Étude de cas : stérilisation VHP de bouteilles de lait en PET et de bouchons sur une ligne de remplissage
Un projet de conditionnement laitier en Pologne nécessitait de stériliser l’intérieur des bouteilles de lait en PET et de leurs bouchons juste avant le remplissage. Fenggu a fourni un système de stérilisation VHP qui injecte de la vapeur de peroxyde d’hydrogène directement dans chaque bouteille et chaque bouchon par des buses entraînées avec la remplisseuse, et a apporté une assistance technique pour transformer l’enceinte de la remplisseuse en une enceinte étanche maintenue en dépression.
Le projet en bref
| Application | Stérilisation de l’intérieur des bouteilles de lait en PET et des bouchons avant remplissage |
|---|---|
| Destination | Pologne |
| Séquence du procédé | Injection de VHP → élimination du peroxyde d’hydrogène par air comprimé → remplissage de lait → bouchage |
| Périmètre de Fenggu | Système VHP à deux générateurs, rampes de buses d’injection pour bouteilles et bouchons, déshumidificateur rotatif, assistance technique pour l’enceinte de la remplisseuse |
| Périmètre de la remplisseuse | Modification de l’enceinte pour la rendre étanche et mouvement vertical des rampes de buses, réalisés par le fabricant de la remplisseuse |
Le besoin
Le client conditionne du lait dans des bouteilles en PET. Les bouteilles et les bouchons arrivent à la remplisseuse propres, mais non stériles. L’objectif était de stériliser en ligne les surfaces intérieures de chaque bouteille et bouchon, à la cadence de la remplisseuse, sans laisser de peroxyde d’hydrogène condensé ni exposer les opérateurs à la vapeur.
Cette application diffère de la décontamination des salles et des isolateurs généralement associée au VHP. Au lieu de remplir un volume fermé de vapeur et de l’y maintenir, il faut introduire la vapeur dans chaque contenant en quelques secondes pendant que la ligne continue d’avancer.
Fonctionnement du système
1. Injection dans chaque bouteille
Le long du convoyeur, une section de la remplisseuse est réservée à la stérilisation des bouteilles. Au-dessus, Fenggu a conçu sur mesure une rampe de buses suivant le trajet des bouteilles. La rampe comporte 10 à 20 buses réalisées en tube inox de 8 mm. Elle descend pour que les buses atteignent le fond des bouteilles, injecte du VHP pendant 2 à 3 secondes, puis remonte et attend le groupe de bouteilles suivant. Le mouvement vertical est entraîné par la remplisseuse, comme celui de ses aiguilles de remplissage.
2. Injection dans chaque bouchon
Les bouchons sont stérilisés de la même manière dans une zone distincte. Une deuxième rampe, dotée de 5 à 20 buses, suit le trajet des bouchons et injecte du VHP pendant 2 à 3 secondes par cycle.
3. Élimination du peroxyde d’hydrogène avant le remplissage
Après l’injection, le peroxyde d’hydrogène est éliminé des bouteilles par air comprimé. Les bouteilles sont ensuite remplies de lait et bouchées.
Deux générateurs pour une ligne continue
Le système utilise deux générateurs VHP reliés par une tuyauterie inox de 50 mm. Chaque générateur possède son propre évaporateur et sa propre soufflante haute pression, qui fournit la pression nécessaire pour pousser la vapeur jusqu’au fond de chaque bouteille.
Les deux générateurs fonctionnent en alternance. En production continue, les éléments chauffants des évaporateurs et les soufflantes haute pression sont les composants les plus susceptibles de tomber en panne lors de longues périodes de fonctionnement sans interruption. L’alternance répartit les heures de marche et, si un générateur tombe en panne, l’autre maintient la ligne en fonctionnement. Cette conception est issue de l’expérience acquise sur des projets antérieurs de Fenggu.
Un air propre et sec pour éviter la condensation
Chaque générateur intègre un filtre HEPA : l’air qui transporte la vapeur dans les bouteilles et les bouchons est donc propre et ne les recontamine pas.
Le peroxyde d’hydrogène condensé à l’intérieur d’un contenant est difficile à éliminer et inacceptable dans un emballage alimentaire. Pour l’éviter, un déshumidificateur rotatif fournit l’air vecteur à une humidité relative inférieure à 10%. Pour comprendre pourquoi l’humidité et la concentration déterminent la condensation de la vapeur, voir Concentration de VHP, humidité et condensation.
Protection des opérateurs
La vapeur de peroxyde d’hydrogène ne doit pas s’échapper de la remplisseuse vers la zone des opérateurs. Deux modifications de l’enceinte de la remplisseuse ont été recommandées :
- Portes étanches. Les portes de la machine utilisent un joint gonflable, similaire à celui d’une porte d’isolateur, pour assurer une fermeture étanche sur le pourtour des panneaux vitrés. Voir portes étanches à joint gonflable.
- Dépression. L’enceinte est maintenue à une pression inférieure à celle de la zone des opérateurs, soit environ −10 Pa sur les plans de conception. Pour cela, le débit du ventilateur d’entrée est réglé en dessous de celui du ventilateur d’extraction. La vapeur est aspirée par ce dernier et rejetée à l’extérieur au lieu de fuir dans la salle.
Ces modifications sont réalisées par le fabricant de la remplisseuse. Fenggu a apporté une assistance technique à la conception de l’enceinte, en s’appuyant sur son expérience de fabrication d’isolateurs pharmaceutiques. Pour une comparaison avec les pratiques pharmaceutiques, voir isolateurs de remplissage aseptique.
Caractéristiques du système
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Dimensions extérieures (l × H × P) | 800 × 800 × 1800 mm (selon la conception définitive) |
| Poids brut | 300 kg |
| Alimentation électrique | 400 V, 50 Hz, 3 phases + N + E |
| Puissance absorbée | ≤ 10 kW |
| Niveau sonore | ≤ 80 dB(A) |
| H2O2 débit de vaporisation | ≤ 50 ml/min |
| Stérilisant | Peroxyde d’hydrogène, 30–35% |
| Humidité de l’air vecteur | Inférieure à 10% RH, fourni par le déshumidificateur rotatif |
Points à confirmer pour un projet de stérilisation de bouteilles
La stérilisation en ligne des contenants dépend autant de la bouteille, de la ligne et du produit que du générateur. Les points suivants sont convenus avec le client et le fabricant de la remplisseuse :
- Géométrie des bouteilles et des bouchons. Le diamètre du col, la hauteur et la forme du bouchon déterminent la taille des buses, leur profondeur et leur nombre par rampe.
- Cadence de la ligne. Le nombre de contenants par minute et le temps passé par chacun dans la zone de stérilisation déterminent la durée d’injection et le besoin en vapeur.
- Peroxyde d’hydrogène résiduel. Les résidus sur les emballages au contact des aliments sont réglementés. Aux États-Unis, par exemple, 21 CFR 178.1005 limite le peroxyde d’hydrogène résiduel dans les emballages destinés aux aliments conditionnés aseptiquement à 0.5 ppm. La limite applicable et la méthode d’essai sont convenues avec le client et confirmées lors de la mise en service.
- Performance de stérilisation. La réduction microbienne requise est confirmée sur la ligne réelle, généralement par des essais de provocation sur des contenants inoculés.
- Intégration. Signaux entre le système VHP et la remplisseuse, mouvement des rampes de buses, verrouillages avec les portes et comportement en cas d’arrêt ou d’alarme.
Pour intégrer ces exigences dans une spécification, voir comment rédiger une URS pour un système VHP, et pour la réception en usine et sur site, FAT et SAT d’un générateur VHP.
Questions fréquentes
Le VHP peut-il être utilisé sur une ligne de remplissage alimentaire ou de boissons, au-delà du secteur pharmaceutique ?
Oui. Le peroxyde d’hydrogène est largement utilisé pour stériliser les emballages d’aliments et de boissons aseptiques ou à durée de conservation prolongée. L’équipement doit être adapté à l’injection en ligne dans chaque contenant, plutôt qu’au traitement d’une salle ou d’une chambre fermée.
Faut-il remplacer la remplisseuse ?
Non. Dans ce projet, la remplisseuse existante a été modifiée : enceinte étanche, dépression et rampes de buses entraînées par le mouvement de la machine elle-même. La modification est réalisée par le fabricant de la remplisseuse avec l’assistance technique de Fenggu.
Pourquoi deux générateurs plutôt qu’un seul plus grand ?
Pour assurer la disponibilité. Les générateurs fonctionnent en alternance, ce qui répartit l’usure, et la ligne peut continuer à fonctionner avec un générateur pendant la maintenance de l’autre.
La même approche convient-elle aux bouteilles en verre, aux gobelets ou à d’autres contenants ?
Le principe est le même, mais la conception des buses, la durée d’injection et l’élimination des résidus dépendent du contenant. Chaque application est étudiée à partir des plans du contenant et de la ligne.
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Envoyez les plans du contenant, la cadence de la ligne et un plan d’implantation de la remplisseuse. Les ingénieurs de Fenggu étudieront comment intégrer l’injection de VHP.