DE10023000C2

DE10023000C2 - Verfahren und Anordnung zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen, die durch ein sterilisierendes Medium sterilisiert werden

Info

Publication number: DE10023000C2
Application number: DE10023000A
Authority: DE
Inventors: Hans Hallstadius
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: 1998-12-01
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: DE10023000A1; JP4034920B2; JP2000171394A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine An ordnung zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen, die durch ein sterilisierendes Medium, das eine sterilisierende Substanz enthält, sterilisiert werden, nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 13.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung der vorgenannten Art, das wenigstens die Schritte umfaßt, daß ein Verpackungsmaterial oder Packungen durch ein sterilisierendes Medium sterilisiert werden, das eine sterili sierende Substanz enthält, die sterilisierten Packungen mit einem Nahrungsmittel gefüllt und versiegelt werden, wobei das Verfahren ferner die Bestimmung der Konzentration der sterili sierenden Substanz in einer Probe des sterilisierenden Mediums umfaßt. Die Erfindung betrifft auch eine Maschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens zum Verpacken eines Nahrungs mittels in Packungen.

Hintergrund der Erfindung

Beim Prozeß des Verpackens von Nahrungsmitteln ist es wichtig, das Niveau von Bakterien oder anderen Mikroorganismen niedrig zu halten, um Nahrungsmittel mit hoher Qualität und Lebens dauer zu liefern, womit der Transport und die Verteilung über weite Strecken möglich wird, wobei das Nahrungsmittel noch frisch und von bakteriellen Angriffen unbeeinträchtigt gehal ten werden kann. Die Sterilisierungsoperation ist je nach dem zu verpackenden Nahrungsmittel mehr oder weniger kritisch. Insbesondere bei aseptischen Molkereiprodukten, d. h. Molkerei produkten für langfristige Umgebungslagerung ist es von we sentlicher Bedeutung, daß das Nahrungsmittel sowie die Packung vor dem Füllen und Versiegeln vollständig sterilisiert und versiegelt sind und kein Risiko besteht, daß die Nahrung und das Verpackungsmaterial wieder kontaminiert werden.

Bei heutigen Verpackungsverfahren für Nahrungsmittel (der Be griff "Nahrungsmittel" bedeutet alle Arten fester und flüssi ger Nahrungsmittel, d. h. auch Säfte, Milch und andere Ge tränke) wird das Verpackungsmaterial oder die zum Füllen fertige Packung häufig durch Kontakt mit einem fluidartigen, flüssigen oder Gasphasensterilisierungsmedium sterilisiert. Die Verpackungsverfahren sind häufig kontinuierliche Hochge schwindigkeitsverfahren des Typs Formen-Füllen-Versiegeln, d. h. Verfahren, bei denen das Verpackungsmaterial in Form einer Bahn oder eines Zuschnitts kontinuierlich durch eine Maschine geführt wird, sterilisiert wird, indem es durch eine Lösung eines schnellwirkenden Sterilisierungsmittels läuft, alternativ indem es durch einen Strom eines Gasphasen sterilisierungsmediums läuft, durch sterile Luft getrocknet oder entlüftet wird, in die zum Füllen erforderliche Form ge bracht wird, z. B. ein Becher, eine Kapsel oder ein Schlauch, und mit dem zu verpackenden Nahrungsmittel gefüllt und versie gelt wird, wobei alle Schritte unter sterilen Bedingungen ab laufen. Ebenso müssen Flaschen oder Becher, die durch verschie dene Formverfahren hergestellt sind, auf die gleiche Weise ste rilisiert werden, bevor sie mit dem Produkt gefüllt werden. Der Kontaktschritt kann durchgeführt werden, indem die ganze Pac kung oder das Verpackungsmaterial in das flüssige Sterilisie rungsmedium getaucht wird, oder indem das Sterilisierungsmedium auf das Verpackungsmaterial oder die Packungswand gesprüht oder gemalt wird, oder alternativ durch Kontaktierung mit einer Strömung eines gasförmigen Sterilisierungsmediums. Da die Ste rilisierungsoperation während eines Hochgeschwindigkeitsverpac kungsverfahrens normalerweise knapp vor dem Füllen und dem Ver siegeln der Packung stattfindet, ist es wichtig, daß das Steri lisierungsmittel schnell abgetrocknet und von dem Verpackungs material entfernt werden kann, ehe das Nahrungsmittel einge füllt wird. Andererseits ist kritisch, daß genug Sterilisie rungsmittel in der Lösung oder dem Gas vorliegt, um alle an dem Verpackungsmaterial vorhandenen Mikroorganismen wirksam und schnell abzutöten. Die wichtigen Parameter, die für eine aus reichende und rationelle Sterilisierung zu bedenken sind, sind also die Konzentration des Sterilisierungsmittels in dem flüs sigen oder dem Gasphasenmedium, die Temperatur des Sterilisie rungsmedium sowie des Verpackungsmaterials und die Kontaktzeit zwischen dem Sterilisierungsmedium und dem Verpackungsmaterial. Diese Parameter müssen gegen die Zeit, die zum Trocknen oder Entlüften des Sterilisierungsmediums aus dem Verpackungsmateri al erforderlich ist, sowie gegen die gewünschte Geschwindigkeit des Verpackungsverfahrens insgesamt abgewogen werden. Das bei der Nahrungsmittelverpackung am meisten verwendete Sterilisie rungsmittel ist Wasserstoffperoxid, da es relativ billig ist, Bakterien und andere Mikroorganismen schnell abtötet und von den Behörden zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie ge nehmigt ist, womit die Erfordernisse der Verpackungsindustrie erfüllt sind. Ein weiteres brauchbares Sterilisierungsmittel ist Ozon.

Bis jetzt wurde die Konzentration des Sterilisierungsmediums, insbesondere wäßriges Wasserstoffperoxid, beim Mischen des Ste rilisierungsmittels und Wasser nur grob geschätzt und dann nur gelegentlich mittels altmodischer Labortitriermethoden gemes sen. Folglich wird das Sterilisierungsmittel in dem Verfahren mehr oder weniger über den Daumen gepeilt beigegeben, und es wird nur grob geschätzt, ob es innerhalb der erforderlichen Konzentrationsgrenzen liegt. Es besteht eine hohe Gefahr von Schwankungen der Sterilisierungswirkung, da die Sterilisie rungslösung nur einmal oder zweimal am Tag gemessen und nicht kontinuierlich überwacht wird. Zur Kompensierung von Schwankun gen der Konzentration wurde durch Erfahrung eine minimale Kon taktzeit aufgestellt und fest eingehalten. Es besteht also der Wunsch nach einer genaueren Methode zum Messen der Konzentrati on, um eine Optimierung der Sterilisierungsparameter zu ermög lichen und bei der Sterilisierungsoperation sowohl Zeit als auch Energie zu sparen und damit ein verbessertes und kosten wirksameres Sterilisierungs- und Verpackungsverfahren vorzuse hen.

Die Lichtabsorptionsspektrophotometrie und insbesondere UV- Absorptionsspektrophotometrie ist sehr geeignet, um eine quan titative Analyse einer Licht absorbierenden Substanz in einem Probenmedium durchzuführen, da die Lichtabsorption einer Sub stanz direkt von ihrer Konzentration abhängt, d. h. umgekehrt proportional zu der Höhe der Maxima in der aufgezeichneten Kur ve aus dem Ausgangssignal des Lichtstärkedetektors ist. Darüber hinaus sind Lichtabsorptionsverfahren relativ leicht durchzu führen, schnell, zuverlässig, nachvollziehbar und genau.

Alle Substanzen in Lösung oder Gasphase absorbieren Strahlung bei verschiedenen charakteristischen Wellenlängen in dem elek tromagnetischen Spektrum. Insbesondere absorbieren die meisten Substanzen UV-Licht im UV-Abschnitt des Spektrums.

Normalerweise wird angenommen, daß UV-Licht von etwa 10 bis et wa 400 nm reicht, während sichtbares Licht von etwa 400 bis et wa 750 nm reicht. Der UV-Bereich ist in die UVA-, UVB- und UVC- Spektren unterteilt. UVA reicht von etwa 320 bis etwa 400 nm, UVB von etwa 280 bis etwa 320 nm und UVC von etwa 200 bis etwa 280 nm. Chemische UV-Analysen werden normalerweise bei längeren Wellenlängen als 160 nm durchgeführt. Allerdings muß die Analy se bei kürzeren Wellenlängen als 220 nm unter sauerstofffreien Bedingungen durchgeführt werden, d. h. in Abwesenheit von Luft oder Wasser, da die Absorption von Sauerstoff ansonsten die Meßergebnisse stört und da Sauerstoff bei Bestrahlung dissozi iert und Ozon erzeugt (wodurch die Messungen ebenfalls gestört werden).

Nach den traditionellen Lichtabsorptionsanalyseverfahren, ins besondere der UV-Lichtabsorption, wird die zu messende Substanz in einem Medium gelöst oder verdampft, das bei der gleichen charakteristischen Wellenlänge viel weniger als zu messende Substanz selbst absorbiert. Die Stärke des Lichts, das durch das Probenmedium übertragen wird, das die zu messende Substanz enthält, sowie das Licht, das durch eine Bezugsprobe des Medi ums übertragen wird, das die Substanz nicht enthält, wird er faßt, und zwar bei der gleichen charakteristischen Wellenlänge. Die beiden Ausgangssignale, die die Lichtstärken darstellen, werden zur Berechnung der Konzentration der Substanz nach der Beer-Lambert-Gleichung verwendet:

logI₀/I = A (= Absorptionsgrad) = εLC d. h. I/I0 = 10^- ^ε ^LC
worin I und I₀ die Stärken des Licht sind, das durch die Probe bzw. die Bezugsprobe übertragen wird, ε der Absorptionskoeffi zient der spezifischen Substanz bei einer spezifischen Wellen länge in einem spezifischen Medium bei einer vorbestimmten Tem peratur ist, L die Länge des Überwachungspfades durch die zu messende Probe und C die Konzentration der Substanz in der Pro be ist. Da die Länge des Überwachungspfades, d. h. die Länge der gegebenenfalls verwendeten Meßzelle eine meßbare Konstante ist, und da die Absorptionskoeffizienten ε für verschiedene Medien und Substanzen bei unterschiedlichen Wellenlängen wohlbekannt und dokumentiert sind, können die Lichtstärken I und I₀ konti nuierlich gemessen werden, und damit kann die Konzentration der Substanz in dem Medium kontinuierlich überwacht werden. Die Beer-Lambert-Gleichung gilt für jedes monochromatische Licht, d. h. Licht einer spezifischen Wellenlänge mit einer schmalen Spektralbandbreite.

Die Kalibrierung kann beispielsweise durch die Messung des Lichts stattfinden, das durch eine Bezugsprobe übertragen wird. Normalerweise kann eine solche Bezugsmessung mit dem gleichen Gefäß oder der Meßzelle durchgeführt werden, die das Probenme dium enthält, indem das Meßgefäß regelmäßig mit dem Gas oder dem flüssigen Medium gespült wird, das die Probensubstanz nicht enthält, oder alternativ durch Messung der Bezugsprobe in einer anderen, identischen Meßzelle. Allerdings liegt ein Nachteil bei der Messung durch zwei verschiedene Meßzellen darin, daß schwer sichergestellt werden kann, daß beide Messungen unter genau den gleichen Bedingungen durchgeführt werden.

Allerdings würde ein traditionelles Lichtabsorptionsmeßverfah ren wie das oben beschriebene nicht bei einem Prozeß zur Steri lisierung eines Verpackungsmaterials funktionieren, da störende Materialien wie Schmutz und Staubpartikel, die in dem Sterili sierungsfluid vorliegen, ebenso Licht absorbieren und die Lichtabsorptionsmeßergebnisse stören würden.

Solche festen Teilchen liegen stets mehr oder weniger in dem Sterilisierungsfluid bei einem Prozeß zur Sterilisierung von Verpackungsmaterial vor. Verpackungsmaterialien mit einer Kern schicht aus Pappe oder Karton kontaminieren die Sterilisie rungslösung mit Faser- und Staubteilchen. Bei allen Arten von flüssigen Sterilisierungsmedien bilden sich Luftblasen, die die Ergebnisse ebenfalls stören würden. Bei einem Gasphasensterili sierungsmedium stören Kondensationströpfchen an den Fenstern des Meßgefäßes die Messungen. Ebenso würden Schmutz und Ablage rungen an den Meßzellenfenstern, die insbesondere bei Verwendung eines heißen Sterilisierungsmediums auftreten, die Licht stärkemeßergebnisse stören.

Die japanische Patentanmeldung JP-A-01244341 beschreibt ein Verfahren und ein Instrument zum Messen der Konzentration von Ozon in einem Fluidmedium mittels Absorptionsmessungen bei zwei Wellenlängen, wobei das Fluidmedium auch andere störende, Licht absorbierende Substanzen wie Chlor, Schwefeldioxid oder Stick stoffoxid enthält. Nach einer Ausführungsform ist die erste Wellenlänge 254 nm, bei der sowohl Ozon als auch die anderen Substanzen absorbierend sind, während die zweite Wellenlänge 184,9 nm ist, bei der nur die anderen Substanzen Licht absor bieren. Messungen bei einer Wellenlänge von 184,9 nm beschrän ken den Typ des Probenmediums allerdings auf solche Medien, die weder Luft noch Wasser oder Feuchtigkeit enthalten, da Sauer stoff unter dem Einfluß einer solchen kurzwelligen UV-Strahlung zur Bildung von Ozon reagiert. Dadurch werden die Messungen un weigerlich gestört, wenn die zu bestimmende Substanz Licht im gleichen Wellenlängenbereich wie Ozon absorbiert.

Nach einer zweiten Ausführungsform ist die erste Wellenlänge 254 nm, während die zweite Wellenlänge 436 oder 546 nm ist, oder beide Wellenlängen werden als eine zweite oder dritte Wel lenlänge gemessen.

Allerdings garantiert das duale Wellenlängenmeßverfahren, d. h. das Verfahren der Messung der Lichtabsorption bei zwei unter schiedlichen Wellenlängen, immer noch nicht die Genauigkeit, die für einige Meßanwendungen erforderlich ist. Die Licht quelle, die das durch das Probenmedium zu übertragende Licht liefert, emittiert nicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten die gleiche Lichtmenge. Die Lichtstärke nimmt typischerweise mit dem Alter der Lichtquelle ab, aber der Stärke ändert sich auch mit Schwankungen im elektrischen System und der Spannungsver sorgung. Die JP-A-01244341 erwähnt, daß nach dem Stand der Technik bei der Messung bei nur einer Wellenlänge auch die Stärke des direkt von der Lampe emittierten Lichts gemessen kann, ehe es durch die Probe übertragen wird, um Schwankungen bei den Emissionen von der Lampe zu kompensieren.

Allerdings wird in der JP-A-01244341 angenommen, daß Schwan kungen der Stärke des von der Lampe emittierten Lichts aufgeho ben werden, indem bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen ge messen wird, da die Stärkeabweichung bei beiden Wellenlängen gleich wäre.

Dies ist aber nicht wahr und kann nur für bestimmte Zwecke an genommen werden, wo keine hohe Genauigkeit benötigt wird, und wenn die beiden Wellenlängen aus einem schmalen Teil des Spek trums, d. h. relativ nahe beieinander ausgewählt sind, Wir haben herausgefunden, daß es für die Zwecke einer genauen Bestimmung der Konzentration einer Substanz in einem Medium erforderlich ist, die Schwankungen der Lampe bei der ersten Wellenlänge sowie der zweiten zu kompensieren. Für unsere Zwecke ist es erwünscht, Konzentrationen mit einer Genauigkeit von bis zu +/-3%, bevorzugt 2% zu bestimmen.

So war es bekannt, die Konzentration verschiedener Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mittels der Absor ptionsspektrophotometrie zu messen.

Weiterhin ist es beispielsweise aus den US 3 895 233, US 3 544 789, US 4 470 697 oder auch der US 2 761 067 bekannt, die Kon zentrationen verschiedener Substanzen in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mittels der Absorptionsspektrophotometrie zu messen, wobei Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts durch die Messung der Stärke des Lichts der emittierten Wellenlängen durch Photodetektoren und entsprechende Steuereinheiten vor dem Durchlaufender Probe kompensiert werden. So kann aufgrund der Kenntnis des jeweilig aktuell emittierten Lichts, das dann auch die entsprechende Probe durchläuft, eine Schwankung bzw. eine Drift der Lichtquelle kompensiert werden.

Es war aber noch nicht bekannt, die Konzentration eines Steri lisierungsmittels in einem Sterilisierungsmedium durch Lichtab sorptionsverfahren in Verbindung mit dem Prozeß der Sterilisie rung eines Verpackungsmaterials zur Verpackung von Nahrungs mitteln zu messen. Heute stehen auf dem Markt keine Verfahren oder Instrumente zur Verfügung, um mit ausreichender Genauigkeit die Konzentration von Substanzen wie beispielsweise Wasser stoffperoxid oder Ozon mittels Lichtabsorptionsspektrophoto metrie in solchen kontaminierten Sterilisierungsmedien zu messen, wie sie bei der Sterilisierung von Verpackungsmateria lien verwendet werden.

Darüber hinaus wurden noch kein universelles Verfahren und keine universelle Anordnung vorgesehen, die gleichmäßig gut mit ausreichender Genauigkeit funktioniert, um unterschiedliche Sterilisierungssubstanzen wie Ozon oder Wasserstoffperoxid in unterschiedlichen Fluidmedien wie Luft, Gas/Dampf oder einer wässrigen Lösung mittels Lichtabsorptionsspektrophotometrie in solchen kontaminierten Sterilisierungsmedien zu messen, wie sie bei der Sterilisierung von Verpackungsmaterialien verwendet werden.

Die verschiedenen, heute auf dem Markt verfügbaren Instrumente besitzen für Verfahren zum Sterilisieren von Verpackungen eine zu niedrige Genauigkeit und sind übertrieben teuer. Sie funktio nieren mit Leitfähigkeitsverfahren und messen nur sehr niedrige Konzentrationen.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Be stimmen der Konzentration einer sterilisierenden Substanz in einem sterilisierenden Medium zum Sterilisieren von Verpakkungen vorzusehen, die mit ausreichender Genauigkeit funktioniert, und zwar trotz der Anwesenheit interferierender Materialien wie gelegentlicher Gasblasen, Tröpfchen, Schmutz, Staub oder Abscheidungsteilchen in dem Meßmedium und an den Meßge fäßfenstern.

Ferner liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein solches Ver fahren zur Messung der Konzentration einer sterilisierenden Substanz vorzusehen, das gleich gut in wässrigen sowie Luft enthaltenden Gasphasenmedien funktioniert.

Ebenso liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Anwendung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorzusehen.

Insbesondere liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Ver fahren zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen vorzu sehen, wobei das Verpackungsmaterial sterilisiert wird, um eine verlängerte Lebensdauer für das Nahrungsmittel zu erhalten, und wobei die Konzentration des Sterilisierungsmittels in dem Steri lisierungsmedium mit ausreichender Genauigkeit überwacht und innerhalb der erwünschten Konzentrationsgrenzen kontrolliert werden kann.

Darüber hinaus liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Maschine oder Anordnung zum Verpacken von Nahrungsmitteln in Packungen vorzusehen, die Mittel aufweist, um mit ausreichender Genauigkeit die Konzentration des Sterilisierungsmittels in dem sterilisierenden Medium zu überwachen und innerhalb der er wünschten Konzentrationsgrenzen zu halten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, insbesondere in den ne bengeordneten Ansprüchen 5 und 16, gekennzeichnet und dort be schrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verpacken eines Nahrungs mittels in Packungen sowie die entsprechende Anordnung zum Ver packen eines Nahrungsmittels in Packungen nutzt die Messung des, Lichtabsorptionsgrades bei zwei verschiedenen Wellenlängen, so daß die störenden Einflüsse merklicher Mengen interferierender störender Materialien wie Staubteilchen, Schmutz und Gasblasen kompensiert werden. Zur Kompensierung von Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts werden Mes sungen der Stärke des Lichts von der Lichtquelle, das aber noch nicht durch die Probe des sterilisierenden Mediums gelaufen ist, bei jeder der zwei verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig mit den Messungen des Absorptionsgrades durchgeführt, so daß die Konzentration der Substanz, die zur Sterilisierung verwendet wird, auf der Grundlage der Messungen der Lichtstärke an der Lichtquelle auf Fehler korrigiert und bestimmt werden kann.

Durch Auswahl der ersten Wellenlänge aus dem UV-Spektrum und der zweiten Wellenlänge aus dem sichtbaren Spektrum kann die stö rende Absorption aus interferierendem Material wie Staubteil chen, Fasern, Kondensationströpfchen und kleinere Mengen von Glasblasen äußerst wirksam kompensiert werden. Die zu messenden Substanzen sind häufig Breitband-UV-Absorptionssubstanzen wie beispielsweise Ozon oder Wasserstoffperoxid, die allerdings wesentlich weniger oder überhaupt kein Licht im sichtbaren Spektrum absorbieren. Andererseits absorbiert der Typ des interferierenden Materials im wesentlichen die gleiche Menge Licht im UV-Spektrum und im sichtbaren Spektrum.

Die erste(n) Wellenlänge(n) ist(sind) bevorzugt zwischen 220 nm und etwa 320 nm ausgewählt, da dieser Bereich ausreichend weit vom sichtbaren Spektrum entfernt ist und der üblicherweise ver wendete Typ von Breitbandabsorptionssubstanzen ihre Absorpti onsmaxima in diesem Wellenlängenbereich haben. Durch Messung bei Wellenlängen, wo die Substanz eine adäquate und ausreichend starke Absorption hat, wird eine höhere Genauigkeit erhalten. Ebenso ist von großer Bedeutung, bei welchen Wellenlängen die Lichtquelle Licht mit ausreichend hoher Stärke emittiert. Die am meisten bevorzugte Lichtquelle von den heute auf dem Markt bekannten ist die Niederdruck-Quecksilberlampe, die eine starke Emission von Licht bei 254 nm, genauer bei 253,7 nm hat. Dem entsprechend ist(sind) die bevorzugte(n) erste(n) Wellenlän ge(n) bei etwa 254 nm ausgewählt. Eine weitere, mäßigere Emis sion von Licht findet bei etwa 313 nm statt, was für einige Anwendungen ebenso bevorzugt sein kann.

Die zweite(n) Wellenlänge(n) sollte(n) dann unter Wellenlängen von etwa 385 nm und länger, bevorzugt von Wellenlängen zwischen etwa 400 nm und 700 nm und am bevorzugten von etwa 436 nm und/oder etwa 546 nm gemessen werden.

Nach einer bevorzugten Variante wird die Kalibrierung mittels einer Messung durch eine Bezugsprobe durchgeführt, die das gleiche Fluidmedium wie die Meßprobe, aber keine oder wesentlich weniger der zu messenden Substanz enthält. Durch Messung der Stärke des durch die Probe sowie durch eine Bezugsprobe übertragenen Lichts, bei der(den) ersten sowie der(den) zweiten Wellenlänge(n) und durch Anwendung der erhaltenen Werte auf die Beer-Lambert-Gleichung, kann der Lichtabsorptionsgrad bei jeder Wellenlänge bestimmt werden.

Wie oben erläutert, kann die Kalibrierungsmessung in einer an deren, aber identischen Meßzelle durchgeführt werden, die nur die Bezugsprobe enthält, oder alternativ in der gleichen Be zugszelle, aber zu einem anderen Zeitpunkt. Das letztgenannte Verfahren ist bevorzugt, da es höhere Sicherheit gegen Unter schiede in der Strömung der Proben und gegen Unterschiede zwi schen den zwei Überwachungsraumfenstern bietet.

Das Verfahren funktioniert besonders gut für UV-Breitband absorptionssubstanzen, die kein oder wesentlich weniger Licht im sichtbaren Spektrum absorbieren. Am geeignetsten kann die Konzentration von Wasserstoffperoxid oder Ozon nach dem Verfahren der Erfindung gemessen werden, da diese Substanzen solche UV-Breitbandabsorptionseigenschaften haben. Wasserstoffperoxid und Ozon sind auch die in der Nah rungsmittel- und Nahrungsmittelverpackungsindustrie am häufig sten verwendeten Sterilisierungssubstanzen.

In der Nahrungsmittelverpackungsindustrie wird das Sterilisie rungsmedium meist von einem Fluid-, Flüssigkeits- oder Gaspha senmedium geführt, das Wasser, Feuchtigkeit und/oder Luft ent hält. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Medium ein wäßriges Medium. Nach einer weiteren bevorzug ten Ausführungsform ist das Medium ein Gemisch aus Luft und einem Gasphasendampf der sterilisie renden Substanz, alternativ ein Gemisch aus Luft, wäßriger Feuchtigkeit (Dampf) und dem gasförmigen Sterilisierungsmittel. Luft und Wasser sind bevorzugt, da sie unter Gesichtspunkten der Umwelt sowie der Nahrungsmittelhygiene harmlose Medien sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Konzentration in einem wäßrigen Sterilisierungsmedium, das Wasserstoffperoxid als Sterilisierungsmittel enthält, bevorzugt bei einer ersten Wellenlänge von etwa 313 nm gemessen, während die zweite Wel lenlänge aus etwa 436 oder etwa 546 nm ausgewählt ist. Wäßrige Wasserstoffperoxidsterilisierungsmedien erfordern normalerweise eine Konzentration von 1-50 Gew.-% für eine ausreichende Ste rilisierungswirkung. Eine sehr übliche Konzentration, die in der Nahrungsmittelverpackungsindustrie verwendet wird, liegt bei etwa 35 Gew.-%. Wird Wasserstoffperoxid als Sterilisierungsmittel mit einer Sterilisierung mittels UV-Licht strahlung oder ähnlichem kombiniert, dann können die Konzentra tionen von Wasserstoffperoxid viel niedriger sein, wie bei spielsweise 0,1-1 Gew.-%. Zum Messen der höheren Konzentra tionen von wäßrigem Wasserstoffperoxid, wie sie heute häufig in der Verpackungsindustrie verwendet werden, wird der erste Wel lenlängenabsorptionsgrad bevorzugt bei etwa 313 nm gemessen, da Wasserstoffperoxid bei dieser Wellenlänge mäßiger absorbiert und die Ausgangssignale deshalb die Absorptionsverhältnisse ad äquater wiedergeben. Die Länge der Meßzelle kann am geeignet sten zwischen 0,5 und etwa 5 mm liegen.

Für Messungen des Lichtabsorptionsgrades von Ozon oder Gaspha senwasserstoffperoxid wird die erste Wellenlänge am vorteilhaf testen aus etwa 254 nm ausgewählt. Die Länge des Überwachungs pfades liegt je nach der Konzentration in dem Probenmedium be vorzugt zwischen etwa 10 und etwa 250 mm, wenn der Absorptions grad des Gasphasenwasserstoffperoxids gemessen wird. Allerdings liegt die Länge des Überwachungspfades zur Messung von Ozon je nach der Konzentra tion in dem Probenmedium bevorzugt zwischen etwa 0,5 und 5 mm.

Wenn ein heißes Sterilisierungsmedium verwendet wird, kann es notwendig sein, die höhere Temperatur bei der Berechnung der Konzentration der Sterilisierungssubstanz je nach der verwende ten Sterilisierungssubtanz zu kompensieren. Die Beziehung zwi schen der Konzentration C und der absoluten Temperatur T läßt sich allgemein wie folgt ausdrücken:
1/C = αe^-1/T; worin α eine lineare Konstante ist.

Wenn darüber hinaus ein spezielles flüssiges Sterilisierungs mittel bei Erwärmung Gasblasen erzeugt, wie dies bei einer wäß rigen Wasserstoffperoxidlösung bei etwa 70°C der Fall ist, dann kann es notwendig sein, die Blasen in der heißen Sterilisie rungsflüssigkeit zu entfernen oder wenigstens ihre Menge zu re duzieren, ehe sie durch die Konzentrationsmeßanlage geführt wird.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Vor richtung zum Überwachen der Konzentration einer Licht absorbie renden Substanz in einer Probe in Anwesenheit eines interferie renden Materials vorgesehen.

Nach dem oben Erwähnten ist die Lichtquelle vorteilhaft von dem Typ, der Licht mit Wellenlängen zwischen etwa 220 nm und etwa 320 nm sowie Licht einer zweiten Wellenlänge oder eines Bereichs von Wellenlängen von etwa 385 nm und länger emittiert. Am bevorzug testen ist die Lichtquelle, die Licht mit solchen Wellenlängen liefert, eine Niederdruckquecksilberlampe.

Eine bevorzugte Vorrichtung nach der Er findung, weist folgendes auf: eine Lichtquelle, einen Über wachungspfad (L), Meßmittel in Form von Detektoren, die Detek torausgangssignale liefern, sowie Rechenmittel zum Ableiten der wahren Konzentration mit hoher Genauigkeit, indem die Beer- Lambert-Gleichung auf die Ausgangssignale angewendet wird. Eine Kalibrierungsmessung wird mittels Detektoren durchgeführt, die das durch eine Bezugsprobe über tragene Licht erfassen, die das gleiche Fluidmedium wie die Meßprobe, aber wesentlich weniger der zu messenden Substanz enthält, wobei die Detektoren dazu geeignet sind, die Licht stärke bei der(den) ersten bzw. der(den) zweiten Wellenlänge(n) zu messen. Durch Messung der Stärke des durch die Probe sowie durch eine Bezugsprobe übertragenen Lichts bei der(den) ersten sowie der(den) zweiten Wellenlänge(n) kann der Lichtabsorpti onsgrad der Probe bei jeder der ersten und der zweiten Wellen längen bestimmt werden.

Bei der Bestimmung der Konzentration von Ozon beträgt die Länge des Überwachungspfades bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 5 mm, und die ersten und dritten Detektoren sind dazu geeignet, die Lichtstärke bei etwa 254 nm zu messen.

Bei der Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem Gasphasenmedium beträgt die Länge des Überwachungspfades bevorzugt von etwa 10 bis etwa 250 mm, und die ersten und die dritten Detektoren sind dazu geeignet, die Lichtstärke bei etwa 254 nm zu messen.

Bei der Bestimmung der Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem wäßrigen Medium beträgt die Länge des Überwachungspfades bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 5 mm, und die ersten und die dritten Detektoren sind dazu geeignet, die Lichtstärke bei etwa 313 nm zu messen.

Wenn die Menge von Gasblasen in einem flüssigen Sterilisie rungsmedium zu hoch wird, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn eine wäßrige Lösung von etwa 35 Gew.-% auf 50-70°C erwärmt wird, dann kann die Menge von Gasblasen reduziert wer den müssen, indem die Gasblasen von der Flüssigkeit getrennt werden, ehe die Konzentration bestimmt wird. Die Vorrichtung sollte dann eine Einrichtung zum Reduzieren der Menge von Gas blasen umfassen.

Ebenso kann bei einigen flüssigen Sterilisierungsmedien wie bei einer wäßrigen Lösung von etwa 35 Gew.-% Wasserstoffperoxid die Konzentration bei einer spezifizierten Wellenlänge merklich mit der Temperatur schwanken. Deshalb sollte die Konzentrationsmeß vorrichtung eine Einrichtung zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit umfassen, um solche Schwankungen zu kompensieren.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfah ren zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen vorgese hen, das wenigstens die Schritte aufweist, daß ein Verpackungs material oder Packungen durch ein sterilisierendes Medium sterilisiert werden, das eine sterilisierende Substanz enthält, die sterilisierten Packungen mit einem Nahrungsmittel gefüllt werden und die Packungen versiegelt werden, wobei das Verfahren ferner die Bestimmung der Konzentration der sterilisierenden Substanz in dem sterilisierenden Medium umfaßt.

Nach noch einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Maschine zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen vorgesehen, die eine Vorrichtung zur Konzentrationsbestimmung aufweist.

Das Verfahren und die Vorrichtung zum Überwachen der Konzentra tion nach der Erfindung sind besonders zur Verwendung bei Ver fahren und Maschinen zur Sterilisierung von Verpackungsmaterial in der Nahrungsmittelverpackungsindustrie geeignet, da sie sehr genaue Konzentrationsmessungen liefern, obwohl in dem sterili sierenden Medium mit der Lichtabsorption interferierende Mate rialien vorliegen, womit eine zuverlässigere Sterilisierung und eine geringere Gefahr für Sterilisierungsmittelreste (aufgrund von Übermengen an Sterilisierungsmittel) in den sterilisierten Packungen sowie eine wirksamere Verwendung des Sterilisierungs mittels möglich werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Weitere Vorteile und günstige kennzeichnende Merkmale bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Die Erfindung wird zwar im folgenden unter speziellem Bezug auf eine Vorrichtung beschrieben, allerdings sei bedacht, daß die vorliegende Erfindung im weitesten Umfang nicht ausschließlich auf diese praktische Anwendung beschränkt ist, die beispielhaft als eine unter vielen anderen denkbaren Anordnungen ausgewählt ist, um das Verfahren nach der Erfindung durchzuführen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.

Fig. 1 und 2 veranschaulichen jeweils schematisch eine Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung zum Überwachen der Konzentration einer Licht absorbieren den Substanz.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel einer Füll- und Ver packungsmaschine nach der Erfindung eines ähnlichen Typs, wie er üblicherweise zum Füllen und Verpacken von flüssigen Nah rungsmitteln verwendet wird, die heute auf dem Markt sind.

Fig. 4 zeigt die Sterilisierungseinheit der Verpackungsma schine in Fig. 3.

Fig. 5 und 6 zeigen jeweils schematisch eine Ausführungs form einer Verpackungs- und Füllmaschine 70 bzw. 80 nach der Erfindung, die Sterilisierung mittels eines Gasphasensterili sierungsmediums, mit einer Konzentrationsbestimmungsvorrichtung 10.

Fig. 7a und 7b veranschaulichen schematisch eine Gasbla senreduziereinrichtung 90 zum Reduzieren oder Beseitigen von Gasblasen in der Sterilisierungsflüsigkeit bzw. den Anschluß einer solchen Einrichtung an die Konzentrationsmeßvorrichtung 10.

Insbesondere kann vorteilhaft die Konzentration von Substanzen mit einem breiten Absorptionsband im UV-Spektrum, aber mit ei ner nahezu bei null liegenden Lichtabsorption bei Wellenlängen von mehr als 385 nm mittels des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gemessen werden. Typische Sub stanzen sind Wasserstoffperoxid und Ozon.

Eine oder mehrere Lichtquellen 11 sind vorgesehen, um Licht mit geeigneten Wellenlängen zu liefern.

Bevorzugte Lichtquellen nach der Erfindung sind diejenigen, die Licht mit Wellenlängen liefern, das von den kürzeren UV-Spek trum-Wellenlängen UVB und UVC, d. h. von etwa 220 bis etwa 320 nm reicht, sowie Licht aus den Wellenlängen des sichtbaren Be reichs, also länger als etwa 385 nm. Beispiele solcher Licht quellen sind Lampen des Gasentladungstyps, die ein Breitspek trumlicht liefern, z. B. eine Xenonlampe oder alternativ Hoch- oder Niederdruckquecksilberlampen. Allerdings können auch UV- Laservorrichtungen nach der bevorzugten Ausführungsform der Er findung verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, mit tels einer oder mehrerer Laser-Dioden UV-Licht mit einer oder mehreren vorbestimmten Wellenlängen zu liefern. Dann muß eine weitere Lichtquelle für sichtbares Licht vorgesehen sein, um Licht aus den sichtbaren Spektren zu liefern.

Für Licht mit anderen Wellenlängen können andere, dem Fachmann wohlbekannte Lichtquellen verwendet werden.

Am bevorzugtesten ist die Lichtquelle eine Niederdruckquecksil berlampe der heute im Handel erhältlichen Typen, da sie eine UV-Spektrallinie bei einer vorbestimmten Wellenlänge mit mini maler Bandbreite und hoher Stärke sowie Licht in den sichtbaren Spektren liefern kann. Die tatsächliche UV-Wellenlänge liegt bei etwa 254 nm und genauer bei 253,7 nm, und bei etwa 313 liegt eine weitere deutliche Spektrallinie vor. Aus dem Licht strahl der UV-Quelle kann auch Licht mit anderen Wellenlängen weggefiltert werden. Falls dies gewünscht ist, beispielsweise im Falle einer Niederdruckquecksilberlampe, kann das von der Lampe emittierte Licht mittels einer Kollimatorlinse 1 längs eines Lichtstrahlpfades zentriert werden. UV-Licht und sichtba res Licht können von wenigstens zwei verschiedenen Quellen 11, 11' oder einfach von der selben Quelle 11 geliefert werden.

Die Meßzelle oder der Überwachungsraum 12, der die zu messende Gas- oder Flüssigkeitsprobe enthält, hat Fenster 12' aus Quarz glas oder einem ähnlichen, optisch gut funktionierenden, trans parenten Material. Das zu messende Probenmedium wird bevorzugt gemessen, während es durch eine Meßzelle strömt. Für Substan zen, die von UV-Strahlung beeinflußt werden können, wie für Ozon oder Wasserstoffperoxid, ist es erwünscht, die Konzentra tion in einem strömenden Probenmedium zu messen. Die Strömungs geschwindigkeit des Probenmediums liegt dann vorteilhaft in der Größenordnung von hundert bis einigen hundert ml/min.

Bei einer Verpackungs- und Füllmaschine, die gasförmige Steri lisierungsmedien verwendet, kann die Meßvorrichtung vorteilhaft um eine Leitung oder ein Rohr zum Transport der Gasströmung in die Sterilisierungszone gebaut sein. Die Wände der Leitung sind dann mit Fenstern 12' versehen, die beispielsweise aus Quarz glas hergestellt sind, damit das Licht von der Lichtquelle durchläuft, außerhalb der Leitungswand, in die gasförmige Strö mung und weiter durch das Fenster 12' in der gegenüberliegenden Leitungswand in den jeweiligen Lichtdetektor. Eine separate Meßzelle, die außerhalb der normalen Leitung positioniert ist, und eine separate Schleife, um die Meßzelle mit Probenmedium zu versorgen, wären dann nicht nötig. Durch die direkte Messung in der Versorgungsströmung des Probenmediums kann die Vorrichtung einfacher konstruiert sein, wenn sie in einer Verpackungsma schine installiert ist. Statt der Messung durch eine Meßzelle wird die Lichtabsorption also durch einen Überwachungsraum ge messen. Der Abstand zwischen den beiden Querzfenstern bildet die Länge des Überwachungspfades (L). Insbesondere im Falle ei nes heißen Gasphasenmedium führt eine separate Meßschleife zu Problemen in Form von Kondensationströpfchen an den Überwa chungsraumfenstern. Bei einer Sterilisierungsvorrichtung kann der Überwachungsraum sogar von der Sterilisierungskammer selbst gebildet sein. Dann sind Quarzfenster oder ähnliches an den ge genüberliegenden Seiten der Kammer positioniert.

Das Probenmedium 40, d. h. das Sterilisierungsmedium oder ein Bezugsmedium, das keine oder wesentlich weniger Sterilisie rungssubstanz 40' enthält, wird durch die Meßzelle mit einer solchen Rate geströmt, daß das Licht die sterilisierende Sub stanz nicht beeinflussen kann. Die Strömungsrate kann tatsäch lich sehr niedrig sein, sollte aber bevorzugt während der UV- Bestrahlung zum Stillstand kommen, da eine bestimmte Sterili sierungssubstanz dann aufgrund der hochenergetischen Strahlung dissoziieren könnte.

Das Medium kann jede Flüssigkeit oder ein gasförmiges Medium sein, das die Lichtabsorptionsmessungen nach der Erfindung nicht stört. Normalerweise sind sterilisierende Medien wäßrig oder basieren auf steriler Luft oder Luft enthaltendem heißen Dampf. Allerdings sind auch andere Alternativen wie beispiels weise ein reines Inertgas wie Stickstoff oder ein sterilisie rendes Lösungsmittel verwendbar, das für das verpackte Produkt harmlos wäre und kein Sicherheitsrisiko in der Umgebung des Verpackungsprozesses darstellen würde. Die ersten und zweiten Wellenlängen sollten bevorzugt derart gewählt sein, daß die zu messende Substanz eine ausreichend unterschiedliche Lichtmenge bei den zwei Wellenlänge absorbiert. Das Medium selbst sollte bevorzugt wesentlich weniger Licht oder keines bei den gleichen Wellenlängen wie die zu messende Substanz absorbieren.

Die Länge der Meßzelle oder der Überwachungspfad (L) durch das Probenmedium, d. h. die Strecke, über die Licht durch das Pro benmedium übertragen wird, kann nach dem gewünschten Meßbe reich, d. h. dem Bereich von zu messenden Konzentrationen, dem spezifischen Medium und der spezifischen Meßwellenlänge ausge wählt sein.

Der Überwachungspfad (L) hat ein erstes Ende, an dem die Licht quelle positioniert ist, und ein zweites Ende an der gegenüber liegenden Seite des Überwachungsraums oder der Meßzelle von der Lichtquelle, an dem eine Einrichtung zum Erfassen des durch das Probenmedium übertragene Licht positioniert ist.

Demnach sind zum Erfassen und Messen des durch das Probenmedium übertragenen Lichts erste und zweite Detektoren 14, 19 an der gegenüberliegenden Seite der Meßzelle, an dem zweiten Ende des Überwachungspfades positioniert. Der erste Detektor 14 ist be vorzugt zum Erfassen von UV-Licht bei wenigstens einer vorbe stimmten Wellenlänge geeignet. Jeder Standarddetektor ist ge eignet, der bevorzugt zum Messen von Wellenlängen von 220-320 nm vorgesehen ist, also beispielsweise eine UV-empfindliche Photodiode.

Um das durch die Probe übertragene Licht auf die ausgewählten, vorbestimmten Meßwellenlängen zu begrenzen, womit verhindert wird, daß störendes Licht aus anderen diffusen Wellenlängen in den Detektor eintritt, kann vorteilhaft ein optisches Filter 13 vor dem ersten Detektor 14 längs des Pfades des Lichtstrahls positioniert sein. Ein solches optisches UV-Lichtfilter kann vorteilhaft vom Typ Bandpaßfilter sein. Im Falle einer Licht quelle, die nur Licht einer bestimmten Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs emittiert, wie einer Laserdiode, kann auf das optische Filter verzichtet werden. Ebenso kann ein opti sches Filter überflüssig sein, wenn der Detektor den erforder lichen Bereich spektraler Empfindlichkeit hat.

Der zweite Detektor 19 ist bevorzugt zum Erfassen von Licht bei einer vorbestimmten zweiten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen aus dem sichtbaren Spektrum geeignet, d. h. Wellen längen, die länger als etwa 385 nm sind, bevorzugter im Bereich von etwa 400 nm bis etwa 700 nm. Der zweite Detektor 19 ist ge eigneterweise eine Photodiode und hat ein optisches Filter 18 des Typs sichtbar-aus-ein-Filter, um das ganze UV-Licht wegzu filtern und nur sichtbares Licht durchzulassen. Insbesondere bei Verwendung einer Niederdruckquecksilberlampe ist ein zwei ter Detektor bevorzugt, der Licht von 436 nm und/oder 546 nm messen kann, da sie bei diesen Wellenlängen gut definierte Spektrallinien liefert.

Das von der(den) Lichtquelle(n) emittierte Licht kann also durch das Probenmedium über einen einzigen Lichtstrahl übertra gen werden, der Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen aus dem UV- sowie dem sichtbaren Spektrum enthält (vgl. Fig. 1), wie beispielsweise im Falle einer Quecksilberlampe. Das Licht der verschiedenen Wellenlängen kann auch von zwei oder mehreren Lichtquellen geliefert werden und dann mittels dem Fachmann wohlbekannter optischer Einrichtungen (Spiegel, Re flektoren) zu nur einem gemeinsamen Lichtstrahl gesammelt wer den. Alternativ (vgl. Fig. 2) kann Licht über zwei separate Lichtstrahlen übertragen werden, einen zum Messen bei der er sten vorbestimmten UV-Wellenlänge mittels des ersten Detektors und den anderen zum Messen bei einer oder mehreren zweiten vor bestimmten sichtbaren Wellenlängen oder einem Bereich von Wel lenlängen mittels des zweiten Detektors. In letzterem Fall kann sich darin eine Unbestimmtheit ergeben, daß die Lichtstrahlen durch unterschiedliche Teile des Probenmediums oder sogar durch unterschiedliche Meßzellen laufen, und daß die Menge störender Substanzen unterschiedlich sein kann (Staubteilchen usw.). Der erste Fall, d. h. die Lichtquelle(n) liefert(liefern) einen ein zigen Lichtstrahl, ist also nach der Erfindung bevorzugt, um das Licht zu erfassen, das bei zwei getrennten Wellenlängen übertragen wird, wobei der Hauptlichtstrahl nach dem Durchlau fen des Probenmediums in zwei Lichtstrahlen unterteilt werden kann. Dies läßt sich vorteilhaft mittels eines Strahlenteilers 16 erreichen, der am zweiten Ende des Überwachungspfades längs des Pfades des Lichtstrahls vor den Detektoren 14, 19 positio niert ist, sowie die optischen Filter 13, 18, falls vorhanden. Ein solcher Strahlenteiler kann ein Spiegel oder ein sogenann ter Strahlenteilerkubus oder ein anderer Typ eines optischen Fensters sein, das so ausgelegt ist, daß es einen Teil des Lichts durchläßt und den anderen Teil des Lichts reflektiert.

Der Strahlenteiler 16 teilt demnach den Lichtstrahl in zwei ge trennte Lichtstrahlen 20, 21, womit Licht zu der ersten bzw. der zweiten Erfassungseinrichtung geliefert wird. Der erste Lichtstrahl 20, der Licht zu dem ersten Detektor 14 liefert, läuft bevorzugt durch ein erstes optisches Filter 13, ehe er den Detektor erreicht, mit der Funktion, das in den Detektor eintretende Licht auf die erste(n) vorbestimmte Wellenlänge(n) zu begrenzen. Auf die gleiche Weise läuft der zweite Licht strahl 21 bevorzugt durch ein zweites optisches Filter 18 mit der Funktion, das in den zweiten Detektor 19 eintretende Licht auf die zweite(n) vorbestimmte Wellenlänge(n) zu begrenzen.

Indem man einen Lichtstrahl von der Lichtquelle durch eine Pro be des Fluidmediums 40 längs eines Überwachungspfades mit der Länge L richtet, das die zu messende Substanz sowie alle inter ferierenden Materialien enthält, die Stärke des durch das Pro benmedium 40 bei der ersten Wellenlänge übertragenen Lichts 20' erfaßt und auch Licht von der Lichtquelle durch die Bezugsprobe 40' längs eines Überwachungspfades mit der gleichen Länge L richtet, die keine zu messende Substanz oder wesentlich weniger enthält, und dann die Stärke des durch die Bezugsprobe 40' bei der ersten Wellenlänge übertragenen Lichts erfaßt, werden erste Detektorausgangssignale 15 und 15' erzeugt, um die Differenz der Lichtstärke des durch die Probe bzw. die Bezugsprobe über tragenen Lichts anzugeben. Durch Anwendung der Beer-Lambert- Gleichung auf die Relativwerte der Ausgangssignale kann dann die Konzentration der Licht absorbierenden Substanz normal be stimmt werden. Nach der Erfindung wird die wahre Konzentration der Substanz durch Korrektur bestimmt, indem die entsprechenden zweiten Detektorausgangssignale 22, 22' aus den gleichen Mes sungen bei der zweiten Wellenlänge verwendet werden, um den Einfluß von Verunreinigungen in der Probe 40 aufzuheben.

Die analogen Detektorausgangssignale 15, 22 werden zu einer Konvertierungseinrichtung zur Konvertierung in digitale Signale übertragen und dann weiter zu einer Recheneinrichtung 36 zur Berechnung und Auswertung der Konzentration nach der Beer- Lambert-Gleichung. Gegebenenfalls können die Ausgangssignale berechnet werden, um ferner einen Eingang für ein automatisches Konzentrationsregelsystem zum Steuern der Dosierung der Sub stanz in dem flüssigen oder Gasphasenmedium zu liefern. Damit die Beer-Lambert-Gleichung angewendet werden kann, sollte die Stärke des durch das Probenmedium sowie durch die Bezugsprobe übertragenen Lichts gemessen werden, d. h. dem Medium, das frei oder im wesentlichen frei von der zu messenden Substanz ist. Wie oben erwähnt, kann dies vorteilhaft durchgeführt werden, indem die Inhaltsstoffe einer einzigen Meßzelle immer mal von Probe zu Bezugsprobe umgeschaltet werden. Alternativ kann die Bezugsprobe in einer separaten Meßzelle gemessen werden, die nur mit dem flüssigen oder gasförmigen Medium (ohne Probensub stanz) gefüllt ist. Der erste Fall ist bevorzugt, da er die höchste Zuverlässigkeit und Genauigkeit liefert. Nach einer be vorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung kann beim Messen von UV-empfindlichen Substanzen wie Ozon oder Was serstoffperoxid die Bezugsprobe in der gleichen Meßzelle wie das Probenmedium vorbereitet werden, indem die Strömung des frischen, sauberen Probenmediums durch die Zelle für einen kur zen Zeitraum angehalten wird, während das Probenmedium von dem UV-Licht bestrahlt wird. Die UV-empfindliche Substanz wird dann abgebaut und liefert ein flüssiges oder Gasphasenbezugsmedium, das frei von der zu messenden Substanz sowie von interferieren dem Material ist. Demnach kann eine automatische Kalibrierung regelmäßig durchgeführt werden, während ansonsten die Konzen tration der Substanz in dem strömenden Medium kontinuierlich gemessen wird.

Die Berechnungen in der Recheneinrichtung werden bevorzugt nach dem folgenden Schema durchgeführt:

1. Traditionell wird die Konzentration mittels der Beer- Lambert-Gleichung bestimmt, d. h.
C = 1/εL.log(I_UV(0)/I_UV);
worin I_UV(0) die Stärke des durch die Bezugsprobe, d. h. nur das Medium 40', bei der(den) ersten vorbestimmten UV-Licht- Wellenlänge(n) übertragenen UV-Lichts ist (erstes Detektoraus gangssignal 15'), und I_UV die Stärke des durch das Probenmedi um, d. h. das Probenmedium, das die zu messende Substanz sowie jedes interferierende Material 40 enthält, bei der(den) ersten vorbestimmten UV-Licht-Wellenlänge(n) übertragenen UV-Lichts ist (erstes Detektorausgangssignal 15).
2. Allerdings schwankt erfindungsgemäß die Stärke des übertra genen Lichts auch aufgrund von Verunreinigungen in dem flüssi gen oder gasförmigen Medium wie Staub und anderen mehr oder we niger festen Teilchen. Deshalb mußt das Verhältnis von I_UV(0)/I_UV um das Verhältnis zwischen (I_vis(0)/I_vis) korrigiert werden, worin I_vis(0) die Stärke des durch die Bezugsprobe, d. h. nur das Medium 40', bei der(den) zweiten vorbestimmten sichtbaren Licht-Wellenlänge(n) übertragenen Lichts ist (zweites Detektorausgangssignal 22'), und I_vis die Stärke des durch das Probenmedium, d. h. das Medium, das die zu messende Substanz sowie jedes interferierende Material 40 enthält, bei der(den) zweiten vorbestimmten sichtbaren Licht-Wellenlänge(n) übertragenen Lichts ist (zweites Detektorausgangssignal 22).

Demnach gilt

C = 1/εL.log((I_UV(0)/I_UV)(I_vis/I_vis(0)))

d. h.

C = 1/εL.log(I_vis/I_UV) - 1/εL.log(I_vis(0)/I_UV(0));

worin der zweite Term bei der Kalibrierung und Messung durch die Bezugsprobe bestimmt wird und dann als konstanter Wert in der Recheneinrichtung gespeichert werden kann. Das Verhältnis (I_vis/I_UV) wird also kontinuierlich gemessen.

1. Nach der Erfindung wird auch die Stärke des von der Lampe emittierten, aber nicht durch das Probenmedium übertragenen Lichts gemessen und als Detektorausgangssignal zu der Computer verarbeitungseinrichtung geliefert. Dies dient dem Zweck, die Tatsache zu kompensieren, daß die Stärke des von der Lampe emittierten Lichts mit der Zeit aufgrund des Alterns der Lampe oder Schwankungen in der Spannungsversorgung zu der Lampe schwanken kann. Solche Messungen können je nach der Qualität der Lampe, aber auch der Verwendung und dem Zweck der Messungen und den Anforderungen an die Genauigkeit der gemessenen Konzen tration nötig sein. Dies hat sich als sehr erwünschenswert zum Zwecke von Konzentrationsmessungen bei der Sterilisierung von Verpackungsmaterialien, Packungen oder Anlagen für Nahrungsmit telverpackungszwecke herausgestellt.
2. Das Verhältnis (I_UV(0)/I_UV) sollte also durch das Verhältnis zwischen (I_UVref(0)/I_UVref) eingestellt werden, worin I_UVref(0) die Stärke des von der Lichtquelle bei der(den) er sten vorbestimmten UV-Licht-Wellenlänge(n) emittierten UV- Lichts zu dem Zeitpunkt ist, wo die Bezugsprobe gemessen wird (drittes Detektorausgangssignal 29'), und I_UVref die Stärke des von der Lichtquelle bei der(den) ersten vorbestimmten UV-Licht- Wellenlänge(n) emittierten Lichts zu dem Zeitpunkt ist, wo die Bezugsprobe gemessen wird (drittes Detektorausgangssignal 29).

Für manche Zwecke kann gefordert sein, daß die Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts bei unterschiedlichen Wel lenlängen variiert. Eine solche Forderung ist allerdings für die meisten Lichtquellen nicht wahr und führt zu einer geringe ren Genauigkeit bei den Berechnungen der Konzentration. Im Falle einer Niederdruckquecksilberlampe und Anforderungen an hohe Genauigkeit wie +/-35, bevorzugt +/-2% bei Konzentrationsmes sungen ist eine solche Forderung nicht empfohlen. Dies hängt natürlich wiederum von den Umständen und Zwecken der Messungen ab. Insbesondere beeinflussen auch Veränderungen der Umgebung der Meßvorrichtung wie Temperaturänderungen auch die Funktion der Lampe und die Stärke des Lichts unterschiedlich bei unter schiedlichen Wellenlängen. Das Verhältnis der Lampenstärken bei unterschiedlichen Wellenlängen kann damit mit Veränderungen der Umgebungstemperatur schwanken. Temperaturveränderungen sind in der Umgebung von Verpackungs- und Füllmaschinen üblich.

1. Deshalb sollte die Stärke des von der Lichtquelle emittier ten Lichts bei der(den) ersten sowie der(den) zweiten vorbe stimmten Wellenlänge(n) gemessen werden. Das Verhältnis (I_UV(0)/I_UV) sollte ferner durch das Verhältnis zwischen (I_VISref(0)/I_VISref) eingestellt werden, worin I_VISref(0) die Stärke des von der Lichtquelle bei der(den) zweiten vorbestimm ten Wellenlänge(n) emittierten Lichts zu dem Zeitpunkt ist (viertes Detektorausgangssignal 35'), wo die Bezugsprobe gemes sen wird, und I_VISref die Stärke des von der Lichtquelle bei der(den) zweiten vorbestimmten UV-Licht-Wellenlänge(n) emit tierten Lichts zu dem Zeitpunkt ist, wo das Probenmedium gemes sen wird (viertes Detektorausgangssignal 35).
2. Dementsprechend kann die Konzentration wie folgt berechnet werden:
C = 1/εL.log((I_UV(0)/I_UV)(I_vis/I_vis(0)) (I_UVref/I_UVref(0))(I_VISref(0)/I_VISref))
d. h.
C = 1/εL.log(I_UVref/I_UV)(I_vis/I_VISref) - 1/εL.log((I_UVref(0)/I_UV(0))(I_vis(0)/I_VISref(0)));
worin der zweite Term bei der Kalibrierung und Messung durch die Bezugsprobe bestimmt wird und dann als konstanter Wert in der Recheneinrichtung gespeichert werden kann. Also müssen nur I_UVref, I_UV, I_VIS und I_VISref kontinuierlich gemessen werden.

Die Genauigkeit bei den Konzentrationsmessungen nach dieser be vorzugten Ausführungsform beträgt +/-3%, bevorzugt +/-2%, was beim Prozeß der Sterilisierung von Verpackungsmaterialien er wünscht ist.

Bei der Sterilisierung mit einem Gasphasensterilisierungsmedium können die Kompensation und Wiederberechnung nach den Druck- und Temperaturschwankungen durchgeführt werden.

Wenn das Sterilisierungsmedium eine Flüssigkeit ist, dann kann ebenso der Einfluß der Temperatur des Mediums auf seine Dichte kompensiert werden.

Außerdem kann der Absorptionskoeffizient für einige flüssige Medien mit der Temperatur bei einer gegebenen Wellenlänge schwanken. Insbesondere im Falle einer Wasserstoffperoxidlösung mit einer höheren Konzentration (etwa 35 Gew.-%) bei Umge bungstemperatur kann die Konzentration der Wasserstoff peroxidlösung bei einer Temperaturerhöhung bis etwa 70°C auf etwa 45 Gew.-% steigen, wenn bei einer Wellenlänge von 313 nm gemessen wird. Die Beziehung zwischen der Konzentration C und der absoluten Temperatur T kann dann allgemein als 1/C = αe^-1/T ausgedrückt werden, worin α eine lineare Kon stante ist. Bei einer Wellenlänge von 254 nm ist dieser Effekt allerdings zu vernachlässigen.

Unter Bezug auf Fig. 1 kann demnach die Vorrichtung ferner ei nen zweiten Strahlenteiler 23 und eine dritte Erfassungs einrichtung 24 mit einem dritten optischen Filter 25 und einem dritten Detektor 26 aufweisen, wobei der Strahlenteiler 23 das Licht von der Lichtquelle in einen Hauptstrahl 27 und einen dritten Lichtstrahl 28 teilt und zwischen der Lichtquelle 11 und dem ersten Ende des Überwachungspfades (L) positioniert ist, wobei der Hauptlichtstrahl 27 durch das Probenmedium längs des Überwachungspfades gerichtet ist, wobei die dritte Erfas sungseinrichtung 24 zum Messen von UV-Licht der ersten Wellen länge ausgelegt und längs des dritten Lichtstrahls 28 positio niert ist, womit ein Bezugsausgangssignal 29 (entsprechend I_UVref(0) bzw. I_UVref) zur Kompensation für Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle bei der ersten Wellenlänge über tragenen Lichts geliefert wird. Das dritte optische Filter und der Detektor sind bevorzugt identisch mit dem ersten optischen Filter 13 und dem Detektor 14. Die Vorrichtung weist dann fer ner einen dritten Strahlenteiler 30 und eine vierte Erfassungs einrichtung 31 mit einem vierten optischen Filter 32 und einem vierten Detektor 33 auf, wobei der dritte Strahlenteiler von dem dritten Lichtstrahl 28 einen vierten Lichtstrahl 34 abteilt und zwischen dem zweiten Strahlenteiler 23 und der dritten und der vierten Erfassungseinrichtung positioniert ist, wobei die vierte Erfassungseinrichtung 31 zum Messen von Licht der zwei ten Wellenlänge ausgelegt und längs des vierten Lichtstrahls 34 positioniert ist, womit ein Bezugsausgangssignal 35 (entsprechend I_VISref(0) bzw. I_VISref) zur Kompensation für Schwankungen des von der Lichtquelle bei der zweiten Wellenlän ge übertragenen Lichts geliefert wird.

Das vierte optische Filter und der Detektor sind bevorzugt identisch mit dem zweiten optischen Filter 18 und dem Detektor 19. Es werden also dritte und vierte Detektorausgangssignale 29; 35 geliefert, die die Stärke des von der Lampe zu einem be stimmten Zeitpunkt emittierten Lichts darstellen.

Eine alternative Anordnung besteht nach Fig. 2 darin, daß zwei Lichtstrahlen durch zwei unterschiedliche, aber identische Überwachungsräume 12 gerichtet werden, wobei für entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet werden.

In Fig. 2 liefert die Lichtquelle 11 oder, je nachdem, die Lichtquellen 11, 11' zwei Hauptstrahlen 20, 21, die jeweils durch eine Meßzelle 12 oder durch unterschiedliche Überwa chungsräume 12 zu übertragen sind, die beide das Probenmedium enthalten und die gleiche Länge des Überwachungspfades L haben. An dem zweiten Ende des Überwachungspfades der ersten Meßzelle ist längs des Lichtstrahls 20 ein erster Detektor 14 positio niert, um die Stärke des bei der(den) ersten Wellenlänge(n) übertragenen Lichts zu erfassen. Normalerweise läuft das Licht zuerst durch ein erstes optisches Filter 13, um das zu erfas sende Licht nur auf Licht der ersten Wellenlänge(n) zu be schränken. Ebenso ist an dem zweiten Ende des Überwachungspfa des der zweiten Meßzelle längs des Lichtstrahls 21 ein zweiter Detektor 19 positioniert, um die Stärke des bei der(den) zwei ten Wellenlänge(n) zu erfassen. Normalerweise läuft das Licht zuerst durch ein zweites optisches Filter 18, um das zu erfas sende Licht nur auf Licht der zweiten Wellenlänge(n) zu be schränken.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung dann ferner einen ersten Strahlenteiler 23 und eine dritte Erfassungseinrichtung 24 mit einem dritten optischen Filter 25 und einem dritten Detektor 26 aufweisen, wobei der Strahlenteiler 23 das Licht von der Lichtquelle in einen Haupt strahl 20 und einen dritten Lichtstrahl 28 teilt und zwischen der Lichtquelle 11 und dem ersten Ende des Überwachungspfades L positioniert ist, wobei der Hauptlichtstrahl 20 durch das Pro benmedium längs des Überwachungspfades gerichtet ist, wobei die dritte Erfassungseinrichtung 24 zum Messen von UV-Licht der er sten Wellenlänge ausgelegt und längs des dritten Lichtstrahls 28 positioniert ist, womit ein Bezugsausgangssignal 29 zur Kom pensation für Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle bei der ersten Wellenlänge übertragenen Lichts geliefert wird. Das dritte optische Filter und der Detektor sind bevorzugt identisch mit dem ersten optischen Filter 13 und dem Detektor 14. Die Vorrichtung kann dann ferner einen zweiten Strahlentei ler 30 und eine vierte Erfassungseinrichtung 31 mit einem vier ten optischen Filter 32 und einem vierten Detektor 33 aufwei sen, wobei der zweite Strahlenteiler 30 von dem zweiten Licht strahl 21 einen vierten Lichtstrahl 34 abteilt und zwischen der Lichtquelle 11 und der zweiten Meßzelle positioniert ist, wobei die vierte Erfassungseinrichtung 31 zum Messen von Licht der zweiten Wellenlänge ausgelegt und längs des vierten Licht strahls 34 positioniert ist, womit ein Bezugsausgangssignal 35 zur Kompensation für Schwankungen des von der Lichtquelle bei der zweiten Wellenlänge übertragenen Lichts geliefert wird. Das vierte optische Filter und der Detektor sind bevorzugt identisch mit dem zweiten optischen Filter 18 und dem Detektor 19. Es werden also dritte und vierte Detektorausgangssignale 29; 35 geliefert, die die Stärke des von der Lampe zu einem bestimmten Zeitpunkt emittierten Lichts darstellen.

In beiden Fällen können, wie oben erläutert, Bezugsmessungen entweder in weiteren separaten Meßzellen längs separater Licht strahlpfade oder bevorzugt in den gleichen Meßzellen durchge führt werden, indem das Probenmedium 40 zeitweilig durch das Bezugsmedium 40' ersetzt wird.

Der Bereich der Konzentrationsmeßempfindlichkeit kann verändert werden, indem die Länge des Überwachungspfades in der Probe, d. h. die Länge der Meßzelle oder des Meßraums L verändert wird. Eine niedrigere Konzentration erfordert einen längeren Überwa chungspfad und umgekehrt. Die Länge der Meßzelle variiert ge wöhnlich von etwa 0,001 bis etwa 20 mm, bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 2 mm, wenn Ozon und Wasserstoffperoxid in wäßriger Lö sung gemessen werden. Zum Messen von Wasserstoffperoxid in Gas phase ist allerdings ein längerer Überwachungspfad erforder lich, wie von etwa 10 bis etwa 200 mm, bevorzugt 50-150 mm und am bevorzugten 25-100 mm. Die Konzentrationserfassungs grenze liegt bei etwa 0,02 Gew.-%, oder ausgedrückt als 0,2 g/m³ in einem Gasphasenmedium.

Wenn die Konzentration in einem Gasphasenmedium "in-line" ge messen wird, d. h. direkt in der Gasströmung oder in der Steri lisierungskammer in einer Maschine, dann können vorteilhaft die längeren Überwachungspfade L verwendet werden.

Zum Messen von Ozon oder Wasserstoffperoxid in niedrigen Kon zentrationen ist die Quecksilberlampenemissionswellenlänge von 254 nm sowohl in der Luft-/Gasphase als auch in wäßriger Lösung höchst geeignet. Gut funktionierende Detektoren für diese Wel lenlänge sind die Detektoren mit niedriger Empfindlichkeit, die zum Erfassen bei 254 nm geeignet sind.

Nur bei Messung von Wasserstoffperoxid in höheren Konzentratio nen in wäßriger Lösung, d. h. ab der Erfassungsgrenze von etwa 1 bis zu etwa 50 Gew.-% oder, anders ausgedrückt, von bis zu 500 g/l, kann ein unterschiedlicher Detektortyp erforderlich sein, wie beispielsweise ein Detektor mit höherer Empfindlichkeit, der zum Erfassen bei einer Wellenlänge geeignet ist, bei der die Wasserstoffperoxidabsorption niedriger als bei 254 nm ist. Das optische Filter und der Detektor können dann zum Erfassen der UV-Lichtabsorption bei einer Wellenlänge wie 294, 297 oder 313 nm geeignet sein. Da Wasserstoffperoxid bei dieser Wellen länge ein adäquates Absorptionsvermögen hat, werden höhere Kon zentrationen bevorzugt bei 313 nm gemessen. Die Länge des Über wachungspfades liegt bevorzugt bei etwa 1 mm.

Wäßriges Wasserstoffperoxid in niedrigeren Konzentrationen, wie von der Erfassungsgrenze von etwa 0,02 bis etwa 2 Gew.-% wird bevorzugt bei 254 nm und durch eine Meßzelle mit der Länge von etwa 1 mm gemessen.

Konzentrationen von Wasserstoffperoxid in Gasphase oder wäßri gem Dampf bis zu etwa 170 mg/l werden bevorzugt bei 254 nm ge messen, wobei die Länge des Überwachungspfades zwischen etwa 25 und 100 mm liegt.

Ozon in einem wäßrigen Medium in Konzentrationen von bis zu et wa 160 mg/l wird bevorzugt bei 254 nm durch eine Meßzelle mit einer Länge von bis zu etwa 2 mm, bevorzugt etwa 1 mm gemessen.

Ozon in Gasphasenkonzentrationen von bis zu etwa 160 mg/l wird bevorzugt bei 254 nm durch eine Meßzelle mit einer Länge von bis zu etwa 2 mm, bevorzugt etwa 1 mm gemessen.

Wenn ein heißes oder warmes flüssiges Sterilisierungsmedium verwendet wird, kann es notwendig sein, die höhere Temperatur bei der Berechnung der Konzentration der Sterilisierungssub stanz zu kompensieren, je nachdem, welche Sterilisierungssub stanz verwendet wird. Die Beziehung zwischen der Konzentration C und der absoluten Temperatur T läßt sich allgemein ausdrücken als 1/C = αe^-1/T; worin α eine lineare Konstante ist. Insbe sondere bezüglich Wasserstoffperoxid kann dieser Effekt zu be denken sein.

Fig. 3 zeigt zusammen mit Fig. 4 schematisch ein übliches Bei spiel einer Füll- und Verpackungsmaschine nach der Erfindung, die heute auf dem Markt verfügbar ist. Die Maschine ist insbe sondere zum Verpacken von Nahrungsmitteln in TetraBrik®- Packungen geeignet, aber eine solche Verpackungsmaschine kann prinzipiell an jede Art einer Vorrichtung angepaßt werden, der eine Verpackungsmaterialbahn oder ein Zuschnitt zugeführt wird. Die Verpackungsmaschine weist u. a. eine Sterilisierungseinheit 60 auf, die in Fig. 3 weiter und im einzelnen schematisch be schrieben wird. Nach dieser speziellen Ausführungsform weist die Sterilisierungseinheit 60 ein tiefes Bad 61 mit einer Ste rilisierungsflüssigkeit auf, durch das das Verpackungsmaterial auf seinem Weg nach vorne durch die Maschine läuft. Das tiefe Bad ist in üblichster Weise mit einer heißen, wäßrigen Wasser stoffperoxidlösung gefüllt. Die Maschine weist ferner eine Rol le oder einen Halter/eine Zuführeinrichtung 51 für das zu ver wendende Verpackungsmaterial auf. In einer gegebenenfalls vor gesehenen Spleißstation 52 können die Kanten der Verpackungsma terialbahn je nach dem Längsversiegelungsverfahren vorbereitet und modifiziert werden, um später eine gasdichte und dauerhafte Längsversiegelung zu erreichen. Bei einer weiteren Streifenauf bringstation 53 kann ein Kunststoffstreifen aus einem haltbaren Material mit Gassperreigenschaften auf eine der Kanten der Bahn aufgebracht werden. Dieser wird später, in der Längsversiege lungsstufe, an die gegenüberliegende Kante geschweißt, woraus sich eine dichte und haltbare Versiegelung ergibt.

Vor der Längsversiegelungsstation läuft das Verpackungsmaterial allerdings durch die Sterilisierungseinheit 60 und das tiefe Bad 61 mit Sterilisierungsmedium. Auf dem Weg von dem tiefen Sterilisierungsbad nach oben passiert das Verpackungsmaterial Walzen 54, die das Wasserstoffperoxid aus dem Verpackungsmate rial entfernen, sowie Düsen 55 für heiße, sterile Luft zum Trocknen des Verpackungsmaterials.

Das trockene, sterilisierte Verpackungsmaterial wird dann nach vorne zu der Schlauchformstation 56 geführt, wo die Verpac kungsmaterialbahn in die Gestalt eines kontinuierlichen Schlauchs geformt wird. Die zwei Längskanten der Bahn werden durch Schweißelemente 63 (vgl. Fig. 4) zusammengeschweißt. Das Nahrungsmittel, in diesem Fall ein flüssiges Nahrungsmittel, wird mittels eines Füllrohrs 62 (vgl. Fig. 4) in den Schlauch gefüllt. Die Packungen werden dann bei 63b unter der Oberfläche der eingefüllten Flüssigkeit durch Wärmeschweißen querversie gelt. Die Wärme wird mittels Versiegelungsbacken auf gebracht, die auch zum Abschneiden der versiegelten Packungen voneinander geformt sind. Üblicherweise findet das Wärmeschweißen mittels Induktionswärme statt, kann aber auch mittels Ultraschallver siegelung oder jedes andere, dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Bei einem abschließenden Faltschritt werden die versiegelten Packungen in ihre endgültige Form gebracht, und die oberen und unteren Klappen werden mit der Packung versiegelt. Danach wer den die fertigen Packungen aus der Maschine abgegeben.

Der Betrieb der Maschine wird von einem Steuerfeld 57 geregelt, und das elektrische System der Maschine befindet sich haupt sächlich bei 58.

Das sterilisierende Medium wird innerhalb eines geschlossenen Systems aus einem Behälter 59 zugeführt, der sich an einem ge eigneten Platz in der Maschine befindet.

Die Vorrichtung 10 zum Bestimmen der Konzentration der sterili sierenden Substanz in dem sterilisierenden Medium nach der Er findung ist geeigneterweise in Verbindung mit der Sterilisie rungseinheit angeordnet, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist. Pro ben der Sterilisierungsflüssigkeit können mittels eines kleinen Rohres oder Schlauchs 65 direkt aus dem Bad zu der Meßzelle 64 der Vorrichtung 10 übertragen werden, entweder kontinuirlich oder in regelmäßigen Intervallen mittels eines Regelventils 66.

Fig. 5 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform und wie ei ne Konzentrationsbestimmungsvorrichtung 10 nach der Erfindung in einer Verpackungs- und Füllmaschine 70 angewandt werden kann, wobei eine Sterilisierung mittels eines Gasphasensterili sierungsmediums verwendet wird. Die Vorrichtung 10 weist eine Lichtquelle 71, eine Meßzelle 72 und einen Detektor 73 auf, wie dies in Fig. 1 und 2 beschrieben ist.

Das Sterilisierungsmittel zusammen mit Luft oder einem Gemisch aus Luft und Feuchtigkeit wird erwärmt und in einer Verdamp fungskammer 74 verdampft und durch ein Verbindungsrohr oder ei nen Schlauch 75 der Konzentrationsmeßvorrichtung 10 zugeführt. Die Konzentrationsmessung wird also direkt in der Strömung des heißen Sterilisierungsmediums auf seinem Weg zu der Sterilisie rungskammer 76 durchgeführt.

Fig. 6 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform und wie eine Konzentrationsbestimmungsvorrichtung 10 nach der Erfindung in einer Verpackungs- und Füllmaschine 80 angewandt werden kann, wobei eine Sterilisierung mittels eines Gasphasensterili sierungsmediums verwendet wird.

Das sterilisierende Medium wird in diesem Fall in der Verdamp fungskammer 84 verdampft und über einen Verbindungsschlauch oder ein Rohr 85 direkt der Sterilisierungskammer 86 zugeführt. Die Vorrichtung 10 ist direkt an der Sterilisierungskammer 86 angebracht, und gemessen wird durch Fenster, die in den gegen überliegenden Wänden der Sterilisierungskammer angeordnet sind.

Um die Menge von Gasblasen in der Sterilisierungsflüssigkeit insbesondere bei höheren Konzentrationen wie etwa 35 Gew.-% H₂O₂ und darüber zu reduzieren, insbesondere bei höheren Tempe raturen, d. h. einer heißen Flüssigkeit, kann eine Blasenredu zierungseinrichtung oder eine sogenannte Blasenfalle oder ein Blasenfilter in der Konzentrationsmeßanlage aufgenommen sein. Die Blasenreduzierungseinrichtung 90 weist einen Zylinder mit einem Einlaß 91 und zwei Auslässen 92, 93 auf, wie dies in Fig. 7a veranschaulicht ist. Der Zylinder ist etwa 80-150 mm hoch und hat einen Durchmesser von etwa 30 mm. Der Einlaß 91 ist an der Hülsenfläche des Zylinders positioniert, während die beiden Auslässe jeweils an dem Oberteil 92 bzw. Unterteil 93 des Zy linders positioniert sind. Die Sterilisierungsflüssigkeit 94 wird über den Einlaß und die beiden Auslässe durch den Zylinder geführt und kann damit eine Weile im Zylinder verbleiben. Gas blasen in der Flüssigkeit haben Zeit, um zu dem Oberteil des Zylinders und dem oberen Auslaß aufzusteigen, und die Flüssig keit 94' wird damit von Blasen am unteren Auslaß 93 befreit und zu der Konzentrationsüberwachungseinrichtung geführt. Das Ge misch aus Gas und Flüssigkeit 94", das durch den oberen Auslaß 92 austritt, wird zu der Rückströmung der sterilisierenden Flüssigkeit geführt.

Fig. 7b zeigt, wie die Blasenreduzierungseinrichtung in die Strömung der sterilisierenden Flüssigkeit zu und von der Kon zentrationsmeßeinrichtung 10 geschaltet ist. Die Meßströmung der sterilisierenden Flüssigkeit wird in den Zylinder gepumpt, um eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit durch die Zylin derauslässe zu gewährleisten. Der untere Auslaß 93 leitet die Flüssigkeit zu dem Einlaß 95 der Konzentrationsüberwachungsan lage 10. Die Flüssigkeit aus dem oberen Auslaß 92 wird mit der Rückströmung aus der Konzentrationsüberwachungsanlage 10 zusam mengebracht.

Demnach sieht die Erfindung ein optimales Verfahren und eine Vorrichtung mit verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit vor, die zur Kontrolle der Konzentration der sterilisierenden Substanz beim Prozeß der Sterilisierung eines Verpackungsmate rials oder einer Packung zum nachfolgenden Füllen mit einem Nahrungsmittel geeignet sind. Darüber hinaus sind ein automati sches und kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung für eine solche automatische und kontinuierliche Konzentrationsmes sung vorgesehen.

Durch Vergleich des Absorptionsgrades von Licht bei zwei unter schiedlichen Wellenlängen, wobei eine bevorzugt im UV-Bereich liegt und die andere bevorzugt aus dem sichtbaren Bereich im Spektrum ausgewählt ist (für die Hg-Lampe geeigneterweise bei längeren Wellenlängen als 385 nm), können die störenden Ein flüsse interferierender Materialien wie Staubteilchen, Schmutz und Blasen kompensiert werden. Indem auch die Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts gemessen wird, das aber noch nicht durch die Meßprobe gelaufen ist, kann gleichzeitig mit den Messungen des Absorptionsgrades des durch die Probe über tragenen Lichts bei jeder gemessenen Wellenlänge die wahre Kon zentration mit verbesserter Genauigkeit bestimmt werden.

Claims

1. Verfahren zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen, das wenigstens die Schritte umfaßt, daß ein Verpackungs material oder Packungen durch ein sterilisierendes Medium sterilisiert werden, das eine sterilisierende Substanz ent hält, die sterilisierten Packungen mit einem Nahrungsmittel gefüllt werden und die Packungen versiegelt werden, wobei das Verfahren ferner die Bestimmung der Konzentration der sterilisierenden Substanz in einer Probe des sterilisieren den Mediums mit hoher Genauigkeit und wenigstens die Schritte umfaßt, daß Licht von einer Lichtquelle durch die Probe gerichtet wird, der Absorptionsgrad des Lichts bei einer ersten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellen längen gemessen wird, bei denen Licht von der sterilisie renden Substanz absorbiert wird, sowie bei einer zweiten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen, bei denen Licht von dem interferierenden Material, aber im wesent lichen nicht von der sterilisierenden Substanz absorbiert wird, und aus den Messungen die erforderliche Bestimmung der Konzentration der sterilisierenden Substanz abgeleitet wird, die nach der Anwesenheit des interferierenden Materi als in dem sterilisierenden Medium korrigiert ist, wobei zur Kompensierung von Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts Messungen der Stärke des Lichts von der Lichtquelle, das aber noch nicht durch die Probe des sterilisierenden Mediums gelaufen ist, bei jeder der ersten und der zweiten Wellenlänge(n) gleichzeitig mit den Messungen des Absorptionsgrades durchgeführt werden, und die Bestimmung der Konzentration der Substanz auf der Grundlage der Messungen der Lichtstärke an der Lichtquelle auf Fehler korrigiert wird, die sich aus Schwankungen der Stärke des emittierten Lichts ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht Wellenlängen aus dem UV-Spektrum sowie aus dem sichtbaren Spektrum umfaßt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge oder der Bereich von Wellenlängen zwischen 220 nm und etwa 320 nm ausgewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wellenlänge oder der Bereich von Wellen längen aus den Wellenlängen ausgewählt wird, die bei etwa 385 nm liegen oder länger sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Bestimmung der Konzentration der sterilisierenden Substanz in dem sterilisierenden Medium (60) mit hoher Genauigkeit in Gegenwart eines interferierenden Materials, die UV-Licht bei einer oder mehreren ersten Wellenlängen zwischen etwa 220 nm und etwa 320 nm absorbiert, das fol gende Schritte umfaßt:

a) es wird eine Lichtquelle (11) vorgesehen, die Licht einschließlich der ersten Wellenlänge(n) und wenigstens eine zweite Wellenlänge oder einen Bereich von Wellen längen von etwa 385 nm oder länger emittiert;
b) Licht von der Lichtquelle wird durch eine Probe des sterilisierenden Mediums (60) längs eines Überwachungs pfades mit der Länge (L) gerichtet, das die zu messende sterilisierende Substanz sowie interferierendes Material enthält;
c) die Stärke des durch die Probe des sterilisierenden Mediums (60) bei der ersten Wellenlänge bzw. der zweiten Wellenlänge übertragenen Lichts (20) wird gemessen;
d) Licht von der Lichtquelle wird durch eine Bezugsprobe des sterilisierenden Mediums (60') längs eines Über wachungspfades mit der gleichen Länge (L) gerichtet, die wesentlich weniger der zu messenden sterilisierenden Substanz enthält;
e) die Stärke des durch die Bezugsprobe (60') bei der(den) ersten Wellenlänge(n) bzw. zweiten Wellenlänge(n) über tragenen Lichts wird erfaßt;
f) damit werden erste Detektorausgangssignale (15, 15') erzeugt, um die Differenz der Lichtstärke des durch die Probe bzw. die Bezugsprobe übertragenen Lichts bei der(den) ersten Wellenlänge(n) anzugeben, sowie zweite Detektorausgangssignale (22, 22'), um entsprechend die Differenz der Lichtstärke des Lichts bei der(den) zweiten Wellenlänge(n) anzugeben;
g) die Konzentration der UV absorbierenden Substanz wird mittels der Beer-Lambert-Gleichung aus den Relativwerten der Ausgangssignale (15, 15') bestimmt;
h) der bei g) bestimmte Wert der Konzentration wird mittels der zweiten Detektorausgangssignale (22, 22') korri giert, womit der Einfluß von Verunreinigungen in der Probe (60) aufgehoben ist, wobei
i) die Stärken des Lichts von der Lichtquelle bei der(den) ersten sowie der(den) zweiten Wellenlänge(n), das nicht durch das Probenmedium (60) bzw. das Bezugsprobenmedium (60') gelaufen ist, werden gleichzeitig mit den Messungen bei c) und e) erfaßt; und
j) die Bestimmung der Konzentration bei h) wird auf der Grundlage der Messungen bei i) auf Fehler korrigiert, die sich aus Schwankungen der Stärke des von der Licht quelle emittierten Lichts ergeben.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht absorbierende sterilisierende Substanz aus der Gruppe von Ozon und Wasserstoffperoxid ausgewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sterilisierende Medium (60) ein wässriges Medium ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sterilisierende Medium (60) auf Luft und/oder wässrigem Dampf basiert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht absorbierende sterilisierende Substanz Wasserstoffperoxid in einem wässrigen Medium ist, die erste Wellenlänge etwa 313 nm ist und die zweite Wellenlänge aus etwa 436 nm oder 546 nm ausgewählt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht absorbierende sterilisierende Substanz Wasserstoffperoxid in einem Gasphasenmedium ist, die erste Wellenlänge etwa 254 nm ist und die Länge des Über wachungspfades (L) durch die Probe des sterilisierenden Mediums (60) etwa 10 bis 250 mm beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht absorbierende sterilisierende Substanz Ozon ist, die erste Wellenlänge etwa 254 nm ist und die Länge des Überwachungspfades (L) durch die Probe des sterlisie renden Mediums (60) zwischen 0,5 und 5 mm beträgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sterilisierende Medium (60) ein flüssiges Medium ist und die Menge von Gasblasen durch Trennung der Gas blasen von der Flüssigkeit reduziert wird, ehe die Kon zentration bestimmt wird.

13. Anordnung (50; 70; 80) zum Verpacken eines Nahrungsmittels in Packungen, die wenigstens Mittel zum Sterilisieren eines Verpackungsmaterials oder einer geformten Packung durch eine sterilisierende Substanz in einem sterilisie renden Medium (60), Mittel (62) zum Füllen der Packungen mit einem Nahrungsmittel und Mittel (63a; 63b) zum Ver siegeln der Packungen aufweist,
die ferner eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen der Konzentration der sterilisierenden Substanz in Gegenwart eines interferierenden Materials in dem sterilisierenden Medium (40, 61) mit hoher Genauigkeit aufweist, die wenigstens eine Lichtquelle (11) und Mittel zum Richten von Licht von einer Lichtquelle durch eine Probe des sterilisierenden Mediums (60) aufweist,
Mittel (14) zum Messen des Absorptionsgrades des Lichts bei einer ersten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen, bei denen Licht von der sterilisierenden Substanz absorbiert wird, sowie Mittel (19) bei einer zweiten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen, bei denen Licht von dem interferierenden Material, aber im wesentlichen nicht von der sterilisierenden Substanz absorbiert wird,
und Mittel (36) zum Bestimmen der Konzentration der Sub stanz auf der Grundlage der Messungen des Lichtabsorp tionsgrades,
wobei die Vorrichtung ferner zur Kompensierung von Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts Mittel (26, 33) zum Messen der Stärke des Lichts von der Lichtquelle aufweist, das nicht durch die Probe gelaufen ist, bei jeder der ersten und der zweiten Wellenlänge gleichzeitig mit den Messungen des Absorp tionsgrades, und
Mittel (36') zur Korrektur der bestimmten Konzentration auf der Grundlage der Messungen der Lichtstärke an der Lichtquelle auf Fehler, die sich aus Schwankungen der Stärke des von der Lichtstärke emittierten Lichts ergeben.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) Licht einschließlich einer ersten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellenlängen emittiert, die zwischen etwa 220 nm und etwa 320 nm liegen sowie einer zweiten Wellenlänge oder einem Bereich von Wellen längen von etwa 385 nm oder länger.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) eine Niederdruckquecksilberlampe ist.

16. Anordnung (10) zum Bestimmen der Konzentration einer sterilisierenden Substanz in einem sterilisierenden Medium (60) zum Sterilisieren eines Verpackungsmaterials oder einer geformten Packung durch die sterilisierende Substanz mit hoher Genauigkeit, in Gegenwart eines interferierenden Materials, die UV-Licht bei einer oder mehreren ersten Wellenlängen zwischen etwa 220 nm und etwas 320 nm absor biert, die wenigstens folgendes umfaßt:

a) eine Lichtquelle (11), die Licht einschließlich der ersten Wellenlänge(n) und wenigstens eine zweite Wellenlänge oder einen Bereich von Wellenlängen von etwa 385 nm oder länger emittiert;
b) einen Überwachungspfad mit der Länge (L), der das sterilisierende Medium (60) durchquert;
c) Mittel zum Richten des Lichts durch das sterilisierende Medium (60) über den Überwachungspfad;
d) wenigstens einen ersten Detektor (14), der zum Messen der Stärke des über den Überwachunsgpfad bei der(den) ersten Wellenlänge(n) übertragenen UV-Lichts geeignet ist, wobei der(die) erste(n) Detektor(en) ein erstes Ausgangssignal (15) des ersten Detektors liefert, das die Stärke des bei der(den) ersten Wellenlänge(n) durch eine Probe des sterilisierenden Mediums (60), das die zu messende sterilisierende Substanz sowie interferie rendes Material enthält, übertragenen Lichts darstellt, und ein zweites Ausgangssignal (15') des ersten Detek tors, das die Stärke des bei der(den) ersten Wellen länge(n) durch eine Bezugsprobe des sterilisierenden Mediums (60), das keine zu messende sterilisierende Substanz oder wesentlich weniger enhält, übertragenen Lichts darstellt,
e) wenigsten einen zweiten Detektor (19), der zum Messen der Stärke des über den Überwachungspfad bei der(den) zweiten Wellenlänge(n) übertragenen Lichts geeignet ist, wobei der(die) zweite(n) Detektor(en) ein erstes Ausgangssignal (22) des zweiten Detektors liefert, das die Stärke des bei der(den) zweiten Wellenlänge(n) durch eine Probe des sterilisierenden Mediums (40), das die zu messende sterilisierende Substanz sowie interfe rierendes Material enthält, übertragenen Lichts dar stellt, und ein zweites Ausgangssignal (22') des zweiten Detektors, das die Stärke des bei der(den) zweiten Wellenlänge(n) durch eine Bezugsprobe des sterilisierenden Mediums (60'), das keine zu messende sterilisierende Substanz oder wesentlich weniger ent hält, übertragenen Lichts darstellt,
f) Rechenmittel (36) zum Ableiten der bestimmten Konzen tration der UV absorbierenden Substanz aus den Relativ werten der Ausgangssignale durch Anwendung der Beer- Lambert-Gleichung, wobei die Vorrichtung zur Kompen sation von Schwankungen der Stärke des von der Licht quelle emittierten Lichts ferner folgendes aufweist:
g) wenigstens einen dritten Detektor (26), der zum Messen der Stärke des UV-Lichts vor der Übertragung durch die Probe bei der(den) ersten Wellenlänge(n) gleichzeitig mit den Messungen durch den(die) ersten Detektor(en) ausgelegt ist, und
h) wenigstens einen vierten Detektor (33), der zum Messen des UV-Lichts vor der Übertragung durch die Probe bei der(den) zweiten Wellenlänge(n) gleichzeitig mit den Messungen durch den(die) zweiten Detektor(en) ausgelegt ist, und
i) Rechenmittel (36') zur Korrektur der bestimmten Konzen tration nach Fehlern, die sich aus den Schwankungen der Stärke des von der Lichtquelle emittierten Lichts er geben.

17. Anordnung nach Anspruch 16 zum Bestimmen der Konzentration von Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Überwachungspfades von 0,5 bis 5 mm beträgt und der erste und der dritte Detektor (14, 26) zum Messen von UV-Licht von 254 nm geeignet sind.

18. Anordnung nach Anspruch 16 zum Bestimmen der Konzentration von Wasserstoffperoxid in dem sterilisierenden Medium (60), dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Überwachungspfades von 10 bis 250 mm beträgt und der erste und der dritte Detektor (14, 26) zum Messen von UV-Licht von 254 nm geeignet sind.

19. Anordnung nach Anspruch 16 zum Bestimmen der Konzentration von Wasserstoffperoxid in einem sterilisierenden Medium (60), dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) des Überwachungspfades von 0,5 bis 5 mm beträgt und der erste und der dritte Detektor (14, 26) zum Messen von UV-Licht von 313 nm geeignet sind.

20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (90) zum Reduzieren der Menge von Gasblasen in einem sterilisierenden flüssigen Medium vor gesehen ist.