專利名稱：利用不致電離的電磁波輻射進行材料的優(yōu)選加熱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用不致電離的電磁波輻射，進行材料的優(yōu)選加熱的方法。
作為一個例子，術語“不致電離的電磁波輻射”理解為包括微波輻射和無線電波輻射。
本發(fā)明的一個具體的，但是絕不是唯一的應用，是將微生物優(yōu)選地加熱至能消失該微生物的溫度。
本發(fā)明的這個用途有許多的應用場合。
一個應用場合是醫(yī)療工業(yè)。在醫(yī)療工業(yè)中，作為一個例子，本發(fā)明可用于藥品、藥品包裝、外科及其他設備和移植物的消毒。
申請人特別感興趣的是一個應用場合是食品加工工業(yè)。
術語“食品加工工業(yè)”理解為涵蓋包括食品的準備和包裝的工業(yè)，所述食品固體和液體食品。
對食品加工工業(yè)至關重要的要求是(i)在食品包裝后，對食品進行消毒滅菌；或(ii)在無菌條件下準備，然后包裝食品。
第一種類型要求的一個例子是廣泛使用的飲料，例如啤酒的包裝方法。這種包裝方法包括對飲料進行巴氏滅菌。一般，先將飲料裝入相應的包裝容器(例如，金屬容器或玻璃容器)中，將該包裝容器密封，然后將包裝好的飲料在65℃～70℃的溫度下加熱15分鐘。雖然，這種方法是有效的，但它有許多缺點，包括投資費用相當大和運輸成本高。
第一種類型要求的另一個例子是已知的調味品的滅菌方法。一般，先將調味品裝入相應的包裝容器中，將該包裝容器密封，然后，在高壓下使乙烯氧化物透過該包裝容器，與調味品上的微生物接觸，并消滅這些微生物。雖然乙烯氧化物是消滅調味品上所帶有的細菌孢子和其他微生物的一種有效物質，但是，乙烯氧化物有毒，因此，將殘余的乙烯氧化物去除至很低的水平是至關重要的。這就要求很小心地使用該方法，因此，不可避免地又使生產成本提高。
第二種類型要求的一個例子是在無菌條件下包裝飲料。
一般的做法是，先在無菌條件下制備飲料，并將飲料輸送至一個灌裝站，灌裝設備要保持在無菌條件下；然后，在無菌條件下，對包裝容器進行消毒，并輸送至該灌裝站；最后，再在無菌條件下，將該飲料裝入該包裝容器中，并將該包裝容器密封。
食品無菌包裝中的一個重要問題是包裝容器的消毒。
在食品加工工業(yè)中，包裝容器的消毒方法包括(i)化學消毒法，例如使用過氧化氫和氯；(ii)紫外線照射法；(iii)伽馬射線照射法；和(iv)蒸汽消毒法。
每一種消毒方法都有其優(yōu)點和缺點，在任何一種給定情況下，這些(和其他一些)方法的適用性決定于所用的包裝容器，食品的種類和食品的制備方法。
本發(fā)明的一個具體目的是要提供一種食品加工工業(yè)中已知的包裝容器消毒方法的一種替換方法。
本發(fā)明的一個更一般的目的，是要提供目前食品加工工業(yè)和其他工業(yè)中已知的消毒方法的一種替換方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種材料的優(yōu)選加熱方法，該方法包括將該材料暴露在高強度、脈沖形式的、不致電離的電磁波輻射之下。
本發(fā)明是基于用高強度、脈沖形式的微波輻射進行的實驗工作而提出的。
在實驗工作中發(fā)現(xiàn)，高強度、脈沖形式的微波輻射是消滅微生物的一種特別有效的方法。高強度的脈沖形式微波輻射使微生物中聚集的凈能量大大增加，造成該微生物的溫度突然升高，而將該微生物消滅。
實驗工作中還發(fā)現(xiàn)，高強度的脈沖式微波輻射，可在不使也受到輻射作用的周圍環(huán)境顯著加熱的情況下，消滅微生物。
這種微生物優(yōu)選加熱方法的重要參數(shù)包括輻射的高強度，脈沖的能量，周圍環(huán)境吸收微波的能力，和暴露在微波輻射下的微生物的大小。關于第三個因素，一般，包括要進行優(yōu)選加熱的材料的物體尺寸越大，則在該材料中積蓄熱量的速率越慢。一般來說，如果二個物體的尺寸大小相同，則該二個物體的相對吸收微波能力將決定優(yōu)選加熱的程度；而如果二個物體吸收微波的能力相同，則該二個物體的相對尺寸將決定優(yōu)選加熱的程度。
在食品加工工業(yè)中，利用不致電離的電磁波輻射，例如微波輻射來進行優(yōu)選加熱，可以通過消滅包裝容器上的微生物，來對包裝容器進行消毒，而不致使該包裝容器顯著加熱。顯著加熱包裝容器會改變包裝容器的化學性質或其他性質，這是不利的。
另外，在食品加工工業(yè)中，利用不致電離的電磁波輻射來進行優(yōu)選加熱，還可以在食品包裝前或包裝后，對潮濕食品進行滅菌消毒。在這方面，將高強度的脈沖形式的不致電離的電磁波，集中照射在密封的飲料容器和果醬瓶的頭部空間上，對該頭部空間進行滅菌，也屬于本發(fā)明的范圍之內。
術語“潮濕食品”理解為包括水的活性(即，食品中水的蒸氣壓力與水的蒸氣壓力之比)小于1.0的食品。
另外，在食品加工工業(yè)范疇內，本發(fā)明不僅僅限于被包裝的食品是“潮濕的”的情況。
為了達到有效地殺滅微生物的目的，不致電離的電磁輻射波特性(例如，電磁波的功率、強度和波長)和決定電磁波脈沖的參數(shù)(例如，脈沖持續(xù)時間、脈沖頻率、脈沖輪廓形狀、工作循環(huán)和平均功率)的選擇，有很大的靈活性。運種靈活性的一個重要結果是可以選擇高強度的脈沖形式的不致電離的電磁波輻射的工作參數(shù)，使這些工作參數(shù)適應具體的食品和包裝容器的特性。
脈沖的強度隨時間變化的脈沖鏈輪廓形狀，可以是任何一種適當?shù)妮喞螤睢?br> 最好，脈沖持續(xù)時間小于1秒。
更理想是，脈沖持續(xù)時間小于0.1秒。
更理想是，脈沖持續(xù)時間小于0.01秒。
一般，最好是脈沖持續(xù)時間的選擇，應使得沒有足夠的暴露時間，來使干燥的材料，例如包裝材料顯著地加熱。
最好，微波的平均功率至少為1kw。
更理想是，微波的平均功率至少為5kw。
術語“平均功率”表示峰值功率與工作循環(huán)的乘積。
術語“峰值功率”表示一個脈沖的最大功率。
術語“工作循環(huán)”表示一個脈沖的時間跨度，被該脈沖時間跨度與各個脈沖之間的時間的和來除，所得的商值。
最好，該輻射的峰值功率為3kw。
更理想是，該峰值功率至少為30kw。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于材料優(yōu)選加熱的器械，該器械包括產生高強度的脈沖形式的不致電離的電磁波輻射的一種裝置。
最好，該器械包括一種將輻射引導至該材料上的裝置。
最好，該引導裝置包括一個使輻射聚集的裝置。
如上所述，本發(fā)明的一個優(yōu)選的，但絕不是唯一的應用場合，是通過優(yōu)選加熱，消滅微生物。
在這種應用場合中，最好該器械還包括一個將高強度的脈沖式微波輻射，引導至消毒區(qū)域中的裝置。
該消毒區(qū)域可以為任何要求無菌環(huán)境的區(qū)域。
作為一個例子，該消毒區(qū)域可以是用于為空的食品包裝容器消毒的一個腔。
在這個例子中，上述器械還包括一個運輸裝置例如一條傳送帶，用于將該空的食品包裝容器送入上述消毒腔中，和從該腔中送出，從而使該包裝容器暴露在上述消毒腔中的高強度脈沖式電磁波輻射中。
下面，將利用例子，結合附圖
來說明本發(fā)明。該附圖為在食品加工工業(yè)中，在包裝容器裝入食品和密封之前，對該包裝容器進行消毒滅菌用的一種器械的優(yōu)選實施例的示意圖。
如上所述，本發(fā)明具體地，但絕不是唯一地是旨在使用高強度的、脈沖形式的、不致電離的電磁波輻射，例如微波輻射來消滅微生物的。
應當理解，下面針對食品加工工業(yè)中，沒有裝入食品的、敞開的空的包裝容器進行消毒的說明，只是作為一個例子。
參見附圖，交流電送至一個可能包括一個變壓器的直流電源上，然后再送至一個脈沖線路或開關上，以產生具有所要求的強度和工作循環(huán)的脈沖。該交流電可以由任何一種適當?shù)慕涣麟娫垂?，例?0Hz的交流電源，600Hz的交流電源，三相交流電源和單相交流電源。
這些脈沖送至一個微波發(fā)生裝置，例如一個磁控管，該裝置可產生以規(guī)定的工作循環(huán)工作的高強度的微波輻射脈沖。
然后，該高強度的、脈沖形式的微波輻射，通過一個波導管，傳遞至一個處理腔或孔道的一個輻射器上。
在一個適當形式的處理腔或孔道(沒有示出)中，包裝容器，例如末端敞開的金屬罐頭盒)安放在一條傳送帶上，該傳送帶運送處在直立位置的該包裝容器，通過上述處理腔或孔道，使該包裝容器暴露在多個高強度的、脈沖形式的微波輻射脈沖中。該多個脈沖將該包裝容器上的微生物加熱至可殺滅該微生物的溫度。
在這方面，應該注意的是，在包裝容器為金屬罐頭盒的情況下，由于金屬反射微波，因此，保證選擇上述輻射器和該罐頭盒的相對位置，使高強度的、脈沖形式的微波輻射，能通過該罐頭盒的開放末端，進入該罐頭盒的內部是很重要的。
附圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，相對于已知的消毒包裝容器用的化學消毒、紫外線照射消毒、伽馬射線照射消毒和蒸氣消毒方法有許多優(yōu)點。作為這些優(yōu)點的一個例子，本發(fā)明的優(yōu)選實施例與已知的每一種消毒方法比較，其投資費用和運輸費用都較低。另外，本發(fā)明的方法沒有在包裝容器上留下殘余的化學藥品的危險；而在使用化學消毒方法時，這卻是一個問題，特別是，當涉及的化學藥品，例如過氧化氫，是毒的藥品時，更是一個問題。另外，使用不致電離的電磁微波輻射，可以避免包裝容器的化學性質的變化；而這在使用紫外線和伽馬射線輻射時，卻是一個問題。以例如，可以殺滅微生物，而不會在包裝容器上產生足以改變該包裝容器的化學性質的熱量；而這使用蒸氣消毒方法時卻是一個問題。另外，高強度的微波輻射的穿透能量能靠地保證，非金屬包裝材料區(qū)域，也不可避免地要暴露在微波輻射之下；而在使用紫外線照射時，運卻是一個問題。再者，本發(fā)明的優(yōu)選實施例適合于高速消毒，因此，非常適合于在諸如食品加工工業(yè)之類的工業(yè)部門中經(jīng)常存在的生產率高的應用場合應用。
一般，本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述優(yōu)點也可用在食品加工工業(yè)的其他情況，和其他應用場合，進行高強度的脈沖形式的微波輻射處理。
在所進行的一系列實驗中，將8kw的直流電源加在一個脈沖開關上。該開關產生一種脈沖式的微波，其微波輸出功率為3kw，工作循環(huán)為25％，其中，一個脈沖的時間跨度長度為幾秒，各個脈沖之間的時間為0.025秒。
上述脈沖式微波的輸出是由在2.460千兆赫(GHz)下工作的S-波段磁控管產生的。
微波集中照射在一張50微米厚的、微波可透過的透明塑料薄膜上的酵母孢子上。該酵母孢子的密度估計為108～1010/cm2。該酵母孢子暴露在微波中的總時間為2～5秒。
結果的定量評估得出結論，上述孢子被全部消滅，而該孢子的支承基底發(fā)熱極小。實驗證明，本發(fā)明能夠使材料，例如包裝材料的表面消毒，而對該材料的熱效應極小。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對上述的優(yōu)選實施例作許多改進。
作為一個例子，上述對照附圖所述的優(yōu)選實施例包括一個脈沖開關；但很容易理解，本發(fā)明不是僅局限于此，它可以擴展至任何其他形式的適當?shù)拿}沖網(wǎng)絡。
另外，雖然該優(yōu)選實施例包括一個磁控管；但很容易理解，本發(fā)明不是僅局限于此，它可以擴展至任何其他適當?shù)漠a生微波的裝置。對磁控管可能的替換物包括，固態(tài)裝置，速調管和回旋管(gyratron)。
權利要求
1.一種材料優(yōu)選加熱的方法，所述方法包括將材料暴露在高強度的、脈沖形式的不致電離的電磁波輻射中。
2.一種消滅微生物的方法，所述方法包括將所述微生物暴露在高強度的、脈沖形式的不致電離的電磁波輻射中，以消滅所述微生物，而不會使也暴露在所述輻射中的周圍環(huán)境顯著地發(fā)熱。
3.一種包裝容器的消毒方法，所述方法包括將所述包裝容器暴露在高強度的、脈沖形式的不致電離的電磁波輻射中，以消滅所述包裝容器上的微生物，而不會使所述包裝容器發(fā)熱，以致使所述包裝容器的化學性質或其他性質產生不利的改變。
4.一種在潮濕食品包裝前或包裝后，對潮濕食品進行消毒的方法，所述方法包括將所述微生物暴露在高強度的、脈沖形式的不致電離的電磁波輻射中，消滅微生物，而不會使所述包裝容器發(fā)熱，以致使所述包裝容器的化學性質或其他性質產生不利的改變。
5.如上述權利要求中任何一條所述的方法，其中，每一個輻射電磁波脈沖的持續(xù)時間小于0.1秒。
6.如上述權利要求中任何一條所述的方法，其中，輻射的平均功率至少為1kw。
7.如上述權利要求中任何一條所述的方法，其中，輻射的峰值功率至少為3kw。
8.如上述權利要求中任何一條所述的方法，其中，所述輻射為微波輻射。
9.一種材料優(yōu)選加熱的器械，所述器械包括一個產生高強度的、脈沖形式的不致電離的電磁波輻射的裝置。
10.如權利要求9所述的器械，所述器械還包括一個將輻射引導至所述材料中的裝置。
11.如權利要求10所述的器械，其中，所述引導裝置包括一個使輻射的電磁波聚集的裝置。
全文摘要
一種材料優(yōu)選加熱的方法和器械。它們是基于將該材料暴露在高強度的、脈沖形式的、不致電離的電磁波輻射中而得到的。該方法可以消滅微生物、消毒包裝容器或對潮濕食品進行消毒。本發(fā)明的一個實施例使用脈沖持續(xù)時間小于0.1秒,輻射的平均功率至少為1kw的微波輻射,在包裝之前,對末端敞開的金屬罐頭盒進行滅菌消毒。
文檔編號A23L3/005GK1262858SQ98806997
公開日2000年8月9日 申請日期1998年6月11日 優(yōu)先權日1997年6月11日
發(fā)明者范古延·特萊恩, 克里斯托弗·C·S·潘, 戴維·L·卡魯 申請人:阿姆科包裝(澳大利亞)有限公司