JP7070628B2 - 無菌充填機の洗浄・殺菌方法及び無菌充填機 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＥＴボトル等の容器に飲料を充填する無菌充填機の洗浄・殺菌方法及び無菌充填機に関するものである。

無菌充填機により飲料をボトル等の容器に充填する場合、飲料自体を殺菌して無菌状態にしておかなければならない。さらに、飲料を充填ノズルまで送液する経路である、サージタンク、送液管、充填機タンク等から成る飲料供給系配管内を洗浄するＣＩＰ（Cleaning in Place）及び飲料供給系配管内を殺菌するＳＩＰ（Sterilizing in Place）を行い、飲料供給系配管内を無菌状態にしておかなければならない。無菌充填機の飲料供給系配管については、定期的にあるいは飲料の種類を切り替える際に、ＣＩＰを行い、さらに、ＳＩＰを行っている（特許文献１，２，３参照）。

ＣＩＰは、飲料供給系配管の管路内から無菌充填機の充填ノズルに至るまでの流路に、例えば水に苛性ソーダ等のアルカリ性薬剤を添加した洗浄液を流した後に、水に酸性薬剤を添加した洗浄液を流すことにより行われる。これにより、飲料供給系配管内に付着した前回の飲料の残留物等が除去される（特許文献１、２、３参照）。

ＳＩＰは、飲料の充填作業に入る前に、予め飲料供給系配管内を殺菌するための処理であり、例えば、ＣＩＰで洗浄した飲料供給系配管内に加熱蒸気又は加熱液体を流すことによって行われる。これにより、飲料供給系配管内が殺菌処理され、無菌状態とされる（特許文献３参照）。

通常、洗浄液によるＣＩＰを行った後に洗浄液をすすぎ、殺菌剤又は加熱流体によりＳＩＰを行うが、ＣＩＰに使用した洗浄液をＳＩＰに必要な温度まで昇温し、ＣＩＰとＳＩＰを同時又は連続して行うことが提案されている（特許文献４）。

ＣＩＰを行うとき、洗浄液を流すが、どの時点でＣＩＰを完了とするかは洗浄液の種類にもよるが、洗浄液の温度及び洗浄する時間を経験的に割り出し、これに従ってＣＩＰを行っていた。その結果、不必要に長時間の洗浄を行うこととなり、時間やエネルギーのロスとなっていた。これを改善するために、最も残留物が付着する部位について総括伝熱係数を算出し、総括伝熱係数が目標値以上となったときにＣＩＰを完了とすることが提案されている（特許文献５）。

ＳＩＰは、加熱蒸気又は加熱液体を飲料充填経路に流すことにより行われるが、従来、飲料充填経路の飲料供給系配管内に所定の箇所の温度が、所定の温度に達した後に所定の時間を経過することによりＳＩＰの完了を判断していた。しかし、この方法ではＳＩＰの時間が無駄に長くなり、時間及びエネルギーのロスが大きいことから、加熱殺菌部を経て充填機内へと飲料を送る飲料供給系配管を備えた飲料充填装置の飲料供給系配管に複数の温度センサを設け、この温度センサにより検知される温度からＦ値を演算し、演算されたＦ値の最小値が目標値に達したときにＳＩＰを完了としていた（特許文献６，７参照）。

特開２００７－３３１８０１号公報 特開２０００－１５３２４５号公報 特開２００７－２２６００号公報 特開２０１９－０６４７２２号公報 特開２０２０－７００６７号公報 国際公開第２０１４／１０３７８７号 特開２０１５－０４４５９３号公報

無菌充填機は、飲料供給系配管内のＣＩＰ及びＳＩＰを確実に行うことで、無菌充填機により生産される製品の品質を保証することができる。

特許文献４に提案されているように、無菌充填機の飲料供給系配管内を洗浄するＣＩＰ及び殺菌するＳＩＰを行う飲料充填装置の洗浄・殺菌方法において、ＣＩＰとＳＩＰの間を停止させることなく、これらの処理を同時又は連続して行うことができる。ＳＩＰは、飲料供給系配管内に循環させたＣＩＰ用の洗浄液を用いて行われる。ＣＩＰの当初から、又は途中からＳＩＰに必要な温度にＣＩＰを行う洗浄液を昇温させることで、飲料供給系配管内のＳＩＰをＣＩＰと同時又は連続して行うことができる。この方法によりＣＩＰ及びＳＩＰを行う時間を短縮し、消費エネルギーを低減することができる。

しかし、ＣＩＰ及びＳＩＰを行う時間を短縮するためには、それぞれの完了を的確に判断しなければならない。

本発明は無菌充填機において、ＣＩＰの当初から、又は途中からＳＩＰに必要な温度にＣＩＰを行う洗浄液を昇温させることで内容物供給系配管内のＳＩＰをＣＩＰと同時又は連続して行う際に、ＣＩＰ及びＳＩＰの完了を的確に判断し、ＣＩＰ及びＳＩＰを行う時間を短縮することができる無菌充填機の洗浄・殺菌方法及び無菌充填機を提供することを目的とする。

本願発明に係る無菌充填機の洗浄・殺菌方法は、加熱殺菌部を経て充填機内へと内容物を送る内容物供給系配管を備えた無菌充填機において、前記内容物供給系配管内を洗浄する洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させ、前記内容物供給系配管内を洗浄するＣＩＰ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行い、前記ＣＩＰの当初から又は途中から前記洗浄液を前記内容物供給系配管内の殺菌に必要な温度に昇温し、昇温させた前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させることにより前記内容物供給系配管内を殺菌するＳＩＰ（Ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行い、前記加熱殺菌部の加熱配管の前記洗浄液の入口並びに出口における前記洗浄液の温度を測定し、前記加熱配管の加熱媒体の入口並びに出口における前記加熱媒体の温度を測定し、前記洗浄液の前記加熱配管の入口並びに出口の温度及び前記加熱媒体の前記加熱配管の入口並びに出口の温度に基づいて前記加熱配管の総括伝熱係数を下記の１式、２式及び３式により算出し、算出される前記総括伝熱係数が目標値に到達したところで、前記ＣＩＰを完了とし、前記ＳＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、前記内容物供給系配管内に備える複数の温度センサにより、複数箇所の温度を所定時間ごとに測定しつつ、測定された複数の温度から最低の温度を選択し、選択された最低の温度について下記の４式によりＦ値を演算し、演算された前記Ｆ値を積算し、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、前記ＳＩＰを完了とし、前記ＣＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、前記ＣＩＰ及び前記ＳＩＰが完了した後に、前記洗浄液を排出することを特徴とする。

Ｑ ＝１×１×Ｒ×（Ｔ２－Ｔ１） （２式）
Ｕ＝Ｑ／（Ａ×△Ｔ） （３式）
ただし、洗浄液の加熱配管の入口の温度をＴ１（℃）並びに出口の温度をＴ２（℃）、加熱媒体の加熱管の入口温度をＴ３（℃）、出口温度をＴ４（℃）、比熱を１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、比重量を１(ｋｇ／Ｌ)とし、Ｒは洗浄液の流量（Ｌ／ｈ）、Ａは加熱配管の伝熱面積（ｍ ^２ ）、Ｕは総括伝熱係数である。

また、本願発明に係る無菌充填機の洗浄・殺菌方法において、前記内容物供給系配管の前記加熱殺菌部を経由する上流側配管部に対し上流側帰還路を設けて上流側循環路を形成し、当該上流側循環路に前記洗浄液を循環させると好適である。

本願発明に係る無菌充填機は、加熱殺菌部を経て充填機内へと内容物を送る内容物供給系配管を備えた無菌充填機において、前記内容物供給系配管内を洗浄する洗浄液を前記内容物供給系配管内に供給する洗浄液供給装置を備え、供給される前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環する循環路を形成し、循環される前記洗浄液により行う前記内容物供給系配管内のＣＩＰ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）の当初から又は途中か前記内容物供給系配管内の殺菌に必要な温度に前記洗浄液を昇温し、昇温させた前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させることにより前記内容物供給系配管内を殺菌するＳＩＰ（Ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行うように前記循環路を構成し、前記加熱殺菌部の加熱配管の前記洗浄液の入口及び出口における前記洗浄液の温度を測定する温度センサを備え、前記加熱配管の加熱媒体の入口及び出口における前記加熱媒体の温度を測定する温度センサを備え、前記洗浄液の前記加熱配管の入口並びに出口の温度及び前記加熱媒体の前記加熱配管の入口並びに出口の測定された温度に基づいて前記加熱配管の総括伝熱係数を下記の１式、２式及び３式により算出するコントローラを備え、算出される前記総括伝熱係数が目標値に到達したところで、前記ＣＩＰを完了とするように前記コントローラを構成し、前記ＳＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、前記内容物供給系配管内に複数の温度センサを備え、当該複数の温度センサにより複数箇所の温度を所定時間ごとに測定しつつ、測定された複数の温度から最低の温度を選択し、選択された最低の温度についてＦ値を下記の４式により演算し、演算された前記Ｆ値を積算し、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、前記ＳＩＰを完了とするように前記コントローラを構成し、前記ＣＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、前記ＣＩＰ及び前記ＳＩＰが完了した後に、前記洗浄液を排出するように前記コントローラを構成することを特徴とする。

Ｑ ＝１×１×Ｒ×（Ｔ２－Ｔ１） （２式）
Ｕ＝Ｑ／（Ａ×△Ｔ） （３式）
ただし、洗浄液の加熱配管の入口の温度をＴ１（℃）並びに出口の温度をＴ２（℃）、加熱媒体の加熱管の入口温度をＴ３（℃）、出口温度をＴ４（℃）、比熱を１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、比重量を１(ｋｇ／Ｌ)とし、Ｒは洗浄液の流量（Ｌ／ｈ）、Ａは加熱配管の伝熱面積（ｍ ^２ ）、Ｕは総括伝熱係数である。

また、本願発明に係る無菌充填機において、前記内容物供給系配管の前記加熱殺菌部を経由する上流側配管部に対し上流側帰還路を設けて上流側循環路を形成し、当該循環路に前記洗浄液を循環するように前記循環路が構成されると好適である。

本発明によれば、無菌充填機の内容物供給系配管のＣＩＰ及びＳＩＰについて、ＣＩＰの当初から又は途中からＣＩＰを行う洗浄液を内容物供給系配管内の殺菌に必要な温度に昇温し、昇温させた洗浄液を内容物供給系配管内に循環させることにより内容物供給系配管内を洗浄するＣＩＰ及び内容物供給系配管内を殺菌するＳＩＰを同時又は連続して行うとき、加熱殺菌部の加熱配管の総括伝熱係数を算出し、内容物供給系配管内の温度センサにより測定された最低温度から算出されるＦ値を積算し、総括伝熱係数及びＦ値が目標値に到達したとろでＣＩＰ及びＳＩＰを完了とする。その結果、ＣＩＰ及びＳＩＰを行う時間を短縮し、次の内容物の充填作業に早期に着手することができ、内容物の切り替えの際の生産間の準備時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。また、ＣＩＰ及びＳＩＰの時間短縮により、エネルギーの削減、ＣＯ_２排出量の削減に繋がる。

本発明の無菌充填機の洗浄・殺菌方法では、内容物供給系配管及に備えた複数の温度センサにより測定される温度から最低の温度を選択し、選択された温度からＦ値を演算し、演算されたＦ値を積算し、積算されたＦ値が目標値に到達したときにＳＩＰを完了とする。この方法により、Ｆ値を演算する演算回数を減らすことができるため、測定される温度すべてについてＦ値を演算する場合に比べ、演算装置のコストを大幅に低減することができる。

本発明の実施形態に係る無菌充填機のブロック図である。 本発明の実施形態に係る無菌充填機における加熱殺菌部から充填機までの内容物供給系配管に対しＣＩＰ及び／又はＳＩＰを行っている状態を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る無菌充填における加熱殺菌部を含む内容物供給系配管の上流側配管部に対しＣＩＰ及び／又はＳＩＰを行っている状態を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る無菌充填機の洗浄・殺菌方法における加熱殺菌部の第２段加熱部における時間に伴う温度の推移を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る無菌充填機の洗浄・殺菌方法における加熱殺菌部の第２段冷却部における時間に伴う温度の推移を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る無菌充填機の洗浄・殺菌方法における加熱殺菌部の第２段加熱部における他の時間に伴う温度の推移を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る無菌充填機における第２段加熱部に接続された加熱媒体ラインを示す図である。 本発明の実施形態に係る無菌充填機における生産時及びＣＩＰ時の第２段加熱部の総括伝熱係数（Ｕ値）の変動を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、無菌充填機は、内容物の調合装置１と、内容物をボトルのような容器４に充填する充填機２とを具備する。調合装置１と充填機２内の充填ノズル２ａとの間は、内容物供給系配管７で結ばれている。また、充填機２を備える充填部は充填部チャンバ３で遮蔽されている。

調合装置１は、例えばミルクコーヒー、ブラックコーヒー、緑茶飲料、紅茶、ミルクティー、果実飲料等の内容物を各々所望の配合割合で調合するためのものであって、公知の装置であるからその詳細な説明は省略する。

無菌充填機には、容器４を充填機２ へと搬送し、充填機２ によって内容物が充填された容器４を排出する搬送路が設けられる。搬送路は、一般に多数のホイールと、各ホイールの回りに配置された容器４を把持するグリッパ等によって構成される。

充填機２は、多数の充填ノズル２ａを水平面内で高速回転するホイール（図示せず）の回りに配置してなるもので、ホイールの回転と共に充填ノズル２ａを旋回運動させつつ、充填ノズル２ａの下をホイールの周速度に同調してグリッパに把持されて走行する容器４に、充填ノズル２ａから内容物を定量充填するための装置である。この充填機２も公知の装置であるからその詳細な説明は省略する。

無菌充填機の充填機２を備える充填部を遮蔽する充填部チャンバ３内では、充填部チャンバ３内を洗浄するＣＯＰ（Cleaning Out of Place）及び充填部チャンバ３内を殺菌するＳＯＰ（Sterilizing Out of Place）が無菌充填機を稼働させる前に行われる。ＣＯＰ、ＳＯＰ、殺菌後のキャップの洗浄及び内容物充填後の容器口部外面の洗浄のために無菌水が必要となるため、無菌充填機には図示しない無菌水製造装置が備えられることもある。

無菌充填機の内容物供給系配管７は、調合装置１から充填機２に至る管路中に、内容物の流れから見て上流側から下流側へと順に、バランスタンク５、加熱殺菌部１８、マニホルドバルブ８、アセプティックサージタンク１９、充填機タンク１１を備える。また、無菌充填機は洗浄液をバランスタンク５に供給する洗浄液供給装置２０及び無菌充填機の運転を制御するコントローラ１７を備える。

内容物に炭酸を添加し炭酸飲料とする場合、無菌充填機の内容物供給系配管７には冷却装置（図示せず）、炭酸添加装置及び炭酸飲料サージタンクを備える。冷却装置、炭酸添加装置及び炭酸飲料サージタンクはアセプティックサージタンク１９と充填機タンク１１の間に上流から下流に順次設けられ、炭酸飲料を内容物供給系配管に流すために炭酸飲料用マニホルドバルブを備える。

加熱殺菌部１８は、その内部に第１段加熱部１２、第２段加熱部１３、ホールディングチューブ１４、第１段冷却部１５、第２段冷却部１６等を備え、バランスタンク５から供給される内容物又は洗浄液等を第１段加熱部１２から第２段加熱部１３へと送りながら徐々に加熱し、ホールディングチューブ１４内で所定の殺菌温度で所定時間保持し、その後、第１段冷却部１５、第２段冷却部１６へと送って徐々に冷却するものである。加熱部や冷却部の段数は必要に応じて増減される。また、ホモゲナイザーをホールディングチューブ１４の前、又は後に設置しても構わない。

バランスタンク５、マニホルドバルブ８、アセプティックサージタンク１９及び充填機タンク１１は公知の装置であるから、その詳細な説明は省略する。

内容物が調合装置１において調合され、バランスタンク５から加熱殺菌部１８に送られ、この加熱殺菌部１８において内容物に対して加熱殺菌処理が施される。加熱殺菌部１８において加熱殺菌処理された内容物は、アセプティックサージタンク１９に貯えられた後、充填機タンク１１へ送られる。充填機タンク１１内の内容物は充填機２に供給され、充填ノズル２ａを通って、容器４へ無菌状態で充填される。内容物が充填された容器４は、密封された後に無菌充填機から外部へ排出される。

バランスタンク５から供給された内容物は、加熱殺菌部１８の第１段加熱部１２および第２段加熱部１３へ送られ、第１段加熱部１２及び第２段加熱部１３において例えば常温（２０℃）の内容物が、例えば１４０℃まで加熱される。このように常温から１４０℃まで内容物が加熱される間、内容物に対する加熱殺菌処理が行なわれる。

第１段加熱部１２及び第２段加熱部１３において加熱された内容物は、ホールディングチューブ１４内で図示しない加熱機構により目標温度、例えば１４０℃まで保温乃至加熱される。

内容物はホールディングチューブ１４から第１段冷却部１５において冷却され、例えば１４０℃から例えば８０℃まで降温する。第１段冷却部１５により冷却された内容物は、第２段冷却部１６により更に冷却され、その温度は例えば８０℃から例えば３０℃まで降温する。冷却された内容物は、マニホルドバルブ８を介してアセプティックサージタンク１９へ送られる。

アセプティックサージタンク１９に送られ貯留された内容物は、充填機タンク１１に送られ貯留され、充填機２に送られ、充填ノズル２ａから無菌雰囲気の充填部チャンバ３内で殺菌された容器４に定量充填される。内容物が充填された容器４は殺菌された蓋材により密封され、無菌充填機から排出される。

内容物の無菌充填作業が終了した後、充填する内容物を他の内容物に変更する場合、及び一定時間無菌充填機の稼働を停止する場合、内容物供給系配管７内のＣＩＰ及びＳＩＰを行う。内容物充填作業において、最も内容物の残留物が付着する箇所は第２段加熱部である。内容物が急激に高温とされる箇所であり、特にたんぱく質の熱変性による残留物の付着が激しく、ミルクを含む内容物に顕著である。また高温かつ送液流量が多くなればなるほど、製品成分由来の無機塩の残留も増加する。ＣＩＰにより前回充填された内容物の残留物を除去する。

内容物供給系配管内７のＣＩＰはバランスタンク５に、洗浄液供給装置２０から供給される洗浄液を内容物供給系配管内７内に循環することにより行われる。そのために、図１に示すように、内容物供給系配管７に対して帰還路６を設けることにより循環路が形成される。バランスタンク５から加熱殺菌部１８を経てマニホルドバルブ８に至る上流側配管部７ａに対して帰還路６に上流側帰還路６ａを設け、上流側循環路を形成しても構わない。

洗浄液を上流側循環路に循環せずに、マニホルドバルブ８から充填機タンク１１を経て、充填機２の充填機マニホルド２ｂから分配して充填ノズル２ａに流しても構わない。充填ノズル２ａから流出する洗浄液を充填ノズル２ａの先端に接合されるカップ９により受け、多数の充填ノズル２ａから流出する洗浄液を循環マニホルド２５により集約し、下流側帰還路６ｂによりマニホルドバルブ８まで帰還させる。マニホルドバルブ８から上流側帰還路６ａを経て、洗浄液は内容物供給系配管７を循環する。

充填機２の充填ノズル２ａの開口に対して各々接離可能なカップ９が配置される。ＣＩＰ又はＳＩＰを行う際に各カップ９が図示しないアクチュエータによって充填機２の充填ノズル２ａの先端の開口部に接合されることで、下流側帰還路６ｂの始端となるカップ９が、充填ノズル２ａの開口に接続される。

図２中太線で示すように、洗浄液供給装置２０からバランスタンク５に供給される洗浄液は、バランスタンク５から加熱殺菌部１８により加熱され、マニホルドバルブ８、アセプティックサージタンク１９、充填機タンク１１を経て、充填機２に至り、充填機マニホルド２ｂから充填ノズル２ａに流れ、充填ノズル２ａからカップ９で受け循環マニホルド２５に集約され、下流側帰還路６ｂを経て、マニホルドバルブ８から上流側帰還路６ａによりバランスタンク５に戻り、内容物供給系配管７内を循環する。

図３中太線で示すように、洗浄液供給装置２０からバランスタンク５に供給される洗浄液は、バランスタンク５から加熱殺菌部１８により加熱され、マニホルドバルブ８に至り、上流側帰還路６ａを経てバランスタンク５に戻り、上流側循環路を循環されても構わない。

洗浄液とは、水に苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、界面活性剤及びグルコン酸ナトリウムやエチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）などのキレート剤（金属封鎖剤）などを混ぜたアルカリ性薬剤を添加したアルカリ性洗浄液又は硝酸系やリン酸系の酸性薬剤を添加した酸性洗浄液である。水とは、イオン交換水、蒸留水又は水道水等異物を含まない水であればどのようなものでも構わない。

アルカリ性洗浄液は、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、プロピレン・カーボネート及びそれらの混合物が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、重炭酸塩である重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、重炭酸リチウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸マグネシウム、重炭酸カルシウムやセスキ炭酸塩であるセスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸リチウム及びそれらの混合物が含まれても構わない。

酸性洗浄液は、上述した硝酸系、リン酸系以外に、塩酸、硫酸、酢酸、クエン酸、乳酸、ギ酸、グリコール酸、メタンスルホン酸、スルファミン酸及びこれらの混合物が含まれるがこれらに限定されるものではない。

洗浄液は、次亜塩素酸塩、過酸化水素、過酢酸、過オクタン酸、過硫酸塩、過ホウ酸塩、ハイドロサルファイト、二酸化チオ尿素等の各種漂白剤、過炭酸塩などを含んでも構わない。更に、洗浄液は、アルミノケイ酸塩やポリカルボン酸塩等の水軟化剤を含んでも構わないし、リン酸ナトリウムやポリアクリル酸ナトリウム、カルボン酸ナトリウムなどの再付着防止剤を含んでも構わない。更に、洗浄液に、酵素や溶剤、脂肪酸、泡調整剤、活性酸素源などを加えても構わない。

ＣＩＰにおいて洗浄液としてアルカリ性洗浄液を流した後に酸性洗浄液を流すことに限らず、例えば、酸性洗浄液を流した後にアルカリ性洗浄液を流しても構わないし、酸性洗浄液とアルカリ性洗浄液を交互に複数回流しても構わない。また、酸性洗浄液又はアルカリ性洗浄液のいずれかのみを流してＣＩＰを行っても構わない。

洗浄液供給装置２０からは一定量の洗浄液が常に又は間欠的に供給され、洗浄液を循環しながら内容物供給系配管７内に付着した前回の内容物の残留物を除去する。洗浄液を活性化させるために、加熱殺菌部１８により洗浄液を所定の温度まで昇温しても構わない。昇温する温度は６０℃～１５０℃であり、昇温することで洗浄効果は高まり、殺菌効果も発揮することができる。また、循環される洗浄液を適宜装置外へ排出してもよい。

ＣＩＰを行った後にＳＩＰを行うが、ＣＩＰを行う際に稼動していた送液ポンプを停止することなくＣＩＰで用いた洗浄液を内容物供給系配管７に循環させたまま、洗浄液が加熱殺菌部１８によりＳＩＰに必要な温度に加熱され、加熱されて昇温した洗浄液が内容物供給系配管７を循環することによりＣＩＰからＳＩＰを連続して行う。このとき、送液ポンプが停止されていないので、ＣＩＰを行った際に昇温した加熱殺菌部１８の設定温度を下げることなく、ＳＩＰを行う温度まで昇温させるので、ＣＩＰからＳＩＰへと移行する際に、加熱殺菌部１８を含む内容物供給系配管７内の温度は低下しない。

図５にＣＩＰからＳＩＰを連続して行うときの加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３における温度を示す。洗浄液供給装置２０からバランスタンク５を経由して加熱殺菌部１８に洗浄液が供給され、ＣＩＰを行う温度まで、洗浄液は昇温される。ＣＩＰを行う温度まで昇温された洗浄液は所定の時間循環路を循環される。所定時間循環後、洗浄液はＳＩＰに必要な温度まで昇温され、所定の時間循環され、ＳＩＰを完了する。ＳＩＰを行うときも洗浄液は循環されており、ＣＩＰも行っていることとなる。ＳＩＰ完了後、加熱殺菌部１８に水を供給し、洗浄液をすすぐ。すすがれた洗浄液は充填ノズル２ａからカップで受け、循環マニホルド２５に集約された後に排出される。また、下流側帰還路６ｂを経て、上流側帰還路６ａを通り、バランスタンク５の直前で排出されても構わない。洗浄液をすすいだ後、加熱殺菌部１８の設定温度を変更せずにそのまま内容物を充填し、製品の製造を行うことができる。

ＣＩＰの終了後にＣＩＰで用いた洗浄液を循環させたまま、洗浄液を加熱殺菌部１８によりＳＩＰに必要な温度に加熱しても構わないが、ＣＩＰの初期から洗浄液をＳＩＰに必要な温度に加熱し、ＣＩＰとＳＩＰを同時に行っても構わない。

図４ＡにＣＩＰとＳＩＰを同時に行うときの加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３における温度を示す。洗浄液供給装置２０からバランスタンク５を経由して加熱殺菌部１８に洗浄液が供給され、ＳＩＰに必要な温度まで洗浄液は昇温される。洗浄液は所定の時間循環され、ＣＩＰ及びＳＩＰを完了する。ＳＩＰ完了後、加熱殺菌部１８に水を供給し、洗浄液をすすぐ。すすがれた洗浄液は充填ノズル２ａからカップ９で受け、循環マニホルド２５から排出される。また、下流側帰還路６ｂを経て、上流側帰還路６ａを通り、バランスタンク５の直前で排出しても構わない。洗浄液をすすいだ後、加熱殺菌部１８の設定温度を変更せずにそのまま内容物を充填し、製品の製造を行うことができる。

図４ＢにＣＩＰとＳＩＰを同時に行うときの加熱殺菌部１８の第２段冷却部１６における温度を示す。洗浄液供給装置２０からバランスタンク５を経由して加熱殺菌部１８に洗浄液が供給され、ＳＩＰに必要な温度まで洗浄液は昇温される。洗浄液は所定の時間循環され、ＣＩＰ及びＳＩＰを完了する。ＳＩＰ完了後、第１及び／又は２段冷却部（１５，１６）を起動させ、第２段冷却部１６の温度が１００℃以下になるまで洗浄液を循環させる。第２段冷却部の出口を通る洗浄液が１００℃以下になった時点で、洗浄液を排出するために循環路に設けられる排出弁を開き、開放経路に切り替え、加熱殺菌部１８に水を供給し、供給される水を加熱殺菌部１８で加熱殺菌し無菌水とする。殺菌された無菌水により洗浄液をすすぎ、洗い流す。

洗浄液をすすぐとき、未だ冷却されずに排出される高温の洗浄液と供給される常温のすすぎ水を熱交換器２６に通すことにより、すすぎ水の温度を昇温させ、加熱殺菌部に供給しても構わない。熱エネルギー消費を低減することができる。すすぎ用の無菌水を他の無菌水製造設備から導入しても構わない。

加熱殺菌部１８の各箇所には、図１に示すように温度センサ１０、１０ａ及び１０ｂが設けられる。１０ａが配置される箇所としては、第２段加熱部１３の入口、１０ｂが配置されるのは第２段加熱部１３の出口である。これらの温度センサ１０、１０ａ、１０ｂによって各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。

図６に示すように、加熱部１２、１３のうち最下流に位置する第２段加熱部１３を加熱するため、第２段加熱部１３へ加熱媒体を供給する加熱媒体ライン２１が接続されている。

加熱媒体ライン２１には、加熱媒体ライン２１中に加熱蒸気を供給する加熱蒸気供給部２２が設けられ、この加熱蒸気供給部２２から供給される加熱蒸気により加熱媒体ライン２１中を流れる加熱媒体を高温まで加熱する。加熱媒体の加熱は、電気ヒーターでも構わない。さらに加熱媒体ライン２１には加圧ポンプ２３が設けられている。加熱媒体は水が適当である。水以外に油も使用できるが、加熱蒸気で加温できず、加熱装置を備える必要がある。

加熱媒体ライン２１は第２段加熱部の加熱配管１３ａに供給され、図６に示すように、加熱媒体は内容部供給系配管７内を内容物が流れる方向に対して対向して加熱配管１３ａ内を流れる。加熱媒体は内容部供給系配管７内を内容物が流れる方向と同一方向に並行して流しても構わない。加熱配管１３ａの入口には温度センサ１０ｃが、加熱配管１３ａの出口には温度センサ１０ｄが設けられる。また、バランスタンク５と加熱殺菌部１８の間に内容物供給系配管７内を流れる内容物の流量を測定する流量計２４が設けられる。

図６に示すように、加熱媒体ライン２１を流れる加熱媒体が加熱配管１３ａに供給され、第２段加熱部１３を流れる内容物を加熱する。第２段加熱部１３において内容物を加熱する加熱媒体は、加熱配管１３ａの出口では降温するが、加熱蒸気供給部２２から供給される加熱蒸気により昇温され、昇温した加熱媒体は加熱配管１３ａに供給され循環する。

加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３は内容物を高温で加熱殺菌する部分であり、加熱配管１３ａの内面にこげ付き等の汚れが生じ易い。本実施の形態においては、最も汚れ易い第２段加熱部１３の加熱配管１３ａの総括伝熱係数を算出し、効率良く加熱殺菌部１８内のＣＩＰを行う。加熱殺菌部１８の他の加熱部、冷却部も総括伝熱係数を算出することは可能であり、全ての加熱部及び冷却部の総括伝熱係数を算出し、全ての総括伝熱係数が目標値に到達したところで、ＣＩＰを完了すべきである。しかし、最も内容物の残留が多いのは最下流の加熱部であり、最下流の加熱部の総括伝熱係数が目標値に到達したところでＣＩＰを完了としても構わない。

図７に生産時間と総括伝熱係数（Ｕ値）の経時変化を示す。総括伝熱係数（Ｕ値）が高いほど、温度が伝わりやすいことを意味する。加熱配管１３ａの総括伝熱係数は、内容物を殺菌することにより加熱配管１３ａ内に付着する内容物のこげなどの付着物により製品の生産とともに次第に低下する。生産により低下した総括伝熱係数はＣＩＰを行うことにより上昇し、生産開始前の総括伝熱係数まで回復する。すなわち、ＣＩＰ完了の目処は、加熱配管１３ａの総括伝熱係数が加熱配管１３ａ内に内容物による残留物の付着がない状態の総括伝熱係数に回復することである。低下した総括伝熱係数の目標値を定め、ＣＩＰを行うことで加熱配管１３ａの総括伝熱係数が目標値に到達したところでＣＩＰを完了とする。このことにより、ＣＩＰに無駄な時間を費やすことがなく、効率的にＣＩＰを行うことができる。

コントローラ１７は各種データを記憶し、第２段加熱部１３の加熱配管１３ａから送信される測定温度により総括伝熱係数を算出し、算出される総括伝熱係数が目標値に到達したか否かを判断し、総括伝熱係数が目標値に到達したところでＣＩＰを完了したと判断し、内容物供給系配管７内のＣＩＰを完了する。この完了の判断は加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３についてであるが、加熱殺菌部１８の第２段加熱部の汚れが最も激しいため、加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３におけるＣＩＰ完了の判断を内容物供給系配管７内のＣＩＰ完了の判断としても構わない。

総括伝熱係数を算出するために、図６に示すように加熱殺菌部１８の第２段加熱部１３の加熱配管１３ａの洗浄液の入口に温度センサ１０ａ、洗浄液の出口に温度センサ１０ｂ、加熱配管１３ａの加熱媒体の入口に温度センサ１０ｃ及び加熱配管１３ａの加熱媒体の出口に温度センサ１０ｄを備える。これらの温度センサにより温度を測定し、温度センサ１０ａの温度をＴ１、１０ｂの温度をＴ２、１０ｃの温度をＴ３及び１０ｄの温度をＴ４とする。

測定される温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４はコントローラ１７に送信され、コントローラ１７により総括伝熱係数が算出される。総括伝熱係数は以下のように求められる。

まず、対数平均温度差△Ｔを求める。対数平均温度差△Ｔは以下のようにして求められる。

次に温度Ｔ１と温度Ｔ２と、流量Ｒ (Ｌ/ｈ)とにより、第２段加熱部１３における熱量Ｑが求められる。但し、比熱を１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、比重量を１(ｋｇ／Ｌ)とした場合
Ｑ ＝１×１×Ｒ×（Ｔ２－Ｔ１）（２式）
となる。流量Ｒは流量計２４により測定され、コントローラ１７に送信される。

また、第２段加熱部１３の加熱配管１３ａの伝熱面積Ａ(ｍ^２)は予め定められている。

以上のことからコントローラ１７は、Ｕ＝Ｑ／（Ａ×△Ｔ）（３式）により第２段加熱部１３の総括伝熱係数（Ｕ値）を算出する。

以上のように本実施の形態によれば、ＣＩＰ中に第２段加熱部１３の総括伝熱係数を算出し、総括伝熱係数が目標値に到達したところでＣＩＰを完了とし、次の工程に移行することができる。このため必要以上にＣＩＰを続ける必要はなく、ＣＩＰを効率的に実施することができる。

コントローラ１７は算出される総括伝熱係数があらかじめ定められた目標値に到達したところで、ＣＩＰを完了と判断する。図４Ａ又は図５におけるＣＩＰにおいて、ＳＩＰが完了しても総括伝熱係数が目標値に到達していない場合、ＣＩＰは継続される。

内容物供給系配管７内のＳＩＰは、内容物供給系配管７内を洗浄するＣＩＰ用の洗浄液を内容物供給系配管７内に循環させ、内容物供給系配管７内のＣＩＰを行い、ＣＩＰの当初から又は途中から洗浄液を内容物供給系配管７内の殺菌に必要な温度に昇温させ、昇温させた洗浄液を内容物供給系配管７内に循環させることにより内容物供給系配管７内を殺菌するＳＩＰを行う。

図１に示すように、内容物供給系配管７には、ＳＩＰの際に温度が上昇しにくい箇所を含む各箇所に温度センサ１０が配置される。この温度センサ１０が配置される箇所としては、例えば加熱殺菌部１８内の第１段加熱部１２からマニホルドバルブ８へと向かう管路のうち、加熱殺菌部１８内の各部間と、第２段冷却部１６を出た箇所、マニホルドバルブ８の手前の箇所、アセプティックサージタンク１９の内部、アセプティックサージタンク１９の出口近傍及びアセプティックサージタンク１９から充填ノズル２ａに向かう管路の途中の屈曲部、充填機タンク１１の入口近傍と出口近傍、充填機２内の充填機マニホルド２ｂと充填ノズル２ａとの間及び充填ノズル２ａ内を挙げることができ、これらの管路に温度センサ１０が各々配置される。これらの温度センサ１０により各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。

内容物供給系配管７内を洗浄液が流れる際、内容物供給系配管７内の各所に配置された温度センサ１０により所定時間ごとに測定された複数の温度がコントローラ１７に一定時間間隔で送られる。コントローラ１７は、所定時間ごとに測定された温度のうち、最低の温度を選択しＦ値を算出する。コントローラ１７は最低の温度を選択するため、選択される温度を測定する温度センサ１０が常に同一とは限らない。温度センサ１０は所定時間ごとに温度を測定しコントローラ１７に送るが、測定される温度のうち最低の温度となる箇所が常に同一の箇所とは限らないからである。

洗浄液による加熱により昇温した各箇所の温度のうち、選択される最低の温度が１２１．１℃に達すると、その時点から最低の温度によるＦ値がコントローラ１７によって算出される。算出式は次のとおりである。算出式のＺ値は、耐熱性芽胞の一般的な値である１０℃を示しているが、洗浄液に対する対象菌の耐熱性により、３～３０℃の範囲で適宜変更しても良い。

基準温度１２１．１℃は、ｐＨ４．０未満の高酸性飲料の場合、６５℃としても構わない。また、ｐＨが４．０以上４．６未満の場合８５℃以上でも構わない。Ｆ値積算中に最低温度が基準温度を下回った場合、Ｆ値の積算を停止し、基準温度を超えた後に積算を再開しても良いが、ＳＩＰを中断し、Ｆ値積算をリセットさせ、再度ＳＩＰを行うのが望ましい。

上記算出式に基づいて算出された最低の温度のＦ値がコントローラ１７により積算され、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、コントローラ１７は内容物供給系配管７内のＳＩＰである殺菌工程を完了とすることを指示する。指示に従って、洗浄液の循環を停止し、第１段冷却部１５、第２段冷却部１６に冷却水が供給され、洗浄液は冷却される。洗浄液を無菌水により洗い流すすすぎを行った後に無菌水を連続循環しながら無菌充填機は次の生産まで待機する。

ＳＩＰに必要な温度とは、通常１２１．１℃以上であるが、無菌充填機により充填する内容物により１２１．１℃以上とする必要はなく、例えばｐＨが４．０未満の高酸性飲料では６５℃以上でも構わない場合がある。また、ｐＨが４．０以上４．６未満の場合８５℃以上でも構わない場合がある。

図３は内容物供給系配管７のうち、加熱殺菌部１８を経由する上流側配管部７ａを経てマニホルドバルブ８から上流側帰還路６ａにより形成される上流側循環路に洗浄液を循環し、上流側配管部７ａ内のＣＩＰを行い、ＣＩＰの当初から又は途中から洗浄液を内容物供給系配管７内の殺菌に必要な温度に昇温させ、昇温させた洗浄液を内容物供給系配管内に循環させることにより上流側配管部７ａ内を殺菌するＳＩＰを行なっても構わない。

上流側循環路におけるＣＩＰ中に第２段加熱部１３の総括伝熱係数を算出し、総括伝熱係数が目標値に到達したところでＣＩＰを停止し、次の工程に移行することができる。このため必要以上にＣＩＰを続ける必要はなく、ＣＩＰを効率的に実施することができる。

上流側配管部７ａ内を洗浄液が流れる際、上流側配管部７ａ内の各所に配置された温度センサ１０により所定時間ごとに測定された複数の温度がコントローラ１７に一定時間間隔で送られる。コントローラ１７は、所定時間ごとに測定された温度のうち、最低の温度を選択しＦ値を算出する。コントローラ１７は最低の温度を選択するため、選択される温度を測定する温度センサ１０が常に同一とは限らない。温度センサ１０は所定時間ごとに温度を測定しコントローラ１７に送るが、測定される温度のうち最低の温度となる箇所が常に同一の箇所とは限らないからである。

算出された最低の温度のＦ値がコントローラ１７により積算され、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、コントローラ１７は上流側配管部７ａ内のＳＩＰである殺菌工程を完了することを指示する。

本発明は以上説明したように構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々変更可能である。また、無菌充填機が内容物を充填する容器はボトル状だけでなく、カップ、トレー、缶等どのような形状でも構わない。さらに容器の材料もプラスチックだけでなく、紙とプラスチックの複合体、ガラス、金属等どのような素材から構成されていても構わない。

２…充填機
６…帰還路
６ａ…上流側帰還路
６ｂ…下流側帰還路
７…内容物供給系配管
７ａ…上流側配管部
１０…温度センサ
１７…コントローラ
１８…加熱殺菌部
２１…加熱媒体ライン
２４…流量計

Claims (4)

1. 加熱殺菌部を経て充填機内へと内容物を送る内容物供給系配管を備えた無菌充填機において、
   前記内容物供給系配管内を洗浄する洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させ、前記内容物供給系配管内を洗浄するＣＩＰ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行い、
   前記ＣＩＰの当初から又は途中から前記洗浄液を前記内容物供給系配管内の殺菌に必要な温度に昇温し、昇温させた前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させることにより前記内容物供給系配管内を殺菌するＳＩＰ（Ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行い、
   前記加熱殺菌部の加熱配管の前記洗浄液の入口並びに出口における前記洗浄液の温度を測定し、前記加熱配管の加熱媒体の入口並びに出口における前記加熱媒体の温度を測定し、前記洗浄液の前記加熱配管の入口並びに出口の温度及び前記加熱媒体の前記加熱配管の入口並びに出口の温度に基づいて前記加熱配管の総括伝熱係数を下記の１式、２式及び３式により算出し、算出される前記総括伝熱係数が目標値に到達したところで、前記ＣＩＰを完了とし、前記ＳＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、
   前記内容物供給系配管内に備える複数の温度センサにより、複数箇所の温度を所定時間ごとに測定しつつ、測定された複数の温度から最低の温度を選択し、選択された最低の温度について下記の４式によりＦ値を演算し、演算された前記Ｆ値を積算し、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、前記ＳＩＰを完了とし、前記ＣＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、
   前記ＣＩＰ及び前記ＳＩＰが完了した後に、前記洗浄液を排出することを特徴とする無菌充填機の洗浄・殺菌方法。
   

   

   Ｑ ＝１×１×Ｒ×（Ｔ２－Ｔ１） （２式）
   Ｕ＝Ｑ／（Ａ×△Ｔ） （３式）
   ただし、洗浄液の加熱配管の入口の温度をＴ１（℃）並びに出口の温度をＴ２（℃）、加熱媒体の加熱管の入口温度をＴ３（℃）、出口温度をＴ４（℃）、比熱を１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、比重量を１(ｋｇ／Ｌ)とし、Ｒは洗浄液の流量（Ｌ／ｈ）、Ａは加熱配管の伝熱面積（ｍ ^２ ）、Ｕは総括伝熱係数である。
   

   
2. 請求項１に記載の無菌充填機の洗浄・殺菌方法において、前記内容物供給系配管の前記加熱殺菌部を経由する上流側配管部に対し上流側帰還路を設けて上流側循環路を形成し、当該上流側循環路に前記洗浄液を循環させることを特徴とする無菌充填機の洗浄・殺菌方法。
3. 加熱殺菌部を経て充填機内へと内容物を送る内容物供給系配管を備えた無菌充填機において、
   前記内容物供給系配管内を洗浄する洗浄液を前記内容物供給系配管内に供給する洗浄液供給装置を備え、
   供給される前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環する循環路を形成し、
   循環される前記洗浄液により行う前記内容物供給系配管内のＣＩＰ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ
   Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）の当初から又は途中か前記内容物供給系配管内の殺菌に必要な温度に前記洗浄液を昇温し、昇温させた前記洗浄液を前記内容物供給系配管内に循環させることにより前記内容物供給系配管内を殺菌するＳＩＰ（Ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ）を行うように前記循環路を構成し、
   前記加熱殺菌部の加熱配管の前記洗浄液の入口及び出口における前記洗浄液の温度を測定する温度センサを備え、
   前記加熱配管の加熱媒体の入口及び出口における前記加熱媒体の温度を測定する温度センサを備え、
   前記洗浄液の前記加熱配管の入口並びに出口の温度及び前記加熱媒体の前記加熱配管の入口並びに出口の測定された温度に基づいて前記加熱配管の総括伝熱係数を下記の１式、２式及び３式により算出するコントローラを備え、
   算出される前記総括伝熱係数が目標値に到達したところで、前記ＣＩＰを完了とするように前記コントローラを構成し、前記ＳＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、
   前記内容物供給系配管内に複数の温度センサを備え、当該複数の温度センサにより複数箇所の温度を所定時間ごとに測定しつつ、
   測定された複数の温度から最低の温度を選択し、選択された最低の温度についてＦ値を下記の４式により演算し、演算された前記Ｆ値を積算し、積算されたＦ値が目標値に到達したところで、前記ＳＩＰを完了とするように前記コントローラを構成し、前記ＣＩＰが完了していないときは前記洗浄液の循環を継続し、
   前記ＣＩＰ及び前記ＳＩＰが完了した後に、前記洗浄液を排出するように前記コントローラを構成することを特徴とする無菌充填機。
   

   

   Ｑ ＝１×１×Ｒ×（Ｔ２－Ｔ１） （２式）
   Ｕ＝Ｑ／（Ａ×△Ｔ） （３式）
   ただし、洗浄液の加熱配管の入口の温度をＴ１（℃）並びに出口の温度をＴ２（℃）、加熱媒体の加熱管の入口温度をＴ３（℃）、出口温度をＴ４（℃）、比熱を１（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）、比重量を１(ｋｇ／Ｌ)とし、Ｒは洗浄液の流量（Ｌ／ｈ）、Ａは加熱配管の伝熱面積（ｍ ^２ ）、Ｕは総括伝熱係数である。
   

   
4. 請求項３に記載の無菌充填機において、前記内容物供給系配管の前記加熱殺菌部を経由する上流側配管部に対し上流側帰還路を設けて上流側循環路を形成し、当該循環路に前記洗浄液を循環するように前記循環路が構成されることを特徴とする無菌充填機。

Images