BG99133A

BG99133A - Повърхностно стерилизиране чрез обработка с лазерно облъчване

Info

Publication number: BG99133A
Application number: BG99133A
Authority: BG
Inventors: Michel FOLEY; Robert CLEMENT; Naville LEDGER
Original assignee: The Minister Of Agriculture, Fisheries And Food In Her Britannic Majesty's Goverment Of The Uk Of Gb And Northern Irelan
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2014-10-24
Also published as: GB2280371B; CZ262294A3; JPH07506744A; RU94045934A; EP0637918A1; AU669013B2; SK128294A3; GB9303841D0; KR950701193A; AU5155293A; GB9209103D0; ZA932956B; GB2280371A; FI945035A; CN1079626A; GB9420400D0; HUT71647A; CA2118516A1; HU9403018D0; FI945035A0

Abstract

1. Метод за повърхностна обработка на субстрат, практически непрозрачен спрямо лазерно лъчение или неспособен до пропуска лазерно лъчение, без при това да абсорбира значително количество от него, с цел да се намали нивото на замърсяващите организми,свързани с повърхността на субстрата, характеризиращ се с това, че лазерното лъчение пада практически върху цялата повърхност на субстрата,като типъти количеството на лазерното лъчение се подбират потакъв начин, че организмите, намиращи се върху повърхността на субстрата, се лишават от жизнеспособност, като в същото време целият субстрат, с изключение на повърхността му,остава практически незасегнат.

Description

ПОВЪРХНОСТНО СТЕРИЛИЗИРАНЕ ЧРЕЗ ОБРАБОТКА С ЛАЗЕРНО t

ОБЛЪЧВАНЕ

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Предметът на настоящето изобретение се отнася до метод за обработване на субстрати с цел да се намали съдържанието на популации от замърсяващи организми, в частност до метод за обработване на хранителни продукти, посевни материали и препарати за ветеринарни и медицински цели.

Предис^стбуMuao cwtoShue ха yekmuelaya

Настоящем се извършва екстензивно обработваме на материали от растителен произход, например плодове, зеленчуци, семена, за предотвратяване на опасността от нежелано замърсяване чрез Фунгициди и пестициди. Подобни методи за обработване често са неподходящи от гледна точка на изискванията за опазването на околната среда, тъй като са потенциално опасни за консуматорите на хранителните и медицинските продукти, а понякога са неефективни в борбата за унищожаването на конкретни паразитни култури, например гъбички. Аналогично значителен брой продукти от животински произход трябва да се обработват преди продажбата им, за да се намали броя на микроорганизмите до приемливо ниво за предвижданата употреба от крайния потребител. Например яйца и птичи продукти често се потапят е· бактериологични разтвори

с цел да се елиминират различни бактерии, например на салмонела и листерия.

Освен за целите на гореизброените методи за химическа обработка, при продукти за консумация от крайните потребители или за ветеринарни или медицински приложения като стандартни се прилагат също и методи за

Физическо етер илизир ане

Например стерилизация чрез микровълново облъчване се прилага при обработка на стелажи за гъбарници,

докато при стерилизирането на медицинския инструментариум като основен метод се предпочита третиране в автоклави чрез пара под високо налягане. Всичките тези методи за обработване са потенциално опасни и/или изискват значително време, за да се постигне оптимален ефект. Освен това, в случаите, когато се третират хранителни продукти, възможно е да настъпят промени в химическата структура и в резултат да се влошат желани качества като вкус, строеж, ефикасност при употреба или устойчивост - например при семена.

В патент на САЩ 3817703 се описва използването на мощни лазери за стерилизиране на течности, през които се пропуска лазерен лъч, като се изисква енергийна плътност на облъчването от минимум 100 киловата/кв.см, за предпочитане от 100 мегавата/кв.см до 10 гигавата/кв.см. Подобни методи са приложими за материали, пропускащи светлина, като например вина, но са съвършено неподходящи за материали, които абсорбират светлинните лъчи, особено при материали, които по същества са непрозрачни за лазерни лъчи или при материали, които в значителна степен абсорбират лазерните лъчи.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Предметът на настоящето изобретение е метод, който може да се прилага за всички гореизброени субстрати и за други подобни, при които се замърсяващите организми се лишават от • · • ·

жизнеспособност, бе® да се засягат желаните качества на крайния продукт или без да се образуват отпадъчни вещества, които да причиняват физиологични увреждания и/или да замърсяват околната среда. Освен това при някои приложения, като например задържане на развитието на някои паразити например гъбични организми - методът е по-ефективен от използваните досега методи за обработване.

Методът, предмет на настоящето изобретение, се различава от известните методи с прилагане на лазери по това, че се използва термичния ефект на лазерното облъчване, за да се повиши температурата на замърсяващите организми над критичното ниво за период от време, достатъчен, за да ⁴ лишават от жизнеспособност замърсяващите организми. Тези температурни диапазони са различни при различните организми, но приблизително се поддържа температура 45 градуса Целзий за болшинството видове бактерии и гъбички. Чрез използването ?

на нагорещен носител, като например пара, или чрез радиация, например микровълнова, също може да се повишава температурата на субстрата до нива, които могат да се окажат неподходящи от гледна точка на съображенията за употребата на крайния продукт. При метода, предмет на настоящето изобретение, субстратът, с изключение евентуално само на неговата повърхност, остава неповлиян от метода за обработване, докато организмите по повърхността се нагряват

I до температура, гарантираща гореспоменатото лишаване от ''' жизнеспособност.

В неговия най-широк аспект настоящето изобретение предлага метод за обработване на субстрат по същество непрозрачен за лазерно излъчване или неспособен да пропуска ^г лазерно излъчване, без да се абсорбират значителни дози от * лазерното излъчване, ката тави метод е създаден с цел да се намалява съдържанието на замърсяващи организми, свързани към повърхността на субстрата, и предвижда пряко лазерно облъчване на субстрата, като типът и количеството на

	• 3 3	в·	•
• · ·	• · * ·	3 3	♦
• · ·	* * ♦	• ·	• ·
• · · • · 3 · · ·	• 3 3 • * *	• ··« •	зззз 3
• · • · · · ·	• 33 33	е з	3

лазерното излъчване се подбират с оглед да се лишат от жизнеспособност организмите е субстрата и същевременно се запазват желаните качества на самия субстрат по същество непроменени.

При предпочитания метод за реализация на първия аспект на метода, предмет на настоящето изобретение, субстратът и лазерното излъчване се преместват един спрямо друг по такъв способ, че да се осигури достатъчна част от повърхността на субстрата да бъде подложена на въздействието на лазерното облъчване. За предпочитане е това относително преместване на субстрата да включва и завъртане на субстрата спрямо местоположението и насочването на източника на лазерното излъчване, например елементи от хранителни продукти, за предпочитане чрез преобръщане и разбъркване

Такива последователни преобръщания на елементите могат да се осъществяват чрез използването на стандартни ролкови транспортьори, като например конвейерни ленти.

Други допустими методи за относително преместване ще бъдат разгледани в ’ примерите, дадени по-долу за поясняване на други варианти на апаратурата за реализиране на метода, предмет на настоящето изобретение.

Лазерното излъчване може да се осигурява от всеки източник, който е в състояние да гарантира желаната степен на нагряване на организмите до лишаване от жизнеспособност бе» трайно променяне на желаните качества на субстрата. Като стандартни източници се използват лазери, излъчващи в инфрачервения обхват, например лазери с въглеводороден двуокис или неодим-YAG лазери с итриево-алуминиев гранат (тип NdsYAG ), но може да се използват също и лазери от друг тип, които са способни да нагряват повърхността на организмите, в това число и лазери. излъчващи в ултравиолетовия обхват. Изисква се енергийна плътност е диапазона под 100 киловата/кв.см, за предпочитане под 1 киловат/кв.см, за предпочитане под 120 ват/кв.см. В

приложените примерите се посочва, че за унищожаване на бактерии, без да се нарушава целостта на субстрата, например способността за следващо развитие на яйца или картофи, като най-подходящ се оказва диапазона на енергийна плътност от порядъка на 10 до 120 ват/кв.см, за предпочитане около 30 ват/кв.см. В стандартните случаи подобни източници на лазерно излъчване могат да достигнат изходна мощност от 10 до 250 вата, обаче е възможно специалистите в тази област на техниката да използват и други източници, особено при субстрати с по-устойчив състав.

В приложените по-долу примери и описания на апаратурата се използват стандартни източници на лазерно излъчване, като неодимоеи лазери с поглъщатели от итриево-алуминиев гранат. Лазерите от този тип, както и лазерите с въглеводороден двуокис излъчват светлина при различни дължини на вълнитег първите 1.06 микрона, а вторите - 10.6 микрона. Поради различните нива на абсорбиране на излъчването от обектите, трябва съответно да се подбира типа на лазерния източник. Например предпочитаният тип източник на лазерна излъчване за обработване на картофи и други грудкоеи зеленчуци е неодимовия лазер с поглъщатели от итриево-алуминиев гранат, докато за яйцата се предпочитат лазерите с въглеводороден двуокис. Установено е, че е по-удобно да се работи с лазери в режим на постоянно излъчване, но може да се прилагат и лазери, работещи в импулсен режим, при наличие на подходящи източници на лазерно излъчване. Като примери за лазери, работещи в режим на постоянно излъчване, могат да се посочат лазерите с въглеводороден двуокис, производство на Synrad Inc, California, USA, модел D4S/5 <60 вата), както и неодимовите лазери с поглъщатели от итриево-алуминиев гранат, производство иа Spectron LAser Systems, Rugby, UK, модел SL901 <90 вата). Горепосочените модели могат да работят при различни нива на изходящата мощност до посочените максимални стойности.

• ·

ό

Конфигурацията на лазерното излъчване може да се изменя, но е стандартните случаи се осигурява във вид на лъч или сноп от лъчи, доставяни от един или няколко източника. Тези лъчи обикновено се насочват към маршрута, по който се подава субстрата, но субстратът може да бъде монтиран по такъв начин, че излъчването да се осигурява от един или няколко източника по цялата, по същество, повърхност на субстрата, без да се налага да се премества субстратът в пространството.

Лазерните лъчи могат да се разпръскват чрез различни методи, а именно чрез сканиращо огледало, например скенер от модел M3, производство на General Scannig (USA) или чрез цилиндрова оптика. Сканиращото огледало се използва за отразяване на лъча, който при лазерните инсталации, цитирани в примерите, е паралелен с диаметър приблизително 5 до 6 мм. Тази операция може да бъде регулирана с помощта на компютър с цел осигуряването на предварително зададените ъгъл и скорост на сканиране. При методите, използващи цилиндрова оптика, се поставя оптичен елемент по протежението на траекторията на лазерния лъч преди да бъде осветен обекта, като по този начин се отклонява лъча и се създава разпръснато излъчване, падащо под ъгъл, който се регулира чрез настройване на геометрията на оптичния елемент.

Разстоянието за отдалечаване на източника на лазерното излъчване от субстрата, предвиден за обработване, може да се променя. Разбира се, това разстояние е съставено от два компонента: (i) разстоянието от източника на лазерното излъчване до механизма за разпръскване на лъчите и (ii) разстоянието от механизма за разпръскване на лъчите до обекта. При (i) лъчът е паралелен и може да се прехвърля дистанционно към механизма за разпръскване на лъчите . Това разстояние може да се изменя в диапазона от сантиметри до десетки метри, но в примерите за реализация на предмета на настоящето изобретение е прието разстояние 50 сантиметра.

• · ·	• · ·	• ·	9
• · ·	·· · ·	• 9	•
• · ·	• · ·	• ·	• £
• · · · · 3	• · ·	* 999	• »·
• ·	• · ·	9	•
• · · · ·	«·· ··	9 9	•

При (ii) разстоянието от механизма за разпръскване на лъчите до обекта и ъгълът на разпръскване определят площта, която ще бъде обхваната от разпръсквания лъч. Желателно е компонентите на субстрата да бъдат изцяло изложени на лазерното облъчване. Като подходяща комбинация от ъгъл на разпръскване и разстояние от механизма за разпръскване на лъчите до обекта може да се посочи комбинацията от 2Й градуса и 5И сантиметра, но са възможни и голям брой други комбинации.

Компонентите от субстрата и всички носещи _ччасти към него, върху които могат да попадат лъчите от източниците на лазерно излъчване, трябва да бъдат конструирани от такива материали, които да позволяват да се избягва повишаването на температурата. Поради тази причина се препоръчва използването на метални елементи, свързани към подходящи топлоотвеждащи системи с цел да се избегне косвеното нагряване на транспортните и монтажните структури. В противен случай трябва да се вземат всички възможни мерки за да се избегне нагряването при попадането на лъчите върху повърхностите на гореспоменатите структури освен по повърхността на субстрата или на съответните организми.

Трябва да се подчертае, че при подбор на подходящ метод за регулиране на температурата на всички повърхности, които осъществяват контакт със субстрата, ще позволи да се лишат от жизнеспособност организмите, в частност микроорганизмите, по относително по-голяма повърхност, като същевременна се позволи на субстрата да остане при температура, която е от такъв порядък, че по същество не се оказва влияние на желаните му качества. Специалистите от тази област на техниката, посветена на задачите за регулирането на температурата, могат да посочат подходящи механизми за охлаждане.

• ·	•	• ··	• е	3
• ·	ф		·· · ·	• ·	•
•	•	•	• · ·	• ·	• ·
•	•	• ·· ·	• · ·	• ··♦	···
•		•	• · ·	•	•
• · · ·		•	··· ··	··	•

Всеки субстрат може да притежава повърхност, обработена чрез метода, предмет на настоящето изобретение, обаче найзначителни предимства се постигат при субстрати, чиито повърхности могат да се подлагат на въздействия съответно и чрев други методи. С оглед на това твърдение особено удобни за обработка се явяват пластмасовите субстрати и субстрати от други материали, чувствителни към топлинни и химически въздействия, които са предназначени за крайна употреба в стерилни среди. Обаче може да се окаже, че и при найподходящия субстрат може да се променят неговите качества, като вкус, строеж, жизнеспособност или други желани качествени показатели, вследствие на обработване чрез познатите методи. Например може да се обработват, преди засяване или след прибиране на реколтата семена и луковици, зеленчуци, кореноплодни, плодове, Фураж, декоративни растения, бобови култури, чай, тютюн, кафе, както и млечни продукти. Такива субстрати, както и тревните култури, могат да пропускат лазерното излъчване, обаче при известна степен

на абсорбирана, и затова могат да	бъдат обработвани	без
вредни въздействия.
Организмите, които трябва	да бъдат лишени	от
жизнеспособност или унищожени и	същевременно са	най-

податливи на обработване, са бактерии, гъбички, плесени, водорасли и вируси. Като примери за субстрати, чувствителни към салмонела, които могат успешно да се подлагат на обработване, могат да се посочат яйцата. Като типични примери за субстрати, които развиват гъбични и паразитни заболявания, могат да се посочат картофите.

Предметът на настоящето изобретение включва още и апаратура, предвидена за лазерно обработване на субстрати, с помощта на метода, предмет на настоящето изобретение, съдържаща:

а) източник на лазерно излъчване;

··· ··

6) средства за поддържане на положението на субстрата, например части или елементи, като се заставя лазерното излъчване да обхваща субстрата с помощта на средства за манипулация с източника на лазерно излъчване, като тези елементи са така подьрани по тип и количество, че да се лишат от жизнеспособност замърсяващите организми, докато желаните свойства на субстрата останат непроменени.

Предпочитаните варианти на апаратурата съдържат средства за ефективно относително преместване на субстрата или източника на лазерно излъчване с оглед да се облъчва значителна част от повърхността на всеки отделен елемент, за предпочитане като се предвижда завъртане на субстрата по една или повече оси, докато преминава през зоната на лазерното излъчване.

За предпочитане е субстратите да се пренасят е пространството на отделни порции, например дози от растителен материал, да се преместват по протежение на траектория за обработване, в типичния случай върху конвейерни ленти, например ролкови транспортьори. което подпомага относителното преместване на дозите спрямо източника на лазерното излъчване и позволява да се транспортират до следващите зони за последващи етапи на технологични обработки. Могат да се предвидят и други начини за придвижване като например разнообразните начини за пренасяне на Флуиди през съоръжения, чиито стени пропускат лазерно излъчване; маршрути, дефинирани чрез последователно разположени отклоняващи средства като чрез тях субстратът се задължава да се преориентира в пространството към траекторията на лазерното излъчване с оглед да се осигури подлагането на достатъчна част от повърхността на субстрата на въздействието на лазерното излъчване, при подходящо ниво на последното, с цел да се постигне желания ефект. Могат да се обработват индивидуални дози, партиди или порции без относително преместване, ако се монтират един или повече ··· ··

1Й в състояние да източника на лазерно излъчване, • * · • ···♦ • · • · · · · които да покрият по същество цялата външна

За предпочитане е да се насочват лазерно излъчване към съответните ·

са ·· · • · · • · · · ······ • · ·· · повърхност на субстрата групи от източници на приемателни участъци по протежението на лентови съоръжения, като типичен пример ва разпръскване на лазерните лъчи, както бе споменато по-горе, или като типичен пример за излъчване от един източник посредством равпръсквателни съоръжения

Апаратурата ва реализация на метода, предмет на настоящето изобретение, трябва да се изработва с такава конфигурация, че да бъде подходяща за параметрите на субстрата, който ще бъде подлаган на обработка. В случай, че субстратът притежава само една външна повърхност, която ще бъде обработвана, като не се допуска облъчването с лазерни лъчи на вътрешността на субстрата, могат да се окаже, че голям брой продукти могат да се обработват със същата апаратура при лазери от същия тип (лазери с въглеводороден двуокис и неодимови лазери с поглъщатели от итриевоалуминиев гранат), но при условие, че се промени продължителността на подлагане на въздействието от страна на източника на лазерно облъчване и нивото на изходящата мощност на този източник до стойности, подходящи за лишаване на замърсяващите организми от жизнеспособност и същевременно предпазване на субстрата от увреждания. Например Фабрично се използват апарати с източници, чиято максимална изходяща мощност е в диапазона от 60 до 2S0 вата. Необходимата енергийна плътност ще се изменя, като това е посочено в приложените примери. Специалистите от тази област на техниката са запознати с различните механизми за охлаждане на повърхностите на апаратите, които контактуват с повърхностите на субстрата, но трябва да бъдат съобразявани с условията за крайната употреба на конкретната апаратура.

Трябва да бъде отбелязано, че подобна апаратура, при която субстратът се пренася чрез лентови транспортьори, е i 1 известна, например от патентните описания ЕР0231027 и GB219543S, обаче са предназначени да бъдат използвани само за откриване на замърсяващи организми и не са подходящи за настоящата цел. По-конкретно лазерите не са конфигурирани да индуцират термичен ефект и не се предвижда завъртане на субстрата.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Методът, предмет на настоящето изобретение, както и апаратурата към него, ще бъдат описани чрез илюстрации, посочени само като примерни, и обвързани със дадените подолу примери и Фигури. В рамките на посочените варианти специалистите от тази област на техниката могат да предложат други варианти.

На Фиг. 1 е показан общ вид на апаратурата, предвидена за реализация на метода, предмет на настоящето изобретение, която е подходяща за обработване на сравнително крупни дози от субстрат, като например картофи или яйца.

На Фиг. 2 е показан аксонометричен поглед на вътрешността на уредбата за лазерна обработка, която е илюстрирана в общ вид на Фиг. 1, като се вижда разположението на източника на лазерно излъчване, надлъжно ориентираният ролков конвейр и дозите от субстрата. На Фиг.

2А е показан напречен разрез откъм края	на ролките,	с
поставени върху	тях дози от субстрата.
На Фиг.	3 е показан вариант на	вътрешността	на
апаратурата от	Фиг. 2, при който ролките	се преместват	по

посока на движението на субстрата. На Фиг. ЗА е показан напречен разрез през края на ролките, с поставени върху тях дози от субстрата.

На Фиг. 4 е показан в общ вид вариант на апаратурата от Фиг. 1, който е конфигуриран специално за обработване на картофи. На Фиг. 4А е показан аксонометричен поглед на вътрешността на уредбата за лазерна обработка към този вариант на апаратурата.

На Фиг. 5 е показан напречен разрез на апаратурата, предвидена за реализация на метода, предмет на настоящето изобретение, която е подходяща за обработване на субстрати в насипно състояние, например гранулирани материали и зърнести продукти.

иЗРЪЛнЕ миб*

ПРИМЕРИ ЗА РЕАЛИЗЙЦИЯ Нй ПРЕДИЕ1А НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

ПРИМЕР It ДЕЗИНФЕКЦИРАНЕ НА ЧЕРУПКИ НА ЯЙЦА С ПОМОЩТА НА РАЗЛИЧНИ НИВА НА ЛАЗЕРНОТО ИЗЛЪЧВАНЕ

Яйцата на кокошките се замърсяват изкуствено с бактерии от Salmonella enteritidis и спори от Aspergillus fumigatus, след което се подлагат на лазерно облъчване при различни енергийни нива ат два независими източника на лазерно излъчване. Ефектът на дезинфектиране вследствие лазерното облъчване се сравнява за двата източника чрез определяне на остатъчното ниво на замърсяване след обработването.

Бяха заразени зони по 4 кв.сн откъм тъпия край на 700 броя яйца с разтвор от Salmonella enteritidis и спори от Aspergillus fumigatus. След това в буферен разтвор на пептон във вода беше приготвен булъон от Salmonella enteritidis, a култура ат Aspergillus fumigatus беше отгледана върху плаки с хранителна среда - агар от малц, до възникването на обилна колония от спори. Беше приготвена суспензия от спорите чрез промиване на плаките с максимално възстановим разтворител (MRD>. Проби с обем 10 микролитра от тази суспензия бяха положени последователно по зоните с площ 4 кв.см по тъпия край на всяко яйце чрез инокулация и шаблон с размери 2x2 «· ·

см, като яйцата бяха оставени на съхранение през нощта при стайна температура.

Шест партиди от по 100 заразени яйца бяха подложени на дезинфекционна обработка чрез сканиране с лазерен лъч на замърсените зони, като всяко яйце се нагласяваше ръчно преди сканирането. Прилагаше се облъчване с три нива на енергийната плътност за всеки от двата вида лазери (лазери с въглеводороден двуокис и неадимови лазери с поглъщатели от итриево-алуминиев гранат). Енергийните нива, при които се обработваха замърсените повърхности на яйцата, бяха регулирани чрез промяна както на регулаторите на изходящата мощност на лазерите, така и чрез настройване на скоростта на сканиране. Вяха определени броят на оцелелите бактерии Salmonella enter!tidis и спори от Aspergillus fumigatus за обработените яйца, както и за 100 броя необработените или контролни яйца.

Бяха отстранени бактериите и спорите от повърхността на яйцата чрез поставяне на всяко яйце в стерилна пластмасова ) кесия с 10 милилитра от максимално възстановимия разтворител (MRD), след което замърсените повърхности на яйцата бяха внимателно избърсани през кесията за две минути. Бяха приготвени последователни разтвори чрез промивки и подходящо разреждане върху arap XLD (Oxoid СМ469) за преброяване на оцелелите бактерии Salmonella enter!tidis, както и с агар OAES за определяне на спорите от Aspergillus fumigatus. Плаките с XLD бяха инкубирани при 37 градуса Целзий за 4 дни и бяха преброени видимите колонии, като едновременно с това >

беше изчислен броя на видимите организми за едно яйце. Средните стойности също бяха изчислени и резултатите бяха анализирани с помощта на компютърната статистическа програма Mini tab. Тези резултати са дадени по-долу в Таблици 1 и 2.

Не бяха открити бактерии Salmonella enteritidis в 57 от

100 третирани яйца след етапа на обработка СЗ. Беше доказано, че лазерният източник по-ефективен ат неодимов лазери

с въглеводороден двуокис е с поглъщатели от итриевоалуминиев гранат при еднакви енергийни нива. При максимално възможното енергийно ниво лазерният източник с въглеводороден двуокис намали с 99.72 7. средния брой на яйцата, заразени със Salmonella и с 86.9 7. средния брой на яйцата, заразени с по-устойчивите спори от Aspergillus fumigatus. Анализът на отклоненията на данните показа, че тези различия в средните стойности за всеки етап на обработване са значими при ниво 5Z и не се дължат на отклонения в рамките на една партида. По този начин бе демонстрирано, че лазерното облъчване може да се използва за ефективно намаляване както на бактерии, така и спори по субстрати, конкретно по черупките на яйцата.

ТАБЛИЦА 1

Етап на	Енергийна	Параметри	Средни	стойности
□бра-	плътност	ет/скорост на	(за 1	яйце )
ботка	вт/кв.см	сканиране мм/сек	S. ent	. A. fum
Y1	0.4	1.85/193.5	16000	3400
Y2	2. 7	12.5/193.5	26000	430
Y3	27.0	23.0/60	11000	2200
С1	0.2	1.6/193.5	29000	5400
С2	1.65	10.5/162.5	8600	6700
СЗ	30.0	11.0/34	81	640
Контролна	партида		29000	540

··	•	• ·· ··	•
• ·	•	·· · · ·	• ·
•	• ·	• · · ·	• · ·
•	···· ·	• · · · · ·	• ····
•	*	• · ·	• ·
····	•	··· ·· ··	•

ТАБЛИЦА 2

Етап на	Намаляване в X на оцелелите организми
обра-	(закръглено към най-близкото цяло число )
ботка	S. enteritidis A. fumigatus

¥1	44.82	30.61
Y2	62.06	55. 10
Cl	0.00	0.00
С2	70.34	0.00
сз	99.72	86.9

ПРИМЕР 2t ВЛИЯНИЕ НА ЛАЗЕРНОТО ИЗЛЪЧВАНЕ ВЪРХУ НИВОТО НА ДЕЗИНФЕКЦИРАНЕ НА ВЪТРЕШНОСТТА НА ЯЙЦАТА

Беше изследвано приложението на лазерното излъчване за дезинфектира^е на повърхността на черупките на яйца, като бе обърнато внимание по-специално на ефекта на дезинфектиране върху вътрешността на яйцата чрез проследяване на ранното развитие на яйчните зародиши. За това изследване бе използвана въртяща се платформа и лазер с въглеводороден двуокис, с диаметър на лъча равен на 5 мм , като лазерният лъч се насочваше към тъпия край на яйцата.

Яйцата бяха събрани от 450 кокошки-носачки. Две партиди, всяка от които по 150 яйца, бяха подложени на процедура за дезинфектиране с лазерно облъчване чрез сканиране на повърхностите на техните черупки. Лазерен лъч с

диаметър 5	мм се подаваше последователно по такъв начин, че
след всяко	завъртане на яйцето лазерният лъч се насочваше
по-надолу,	аа да се облъчват последователните зони от

повърхността на черупката

• · ·	• · · • · · ·	• · • ·	• • • 3
• · · • · ·	• 3 · • · *	• ···	• · · ·
• 3 3·· · е ·	• · · ··· ··	• • ·	3
·· ·· ·

На Таблица 3 са показани нивата на изходящата мощност на лазерния източник, при които състоянието на повърхностите на яйчните черупки съответствува на нивата С2 и СЗ според експериментите, описани по-горе.

ТАБЛИЦА 3

Скорост на завъртане Изходяща мощност на на яйцата (об/мин) лазерния източник (вт)

С2 78 10.6

СЗ 16 30

Обработените яйца и 150 броя необработени яйца от контролната партида бяха съхранявани за една нощ в инкубатори. Бяха подбрани по равен брой необработени яйца от контролната партида и яйца от двете обработени партиди, след което бяха разположени по случаен ред във всяка от петте лавици на инкубатора. След инкубация в продължение на пет дни всички яйца бяха

извадени и беше проверено състоянието на зародишите в тях.

Резултатите от това изследване са дадени по-долу в Таблица 4.

• ·

ТАБЛИЦА 4

Етап на обработка	Инкубатор No	Брой на яйцата	Безплодни	Мъртви зародиши	Живи зародиши
С2	1	90	12	4	73
	2	60	11	3	46
Общо		150	23	7	119
/-’Т	1	90	18	4
	2	60	5	8	47
Общо		150	23	12	115
Контрола	1	90	15	3	72
	X-	60	11	2	47
Общо		150	26	S	119
При	етапите	на обработки	С2 и СЗ,	показани в	Таблица -

се забелязва, че няма значителен обратен ефект върху броя на оцелелите зародиши от яйцата.

ПРИМЕР 3;· АПАРАТУРА ЗА СТЕРИЛИЗИРАНЕ НА ЧЕРУПКИ НА ЯЙЦА

Както е показано на Фиг. 1, ролкови транспортьори (поз.

1) се подреждат успоредно един спрямо друг в посоката на пренасяне на субстрата. Към повърхността на тези транспортьори са монтирани спираловидни захващащи елементи (поз. 2) по такъв начин, че при завъртане елементите поз.2 изместват яйцата (поз. 3) в горните улеи (поз. 4), оформени между две съседни ролки, с цел да се преместват яйцата напред. Тези улеи (поз.4) се използват като траектории за преместването на яйцата по дължината на транспортьора от входната станция шоз. 3), през уредбата за лазерно

IS обработване (пое. 6) до станцията за сортиране и опаковане (поз. 7). Ролките или поне захващащите елементи (поз. 2) са изработени от еластичен материал, например каучук, и могат да причиняват завъртането на яйцата около напречната ос по посока на движението докато за преместват от транспортьора към станцията за опаковане. В случая се използват яйца като елементи от субстрата, но може да се обработват и други материали. Яйцата се поставят в улеите, а ролките се завъртат по техните надлъжни оси и яйцата са принудени чрез

завъртане около оста си да се преместват по протежение на дължината на транспортьора до станцията за сортиране и опаковане. Скоростта на преместване напред и скоростта на завъртането на яйцата се регулират по такъв начин, че да се осигурява равномерно разпределение на енергийната плътност на лазерния източник по повърхността на черупките на яйцата в границите на стойностите, посочени по-горе в Таблица 3.

На Фиг. 2 е показана част от вътрешността на уредбата за лазерно обработване. Предвидени са два разпръсквателя на лазерното излъчване (поз. 8), като е за предпочитане лазерите да бъдат с въглероден двуокис, монтирани по такъв

начин, че да насочват лазерното излъчване към съответните улеи (поз. 4) между ролките на транспортьора. Лазерното излъчване се конфигурира така, че разпръсквателите (поз. 9) и (поз. 10) да бъдат паралелни на ролките (поз. 4) и лазерните лъчи да попадат върху яйцата па време на тяхното завъртане и преместване напред към станцията за опаковане, без да се концентрира лазерното излъчване само върху една ограничена част от ролките. Лазерното излъчване, преминало през улеите, се неутрализира чрез поглъщателен' резервоар, разположен под транспортьора, който па същество представлява обем от материал, специално подбран за пълно абсорбиране на лазерното излъчване, поставен от противоположната страна на ролките с цел да улавя преминалото лазерно излъчване

На Фиг.

показан един

• ♦ • · · • · · · · ♦ · • · ·' · вариант на ролковия транспортьор, при който определен брой ролки (поз. 11) са подредени напречна спрямо посоката на движение на

транспортьора и на субстрата, пренасян от него, например яйца, които са поставени е улеите между горните повърхности на всеки две съседни ролки. Когато ролките се завъртят, това причинява да се завъртят и яйцата, като по този начин се подлага на въздействията на лазерното облъчване от разпръсквателите (поз. 9) и (поз. 10) и тази част от повърхността на черупката, която до сега не е била подложена на това въздействие. Самите ролки се преместват напред по надлъжната ос на уредбата за лазерно обработване, докато пренасят яйцата в улеите си. В този случай самите ролки не трябва да остават вътре в уредбата за лазерно обработване, тъй ката е възможно по техните улеи да са останали яйца от последно преминалата партида, с цел да се избегне риска от пренагряване. й при двата варианта ъгълът на ориентиране на разпръсквателите е приблизително 20 градуса при приблизително разстояние 50 см от яйцата.

ПРИМЕР 4s РЕГУЛИРАНЕ НА СЪДЪРЖАНИЕТО НА ПАТОГЕННИ ОРГАНИЗМИ

ПО КАРТОФИТЕ ЧРЕЗ ЛАЗЕРНОТО ИЗЛЪЧВАНЕ

Картофите за посев са източници на зараза с няколко важни заболявания, като черния мъх (Rhizoctonia solan!), почерняванвто (Col letotrichun coccodes), сребристия мъх (Helminthosporium solani), праховия кел (Spongoepora subterranea), петна по кората (Polyscytalum pustulane), гангрена (Rhoma foveata), сухото почервяеане (Fusarium caeruleum) и прорастването (Erwinia carotovora ssp atroseptica). Откриването на признаците за наченки на тези заболявания при грудките от посадъчния материал за следващата реколта е много важна предпоставка за потискането или унищожаването на остатъчните патогенни организми в посадъчния материал. На пазара се предлагат голям брой Фунгициди за обработване на посадъчния материал с цел да се • * повечето от избягват заболяванията • · ♦ .

···· · ···· · * •· •· •· • · · сред картофите, но ·· · • · ·а • · ·* • · · ·· · · •· ··· препаратите за растителна защита не притежават активност в широк спектър и често трябва да се прилагат комбинирано по няколко препарата. Освен това устойчивостта на Фунгицидите все/ повече се превръща в проблем, застрашаващ опазването на околната среда, поради което новите препарати във Великобритания трябва да бъдат регистрирани и одобрени, преди да могат да се използват легално. Все повече нараства натискът да се намаляват дозите и разнообразието на агрохимическите средства, прилагани при картофите, и да се

използват алтернативни методи за борба със заболяванията.

За реализиране на метода за обработване чрез лазерна излъчване бяха подбрани картофи с признаци по тяхната повърхност, свидетелстващи за естествено развитие на заболявания. Жизнеспособността на организмите беше определена чрез разнообразни методи, подходящи за всяко отделно заболяване. След всяко подлагане на въздействията от лазерното излъчване картофите бяха изследвани за промяна в признаците на заболяването и за наличие на нови признаци на повърхностни увреждания.

Изследванията бяха проведени по такъв начин, че скоростта на преместване на лазерното излъчване спрямо повърхностите на картофите да може да се променя в широки граници, с цел определянето на тези нива на енергийна плътност на лазерното излъчване, при които е възможно да възникнат нежелани увреждания по повърхностите на картофите или да се окаже, че лазерното излъчване е толкова слабо, че е вече неефективно. При три нива на енергийна плътност на лазерното излъчване (измервано във ватове) и по-малък дефиниран диапазон на скоростта на преместване бяха определени зависимостите за взаимодействията между тези параметри. Като опитимално ниво на енергийната плътност на лазерното излъчване беше определена стойността от 30 вата.

При първоначалните изследвания се използваше Colletotrichun coccodes като индикиращ патогенен организъм, като относителната скорост на преместване на картофите спрямо лазерния лъч беше 612 мм/сек при мощност 30 вата. При тези условия се спираше развитието на гъбични заболявания при 50 X приблизително от пострадалите от заболяването

картофи, след проверка върху пластини с хранителна среда (агар). При относителна скорост на преместване 214 мм/сек се оказа, че се отстранява заразеността 100 ”/. от картофите, докато при скорости над 612 мм/сек (например 1010 мм.©екс и повече) резултатите са по-слаби.

При изследванията се използваха различни нива на енергийната плътност, но не се констатираха различия относно жизнеспособността на Rhizoctonia so'iani , използван в качеството на индикиращ патогенен организъм. При този организъм се постигат по-добри резултати при попродължително време на облъчване. Бяха регистрирани също добри резултати при облъчване на картофи, заразени с Penicillium след инкубационния период. За облъчване по време

на вертикално преместване беше използвана въртяща се маса, с различна скорост на въртене, разположена на разстояние 50 см от сканиращото огледало. В Таблица 5 се приема, че скоростта на сканиране е равна на скоростта на преместване. Размерите на петната са от 5 до 6 мм диаметър.

ТАБЛИЦА 5

Изходяща	Продъл-		Възста-	Относително
мощност на	жителност	новяване	възста-
лазерния	от 0 до	5	7.	новяване
източник	(вижте кода)	К. solani	Penιci 11ium
30	0		100	49
30	1		79	46
30			•7*·^ х>х	13
30	·>.		11	0
30	4		5	5
30	5		0	0
45	0		95	44
45	1		19	17
45	/-» X		46	6
45	3			7
45	4		3	3
45	5		0	0
60	0		93	47
60	1		46	17
60	2		33	20
60	3		26	18
60	4		8	14
60	5		5	8

Скоростта на преместване е със следните кодове: 0 означава нулева скорост, S - минимална, 1 - максимална, 1 скорост над 186.7 нм/сек, 2 - скорост = 186.7 мм/сек, 3 скорост 160.0 мм/сек, 4 - скорост 133.3 мм/сек, 5 - скорост 106.7 мм/сек.

Резултатите от въздействието на лазерното облъчване върху различните организми, при изходяща мощност на лазерния източник равна на 30 вата, са показани в Таблица 6 по-долу.

ТАБЛИЦА 6

Скорост на Относително възстановяване преместване

	С.coccodes	Н.sol an1	Р.pustulans	P.f oveata	F.caerul
0	95	100	22	80	56
1	76	90	6	62	0
·“} X.	51	38	0	20	0
3	9	6	0	0	0
4	6	0	0	0	0

При тези изследвания се доказва също и ефективността спрямо заразяване с Erwinia carotovora ssp atroeeptica. При така подбраните опитни условия се доказва, че обработваната повърхност на картофите става некротична, но не се налага да се извършва второ завъртане, което е признак за запазване на желаните качества за съхранение на картофите и за консумация е следващ период. Ако обаче не се използват лазери с въглеводороден двуокис, а лазери тип неодим-YAG с итриевоалуминиев гранат, опитните резултати свидетелствуват, че тези параметри могат да бъдат регулирани по такъв начин, че да се избегне този ефект и същевременно да се запази степента на въздействие върху патогенните организми. Може да се потиска латентното развитие на почервеняването на картофите и да се потиска прорастването на издънки и филизи без да се влошава способността за развитие на картофите за посев • · ·· ♦

ПРИМЕР 5: АПАРАТУРА ЗА

ЛАЗЕРНА ОБРАБОТКА, ПОДХОДЯЩА ЗА

ПРОДУКТИ С ПРИБЛИЗИТЕЛНО

СФЕРИЧНА ФОРМА, НАПРИМЕР

КАРТОФИ

На Фиг. 4 е показана апаратура за обработване на обекти с приблизително сферична

Форма, като например картофени грудки. Ролковият транспортьор (поз. 12) преминава през вътрешността на уредбата за обработване чрез лазерно излъчване (пов

13) между входния бункер, екрана за сортиране, масата за подбор и подаване на картофите (поз.

14, 15 и 16) и захранвана (поз. 17). На Фиг 4А е показана вътрешността на уредбата за обработване с лазерно излъчване, в която е монтиран източник на лазерно излъчване тип неодимVAG с итриево-алуминиев гранат, с изходяща мощност 30 вата (), разположен приблизително на 50 см от картофите, които се придвижват от транспортьора и се облъчват с помощта на

специално монтираните разпръскватели - сканиращи огледала или оптично-насочващи механизми (поз. 9 и 10), при ъгъл на разпръскване на лъчите около 20 градуса. Облъчват се както ролките, така и картофите (поз. 18), които са разположени върху тях. Ролките (поз. 19) са подредени напречно спрямо посоката на движение на транспортьора и се въртят, докато преминават през уредбата за обработване чрез лазерно излъчване. Това въртене принуждава и картофите да се завъртат и да излагат последователно цялата си повърхност на въздействието на лазерното излъчване. Ролките (по®. 19) са изработени от метал, като по този начин се осигурява бързо топлоотдаване ат картофите, поставени в улеите, образувани между горните повърхности на всеки две съседни ролки. Задвижването на ролките е пасивно, като се причинява от механичното взаимодействие с опорните оси докато транспортьорът се премества по своя маршрут, обаче може да се предвиди и като активно, ако се монтират индивидуални задвижващи устройства към всяка ролка.

ПРИМЕР 68 АПАРАТУРА ЗА ЛАЗЕРНА ОБРАБОТКА, ПОДХОДЯЩА ЗА

НАСИПНИ И ЗЪРНЕСТИ МАТЕРИАЛИ

На Фиг. 5 е показана апаратура, подходяща за обработване чрез лазерно облъчване на насипни материали, като например ненатрошено зърно за намаляване на степента на жизнеспособност на замърсяващи организми. Според илюстрацията от Фиг. 5 зърното (поз. 24) се подава към вертикално монтиран цилиндричен корпус (поз. 25) посредством лентов транспортьор (поз. 26), при което прахът и плявата се издигат нагоре, за да се отделят с помощта на механизма за очистване от прах (поз. 26), а зърното пада надолу под въздействието на гравитацията, в зоната, в която се осъществява обработването чрез лазерна облъчване. Отклоняващите механични средства (поз. 27), изработени от материал, подходящ за бързо топлопредаване, позволяват на зърното последователно да пада от едно към друго отклоняващо средство, докато разпръскващите средства за лазерните лъчи (поз. 9 и 10), от описания по-горе тип, облъчват зърното от различни точки във вътрешността на цилиндричния корпус. От източника на излъчване, разположен на 50 см от маршрута за спускане на зърнато, лазерните разпръскватели пропускат лъчите през прорезите в корпуса (поз. 28). Както и при всички други варианти на подобни устройства, и тук разстоянието между източника на лазерното излъчване и обекта може да възлиза от няколко сантиметри до няколко десетки метри, но най-често се използва разстояние от порядъка на 50 см. Всички други параметри са запазени както описаните погоре.

В този случай е възможно да се се местоположението на разпръсквания лазерен манипулира с лъч спрямо работната зона, предвидена за облъчване, за да се обхване колкото е възможно повече зърно. За постигане на ефективно облъчване при достатъчно времетраене и обхващане на

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Метод за обработване на субстрат, по същество непрозрачен спрямо лазерно облъчване или неспособен да пропуска лазерно облъчване, без да абсорбира съществено количество от гореспоменатото лазерно облъчване, с цел да се намалява нивото на замърсяващите организми, свързани с повърхността на субстрата, като при това типът и количествените показатели на лазерното облъчване, което по същество обхваща цялата повърхност на субстрата, се подбират по такъв начин, че да се лишат от жизнеспособност организмите по повърхността на субстрата, без да се засяга по същество вътрешността на субстрата.
2. Метод, съгласно предшестващата патентна претенция No 1, при който субстратът е материал, годен за консумация или за посев и замърсяващите организми са микроорганизми.
3. Метод, съгласно гореописаните патентни претенции No 1 или No 2, при който субстратът и източникът на лазерното излъчване се преместват един спрямо друг по такъв начин, не да се осигурява излагането на по същество цялата повърхност на субстрата на въздействието от страна на източника на лазерното излъчване.
4. Метод, съгласно гореописаната латентна претенция No 3, при който относителното премества на субстрата включва завъртане на субстрата спрямо местоположението на източника на лазерното излъчване.
5. Метод, съгласно гореописаните патентни претенции от No 1 до No 4, при който лазерното излъчване се осигурява от източник на инфрачервено лаеерно излъчване.
6. Метод, съгласно гореописаната патентна претенция No 5, при който източникът на лазерното излъчване може да генерира лазерно излъчване при изходяща мощност в диапазона от 10 до 250 вата.
7. Метод, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 1 до No 6, при който източникът на лазерното излъчване работи в режим на непрекъсната вълново излъчване.
8. Метод, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 1 до No 7, при който енергийната плътност на източника на лазерното излъчване спрямо повърхността на субстрата е в диапазона от 10 до 120 вата/ке.см.
9. Метод, съгласно гореописаната патентна претенция 8, при който енергийната плътност на източника на лазерното излъчване спрямо повърхността на субстрата е в диапазона от 20 до 30 вата/кв.см.
10. Метод, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 1 до No 9 при който лазерното излъчване ,се подава към субстрата посредством лъчи, разпръсквани от разпръсквателни устройства или посредством няколко източника на лазерна излъчване.
11. Метод, съгласно гореописаните патентни претенции No 9 или Να 10, при който лазерният лъч е паралелен и е с приблизителен диаметър 5 до 6 мм, преди да бъде разпръскван от разпръсквателни устройства.
12. Метод, съгласна всяка от гореописаните патентни претенции от No 9 или No 10 или No 11, при който е около 50 см разстоянието между повърхността на субстрата и местоположението на разпръсквателни Устройства за лазерните лъчи
13. Апаратура ва обработване на субстрат, по същество непрозрачен спрямо лазерно облъчване или неспособен да пропуска лазерно облъчване, без да абсорбира съществено количество от гореспоменатото лазерно облъчване, с цел да се намалява нивото на замърсяващите организми, свързани с повърхността на субстрата, съдържаща;

а; източник на лазерното облъчване, и

б) средства за манипулиране на субстрата, при които лазерните лъчи са принудени да попадат по същество по цялата повърхност на субстрата с помощта на средства за манипулиране и са от така подбран тил и количество, че се лишават от жизнеспособност организмите по повърхността на субстрата, без да се засяга по същество вътрешността на субстрата.
14. Апаратура, съгласно гореописаната патентна претенция 13, съдържаща маршрут за обработване на субстрата, който преминава през зони за последователно обработване.

Апаратура, съгласно гореописаната патентна претенция 14, при която субстратът се прекарва по маршрута върху ролков лентов транспортьор, който осъществява относително преместване на субстрата спрямо източника на лазерното облъчване.

Апаратура, съгласно гореописаната патентна претенция
15, при която маршрутът се определя помощта на поредица от отклоняващи средства, които причиняват преориентирането на субстрата по протежението на маршрута, за да бъде подлагана на въздейств>ието на лазерното облъчване.
17. Апаратура, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 13 до No 16, при която лазерното облъчване се осъществява от топлинен източник на лазерно излъчване с изходяща мощност в диапазона от 10 до 230 вата.

I
18. Апаратура, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 13 до No 17, при която лазерното облъчване се осъществява от източник на инфрачервено лазерното излъчване.
19. Апаратура, съгласно гореописаната патентна претенция 18, при която лазерното облъчване се осъществява от лазери с въглеводороден двуокис или неодим-YAG с итриевоалуминиев гранат (лазери тип NdsYAG).

Г
20. Апаратура, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 18 или No 19, която е конфигурирана така, че върху повърхността на субстрата се осигурява облъчване с енергийна плътност в диапазона от 10 до 120 ват/кв.см.

•
21. Апаратура, съгласно гореописаната латентна претенция 22, която е конфигурирана така, че върху повърхността на субстрата се осигурява облъчване с енергийна плътност в диапазона от 20 до 50 ват/кв.см.
22. Апаратура, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 13 до No 21, при която субстратът се заставя да се завърта около една от своите оси докато преминава през станцията, в която се осъществява лазерното облъчване на повърхността му.
23. Апаратура, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 13 до No 22, която по същество съвпада с апаратурата, описана по-горе в примери 3, 5 или 6.
24. Метод, съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 1 или No 12, който по същество съвпада с метода, описан във всеки от горепосочените примери.

t •j· 1
25. Субстрат, по същество непрозрачен за лазерни лъчи, характеризиращ се с това, че организмите, свързани с неговата повърхност, се лишават от жизнеспособност след подлагане на обработване съгласно всяка от гореописаните патентни претенции ат No 1 до No 12 или No 24.
26. Субстрат, по същество непрапускащ лазерни лъчи без да ги абсорбира значителна част от лазерната енергия, характеризиращ се с това, че организмите, свързани с неговата повърхност, се лишават от жизнеспособност след подлагане на обработване съгласно всяка от гореописаните патентни претенции от No 1 до No 12 или No 24.
27. Субстрат, съгласно гореописаните патентни претенции от No 25 или No 26, характеризиращ се с това, че представлява продукт за консумация, посевен материал или препарат, предназначен за ветеринарни или медицински цели.