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旋转式吹瓶机应用无菌吹瓶工艺
添加时间:2019-7-6
  

随着超洁净和无菌灌装工艺在饮料包装中推广应用,果汁、茶饮料和运动型饮料等,由原来热灌装工艺(85-92°C)逐步被无菌冷灌装工艺所取代,一是无菌冷罐装生产成本低,瓶子重量轻,高压气消耗量降低和加温能耗减少,节能降耗显著;二是常温灌装,营养成分损失少,可保持饮料口感、色泽和风味;同时,产品货架期有保证。




为满足超洁净和无菌灌装工艺要求,对于无菌吹灌旋一体化设备,吹瓶机采用无菌吹瓶工艺生产瓶子,减少瓶胚输送环节和吹瓶工艺过程中细菌对瓶子污染,高效杀灭细菌,为无菌灌装采用干法或湿法杀菌提供保障。本文对2018年为客户开发24000BPH无菌吹灌旋项目,研究和分析吹瓶机CPX12无菌吹瓶工艺方法和结构特点。








无菌吹瓶工艺主要结构




1.理坯系统全封闭


理胚过程中,为提高瓶胚卫生度,防止上胚、理胚和输送环节灰尘污染 ,胚斗上方设计可开启的防尘盖,瓶胚数量低于一定高度时,防尘盖自动打开,翻斗机联动倒胚,待完成一定数量瓶胚,停止倒胚,防尘盖自动关闭。在提胚、理胚和输送环节,设计有防护罩及透明窗,瓶胚在密闭环境中运行,减少与外界空气接触,同时也减少瓶胚因静电吸附灰尘,防止理胚过程中瓶胚污染。


理胚系统要定期维护和检修,清除输送带和滚筒及下滑道表面污迹,保持工作表面清洁卫生。






2.瓶口紫外线杀菌


瓶胚在生产、储存和运输中,由于温度、湿度和空气等环境因素影响,瓶胚表面会滋生细菌等微生物,为消杀细菌和微生物,在下滑道两侧和靠近瓶口地方,安装一定数量的紫外灯,利用TUV灯管发射短波紫外线( UV-C )照射瓶口来杀灭细菌,在紫外线的辐射下,细胞组织中的 DNA 、 RNA 被破坏而失去活性,阻止了子细胞的再生 ,起到杀灭细菌、病毒和其它微生物。


依据吹瓶速度和产量,瓶口紫外光照射时间5-10秒,紫外灯安装在密闭的空间,避免紫外光直接照射人体。


研究表明,C波段波长240-280nm 的紫外线具备有高效杀菌效果,峰值253.7nm紫外线杀菌能力最强。


为提高紫外线的穿透率和杀菌效果,紫外灯要定期维护和保养,用酒精棉球或纱布擦试灯管,去除石英玻璃套管上污垢。






3.瓶胚静电除尘


静电除尘目的是清除瓶胚管内部因静电吸附空气中的灰尘,除尘系统主要由三部分组成,(1)瓶胚传输机构,实现瓶胚传输和吹管上下运动,传动系统与加温机关联,由同步带驱动星轮盘,凸轮驱动吹管上下运动;(2)电离装置,电源控制器将24V电压转换为4-8KV和120uA电流,由喷头内高压放电针电离无菌压缩空气(2-4bar)产生正负离子,中和PET瓶胚表面静电吸附的灰尘;(3)吸尘器,经离子除尘装置产生灰尘,由吸尘器收集、过滤和排除。


静电除尘装置喷头与瓶胚一对一,经实验和离子检测,能有效清除瓶胚管内吸附的灰尘和碎屑等细小颗粒杂质,达到相关卫生指标要求。






4.瓶胚H2O2蒸汽杀菌


为进一步杀灭瓶口和胚管内部细菌等微生物,考虑加温链结构和加温工艺,瓶胚杀菌采用一定流量、浓度和温度的H2O2蒸汽直接喷射到瓶口和胚管内部,瓶胚表面会形成2-4μm 的冷凝薄膜, 因H2O2具有很强的氧化性,能破坏细菌等微生物的蛋白质;瓶胚表面积小,H2O2溶液消耗量少,非常适合PET瓶胚的杀菌处理。


杀菌装置主要由三部分组成,(1)闪蒸装置,一定浓度的H2O2溶液(25-30%)与无菌低压气体混合经加热形成蒸汽,控制温度130℃;(2)瓶胚驱动装置,加热后的瓶胚由机械手输送到星轮盘,星轮盘经同步带驱动并带动瓶胚,罩式喷头沿凸轮上下移动,高温H2O2蒸汽由喷头孔喷射到瓶口和瓶胚管内,并形成微冷凝,覆盖瓶口和瓶胚内表面,H2O2释放强氧化性的羟基,破坏细菌细胞组织中的DNA,RNA等,从而杀灭细菌;(3)抽取装置,为防止残余的H2O2蒸汽对碳钢件影响,杀菌罩顶端设计有抽风装置,蒸汽经风机排出到废气收集管道,最终分解为水和氧气。


一种瓶胚杀菌装置,2017年获得发明专利,专利号:ZL 2014 1 0812997.0


试验和检测表明,瓶胚H2O2蒸汽杀菌可对微生物达到6-log的杀灭效果。






5.无菌高压气吹瓶


吹瓶机主吹气和预吹气用高压气体采用无菌高压气,防止吹瓶工艺过程中细菌等微生物污染瓶子,空压机产生的压缩气体(25-38bar)经干燥和粗、精过滤后(过滤精度3-5um,最大残余含油量5mg/m3),空气质量达不到无菌要求,需要进一步处理,有效过滤气体中颗粒、杂质、水气、油气和微生物等;无菌高压 气处理有3个过滤器串联组成,(1)高压精密过滤器,除尘、除油和除水,过滤精度0.01um,最大残余含油量0.01mg/m3;(2)活性炭过滤器,吸附油蒸汽,最大残余含油量0.003mg/m3;(3)除菌过滤器,采用大流量耐高温的除菌滤芯,过滤精度0.01um,有效清除细菌等微生物。


为保证过滤器正常工作和除菌效果,需正确维护和保养滤芯,过滤器滤芯更换周期1年/6000小时;活性炭滤芯更换周期6个月/1000-3000小时;除菌滤芯更换周期6个月/1000-3000小时,依据使用情况,除菌滤芯可采用饱和蒸汽杀菌,温度120-130℃,压力2-3bar,时间20-30分钟,每周/每月1-2次,蒸汽灭菌次数50-100。






6.高压气管路杀菌


吹瓶机主吹气管路和预吹气管路系统复杂,管路连接点和密封方式多样,死区位置和空间较多,压缩空气长时间停留死角会滋生细菌等微生物,考虑到管件材料、吹瓶阀组和封口气缸结构及性能,需要定期对主吹气管路、预吹气管路和相关的气动元件杀菌,创造一个良好的无菌高压气管路环境。


高压气管路采用高温蒸汽或双氧水蒸汽杀菌,考虑到蒸汽冷凝和结露,管路死区会产生冷凝水和排出困难,冷凝水长时间停留不利于无菌环境,此方法有待于进一步考量和优化。




7.瓶型转换件杀菌


与瓶胚接触的进胚盘、机械手和拉伸杆,以及与瓶型相关的模具型腔和出瓶星轮,需要定期对工作表面清洁和杀菌,每周/120-150小时用脱脂棉蘸75%酒精对模具型腔、分型面和机械手等零件擦拭干净,有效清除工作表面污垢和微生物。




8.吹瓶区正压环境


由于瓶胚采用加温后双氧水蒸汽杀菌,胚管会残留部分双氧水蒸汽,瓶胚送入吹塑站完成吹瓶工艺,随着瓶体增大和高压气稀释,排出气体含有微量双氧水,考虑到双氧水氧化性和对碳钢件影响,主机顶部设计2台高效风机,吹瓶主机保持在正压环境下工作,提高吹瓶空间卫生度。


首台24000BPH无菌吹灌旋项目,经近3个月客户现场安装和调试,已完成吹瓶测试和小批次灌装生产,吹瓶机CPX12无菌工艺性能和指标完全满足设计要求,瓶子检验合格,为干法杀菌和超洁净吹灌旋积累了工艺经验,无菌吹灌旋市场需求和发展前景十分广阔,无菌吹瓶工艺值得推广和应用。