbehälter 7 entnommen und an einen dortigen anlageinternen Transporteur 12 übergeben, mit dem die

Verpackungsbeutel 2 an die ebenfalls im sterilen Reinraum 6 angeordneten Befüllstationen 13 zum Befüllen und anschließend an die Verschließstationen 14 transportiert werden (Pfeil A). Die gefüllten und verschlossenen Verpackungsbeutel 2 verlassen die Anlage 1 dann über eine nicht dargestellte weitere Schleuse. [0025] Nach dem Entnehmen der behandelten Verpackungsbeutel 2 aus dem Hochdruckbehälter 7 wird diese wiederum zum Reinraum 6 hin verschlossen und erst dann für die Aufnahme weiterer, zu behandelnder Verpackungsbeuteln 2 zur Umgebung bzw. zum Transporteur 3 hin geöffnet.

[0026] Um den erforderlichen Stehlisierungsgrad im Reinraum 6 der Anlage 1 zu gewährleisten, wird dieser Reinraum ständig mit einer sterilen Luft über

Atmosphärendruck beaufschlagt, wie dies mit den Pfeilen 15 angedeutet ist. Die Entnahmestation 11 dient zugleich auch zum Trocknen der Verpackungsbeutel 2 nach der Druckbehandlung, d.h. zum entfernen von Resten des Druckmediums von diesen Beuteln, und zwar durch Behandlung mit einem sterilen Luft- oder Gasstrom, wie dies mit den Pfeilen 15 ebenfalls angedeutet ist.

[0027] Die Verpackungsbeutel 2 werden beispielsweise aus einer von einer Vorratsrolle abgezogenen Folie in einer in der Figur 1 nicht dargestellten FaIt- und Formmaschine erzeugt.

[0028] Die Figur 2 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung eine Anlage 1a, bei der innerhalb des sterilen Reinraumes 6 die Bildung der Verpackungsbeutel 2 erfolgt, und zwar unter Verwendung einer zuvor sterilisierten Vorratsrolle 16 des für die

Herstellung der Verpackungsbeutel 2 verwendeten Verpackungsausgangsmaterials, beispielsweise Folienmaterials. Die Anlage 1a weist wiederum eine Eingangsschleuse 5 auf, die wiederum von dem Hochdruckbehälter 7 gebildet ist, und zwar für die Sterilisation bzw. Druckbehandlung jeweils der gesamten Vorratsrolle 16. Diese wird bei zur Außenseite der Anlage 1a geöffnetem

Hochdruckbehälter 7 in den Innenraum dieses Behälters eingebracht. Anschließend wird der Hochdruckbehälter 7 verschlossen und es erfolgt die Druckbehandlung der gesamten Vorratsrolle 16 über das in den Hochdruckbehälter 7 eingebrachte und zumindest bei dem Druck P der Druckbehandlung flüssigen Druckmedium. [0029] Die jeweilige Vorratsrolle 16 wird als Ganzes in den zur Umgebung geöffnete, zum Reinraum 6a der Anlage 1a geschlossenen Hochdruckbehälter 7 eingebracht und nach dem Schließen des Hochdruckbehälters unter Verwendung des Druckmediums durch Hochdruckbehandlung sterilisiert. Nach dieser Behandlung wird der entlastete Hochdruckbehälter 7 zum Reinraum 6 geöffnet und die Vorratsrolle 16 beispielsweise mit einem nicht dargestellten, ebenfalls im Reinraum 6 angeordneten Manipulator in eine dortige Vorlagevorrichtung 17 eingebracht. Von dieser wird dann im Betrieb der Anlage 1a das die Verpackungsbeutel 2 bildende Flachmaterial kontinuierlich abgezogen und in einer FaIt- und Formstation 18, die ebenfalls im Reinraum 6 angeordnet ist, zu den Verpackungsbeuteln 2 geformt, deren Befüllen und Verschließen an den Befüll- und Verschließstationen 13 und 14 erfolgt und die die Anlage 1a an einer weiteren, nicht dargestellten Schleuse verlassen.

[0030] Durch die Verwendung eines zumindest bei der Druckbehandlung inkompressiblen bzw. flüssigen Druckmediums, beispielsweise durch Verwendung von Reinwasser mit einer Temperatur im Bereich von 30 - 60 ⁰ C besteht die

Möglichkeit einer weitern Verbesserung des Behandlungsergebnisses und/oder eine wesentlichen Verkürzung der Behandlungsdauer.

[0031] Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

[0032] So wurde die Erfindung vorstehend im Zusammenhang mit der Sterilisation von fertigen Verpackungsbeuteln 2 bzw. mit der Sterilisation von Vorratsrollen 16 des für die Herstellung derartiger Beutel verwendeten Flachmaterials beschrieben. Grundsätzlich ist die Sterilisationsvorrichtung 4 auch für das Sterilisieren von anderen Packmitteln verwendbar, beispielsweise für voluminöse Behälter, Kappen bzw. Behälterverschlüsse usw.

Die Verpackung kann dabei aus mehreren Teilen bestehen und Kappen oder eine jegliche Art von Verschlüssen, Ausgießer, Schulter etc. umfassen. Somit ist bei einer Variante des Verfahrens vorgesehen, dass das Verpackungsmaterial Formteile, wie Verschlusselemente, Ausgießer, Schulterelemente und dergleichen umfasst. Diese können alleinig oder gemeinsam mit dem sonstigen Verpackungsmaterial mittels des beschriebenen Verfahrens behandelt werden. In einem Verfahren bei welchem die unterschiedlichen Teile getrennt behandelt werden, ist es sinnvoll, für jede Gruppe von Teilen der Verpackung, insbesondere für Flachmaterial und Verschlüsse oder Schulterteile, separate Hochdruckbehälter vorzusehen und auch die Prozessparameter in geeigneter weise den Materialien der jeweiligen Gruppe von Teilen der Verpackung anzupassen.

[0033] Bei einer Variante des Verfahrens werden nur die vorstehend genannten Formteile mittels eines Hochdruckschritts sterilisiert und das Flachmaterial oder der Beutel mittels eines thermischen und/oder chemischen Sterilisierungsverfahrens.

Bezugszeichenliste

1 , 1a Anlage

2 Verpackungsbeutel

2.1 Strang aus einer Vielzahl von Verpackungsbeuteln 2

3 Transporteur

4 Sterilisationsvorrichtung

5 Eingangsschleuse

6 Reinraum der Anlage 1 bzw. 1a

7 Hochdruckbehälter

8 Innenraum des Hochdruckbehälters

9 Druckquelle für das Druckmedium

10 Aufgabestation

11 Entnahmestation

12 anlageninterner Transporteur

13 Befüllstation

14 Verschließstation

15 Strom aus steriler Luft

16 Vorratsrolle

17 Vorlegeeinheit

18 FaIt- und Formstation A Transportrichtung

P Behandlungsdruck