DE102018221523A1 - System for measuring sterilization parameters in a sterilization unit to be tested - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System (1) zur Messung von Sterilisationsparametern, aufweisend• eine erste Messeinrichtung (M1) zur Messung eines Wasserstoffperoxidgehaltes,• eine zweite Messeinrichtung (M2) zur Messung mindestens eines weiteren Parameters betreffend eine Sterilisation ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Strömung, Leitfähigkeit, Temperatur, relative Feuchte, pH-Wert.• eine Verarbeitungseinrichtung (VE) zur verknüpften Auswertung der Daten der ersten und der zweiten Messeinrichtung.The invention relates to a system (1) for measuring sterilization parameters, comprising a first measuring device (M1) for measuring a hydrogen peroxide content, a second measuring device (M2) for measuring at least one further parameter relating to sterilization selected from the group comprising flow, conductivity , Temperature, relative humidity, pH value, • a processing device (VE) for the linked evaluation of the data of the first and the second measuring device.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Messung von Sterilisationsparametern in einer zu überprüfenden Sterilisationseinheit, insbesondere ein System zur Messung von Sterilisationsparametern bei AbfüllanlagenThe invention relates to a system for measuring sterilization parameters in a sterilization unit to be tested, in particular a system for measuring sterilization parameters in filling plants
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Im Rahmen von Prozessautomatisierungen hat die Prozesskontrolle und Prozessparametrisierung einen hohen Stellenwert insbesondere zur Freigabe (in Umlauf bringen) von sensiblen Produkten, wie Lebensmitteln, erlangt. Um die Prozesssicherheit bei der Abfüllung von Lebensmitteln zu erhöhen, hat sich die aseptische Abfüllung etabliert.In the context of process automation, process control and process parameterization have gained a high status, in particular for releasing (circulating) sensitive products, such as foodstuffs. In order to increase process reliability in the filling of food, aseptic filling has become established.
Hierbei erfolgt eine separate Sterilisation von Packstoff und Lebensmittel. Neben anderen Verfahren hat sich für die Packstoffsterilisation Wasserstoffperoxid (H2O2) aus der Gasphase etabliert. Derzeit besteht kein kommerzielles System zur Erfassung der Wasserstoffperoxid-Gaskonzentration. Somit erfolgt die Freigabe der mit diesen Verfahren abgefüllten Lebensmitteln nach zeitintensiven und personalaufwändigen mikrobiologischen Methoden.Here, a separate sterilization of packaging material and food. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from the gas phase has become established along with other processes for packaging material sterilization. At present, there is no commercial system for detecting hydrogen peroxide gas concentration. Thus, the release of the foods filled with these methods takes place after time-consuming and labor-intensive microbiological methods.
Im Zeitraum der Auswertung müssen die abgefüllten Produkte zunächst gelagert werden. Um diese Produktfreigabe zu beschleunigen, besteht ein gesteigertes Interesse nach einer parametrischen Freigabe. Hierzu ist es notwendig, die Parameter der Abfüllanlage zu dokumentieren, wie H2O2-Dosierung, Volumenstrom des Gases, Gastemperatur, etc. Ein weiteres Kriterium zur parametrischen Freigabe ist die sensorische Erfassung und Überprüfung dieser Parameter.During the evaluation period, the bottled products must first be stored. To accelerate this product release, there is an increased interest in parametric release. For this purpose, it is necessary to document the parameters of the bottling plant, such as H 2 O 2 dosage, gas volume flow, gas temperature, etc. Another parameter for parametric release is the sensory detection and verification of these parameters.
Aus dem Stand der Technik sind Abfüllanlagen für Nahrungsmittel bekannt. Bei diesen Abfüllanalagen müssen die Behälter je nach zu befüllendem Gut keimfrei sein. Hierfür werden die zu befüllenden Behälter in aller Regel direkt vor dem Befüllungsvorgang sterilisiert, um Keime, die während der Herstellung des Behälters oder dem Transport des Materials auf der Oberfläche haften, zu inaktivieren.From the prior art bottling plants for food are known. In these filling systems, the containers must be germ-free depending on the product to be filled. For this purpose, the containers to be filled are usually sterilized directly before the filling process to inactivate germs that adhere to the surface during the manufacture of the container or the transport of the material.
Hierdurch wird erreicht, dass die verpackten Nahrungsmittel über eine längere Zeit und teilweise auch ungekühlt haltbar sind.This ensures that the packaged foods over a longer period of time and sometimes also be kept frozen.
Für die Sterilisation können im Prinzip unterschiedliche Prozesse, wie z.B. Bestrahlung mittels UV oder ionisierender Strahlung, oder Begasung mit Ethylenoxid oder Spülen mit Peroxyessigsäure, verwendet werden.For sterilization, in principle, different processes, such as e.g. Irradiation by UV or ionizing radiation, or fumigation with ethylene oxide or rinsing with peroxyacetic acid, can be used.
Der weitaus häufigste Sterilisationsprozess verwendet Wasserstoffperoxid (H2O2) in unterschiedlichen Konzentrationen und in unterschiedlichen Einwirkdauern. Die Effektivität kann zudem durch eine erhöhte Temperatur gesteigert werden.By far the most common sterilization process uses hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) at different concentrations and in different exposure times. The effectiveness can also be increased by an increased temperature.
Eine Steigerung der Temperatur ist jedoch nicht überall möglich, da sonst das Material angegriffen wird. Eine zu geringe Temperatur führt zu Kondensation und einer erhöhten Restkonzentration des Sterilisationsmediums.An increase in temperature is not everywhere possible, otherwise the material is attacked. Too low a temperature leads to condensation and an increased residual concentration of the sterilization medium.
Aufgrund der Taktzeiten bei der Befüllung ist eine geringe Einwirkungszeit erforderlich. Kritischer Parameter ist daher die Konzentration des Sterilisationsmittels, die bevorzugt überall im Behälter zumindest über einen Teilzeitraum erreicht werden soll.Due to the cycle times during filling a low exposure time is required. Critical parameter is therefore the concentration of the sterilizing agent, which should preferably be achieved throughout the container at least over a partial period.
Um dies sicherzustellen, werden Messungen durchgeführt.To ensure this, measurements are taken.
So ist es z.B. aus der
Zwar könnte man nachgelagert einzelne Behälter bezüglich ihrer Keimbelastung begutachten, jedoch wäre dieses Verfahren nicht geeignet, schnell auf eine Kontamination zu reagieren, so dass die Haltbarkeit nicht mehr garantiert werden könnte.Although one could look at individual containers downstream in terms of their germ load, but this method would not be able to respond quickly to contamination, so that the shelf life could not be guaranteed.
Aus
Allerdings hat sich gezeigt, dass diese Auswertung für einige Bereiche lückenhaft ist und insbesondere nicht weitere Verfahrensschritte überwacht.However, it has been shown that this evaluation is incomplete for some areas and in particular does not monitor further process steps.
Dabei ist zudem festzustellen, dass obgleich von einer sterilisierenden Wirkung ausgegangen wird bei einigen Prozessschritten die eigentlich ablaufenden Prozesse, wie z.B. eine Radikalbildung und deren Einfluss auf bestimmte Produkteigenschaften, nicht oder nur unzureichend verstanden und/oder interpretierbar sind.It should also be noted that, although it is assumed that a sterilizing effect in some process steps, the actually running processes, such. a radical formation and their influence on certain product properties, not or only insufficiently understood and / or interpretable.
Ausgehend von dieser Situation ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Sterilisationsparametern zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, das Sterilisationsverhalten präziser zu bestimmen.Based on this situation, it is an object of the invention to provide a device for measuring sterilization parameters, which makes it possible to determine the sterilization behavior more precisely.
Die Aufgabe wird gelöst, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by a device according to
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung von Elementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung, -
2 weitere Aspekte von Ausführungsformen gemäß der Erfindung, -
3 eine Systemeinheit gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und -
4 Messeinrichtungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
-
1 a schematic representation of elements according to embodiments of the invention, -
2 further aspects of embodiments according to the invention, -
3 a system unit according to embodiments of the invention, and -
4 Measuring devices according to embodiments of the invention.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.Hereinafter, the invention will be illustrated in more detail with reference to the figure. It should be noted that different aspects are described, which can be used individually or in combination. That Any aspect may be used with different embodiments of the invention, unless explicitly illustrated as a mere alternative.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.Furthermore, in the following, for the sake of simplicity, usually only one entity will be referred to. Unless explicitly stated, however, the invention may also have several of the entities concerned. As such, the use of the words "a," "an" and "an" is to be understood merely as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.
In
Weiterhin weist das System
D.h., das erfindungsgemäße System kann mittels einer Vielzahl von Sensoren den Sterilisationsprozess multi-parametrisch überwachen. Somit kann z.B. ein Sterilisationsprozess in der Lebensmittelindustrie (oder in der Medizintechnik) überwacht werden. Zudem kann mit dem vorgestellten System aber auch ein abgefülltes Produkt überwacht werden.That is, the system of the present invention can multi-parametrically monitor the sterilization process by means of a plurality of sensors. Thus, e.g. a sterilization process in the food industry (or in medical technology) are monitored. In addition, with the presented system but also a bottled product can be monitored.
Bevorzugt ist das System bzw. zumindest ein Teil des Systems so ausgelegt, dass zumindest die erste Messeinrichtung
Somit wird eine Überwachung von Sterilisationsvorgängen und gegebenenfalls eine Überwachung der abgefüllten Produkte ermöglicht.Thus, a monitoring of sterilization processes and, where appropriate, monitoring of the bottled products is made possible.
Beispielsweise könnte die erste Messeinrichtung
Die erste Messeinrichtung
Die Zersetzung erfolgt am aktiven Temperatursensor
Der passive Temperatursensor
Die resultierende Temperaturdifferenz zwischen dem aktiven Temperatursensor
Es sei angemerkt, dass natürlich auch eine Vielzahl von ersten Messeinrichtungen
Beispielsweise ist in
Zudem können noch weitere Sensoren vorgesehen sein, um ein vollständigeres Bild zu ermöglichen.In addition, other sensors may be provided to allow a more complete picture.
Zur Evaluation der abgefüllten Produkte können die erste Messeinrichtung
D.h. die Kombination der Messeinrichtungen für die Evaluierung des Sterilisationsprozesses kann sich von der Kombination der Messeinrichtungen für das abgefüllte Produkt unterscheiden.That the combination of measuring devices for the evaluation of the sterilization process may differ from the combination of the measuring devices for the filled product.
Durch die Kombination dieser Sensoren mit einer Verarbeitungseinrichtung
Die Verarbeitungseinrichtung
Aus der Kombination der von den Messeinrichtungen erhaltenen Daten kann ein frühzeitiger Verderb bzw. unzureichende Sterilisation kurzfristig, z.B. nach wenigen Sekunden oder Minuten, detektiert werden.From the combination of the data obtained from the measuring devices, premature deterioration or inadequate sterilization can be avoided in the short term, e.g. after a few seconds or minutes, are detected.
Beispielsweise kann eine verknüpfte Auswertung auf Basis der principal component analysis (PCA) erfolgen. Mittels dieser Methode können die einzeln erfassten Messwerte verknüpft und deren gegenseitige Wechselwirkungen analysiert und interpretiert werden. Eine hieraus entwickelbare Korrelationsmatrix kann im Weiteren noch mit mikrobiologischen Untersuchungen der abgefüllten Lebensmittel abgeglichen werden, so dass ein vollumfängliches Abbild des Gesamtprozesses mit der Sensoranalyse ermöglicht wird.For example, a linked evaluation can be based on the principal component analysis (PCA). Using this method, the individual measured values can be linked and their mutual interactions analyzed and interpreted. A correlation matrix which can be developed from this can also be compared with microbiological examinations of the filled food, so that a complete image of the entire process with the sensor analysis is made possible.
Hierdurch wird es ermöglicht, dass rufgefährdende Rückrufe vermieden werden können und die Produktqualität gesichert werden kann.This makes it possible to avoid the risk of call recalls and the product quality can be secured.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das System
Somit können z.B. Verlaufsdaten gespeichert und analysiert werden. Zudem kann aber auch vorgesehen werden, dass Analysedaten zwischengespeichert werden und für ein späteres Auslesen und/oder Weiterverarbeiten vorgehalten werden.Thus, e.g. History data is stored and analyzed. In addition, however, it can also be provided that analysis data is buffered and kept available for later read-out and / or further processing.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Auswertung der Daten den Vergleich mit Schwellwerten aufweisen. Die Schwellenwerte können fest programmiert sein oder aber für jeden Testzyklus individuell angepasst werden. Somit kann z.B. ein System für unterschiedliche Sterilisationsprozesse als auch für unterschiedliche Produkte Verwendung finden.In a further embodiment of the invention, the evaluation of the data may comprise the comparison with threshold values. The thresholds may be hard-coded or customized for each test cycle. Thus, e.g. use a system for different sterilization processes as well as for different products.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das System
Mittel zum Speichern können dabei sowohl in der ersten Systemeinheit
Hierdurch kann z.B. die Datenakquisition von der Datenverarbeitung getrennt werden, wodurch z.B. der Energiebedarf als auch der Platzbedarf der ersten Systemeinheit
In einer Ausführungsform der Erfindung erhält die erste Systemeinheit
Ohne weiteres kann vorgesehen sein, dass die erste Systemeinheit
D.h. das verteilte System kann drahtlos die Daten zur Verfügung stellen, sodass z.B. aus einem Sterilisationsprozess heraus Daten bereitgestellt werden können. Diese Daten können z.B. unmittelbar zu einer Nachjustierung der Prozessparameter verwendet werden. So kann z.B. das System das Erreichen oder Überschreiten von bestimmten Schwellenwerten signalisieren, die z.B. als ausreichend für die Sterilisation erkannt sind und somit den Sterilisationsprozess beenden.That the distributed system can wirelessly provide the data so that e.g. data can be provided from a sterilization process. This data may e.g. be used directly for a readjustment of the process parameters. Thus, e.g. the system signals the reaching or exceeding of certain thresholds, e.g. are recognized as sufficient for sterilization and thus end the sterilization process.
Gleiches gilt für Produktparameter nach dem Befüllen.The same applies to product parameters after filling.
Ohne weiteres kann aber alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass die erste Systemeinheit
D.h. die erste Systemeinheit
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Versand von Daten vorzugsweise mittels eines Nahfeldkommunikationssystems, wie z.B. NFC, ZigBee, WLan, Bluetooth, oder einer kabelgebundenen Kommunikation, z.B. USB, bereitgestellt wird.In one embodiment of the invention it is provided that the transmission of data preferably by means of a Nahfeldkommunikationssystems, such as. NFC, ZigBee, WLan, Bluetooth, or wired communication, e.g. USB, is provided.
Ohne weiteres kann das System gemäß der Erfindung wiederholt verwendet werden. Beispielsweise kann nach dem Zufallsprinzip und/oder in regelmäßigen Zeitabständen und/oder in regelmäßigen Abständen von Abfüll- bzw. Sterilisationsprozessen die erste Systemeinheit
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Prüfung von Sterilisationsprozessen von Produktbehältern, z.B. von Lebensmittelbehältern, umfassend mindestens einen Sensor zur Erfassung der Wasserstoffperoxid-Gaskonzentration und einen weiteren, wie zur Erfassung der Gasströmung, optional umfassend weitere Sensoren zur Erfassung von Leitwert und/oder pH-Wert des später eingefüllten Produktes, weiterhin umfassend Mittel zur Energieversorgung, eine Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Messdaten der Sensoren und eine optionale Funkübertragungseinrichtung, wobei mit den Gassensoren zunächst die Sterilisation selbst überwacht wird und mittels dieser und der weiteren Sensoren auch die Eigenschaften der in den Behälter verfüllten Produkte überwacht werden können.The present invention describes an apparatus for testing sterilization processes of product containers, e.g. of food containers, comprising at least one sensor for detecting the hydrogen peroxide gas concentration and another, such as for detecting the gas flow, optionally comprising further sensors for detecting conductance and / or pH of the later filled product, further comprising means for power supply, a signal processing unit for processing the measured data of the sensors and an optional radio transmission device, wherein the sterilization itself is initially monitored with the gas sensors and the properties of the products filled in the container can be monitored by means of this and the further sensors.
Dabei kann bereits frühzeitig anhand der Kombination von mehreren Messwerten erkannt werden, ob ein Produkt z.B. aufgrund einer fehlerhaften Sterilisation frühzeitig bestimmte Qualitätseigenschaften verliert, z.B. ein Lebensmittel verdirbt bzw. ein Arzneimittel seine Eigenschaften verliert. Ebenfalls kann mittels der verbauten Messeinheit überprüft werden, inwieweit z.B. gewollte Fermentationsprozesse im Produkt bereits fortgeschritten sind (Überwachung des Reifeprozesses eines stichfesten Joghurts).In this case, it can already be recognized at an early stage from the combination of several measured values whether a product is e.g. due to faulty sterilization loses early certain quality properties, e.g. a food spoils or a drug loses its properties. It can also be checked by means of the built-in measuring unit, to what extent, for example, desired fermentation processes in the product are already advanced (monitoring the ripening process of a jam-proof yoghurt).
Die hier beschriebene Erfindung soll diese Parametererfassung ermöglichen. Ein mögliches zu befüllendes vorgeformtes Kunststoffgebinde oder Verbundverpackung, beispielsweise ein Eimer, wird mit Sensorik ausgestattet und wird als Testsystem zur Parametrisierung dem Sterilisationsprozess einer Abfüllanlage zugeführt. Neben Sensoren zur Erfassung der Wasserstoffperoxid-Gaskonzentration (z.B. kalorimetrische Gassensoren), könnte dieser „intelligente Eimer“ Sensoren zur Erfassung der Gasströmung enthalten. Weiterhin sind Sensoren zur Erfassung der Leitfähigkeit und/oder des pH-Wertes der nachfolgend abgefüllten Produkte denkbar. Mittels der Leitfähigkeits- bzw. pH-Werterfassung könnte dieser „intelligente Eimer“ dazu genutzt werden, nach dem Abfüllvorgang als ungeöffnete Probe zur Verfügung zu stehen, die im Weiteren mit der Sensorik Aufschluss geben kann, wann das Produkt verdirbt.The invention described here is intended to enable this parameter acquisition. A possible pre-formed plastic container or composite packaging to be filled, for example a bucket, is equipped with sensors and is fed as a test system for the parameterization to the sterilization process of a bottling plant. Besides sensors for detecting hydrogen peroxide gas concentration (e.g., calorimetric gas sensors), this "smart bucket" could include gas flow sensing sensors. Furthermore, sensors for detecting the conductivity and / or the pH of the subsequently bottled products are conceivable. By means of conductivity or pH detection, this "intelligent bucket" could be used to be available as an unopened sample after the filling process, which can then be used by the sensors to determine when the product is spoiling.
Mit dieser Messwerterfassung kann an zuvor ermittelten, kritisch zu sterilisierenden Stellen die Zeit zur Produktfreigabe deutlich verkürzt werden.With this data acquisition, the time for product release can be significantly reduced at previously determined, critically sterilized areas.
Der vorliegende Ansatz ist es, den Sterilisationsprozess (ganzheitlich) parametrisch zu erfassen, zum einen am Beginn der Prozesskette (eingestellte Werte innerhalb der Anlage) sowie die sensorische Überprüfung der Prozesse am zu sterilisierenden Behältnis. Über zuvor festgelegte Schwellenwerte kann so eine Fehlproduktion bzw. unsterile Produkte reduziert und somit Kosten für Produktrückrufe minimiert werden.The present approach is to capture the sterilization process (holistically) parametrically, on the one hand at the beginning of the process chain (set Values within the system) as well as the sensory examination of the processes on the container to be sterilized. Predefined thresholds can be used to reduce mis-production or unsterile products, thereby minimizing product recall costs.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- System zur Messung von SterilisationsparameternSystem for measuring sterilization parameters
- M1M1
- erste Messeinrichtung zur Messung eines Wasserstoffperoxidgehaltesfirst measuring device for measuring a hydrogen peroxide content
- M2M2
- zweite Messeinrichtung zur Messung mindestens eines weiteren Parameterssecond measuring device for measuring at least one further parameter
- VEVE
- Verarbeitungseinrichtungprocessing device
- MEMMEM
- Speichermittelstorage means
- SE1SE1
- erste Systemeinheitfirst system unit
- SE2SE2
- zweite Systemeinheitsecond system unit
- TXTX
- Sendeeinrichtungtransmitting device
- RXRX
- Empfangseinrichtungreceiver
- ASAS
- aktiver Sensoractive sensor
- PSPS
- passiver Sensorpassive sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 6972149922 [0012]DE 6972149922 [0012]
- DE 102012221436 A1 [0014]DE 102012221436 A1 [0014]
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-
2018
- 2018-12-12 DE DE102018221523.5A patent/DE102018221523A1/en not_active Withdrawn
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