CN101102680A - 用于食品和其它生物材料的热处理的方法和设备，以及由此获得的产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了使用电磁辐射对可流动材料进行热处理的方法和设备，以及由此获得的食品和材料。本发明还提供了生物材料的连续流热处理的方法、用于进行该方法的设备、以及使用所述方法和/或设备所制得的产品。

Description

用于食品和其它生物材料的热处理的方法和设备,以及由此获得的产品
相关申请的交叉参考
本申请基于并要求于2004年11月12日提交的美国临时申请序列号60/627,499和2005年3月24日提交的美国临时申请序列号60/664,762的优先权，所述每一申请的公开内容在此全文并入作为参考。
技术领域
本文公开的主题涉及通过使用电磁辐射来对可流动材料进行热处理的方法和设备，并涉及由此获得的食品和材料。更特别地，本文公开的主题涉及生物材料的连续流动热处理的方法、用于进行该方法的设备以及使用所述方法和/或设备制备的产品。
背景技术
为了出售给公众，常常需要对食品进行处理以最小化微生物的生长，而所述微生物的生长可能在粮食的收割时期直至它们被消费者购买之间发生。为此目的，存在数种可以商业获得的通用方法，其中最普及的是将原料加热至适当的温度足够长的时间以杀死可能存在于食品中的任何微生物和/或可能在储存温度下发育和生长的孢子或者使其失活。例如为了降低通常存在于牛奶中的细菌的含量，通常对牛奶进行巴氏灭菌，这使得牛奶能够被安全地储存比未使用巴氏方法的情况下更长的时间。
一般地，使用间接加热法，其中使生物材料通过被加热至超过60℃(对于一些热敏感的巴氏灭菌加热至100℃)并不超过150℃的腔室以使得材料为商业无菌(commercially sterile)的。加热腔室中生物材料的存在导致生物材料的温度升高，直至其达到与周围腔室基本相同的温度。但是，许多食品和其它生物材料在味道、美观、营养水平或者其它特性方面往往受到加热的负面影响，使得该材料能够接受的加热方式受到限制。此外，很多生物材料暴露于加热表面将烧焦表面，引起降低的热流、增加的运行时间并可能在产品中产生臭味，这是由于运行时间增加以及被加热的材料增加并剥落进入产品。
例如在食品工业中甘薯的利用常常包括将根加工成泥状物(puree)，该泥状物能够随后被冷冻或罐装以使得产物能够全年均可使用。甘薯泥(SPP)可以用作多种产品的成分，其包括婴儿食品、砂锅菜、布丁、派、蛋糕、面包、重构油炸食品、小馅饼、汤和饮料(Truong，1992；Truong et al.，1995；Woolfe，1992)。
通过冷冻对SPP进行保存是广为接受的方法，但是冷冻的泥需要冷冻分配和储存上相当可观的投入，以及在使用前漫长且难以控制的解冻处理。罐装的泥典型地需要过量的热处理，尤其是当在规定尺寸的包装物中进行加工时，其提供了不良的储存空间利用，并造成了产品的处理、开启和分配以及空包装物的丢弃的困难。由于泥状物差的热透过特性，将罐装的甘薯在121℃下蒸煮超过2小时，导致罐内产品的质量从罐中心到壁边缘发生剧烈的变化。特别是在边缘处，产品常常被严重地过度加工，导致发黑并产生焦味。因此，适用的罐头尺寸常常被限制为10号罐尺寸(即约13杯的容量)，并且这一尺寸限制是罐装甘薯泥在食品加工工业中得到更广泛使用的主要限制。
其它热加工技术例如刮面热交换器或瞬间消毒处理也受到SPP以低热扩散性为特征的限制(Smith et al.，1982)。Fasina et al.(2003年)报道SPP具有3×10-7m2/S级别的热扩散率和0.54W/m·K级别的热传导率。SPP低的热扩散率导致在使用常规热处理方法来达到所需的灭菌水平时，非常长时间的加热，这又引起SPP中的营养损失和差的产品质量。
因此，本领域对于有效进行食品和其它生物材料的热处理存在早已有之并持续存在的需求。本文公开的主题正是针对于这一需求以及本领域中的其它需求。
发明内容
本发明内容列举了本文公开的主题的数种实施方案，并且在很多情况下列举了这些实施方案的变化及取代。本发明内容仅仅是多种且可变化的实施方案的示例。对于某一给定实施方案所提及的一项或多项代表性特征同样是示例性的。这样的实施方案可以典型地具有或不具有所提及的一项或多项特征；同样，那些特征可以被应用于本申请所公开主题的其它实施方案，而无论其是否列举于本发明内容。为了避免过多的重复，本发明内容没有列举或暗示这些特征的所有可能的组合。
本文公开的主题提供了在使可流动的材料以连续物流通过热处理设备时对可流动材料进行热处理的方法。在某些实施方案中，所述方法包括(a)使可流动材料连续通过导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；(b)通过暴露对于电磁辐射为可穿透的所述导管的至少一部分来加热所述可流动的材料；和(c)在导管中混合所述可流动材料以在至少一部分的可流动材料中提供热平衡。在一些实施方案中，流动在恒定流速下发生。在一些实施方案中，流动在恒定的加热量输入或者在流动生物材料的加热出口于恒定的质量平均温度下发生。
在一些实施方案中，可流动的材料基于可流动材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。在一些实施方案中，可流动材料是生物材料。在一些实施方案中，所述生物材料是食品生物材料。在一些实施方案中，所述食品生物材料基于食品生物材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，加热导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率。在一些实施方案中，采用一个或多个额外的加热步骤。在一些实施方案中，所述一个或多个额外的加热步骤在进行所述导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率的加热之前、期间或之后进行。在一些实施方案中，所述加热基本上不通过使可流动材料与具有超过可流动材料自身最大温度水平的温度的表面接触而加热。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，所述电磁辐射具有约1×10-4米或更大的波长。在一些实施方案中，所述电磁辐射具有约3×1012波/秒或更低的频率。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，在加热之前、期间或之后进行混合。在一些实施方案中，所述混合通过改变流动的横截面几何形状而完成。在一些实施方案中，所述混合被动地、主动地、或者主动和被动兼有地发生。在一些实施方案中，所述混合通过使用被动的、主动的、或者被动和主动兼有的混合设备完成，其中所述混合设备用于增加具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换，这在没有所述混合设备时不会发生。在一些实施方案中，与没有所述混合设备时的跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)相比，所述混合导致跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。在一些实施方案中，所述方法包括将混合设备放置于选自暴露于电磁辐射的导管部分的入口的一个或多个位点、内部的一个或多个位点、出口的一个或多个位点及其组合的位置处。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，可流动生物材料未经受加热的表面，由此提供不会烧焦生物材料的较热部分，并获得相对于间接加热系统来说有利的加工运行时间。
在一些实施方案中，所述加热和混合在足以对可流动生物材料完成灭菌(sterilization)和巴氏灭菌(pasteurization)之一的时间内提供足够的温度。
在一些实施方案中，所述方法还包括包装可流动材料以用于冷冻储存。在一些实施方案中，所述方法还包括无菌地包装所述可流动材料。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，在引入可流动生物材料之前对可流动生物材料接触表面进行灭菌。在一些实施方案中，所述方法包括使可流动材料在预定的温度下保持预定长的时间，并于无菌条件下在无菌包装物中冷却、包装和气密封装所述可流动材料。在一些实施方案中，可流动材料于预定温度水平下在大气压力或提高的压力下被装入非无菌包装物中，以同时完成对包装物表面及与之接触的可流动材料的灭菌，并随后气密封装所述包装物。
本申请所公开的主题还提供了通过此处公开的方法所制造的产品。
本申请所公开的主题还提供了具有一种或多种如下质量属性的商业无菌食品或其它生物材料：相对于参照食品或其它生物材料来说更长的保存期，其中所述参照食品或其它生物材料已经使用包括使参照食品或其它生物材料与温度始终高于用于参照食品或其它生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌。在一些实施方案中，所述一种或多种质量属性为在约25℃下储存至少12星期的保存期。在一些实施方案中，所述一种或多种质量属性选自营养含量、颜色、质地、风味和总体外观。在一些实施方案中，食品或其它生物材料是气密包装的、耐贮存的、以及既气密包装又耐贮存中的一种。在一些实施方案中，所述食品或其它生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)。
本申请所公开的主题还提供了具有一种或多种如下质量属性的商业无菌食品或其它生物材料：相对于参照食品或其它生物材料来说更长的保存期，其中所述参照食品或其它生物材料已经使用包括使参照食品或其它生物材料与温度始终高于用于参照食品或其它生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌，其中：(i)所述食品或其它生物材料是气密包装的、耐贮存的、以及既气密包装又耐贮存中的一种；(ii)所述食品或其它生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)；和(iii)包装物中食品或其它生物材料的体积超过了能够容纳于10号罐头中的食品或其它生物材料的体积。在一些实施方案中，没有向包装物加入附加的酸组分。
本申请所公开的主题还提供了热处理过的食品或其它生物材料，其质量概况(quality profile)基本上与同种类型的未热处理过的食品或其它生物材料的质量概况相匹配，所述质量概况包括一种或多种质量特征(quality attribute)，其中所述热处理过的食品或其它生物材料可商业无菌并且可稳定储存。在一些实施方案中，所述质量属性选自营养含量、颜色、质地、风味和总体外观。在一些实施方案中，所述食品或其它生物材料是气密包装的。在一些实施方案中，所述食品或其它生物材料是甘薯或土豆(例如爱尔兰土豆)。
本申请所公开的主题还提供了热处理过的食品或其它生物材料，其质量概况基本上与同种类型的未热处理过的食品或其它生物材料的质量概况相匹配，所述质量概况包括一种或多种质量特征，其中：(i)所述热处理过的食品或其它生物材料是商业无菌并且可稳定储存的；(ii)所述食品或其它生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)；和(iii)包装物中食品或其它生物材料的体积超过了能够容纳于10号罐头中的食品或其它生物材料的体积。在一些实施方案中，没有向包装物加入附加的酸组分。
本申请所公开的主题还提供了用于热处理可流动材料的设备。在一些实施方案中，所述设备包括(a)用于接收可流动材料的导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；(b)用于对所述导管的至少一部分提供电磁辐射的装置；和(c)放置在导管中或者沿着导管放置以向至少一部分的可流动材料中提供热平衡的混合结构。在一些实施方案中，所述电磁辐射具有约1×10-4米或更大的波长。在一些实施方案中，所述电磁辐射具有约3×1012波/秒或更低的频率。
本申请所公开主题的一些实施方案中，所述混合结构包括改变的导管横截面几何结构。在一些实施方案中，所述混合结构包括一个或多个被动混合结构、一个或多个主动混合结构或同时具有二者。在一些实施方案中，所述设备包括用来提高在具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换的被动的、主动的、或者被动和主动兼有的任何组合，所述物理接触和热交换在没有所述混合结构时将不会发生。在一些实施方案中，与没有所述混合结构时的跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)相比，所述混合结构导致跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。
在本申请所公开主题的一些实施方案中，所述设备包括位于选自对电磁辐射来说可穿透的导管部分的入口的一个或多个位点、内部的一个或多个位点、出口的一个或多个位点及其组合的位置的混合结构。在一些实施方案中，所述设备包括用于控制流体以恒定流速通过导管的控制装置。在一些实施方案中，所述设备包括用于控制流体以至少0.25加仑/分钟的体积流速通过导管的控制装置。在一些实施方案中，所述设备包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平(power level)，从而加热导管中的可流动材料，以使得可流动材料中的平均主体温度以至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的速率增加。在一些实施方案中，所述设备包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，从而使得导管中可流动材料的加热以比导管的加热速率更高的速率发生，从而使得所述可流动材料的加热基本上没有由于使该可流动材料与具有超过可流动材料自身的最高温度水平的温度的导管表面接触而受到加热。在一些实施方案中，所述设备包括控制装置以控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，以使得功率水平保持恒定。在一些实施方案中，所述设备包括控制装置以控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，以使得所述功率水平可以自动地预先设置或者手动地调节至预先确定的水平以向预先确定的质量流速下的可流动生物材料提供预先确定的热处理。在一些实施方案中，所述设备包括包装装置以用于如下之一的目的：包装可流动材料以用于冷冻储存、无菌包装可流动材料、以及既包装可流动材料以用于冷冻储存又无菌包装可流动材料。在一些实施方案中，所述设备包括用于与导管进行液体导通的保持管(hold tube)。并且在一些实施方案中，所述设备可具有在引入可流动生物材料之前处理成商业无菌的的可流动生物材料产品接触表面。
因此，本申请所公开主题的一个目的是提供用于热处理可流动材料的方法。这一目的及其它目的通过本文公开的主题而全部或部分地得到实现。
如上已经对本申请所公开主题的一个目的进行了陈述，而本发明的其它目的和优点对于本领域普通技术人员来说将通过研究本申请所公开主题的下述描述和非限制性实施例而变得显而易见。
附图说明
图1是此处公开的热处理系统的一个实施方案的示意图。
图2是在915MHz和2450MHz下的甘薯泥(SPP)介电属性的图形描述。
图3显示了最大操作直径(M.O.D.)与915MHz下的SPP的温度是如何相关的。
图4描述了在5kW测试中加热区段的出口处的典型温度分布图。
图5描述了来自5kW测试的SPP样品的流变性能。
图6描述了来自5kW测试的SPP样品的颜色测量。
图7描述了在没有静态混合器时，60kW测试期间保持管的入口处的典型温度分布图。
图8描述了引入静态混合器后，60kW测试期间保持管的入口处的典型温度分布图。
图9和10是描述用于热处理生物材料的本申请所公开设备的代表性实施方案的侧面的示意图。
图11A-11I是微波和RF-可穿透流经管/腔室的实例及其制备方法的示意图。
图12是实施两聚焦(two focused)柱式微波加热器/反应器的装配的两阶段连续流微波加热器的照片-指出了进行预先的、同时的或随后的混合的位置(分别为A、B和C)。
图13A-13C是用于测量和监测横截面温度分布的工具的图和照片图形。该工具是单一或数个多点热电偶探针的组合，提供垂直于材料流动方向的面积的横截面覆盖。将这种传感和监测工具在关键位置(加热器入口和出口以及混合元件入口和出口)定位和应用已被用于在完成温度平衡中测试和证明均匀性和/或不均匀(its absence)并描述多种混合器具的效率。
图14A和14B是一种示例性混合装置的示意图，其能够在如前列举的所有目标位置(加热之前、同时和/或之后)同时并且使用相同装置提供机械混合效果——这可以通过使混合元件贯穿这些区域而完成。所述混合元件由MW或RF-可穿透材料制成，并在暴露区域内的提供并行旋转和轨道运动，这确保了没有结构处于静止并最小化了可穿透管或腔室内过热和/或加热失控的可能性。
图15是显示在无菌装填条件下将无菌产品装填至预先无菌处理过的袋子中的照片。所述产品由此保证能够稳定储存并且在环境温度贮存条件下储存4个月后仍然无菌。
图16是特别粘的热传导差的蔬菜匀浆：甘薯泥的重循环的、增量的加热操作期间获得的温度测量曲线图。
图17是描述在接近工业无菌水平的流速和温度增加条件下可以预料到并遇见的温度分布图。该图显示了60kW微波加热装置的第1阶段出口处的温度。温度分布和变化是显著的。如果允许这种不适宜的加热流和温度分布以未修正的形式进入第2加热阶段，则将可能发展出极高的温度压力条件并具有设备和装置失效的危险。
图18是描述相同物流在经过第1静态混合器装置之后的温度分布和温度值的图。温度分布显著变平，使得能够将材料流引入第2加热阶段而无需过多考虑失败的可能性。
图19是描述第二加热阶段出口处横截面的温度分布的图。虽然比第1加热阶段的出口处记录的温度分布狭窄得多，但是所述分布仍然相当显著。流动分布图的一些区域可能没有达到预期的灭菌水平温度，而不管对主体材料流的温度增加的按目标(on-target)传递如何。如果该温度分布被引入流通(flow-through)保持区段而不经过必要的混合步骤，则这些流动区域(较低温度)可能处于并持续与保持管的外(较冷的)周边进行接触并进行不适当的灭菌，可能导致产品在储存期间因微生物而变质。
图20是在第2加热阶段之后的第2静态混合器出口横截面获得的温度分布图。该分布清楚地和有效地得到最小化，并且跨越流动截面的所有被监测的温度均达到或超过了预期的目标灭菌水平温度。这使得能够进行通过入口进入保持管区段的安全连续加工，并使材料在预先设置的灭菌水平温度下保持预先确定长度的时间。由此实现所获得产品的无菌和随之而来的稳定储存。
图21-25描述了对于另一难以加工的、高粘度的、导热差的产品——土豆(爱尔兰土豆)泥(即糊状土豆)——的等效加工和温度分布图序列。所述的图等效于用于甘薯产品所示的图——并且包括使用5kW装置重循环加热之后的温度分布(图21)、两阶段60kW装置的第1加热阶段出口处不可接受的宽温度分布(图22)、在第1加热阶段之后采用静态混合器的积极效果以及所获得温度变化和分布的显著降低(图23)；在第2加热阶段出口处的另一相对较宽的温度分布(图24)、以及最后，在使用第2静态混合器装置之后的接近完美的、非常窄的分布(图25)，这使得材料能够在受控的、维持良好的并且狭窄的温度分布条件下进入过程的保持区段，从而提供了优越的方法和优越的商业灭菌的、能稳定储存的产品。
图26A和26B描述了在5kW微波单元中不同温度下加工的胡萝卜泥样品的流变性能。
图26A描述了随着频率的增加所有胡萝卜泥样品的动态粘度(η*)的降低，显示出假塑性行为。图26B描述了G′高于G″的胡萝卜泥的力学光谱的频率依赖性，表明所述材料可以被划分为弱凝胶。这些附图中施加于样品的微小应变振荡测试使得能够对所测试材料的动态或复合粘度以及凝胶强度进行评估而无需破坏结构性网络。使用相同的应力控制流变仪(Reologica Instruments AB，Lund，Sweden)进行这些非破坏性的流变测试，类似图5中所示的高剪切速率升高，只是所述样品经受处于0.01-20Hz频率的轻微振荡的扫描。
图27A和27B描述了在60kW微波单元中不同温度下加工的胡萝卜泥样品的流变性能。
图27A描述了随着频率的增加所有胡萝卜泥样品的动态粘度(η*)的降低。图27B描述了G′高于G″的胡萝卜泥的力学光谱的频率依赖性，表明所述材料可以被划分为弱凝胶。图27A和27B还显示了由η*和G′的显著降低指示的键接和凝胶网络的破坏。随着加热时间超过30分钟观察到胡萝卜泥的稠度和凝胶强度的严重破坏。
图28A和28B描述了在5kW微波单元(microwave unit)中不同温度下加工的青豌豆泥样品的流变性能。
图28A描述了随着频率的增加所有青豌豆泥样品的动态粘度(η*)的降低。图28B表明由于G′高于G″的力学光谱展现的频率依赖性，青豌豆泥可以被视作弱凝胶。
图29A和29B描述了在60kW微波单元中不同温度下加工的青豌豆泥样品的流变性能。
图29A和29B显示，与胡萝卜泥相反，与未加热的样品相比，青豌豆泥的η*和G′最初在加热到75-110℃时降低，并且随后在更高的温度(120-130℃)下显著地升高。这一趋势在被加热到高达125℃并且再循环6小时的样品中也得到展现。
图30描述了从60kW测试收集的青豌豆泥样品的颜色测定。如图30所示，L*值(亮度)和b*值(黄度(yellowness))受到微波温度和时间的轻微影响(＜5％的降低)。但是，参照未加热的样品，加热到125℃的青豌豆泥绿色度(a*值)的损失约为30％。当如同常规热处理中那样增加125℃下的加热时间时，青豌豆的绿色度(a*值)相对于未加热样品来说进一步褪色(degrade)38％。
图31A和31B描述了微波加热至130℃并在环境条件下贮存于无菌包装中的甘薯泥的流变测试结果。环境条件下的贮存对于泥的流变性能没有影响。被贮存的样品保持了与冷冻贮存的泥相当的动态粘度和(η*)和凝胶强度(G′)。
图32描述了与从本地罐头厂直接购买的冷冻和罐装的泥(罐装的甘薯泥；罐尺寸为10号)相比，微波加热的甘薯泥的颜色评价。与冷冻的泥相比，微波处理导致b*值(黄度)增加25％、a*(红色度；＜1％)和L*值(亮度；＜2％)稍有降低。在22℃下贮存无菌泥3个月进一步使a*和L*值分别降低了2.2％和4.5％，而b*值比冷冻泥高约15％。罐装的泥为黑褐色，L*值比那些冷冻泥低约10.5％和7.5％。
图33-36表示颜色退化数据和对于所有比较条件下最差情况方案的推测。
图37是将如此处公开的基于MW的方法与常规灭菌处理和罐装方案的Fo值和Co值相比较的示意图。
图38是用于实施例10的高温颜色退化装置的示意图。
图39是描述于实施例10中的实验装置的照片。
图40是显示样品腔室装配的照片，以及具有包含与实施例10所述的样品材料接触的3点热电偶探针的智能垫片入口(Smart gasketport)的特定三夹钳(tri-clamp)。
具体实施方式
I.一般性考虑
连续流微波加热是食品加工方法中的一种正在发展的技术。使用这一技术的乳制品均匀加热已经在先前测试(Coronel et al.，2003)中得到展示。使用微波加热食物产品受到材料的介电性能的制约。如Fesina et al.，2003的文献中所报道的，甘薯(SPP)的介电性能处于与已经鉴别为有希望使用连续流微波加热系统进行加工的其它产品的类似范围内(Coronel et al.，2004)。在一些实施方案中，本文公开的主题代表了关于通过连续流微波加热系统加工的灭菌包装且可稳定储存的蔬菜泥以及用于制备所述蔬菜泥的方法的首次公开。
本文公开的主题提供了方法和一类新产品。所述的方法是材料(可泵送的食品或其它生物材料)运送、暴露于电磁能量、以及通过主动或被动温度平衡(temperature equalization)的温度控制的独特组合。所述的温度平衡通过预先的、同时的和后续的快速温度升高阶段来提供辅助的热平衡(thermal equalization)措施，其中所述温度升高阶段如下完成：在经过由微波(MW)和/或无线电射频(RF)可穿透材料制成的腔室或管泵送期间，将流动食品或其它生物材料暴露于电磁辐射能量场(无线电射频或微波频率范围)。
可在一个或多个阶段中通过MW和/或RF能量可穿透的流通腔室或管的材料运送(泵送)期间的实现对电磁能量场的暴露，前提是至少一个加热阶段导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率。
在一些实施方案中，通过可穿透的腔室/管运送(泵送)待处理的材料，由此在至少0.25加仑/分钟的体积流速下实现了最小的温度升高速率，但是也可以使用不同的流速。
机械温度平衡步骤可以通过使用静态(static)或主动(active)混合装置的任何组合来实现，其中所述混合装置的作用是提高具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换，这在没有这些混合元件时不会发生。机械温度平衡步骤可以在上述对电磁能量场的暴露之前、期间或之后，通过任何单独的或组合的方法或处理而实施。典型地，与没有所使用的(主动或被动的、在之前、期间或之后)混合元件的跨越材料流动的温度分布变化性(标准偏差)相比，在电磁能量暴露阶段(MW和/或RF可穿透腔室/管)的入口点、内部点和/或出口点，机械混合阶段导致跨越材料流的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。
就不需要用来实现灭菌所需的温度升高的加热表面这点来说，所公开的方法也是独特的。这意味着在普通加工条件下，与被加工材料直接接触的任一及所有表面的温度不会超过产品物料本身内部的最高温度水平。
所有列举的处理和装置均在确认(通过测量)用于完成商业灭菌所需的适当温度和/或时间-温度历史记录水平之前实施。在所述的步骤之后，食品或其它生物材料可以被(a)在预定的温度水平或范围保持预定长的时间(典型地，使用灭菌加工系统的保持管区段)，在灭菌条件下冷却并包装以及气密封装进入预先且独立灭菌的包装物中；(b)在大气压或升高的压力条件下热(在预先确定的温度水平)填充到非无菌包装物中，以完成与进行灭菌的食品或其它生物材料接触的包装物表面以及材料本身的同时灭菌。在该情况下，所述包装物被气密封装而所含的产品仍然是热的。
在另一情况中，所得气密包装的、可稳定储存的、商业无菌的产品包括具有如下的独特物理和化学性能的食品或其它生物材料：与使用任何其它可商业获得的方法(包装内(in-pack)灭菌、使用包括套管热交换器、刮面热交换器以及采用热表面常规热交换原理的其它热交换器类型的常规/间接连续流加热方法)的热装填进行灭菌的产品相比，质量属性(如营养含量、颜色、质地、风味和总体外观)可被保存至高得多的程度。与使用包括使参照食品或其它生物材料与温度总是高于所述参照食品或其它生物材料的表面接触在内的热处理方法灭菌的参照食品或其它生物材料相比，所述质量属性在一些实施方案中可以被保持为高至少5％的程度，在一些实施方案中高至少10％的程度，在一些实施方案中高至少15％的程度，在一些实施方案中至少高20％的程度，在一些实施方案中高至少25％的程度，以及在一些实施方案中高至少30％或更高的程度。
本文公开的主题提供了采用可获得的和新研发的加工元件的结合的新方法，来实现食品或其它生物材料的快速灭菌，并同时相对于使用常规热处理加工(间歇或连续加工)来说最小化质量损失和最大化营养保持。所获得包装物尺寸和获得产品的范围可以包括从单一供应尺寸(single serving-size)至含有大量内容物(例如100加仑或更多)的包装物。产品质量在整个包装尺寸范围内均匀地高，使得所述方法和产生的产品与广泛范围的可能进行加工的材料和市场相容，其包括进一步加工、机构分配(餐厅、咖啡厅、医院等)以及用于直接消费或进一步加工为其它具有附加值的产品的出口市场。
本文公开的内容限定了用于生产热处理过的、可稳定储存的、商业无菌的食品或其它生物材料产品的热加工和处理的条件。由所述方法加工的产品和材料可以是高酸性或低酸性的。当应用于具有高含量的碳水化合物和/或蛋白质的粘性食品或其它生物材料时，本文公开的主题提供了最为显著的优点。
本文公开的主题还介绍了主动和/或静态混合元件，该混合元件是在连续流经过可穿透的流通腔室或管输送期间通过单一阶段或多次暴露于电磁(微波和/或无线电射频或覆盖无线电射频和/或微波范围的频率的任何结合)能量进行加热之前、期间和/或之后进行温度平衡的装置。
用于实现完成可稳定储存的、商业无菌产品的快速灭菌所必需的温度水平和温度水平分布的本技术主要依赖于通过间接加热的热交换以及食品或其它生物材料与被加热表面的接触。这导致热交换的低速率以及主体材料温度增加的低速率，并导致暴露于热表面的时间延长以及相关联的质量属性(例如营养含量、味道、颜色、总体外观和质地)的退化时间延长。通常，生物材料被烧焦在热交换表面上，导致降低的热传递和加工运行时间。烧焦材料的剥落同样可能造成最终产品具有臭味。在数量非常有限的情况中，通过将蒸汽注入进入产品或者将产品浸入过热蒸汽环境，使加工的材料与过热蒸汽直接接触，由此可以实现更快速的热传递。在所述两种情况中，材料的组合物受到消极影响并且需要随后从产品去除水。此外，这些方法仅可用于具有非常高的热扩散系数以实现完成所需的快速加热所必需的快速热分散的窄小范围的产品。对于更厚的、更粘或具有悬浮固体颗粒的均匀材料，这些方法并不适用。
在一些实施方案中，本申请所公开主题的要素之一是具有高的碳水化合物含量和/或高的蛋白质含量的粘性或弱凝胶材料以及通过实施所公开的灭菌步骤获得的展示出剪切稀化及屈服应力的产品所组成的组；具体说来是可稳定储存的高碳水化合物和/或蛋白质含量产品。
这些产品的独特性质可以根据材料而不同，然而存在如下的几项共同要素：
·所述产品处于可泵送的状态，以实现贯穿整个加工和包装阶段的连续输送模式
·与通过任何其它目前可获得的加工和储存工艺相比，通过实施本文公开的主题获得的无菌、可稳定储存产品的保有的质量属性更接近于原始的材料属性和特性。这些属性和性质可以是蛋白质退化/变性率(最小化的)；颜色、粘度、质地、味道和/或营养含量的保有率(最大化的)和/或上述列举的标准之外的不希望的化学和物理变化率(最小化的)。取决于被加工的材料，这些标准可以表示为各种化学成分的保留，例如热敏感的维生素(微生物C/抗坏血酸；β-胡萝卜素/维生素A；维生素B1等)或者天然产生的颜料和/或抗氧化剂(叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷等)。
·高水平的保留的属性和特性均匀地遍布被包装的环境(即这些特性的变化和范围在包装物内的所有点中均处于最小限度)，而无论包装物尺寸和形状(这与目前可获得的类似可稳定储存的产品不同)。
最近，已经了解了很多关于用于将快速加热处理传递至食品或其它生物材料的连续物流的尖端装置。例如使用电阻性的、电加热的、无线电射频的和微波能量的快速加热的处理均要求将所需水平和速率的热传递至加工材料所需要的速度和效率。
可能这类装置中最尖端和先进的就是由Industrial MicrowaveSystems of Morrisville(North Carolina，美国)生产的获得专利的圆柱形微波加热器/反应器。这些装置使用精确模制和仔细匹配于所选择目标材料的专卖的调焦结构的制品进行构建，从而实现均匀的加热速率和出自所述加热器/反应器暴露腔室的材料中的均匀温度分布。
不幸的是，虽然所述设计对于所选择材料性能的集合的精确匹配在理论方面非常清楚且具有令人印象深刻的技术优点，但也显现出该技术在实践应用方面的最显著缺点；并且有可能随着时间变为对其更为广泛的工业和商业应用的最大障碍。
对此的原因是多重的。虽然单一材料在单一严格定义的条件集合下实现理论上完美的(均匀)的温度分布是理想的，但是这样严格定义的材料性能集合和严格定义的条件集合在食品或其它生物材料加工的现实世界中很难同时满足。
投资于多个分离且单独的反应器/加热器装置的替代方案将是非常昂贵和麻烦的，其中每一反应器/加热器装置需要分解和重组生产线以适应来自加工机械可能面对的非常广泛的各种具体限定(narrowly defined)的材料。
在连续物流微波和/或无线电射频处理的实施中应该考虑的性能和加工参数条件很多，并且可以相互依赖于其它条件如温度、实施的剪切速率以及在加工期间材料中所伴随的物理和化学改变，其包括但不限于如下：
·材料的介电性能(决定微波能量转化为热的速率和效率的性能)依赖于温度、组成以及伴随的物理和化学变化。即使是当其处理精确地配合于某一集合的材料性能时，公知食品或其它生物材料具有多变的组成，由于生长条件、培育习惯、培育品种的类型、季节、存在或缺少有害物以及地域和季节性气候的自然变化都可能影响材料的组成以及由此的所获微波和/或RF处理的匹配和效率及质量。
·聚焦实施装置的设计典型地集中于单一或窄范围的介电性能(基于加工期间单一或窄温度范围的暴露进行假定)。但是，加热期间达到的温度差远远超过加工元件的设计中所假定的范围。在一些情况中，对于在设计期间未纳入考虑的温度范围和产品类型，这导致能量偶合效率降低以及降低的温度均匀性和大的(在某些情况中是严重的)温度分布多变性。
·加热期间和之后产品的流动分布依赖于温度范围、体积和质量流速、以及所运送材料的物理性能如粘度和质地。在多数情况中，这些性能既依赖于温度也依赖于剪切速率。除了层流和湍流分布的典型情况之外，还存在无限数量的中间态和独特的流动分布情形，其包括由局部加热和由升高的温度和剪切速率引起的粘度降低所造成的沟流。所有这些情况总和成一系列极其复杂的遇到的和可能遇到的条件的集合，这些条件不能得到合理地解决以及并入到采用选定的加热模型近似条件的窄集合的良好控制的灭菌方法中。
·灭菌过的食品和其它生物材料在暴露于灭菌水平的热处理期间经历非常大量且不同的化学和物理变化。这些包括摄入和释放来自存在于食品和其它生物材料中的不同生物聚合物和大分子结构的水(水与蛋白质、碳水化合物和多糖分子相联)。该水可以基于各种条件结合和释放，所述条件包括但不限于pH、温度、溶质或固体的浓度、环境的离子强度等。影响所加工材料的介电、流动和热分散行为的其它变化包括展开的和变性的蛋白质、凝胶(例如果胶和淀粉基凝胶)的形成和崩解、物理形态的变化如熔融和/或液体成分的固化。最后，化学变化和反应不仅影响物理性能特别是介电性能，而且导致热能的产生(放热)或消耗(吸热)，额外导致材料中与之相联系的且与加热过程和方法本身无关的温度升高和/或降低。
总的说来，所有列举的和其它因素和参数都可能将严格限定且设定目的的聚焦装置的应用限制至少的情况，在这些情况中这些变化不存在或处于最小化或者其中热扩散性能或自然流动湍流高得足以为流动提供同时的温度平衡效果。不幸的是，这些材料一般价值较低，其投资价值使得其难以使用尖端的、高成本灭菌设备如RF或MW加热单元，并且可以由其它可获得的方式容易且更经济地加工这些材料。
进一步地，目前可获得的模型和模拟技术以及计算设备仅仅能够提供对所列举的改变和变化的近似。随着这些模型的复杂性提高并且更多的因素被整合至模拟中，可以从这些模型获得非常有价值的信息和认识。但是，它们目前仍然不足以提供充足和全面的基础以给出解读这些复杂过程所需的所有要素和参数。
本文公开的主题因而代表着解决上述问题的可行的解决方案。通过将额外的混合和温度平衡装置在操作条件更宽的集合以及可用材料宽得多的目标范围下引入到处理中，并同时保持使用单一类型或结构设计的能量聚焦装置，可以实现至少两项优势。例如通过实施静态或主动的机械混合作为温度平衡(该温度平衡在经由暴露于电磁能量场进行的加热之前、期间或之后进行)的方法，本文公开的主题提供了可行的策略以用来扩展目标加工产品的范围、温度范围、流速和分布条件，并且还可以适应并平衡上述列举的所有参数和因素所产生的影响；并且(b)当与主动或静态混合结合时，所述方法和昂贵聚焦结构的使用对于在可接受的均匀性和分布条件下达到灭菌水平温度并不是决定性的。换句话说，此处描述的设备和方法可以扩展电磁能量照射的替代性聚焦和非聚焦方法的应用范围以及快速灭菌速度的传递和效果。
本申请所公开的方法和设备适用于大量不同的食品和其它生物材料。泥和匀化的(homogenize)水果可以被处理至适当的温度水平(95-100℃)以用于高酸性材料的灭菌保存以及冷或热填充和在无菌条件下填充。
通过使用再循环的加热技术来评估和描述遇到的温度分布和在处理期间通过静态或主动混合来实现这些分布的需求，共同发明人已经得出了对于多于50种不同食品和材料的初步数据。
如下专利和专利公开的内容以其整体引用的方式并入本文：美国专利号6,797,929；6,583,395；6,406,727；6,265,702；6,121,594；6,087,642；和5,998,774；美国专利公开20030205576和20010035407；以及PCT国际专利申请公开WO 0143508、WO 0184889和WO0036879。
II.定义
尽管相信如下术语是本领域普通技术人员所公知的，还是提供了如下定义以便于对于本申请所要求保护的主题内容的解释。
沿袭长期存在的专利法惯例，本文使用(包括在权利要求中)的概述的术语(“a”、“an”和“the”)表示“一个(种)或多个(种)”。
本文中使用的术语“约”在表示数值和量(例如相对于其它测量值来说)时，意欲包括所限定的数值或量的如下变化范围：在一些实施方案中为±20％，在一些实施方案中为±10％，在一些实施方案中为±5％，在一些实施方案中为±1％，以及在一些实施方案中为±0.1％，这些变化都是适当的。
本文中使用的“显著性”或“显著的”涉及在两个或更多实体之间存在非随机关联的概率的统计分析。为了确定某一联系是否为“显著的”或者具有“显著性”，可以对数据进行统计学处理以计算出概率，其在一些实施方案中表达为“p-值”。落入使用者定义的截止点一下的那些p-值被认为是显著的。在一些实施方案中，p-值小于或等于0.05，在一些实施方案中小于0.01，在一些实施方案中小于0.005，以及在一些实施方案中小于0.001被认为是显著的。
本文公开的主题提供了用于热处理可流动材料的连续流方法。本文中使用的术语“可流动材料”表示可以以基本上均一的方式从一点流动到另一点的任何材料。例如在一些实施方案中，可流动材料包括以屈服应力为特征的剪切稀化或剪切稠化的高粘性/半固态材料。
在一些实施方案中，基于生物材料的流变性、介电性和热物理性能选择生物材料。在一些实施方案中，所述生物材料具有选自如下的一种或多种特性：高淀粉含量、高蛋白质含量、高固体含量、高粘度(例如在约25℃的粘度使得常规热处理方法不适合)和低的热传导率(例如低于1W/m·K)。在一些实施方案中，所述生物材料包括浓的蔬菜泥、生物材料的弱凝胶等。包括甘薯泥的浓/粘性食品或生物材料的代表性流动性能和屈服应力表示在表1和2中。
表1
25℃下粘件食品生物材料的流动性能
  食品产品     固体(％)   稠度系数(K)   流动行为指数(n)   屈服应力(Pa)
  甘薯泥A1     16   18.8   0.39   89
  甘薯泥B2     20   13.39   0.25   10
  婴儿食品，香蕉(Gerber)     15   28   0.59   28
  婴儿食品，桃子     16   1.4   0.6   13
  梨子泥     18   2.3   0.49   3.5
  梨子泥     45.7   35.5   0.48   33.9
  苹果酱     11   11.6   0.34   11.6
  苹果酱     18   34   0.42   34
  番茄糊     30   208   0.27   206
1共同发明人的数据，报道于Coronel et al.，2004。
2报道于Kyerreme et al.，1999。
表2
流质食品的屈服应力
  产品     σo(Pa)     测量方法   来源
  番茄酱     22.8     外推法   Ofoli et al.，1987
  芥末     34.0     外推法   Ofoli et al.，1987
  奇妙酱     54.3     外推法   Ofoli et al.，1987
  杏泥     17.4     外推法   Ofoli et al.，1987
  牛奶巧克力     10.9     外推法   Ofoli et al.，1987
  剁碎的鱼糊     1600-2300     外推法   Nakayama et al.，1980
  蛋黄酱     24.8-26.9     应力引发流动   De Kee et al.，1980
  番茄酱     15.4-16.0     应力引发流动   De Kee et al.，1980
  番茄糊     83.9-84.9     应力引发流动   De Kee et al.，1980
  粗肉面糊     17.9     外推法   Toledo et a1.，1977
  番茄泥     23.0     应力衰退   Charm，1962
  苹果酱     58.6     应力衰退   Charm，1962
  番茄糊     107-135     挤压流   Campanella & Pelegi，1987
  番茄酱     18-30     挤压流   Campanella & Pelegi，1987
  芥末     52-78     挤压流   Campanella & Pelegi，1987
  蛋黄酱     81-91     挤压流   Campanella & Pelegi，1987
  苹果酱     45-87     挤压流   Campanella & Pelegi，1987
  苹果酱     46-82     叶片(vane)法   Qui & Rao，1988
  番茄酱     26-30     叶片法   Missaire et al.，1990
  意大利面酱     24-28     叶片法   Missaire et al.，1990
  番茄泥     25-34     叶片法   Missaire et al.，1990
  南瓜馅     20     叶片法   Missaire et al.，1990
  苹果酱     28-46     叶片法   Missaire et al.，1990
  婴儿食品，梨     49     叶片法   Missaire et al.，1990
  婴儿食品，桃     25     叶片法   Missaire et al.，1990
  婴儿食品，胡萝卜     71     叶片法   Missaire et al.，1990
也可参见Steffe，1996
本文中所用的术语“热处理”及其文法上的变体表示将可流动材料(例如生物材料)暴露于一定条件，在混合下随着时间或通过暴露于电磁辐射，由此所有可流动材料的温度升高至适当的水平以完成处理。在一些实施方案中，设计热处理以对生物材料进行巴氏灭菌或灭菌。
本文中所用的术语“巴氏灭菌”和“巴氏灭菌的”表示足以杀死在生物材料中包含的足以致病的微生物的处理，该处理使得生物材料可以食用或者给予受试者而不会受到例如沙门氏菌、李司特氏菌或其它致病性微生物的感染的威胁。对于实用目的，巴氏灭菌可以视作使得致病性微生物进入在冷藏条件下不能繁殖或生长的状态的处理。巴氏灭菌方法在一些实施方案中造成产品中的细菌至少减少4个对数周期(log cycle)，在一些实施方案中至少减少6个对数周期，以及在一些实施方案中至少减少9个对数周期。
本文中所用的术语“超级巴氏灭菌(ultrapasteurization)”表示导致灭菌产品在环境或冷藏条件(例如4℃或更低，但是高于冷冻)下所具有的稳定储存期限高于使用如前已知的巴氏灭菌法可获得效果的巴氏灭菌法。参见例如美国专利号4,808,425(此处引用的所有专利的公开内容以其整体并入此处)。本文中所用的短语“稳定储存期限”表示产品可以储存和/或可以在某些特性在储存期间改变使产品变化到造成该产品对消费者失去吸引力的程度之前销售给消费者的时间量。可能在产品的储存期间变化的代表性特性包括但不限于颜色水平、粘度水平、味道特征、风味和微生物水平。因此，超级巴氏灭菌方法生产出可出售的储存期限延长的产品：例如储存期限在一些实施方案中多于10天，在一些实施方案中多于14天，在一些实施方案中为4-6周以及在一些实施方案中高达36周或更长。
在一些实施方案中，超级巴氏灭菌指的是：a)在引入生物材料之前对加工单元的接触表面区域进行灭菌，b)卫生物材料提供的热处理高于与巴氏灭菌一般性关联的热处理，但低于将被认为商业无菌的热处理，尽管可以使用商业无菌范围内的处理，c)包装入储存期限延长(ESL)的填充物和/或无菌填充物和d)储存期间在冷藏条件下保持产品。超级巴氏灭菌的产品不会被视作需要来自美国食品和药物管理委员会(US Food and Drug Administration)的允许生产的不拒绝通知(no rejection letter)的低酸可稳定储存产品，但是必须冷藏并具有有限的储存期限。
在一些实施方案中，热处理导致可稳定储存的生物材料。本文中所用的术语“可稳定储存”表示相对于未经过此处所述热处理的相同生物材料来说，生物材料可以在室温下保存延长的时间段而不会出现损坏或微生物的生长。可稳定储存的生物材料在一些实施方案中可以在室温下保存多于10天，在一些实施方案中多于14天，在一些实施方案中为4-6周以及在一些实施方案中高达36周或更长而不会出现损坏或微生物的生长。对于可稳定储存的商业无菌产品来说，具有一年或更长的储存期限是非比寻常的。
可稳定储存和商业无菌对于本申请所公开主题的目的来说可以互换使用。其要素包括：a)在引入生物材料之前对加工单元的接触表面积进行灭菌，b)卫生物材料提供热处理，其在统计学限制范围内排除了微生物及其孢子在环境温度下生长的风险，c)使用无菌填充物包装入气密容器和d)分配储存期间在环境条件下保持产品。低酸的可稳定储存产品要求来自美国食品和药物管理委员会允许生产的不拒绝通知。
应该注意到“可稳定储存”和“可出售的储存期限”并不一定是可互换使用的术语。例如产品可能可稳定储存超过其可出售的储存期限的一段时间。假定对于产品可能随着时间所发生的变化与微生物的生长无关并且可能负面地影响可出售的储存期限，则给定产品的可出售储存期限通常短于其可稳定储存的时间段。
术语“无菌包装”或者在无菌填充物中包装意味着排除了除产品自身所携带之外的微生物及其孢子。在生产开始之前对无菌包装填充物进行预先灭菌。在一些实施方案中，无菌包装材料在引入热处理的生物材料之前进行灭菌。
术语“生物材料”表示包括生物学成分如蛋白质、淀粉或糖的任何材料。代表性的生物材料是能够使用热处理(例如连续流热处理)进行加工的那些。在一些实施方案中，生物材料是食物或食物产品。
术语“生物材料”也意味着表示容易偏离标准质量或特性(如果暴露于某种环境条件，或者如果没有适当地处理以达到标准特性或质量)的固体或液体材料或产品。在一些实施方案中，“生物材料”指的是食品材料。术语“生物材料”因而也意欲包括将要被消费者摄入或者引入至消费者的材料或产品。
例如食品和其它生物材料容易偏离标准质量或特性。在各种因素中尤其是如果包装物中的食品或其它生物材料没有适当地冷藏或者没有热处理至充分水平以杀死食品或其它生物材料内的微生物及其孢子，则可能发生微生物在包含于包装物内的食品或其它生物材料中的生长。微生物生长使得食品或其它生物材料的特性偏离标准特性。例如微生物生长可能在包含食品或其它生物材料的包装物内产生气体。所述气体，主要为微生物代谢过程产生的二氧化碳，代表了与在类似包装物中的食品或其它生物材料的标准特性的偏差，其中在类似包装物的标准质量食品或其它生物材料中本来不应该存在这样的气体。进一步地，微生物生长本身也可代表与标准(也就是没有微生物生长)的偏差。
“生物材料”的其它实例包括药物、血液和血液产品、以及个人健康产品如洗发水。虽然个人健康护理产品如洗发水不会被消费者摄入，但是它们通常包括生物组分如蛋白质。
术语“特性”用来表示生物材料或用于生物材料的包装物的特征。特别地，术语“特性”意欲描述决定生物材料或生物材料的包装物是否适合由消费者使用和/或摄入的生物材料或生物材料的包装物的特征。术语“质量属性”可包括此处公开的可能为给定的生物材料所需的任何特性。术语“质量概况”因而可以表示此处公开的可能为给定的生物材料所需的特性或质量属性的任何组合。
然后，术语“标准特性”意欲表示生物材料和/或用于生物材料的包装物的显示该生物材料和/或用于生物材料的包装物适合由消费者使用的特性。在一些实施方案中，术语“标准特性”可以意味着相对于可以与未知特性相比较的给定特性的标准或质量水平。
例如生物材料的特性和标准特性可以分别包括生物材料组合物的特性。本文中所用的术语“特性”可以为“质量属性”，其旨在表示当其变化影响到处理过的生物材料对于消费者来说的可取性时的生物材料的特性。代表性的质量属性包括但不限于营养含量、颜色、质地、味道、总体外观、脂肪含量、水组成及其组合。
本文中所用的术语“热平衡”表示其中生物材料的温度在选定的区域(例如横截面)中基本上均匀的条件。因此，“热平衡”是其中跨越选定区域的温度分布变化得到最小化的状态。虽然并不要求选定区域的温度处于任何设定数值的度数之内，热平衡可包括的温度变化在一些实施方案中不超过20℃，在一些实施方案中不超过15℃，在一些实施方案中不超过10℃，在一些实施方案中不超过8℃，在一些实施方案中不超过6℃，在一些实施方案中不超过5℃，在一些实施方案中不超过3℃以及在一些实施方案中不超过1℃。或者，热平衡可以以穿过选定区域(例如横截面)的变化百分比来表示。因此，变化百分比可以包括的选定区域内最高和最低温度之间的差异在一些实施方案中为低于20％，在一些实施方案中为低于15％，在一些实施方案中为低于10％，在一些实施方案中为低于8％，在一些实施方案中为低于5％，在一些实施方案中为低于3％，在一些实施方案中为低于2％，以及在一些实施方案中为低于1％。
在一些实施方案中，热平衡包括足够小的温度差异，以使得最低温度足以完成热处理的目的而不会在选定区域的任何位置负面影响生物材料的所需性质。
在一些实施方案中，混合可流动材料促进了热平衡。在一些实施方案中，在加热/暴露于电磁辐射之前、期间或之后，通过导管的流经区域的横截面的形状、分布和/或面积大小的静态或动态改变来完成混合。形状可参考导管横截面的几何形状，其可以在从圆形到椭圆再到三角形等的范围内变化；分布的改变源自插入物的使用，如单个或多个搅拌棒、轴或其它这样的突出部位；以及面积的大小可以参考流经导管直径的增加或减少以及由具有不同的横截面和/或搅拌棒附属物或静止的流动障碍物造成的流经面积的变化。
如本领域公知的，术语“气密封装”意味着其中包含材料(例如生物材料)的包装物被封装为排除了微生物及其孢子的任何封装过程。在生物材料的情况中，所述生物材料在封装之前进行热或其它方式的处理，以除去微生物及其孢子。假设实施了其它必需的适当储存条件的话，被适当地气密封装于包装物中的恰当处理过的生物材料将可能保持适合于消费者在较长的时间短内摄入或用于其它用途。因此，术语“气密封装的包装物”或类似用语、术语“气密封装”可以被进一步定义为具有密封装置的包装物，其中所述密封装置使包装物中所包含的生物材料保持适合于消费者在较长的时间短内摄入或用于其它用途。
术语“灭菌的”、“无菌”及其文法上的变体用于表示产品中没有能够在任何条件下存活的微生物或孢子(在优化的实验室条件下也不能够分离和生长)。在一些实施方案中，商业无菌产品是希望的。术语“商业无菌”意欲表示通过应用单独的充分加热或者与其它因素和/或处理结合的充分加热以使得产品中没有能够在一定状态下在该产品中生长的微生物和/或孢子的条件，其中所述的一定状态指的是将要在分配和非冷藏、环境温度下的储存期间保持产品的状态。商业无菌产品可具有能够在某些条件但并非产品的储存条件下萌芽并生长的孢子。在商业无菌产品中生长的孢子是不会致病的。
术语“热性能”意欲表示与材料(例如生物材料)接受或释放热量的方式相关的可流动材料(例如生物材料)的任何性能。实例包括但不限于导热率或热渗透(heat penetration)速率、冷却速率、温度及其结合。代表性的热性能包括温度改变的速率，其包括热渗透速率和冷却速率。
本申请公开主题的方法可以在连续流处理中使用。本文中所用的“连续流处理”指的是其中在使用的处理设备中保持产品的连续物流的方法。连续流热加工设备可包括加热、保持和冷却区段，其中产品的连续物流得到保持。
当使用连续流处理时，可以使用等当点方法(equivalent pointmethod)来评估用于实践本申请公开主题的热处理。该方法描述了连续流设备中产品所接受的总的热处理。使用等当点方法以分析连续流加热期间对产品的热效果的过程已经如前指出(Swartzel，1982；Swartzel，1986；美国专利号4,808,425)并且对于本领域技术人员来说是公知的。
在一些实施方案中，本文公开的主题利用了与微波和无线电接收相关的电磁波谱部分(即具有约500千赫(KHz)-约110兆赫(MHz)的频率的无线电波；或具有约1米-104米的波长的无线电波)。特别地，本文公开的主题使用了高频电磁辐射。本文中所用的短语“高频电磁辐射”(HFER)表示本领域技术人员所认识的包括无线电射频和微波的电磁辐射。因此，HFER可具有约3×1012波/秒或更低的频率，在一些实施方案中，为约15MHz-约300GHz。HFER可具有约1×10-4米或更高的波长，并且在一些实施方案中为约1毫米-约20米。改变电流产生所需频率和波长的电磁波，其传播速度取决于电磁波在其中传播的介质。给定的可流动材料(例如生物材料)中特定波的波长(λ)由保持恒定的频率f(其为发生器的函数)和v(其依赖于波在产品中的速度)的信息确定。
在一些实施方案中，本文公开的主题包括微波加热。用于微波加热的频率包括划分为微波的整个范围。在美国仅有4个具体频带被用于工业的加热应用。这4个频带由Federal CommunicationsCommission(联邦通信委员会)进行分配并且被称之为Industrial-Scientific-Medical(工业、科学与医学)或ISM频率。这些频带的频率为915MHz、2450MHz、5800MHz和24,125MHz。工业微波设备的使用者被允许在这4个频带上产生不受限制的能量，选择这4个频带以使其不会干扰雷达和通信。虽然本文公开的主题可以并入ISM频率的加热，但是本文公开的主题并不限于这些选择出来的频率。
本文公开的主题利用HFER以在进行处理的产品内产生热量，造成微生物遭到破坏而不会损失产品的功能性，并且获得减少的或免除产品在与生物材料直接接触表面上的沉积。使用电磁辐射的微生物灭活可能是由于热效果，如在传统的加热过程中，可能包括微生物的生化组分与电磁场之间未知的相互作用所造成的热效果，或者其结合。参见例如Adey，1989。但是，电磁波产生的加热所获得的微生物破坏水平与仅使用传统加热的水平近似。参见例如Goldblith，1975。
在本文公开的主题中，HFER在与可流动材料(例如生物材料)发生相互作用时被转化为热量。电磁能量的吸收增加了吸收介质分子的动能，并提高吸收介质的温度。因为热量在进行处理的产品内部产生，不需要与作为热量交换表面的受热表面接触。因此，当使用HFER处理时，减少或者排除了污垢或与受热表面接触的生物材料的燃烧。在连续流设备中，这使得可以使用延长的加工运行时间并在需要清洁设备前通过实现更高的产品通量而获得更高的效率，同时生产的产品具有良好的功能性特性并排除了之前附着于热交换器壁上可能产生臭味的烧焦剥落的材料。
使用间接热交换器的多数连续流处理方法均被设计为最大化断流、高剪切流以达到遍及可流动材料(例如生物材料)的充分热转移。在HFER加热中，特定物质以与液体相同的速率加热，使得连续流处理设备能够被设计为与生物材料的特性较少相关。对蛋白质的剪切应力可得到减少，并可以排除对于从生物材料产生高度均匀液体的需求。因此，在连续流设备中实践本文公开的主题时可以采用低剪切泵。
HFER加热与电阻加热的显著区别在于加热器设计和控制并不依赖于所进行加热的材料的具体导电率。例如不同的生物材料可能具有充分不同的导电率使得以相同的电阻加热器对其加热特别困难，而本申请公开主题的HFER方法和设备应该能够同样有效地加热每一产品。HFER加热不会像在使用高能离子辐射以加热各种生物材料时所发现的那样产生自由基并导致风味变弱。
用于产生所需频率电磁波的任何方法均可用来实施本文公开的主题。可以使用能够产生高频无线电波或微波的任何商用或工业用发生器。发生器可以并联或串联加入以提高产量或温度。发生器可以被谐波抑制或者采用其它结构以符合电磁发射所需的标准。
在用于实践本申请公开主题的方法的设备中，插入待处理的产品和HFRW发生器之间的结构由对于电磁辐射可穿透的材料构建。本文中所用的短语“对于电磁辐射可穿透”表示其中电磁辐射(例如无线电射频或微波)基本上能够穿过材料的材料特性。类似地，术语“射线可透过”和“微波可穿透”表示可以分别透过无线电波和微波的材料。例如在如图1所示例的连续流设备中，携带生物材料的邻近HFRW发生器的导管由射线可透过或微波可穿透的材料制造。本文中所用的术语“射线可透过”表示对于本申请公开主题的方法中使用的无线电波来说基本上可穿透的材料；虽然该材料也可以透过其它频率的电磁波，但是这并不作为要求。类似地，术语“微波可穿透”表示对于微波基本上可穿透的材料。合适的射线可透过和/或微波可穿透材料的实例包括聚四氟乙烯(例如以TEFLONTM或HOSTAFLONTM上市的产品)，以及聚碳酸酯树脂如LEXANTM或玻璃(例如KAMXTM回火玻璃加工管)。对于本领域技术人员来说显而易见的是，射线可透过和/或微波可穿透材料的使用仅仅要求其允许生物材料充分暴露于HFER。
在本申请公开主题的方法所使用的连续流设备中，可以使用用来建立可流动材料(例如生物材料)的连续物流的任何装置以实施本文公开的主题。可以用来建立所述物流的一种示例性泵是变容真空泵，但是变容真空泵(定时泵)通常需要精确地限定产品物流在保持区段中的保留时间。变容真空泵可以与其它泵送装置结合使用，例如离心泵。
通过对本申请公开内容的回顾，对于本领域技术人员来说显而易见的是必须产生可流动材料通过设备的适当流动以使得可流动材料以适当的速率在处理设备中递送。用于产生可流动材料(例如生物材料)的流动的代表性装置包括但不限于重力流动导管和泵，例如SINEPUMPSTM(Sine Pumps，Curacao，Netherlands Antilles)，螺旋式泵或其结合。也可以使用可逆的热固性载体凝胶剂(medium gel)(例如甲基纤维素溶液)。
通过使用本申请公开主题的方法和设备，使得将生物材料由低于40华氏度(但高于冷冻)的温度处理至高达160华氏度以上(但低于烹调温度)的温度成为可能。然后，产品可以在最终温度下保持足以破坏有害和致病细菌的一段时间，如下文中所讨论。
可以在HFER处理之前使用任选的预热步骤以将可流动材料(例如生物材料)预加热至约120华氏度至155华氏度之间的温度。预热系统可包括但不限于常规的加热系统，如平板式、扫掠式(swept)、管式换热器、电阻系统、蒸汽喷射、热水注入、热流态食品注入等。
在一些实施方案中，可流动材料(例如生物材料)在加工期间受到的总的热处理必须足以使产品中的微生物数量降低至可接受的水平。恰当的热处理可以通过预先调整保留时间得到促进。本文中所用的术语“保留时间”具有工业中所使用的一般意义。
在一些实施方案中，热处理足以产生在环境或冷藏条件下具有约4周至约36周的储存期限的产品，以及在一些实施方案中在环境或冷藏条件下具有约8周至约36周的储存期限的产品。本文中所用的术语“冷藏”意味着在等于或低于4℃但高于冷冻的温度下储存。
为了生产均匀处理的可流动材料(例如生物材料)，每一单位的可流动材料(例如生物材料)应该受到基本上相同的热处理。这可以根据本文公开的主题，通过将每一单位的可流动材料(例如生物材料)暴露于相同的HFER能量并且混合，同时其它条件保持基本上均匀来完成。
热处理之后，产品可以随后使用常规的冷却系统进行冷却，其中所述冷却系统包括但不限于平板式换热器、扫掠曲面(swept surface)式换热器、液氮注入、CO2气体注入或其它惰性气体的注入、或者浸没至水浴中。
连续流设备的各元件通过任何常规材料(如不锈钢管道)形成的生产线相互连接。
为了获得具有降低数量的微生物的产品，处理设备可在生物材料从其中通过之前进行灭菌。如本领域公知的，灭菌可以如下完成：使热水在压力下通过处理设备，从而使得热水与将要接触产品的那些平面接触，其接触的温度和压力以及时间足以对这些平面进行灭菌。也可使用任何其它处理设备的灭菌方法。
未包装的可流动材料(例如生物材料)可以在处理后无菌包装。“无菌包装”意味着包装为排除了除材料自身携带(如果有的话)以外的微生物。适合用于无菌包装生物材料的设备可商业获得，例如TETRA PAKTM TBA/9、TETRA PAKTM TR7-ESL、AB-3-250型TETRAPAKTM(均可从美国Tetra-Pak Inc.，Vernon Hills，Illinois，获得)、以及Evergreen EQ-4(美国的Evergreen Packaging Equipment，Cedar Rapids，Iowa)。在实施该步骤中还可使用的是将产品包装为基本上排除了微生物(工业上公知为“清洁填充物”(clean filler))的设备，但是由无菌填充物提供的更进一步的微生物排除使无菌填充物成为优选，特别是考虑到李司特氏菌和某些其它微生物在冷藏条件下的生长能力。
可以任选地包括用于未包装的可流动生物材料的均化步骤，但是通常并不对此做出要求。本文中所用的术语“均化”表示使产品经受物理作用力以降低其颗粒大小。这样的方法在本领域中是公知的，并且可以在不同类型的设备上进行。在一些实施方案中，该均化步骤利用均化设备在约500磅/平方英寸(p.s.i.)-约3000p.s.i.的总压力下进行。
现在参考图37，提供对质量概况的另一描述，其部分涉及对于零时(time zero)可显示什么。特别地，图37显示MW技术非常均匀，在冷点(cold spot)和平均(主体)加热中均是如此。Co值与具有Ea值的质量因素-设计有关(质量构成范围内的z值)。因此，可以将该工业标准用于本发明零时产品的质量改变(例如质量概况)。还显示了对于无菌的常规流动产品的冷点(例如泥状物通常以层流流动-因此可以任选地使用2×-对主体来说是最快的)。因而据信在满足冷点和主体的最小法定(legal)Fo方面，暴露于此处公开的基于MW的处理与常规的无菌加工和罐装方法之间存在较大差异。例如为了在罐装方法(2小时加热-#10罐)中使冷点达到最小Fo值，主体(bulk)数值将是80min。同样，为了罐装蔬菜泥，对于10号罐在121℃下所需要的蒸煮时间为165分钟(Lopez，1987)，Fo值应该是更长的时间段。
对于储存期限，据信本文公开的产品符合对于可使用产品的工业标准(例如可与市场上可用的罐装的且无菌的传统产品相比较的，基于粘度、颜色、风味和经过训练的感观评价以及在18个月内可稳定储存)。但是，参考图37，据信通过在零时以较高的主体(平均)质量保留启动(基于Co值-其也可显示为100％的零时未加工产品对例如95％的零时加工过的质量保留)，并假定在环境温度下保存的所有三种方法中具有相同的动力学质量退化，则人们可以看到在常规罐装食品和常规无菌加工产品中，对于主体在零时有约30-50％的损失。因此，如果假定所述差异随着储存保持不变，则在18个月时对于此处公开的产品的质量应该仍然是令人满意的，而对于罐装的和常规灭菌方法来说则较差。
因此据信图37展示了相对于罐装和常规灭菌方法来说MW的优点。此处公开的MW方法的其它优点包括空间要求，例如小于1英尺的MW加热管道，而对常规技术为250英尺。
III.设备
III.A.处理设备
现在参考附图，其中同样的附图标记始终表示同样的部件，用于对可流动材料进行热处理的设备一般标为10。现在参考图1、9和10，设备10包括进料斗12，生物材料制品PR被装入其中。进料斗12与泵14流动(或流体)连通，并对泵14进行控制以提供生物材料制品PR穿过设备10的流动。图1、9和10中的流动方向由箭头18、30和44指出。
继续图1、9和10，设备10可包括导管15以接收可流动材料如制品PR。导管15包括一系列的导管区段16、20、22、24、26、28、32、34、36和38。导管区段22和26对于电磁辐射(如MW和/或RF辐射)来说是可穿透的。设备10还包括一个或多个温度传感器T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8和T9，其被用于监测遍及设备10的温度，如下文中所述。
继续图1、9和10，设备10包括装置40和42以向导管15的至少一部分提供电磁辐射。装置38和40分别包括发生器G1和G2，以及加热器H1和H2，并提供所需形式的电磁辐射，例如但不限于微波(MW)辐射和无线电射频(RF)辐射。如图9和10中所示，装置42以虚线显示，这是因为其非必要地包含于设备10中。放置装置40和42以向导管区段22和26提供电磁辐射，如箭头MW/RF所示(对于装置42为以虚线显示的箭头)。
继续图9，混合结构M1被放置于导管区段22、24、26和28之内或沿着上述导管放置，以在可流动制品PR的至少一部分中提供热平衡。特别地参考图10，在对于电磁辐射可穿透的导管15的区段22和26上，包括但不限于一个或多个入口(例如P1、P4)、一个或多个内部的点(P2、P5)、一个或多个出口(P3、P6)及其结合的位置处，设备10包括混合结构M1’、M2、M3、M4和M5。
在一些实施方案中，混合结构M1、M1’、M2、M3、M4和M5包括导管区段的改变的横截面几何形状。在一些实施方案中，混合结构M1、M1’、M2、M3、M4和M5可包括一个或多个被动混合结构，一个或多个主动混合结构，或者二者皆有。实际上，在一些实施方案中，混合结构M1、M1’、M2、M3、M4和M5可包括起到增加具有较高温度水平的制品PR区域与具有较低温度水平的制品PR区域之间接触的作用的主动、被动、或被动和主动混合结构的任何组合，而所述接触的增加在没有混合结构时将不会发生。在一些实施方案中，与没有所述混合设备时的跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)相比，所述混合结构M1、M1’、M2、M3、M4和M5可导致跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。
再次参考图1、9和10，设备10可包括控制装置CD。控制装置CD可以通过导管15控制流动。流速可以为恒定流速，例如至少0.25加仑/分钟的体积流速。控制装置CD可以控制提供电磁辐射的装置40和/或42的功率水平。例如可以控制所述功率水平以使得导管中对可流动材料的加热可以至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率发生。控制装置CD可以控制提供电磁辐射的装置40和/或42的功率水平，以使得导管15中制品PR的加热以高于对导管15的加热速率下发生，由此制品PR的加热基本上不会由于制品PR与导管15(该导管具有超过可流动制品PR自身的最高温度水平的温度)的接触而受到加热。控制装置CD可控制装置40和/或42的功率水平，以使得所述功率水平可以保持恒定。控制装置CD可控制装置40和/或42的功率水平，以使得所述功率水平可以自动地预先调节或手动调节至预先确定的水平，以向可流动生物材料在预先确定的质量流速下提供预先确定的热处理。这些变量可以由本领域普通技术人员在阅读本文公开的内容之后，根据感兴趣的生物材料预先确定。
继续参考图1、9和10，设备10可包括包装装置PD以使得本领域技术人员包装可流动制品PR用于冷藏储存、无菌包装可流动制品PR、或者既包装可流动制品PR用于冷藏储存又无菌包装可流动制品PR。以实例的方式，设备10的包装装置可包括：用于与导管15流动(流体)连通的保持管HT，例如通过导管区段32；被调节为与保持管HT流动(流体)连通的冷却单元CU，例如通过导管区段34；用于与冷却单元CU流动(流体)连通的填充单元FU，例如通过导管区段36；以及用于与冷却单元CU流动(流体)连通的储存单元SU，例如通过导管区段38。任选地，储存单元SU为冷藏储存单元。任选地，将要与制品PR接触的保持管HT、冷却单元CU、填充单元FU和储存单元SU的表面在引入可流动制品PR之前处理成商业无菌的。控制装置CD可以为包装装置PD及其组件提供合适的控制信号。图15是显示由甘薯制品SP经由填充单元FU填充无菌袋SB的照片。
现在参考图13A-13C，揭示了温度传感器T1。温度传感器T1被用来测量和检测横截面的温度分布。温度传感器T1可包括单个或多个多点热电偶探头TP的组合，其提供了对垂直于材料流动方向的横截面上面积的覆盖(参见图9和10)。温度探头TP可操作地与耦合器CO连接，该耦合器CO然后与控制装置CD相连(参见图9和10)。在图13C所示的实施方案中，温度传感器T1进一步包括夹钳装置CA，其能够用于促进温度传感器T1的固定。在关键位置(加热器入口和出口以及混合元件入口和出口)这样的传感和检测工具的定位和应用已经被用来测试和记录均匀度和/或不均匀情况，并描述各种混合手段和工具在根据本文公开的主题完成温度平衡中的效率。
图14A和14B是示例性混合装置(标为M1”)的示意图。混合装置M1”可以在所有如前列举的目标位置(加热之前、同时和/或之后，参见图9和10)同时并使用相同的装置提供机械混合效果。M1”包括混合元件，并且可以通过在这些区域中延伸所述混合元件来实现混合效果。所述混合元件由MW或RF可穿透材料制造，并在暴露区域内提供并行旋转和轨道运动，这确保了没有结构处于静止并最小化了可穿透管或腔室内过热和/或加热失控的可能性。
首先参考图14A，待加热材料A’通过不锈钢弯管101进入加热区段，继续穿过微波可穿透管区段102，在其中使用微波发生器(microwave applicator)的聚焦结构或更为简单的微波暴露区域设计103，使该材料经受加热，并使用单一或多个微波可穿透聚合物(例如但不限于TEFLON、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜、TPX聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯或ULTEM聚醚亚酰胺)混合元件109混合。材料A’从微波暴露区域出来并首先进入直的不锈钢管区段104，该不锈钢管区段104包含由不锈钢或TEFLON包围的圆柱形的铁磁体混合机核110。单个或多个混合元件109在铁磁体核的圆柱形周边的边缘附着于铁磁体核的底部。不锈钢间隔元件111附着于圆柱形铁磁体核的顶部并使圆柱形核保持与该元件的垂直位置，该元件利用进入材料的向上运动推动以及4-8个处于外部径向位置的电磁体a-d之一的离心拉力。电磁体a-d在一定时间开启并且能量是循环的(连续地重复步骤1-6)。可以以任何适当的方式提供能量和控制，例如但不限于通过控制装置CD如图9和10所示。这导致铁磁体混合机核110的径向及旋转运动，以及单个或多个混合机元件109的轨道运动。这在微波暴露区域内在任何长度的时间内在任何单个位点沿着其路径提供了混合作用，并且不会阻碍聚焦的微波能量分布：混合元件的径向位置及其沿着流动路径的直不锈钢管部分的内部周边的位置总是发生改变。该位置的变化速率以及因此的混合作用的改变可以由增加或减少电磁体转换步骤1-6的速度来进行控制。圆柱形的铁磁体混合机核110以及不锈钢间隔元件111为最终进入不锈钢弯管元件105并离开加热/混合过程区段A”的流动材料提供额外的混合。任选地，在加热器/混合机入口112a和出口112b位置可以使用单个或多个温度检测设备(例如温度传感器T1等，如此处所公开的)以监测并确认所实现的温度升高及分布。
现在转到图14B，待加热材料A’通过不锈钢弯管101进入加热区段，继续穿过微波可穿透管区段102，在其中使使用微波发生器(microwave applicator)的聚焦结构或更为简单的微波暴露区域设计103，使该材料经受加热，并使用单一或多个微波可穿透聚合物(例如但不限于TEFLON、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜、TPX聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯或ULTEM聚醚亚酰胺)混合元件109混合。所述材料从微波暴露区域出来并首先进入直的不锈钢管区段104，其包含由不锈钢或TEFLON包围的圆柱形的铁磁体混合机核110：单个或多个混合元件109在铁磁体核的圆柱形周边的边缘附着于铁磁体核的底部。不锈钢间隔元件111附着于圆柱形铁磁体核的顶部并使圆柱形核保持与该元件的垂直位置，并且所述元件利用进入材料的向上运动推动以及置于外部的强力永磁体108的离心拉力。强力永磁体108被固定至圆环形载物台(stage)107的周边，该载物台通过链轮、束带或离合器(clutch)摩擦型接口由电动马达驱动的旋转元件106驱动以围绕不锈钢管道旋转。永磁体108的轨道运动导致铁磁体混合机核110的径向及旋转运动，以及单个或多个混合机元件109的轨道运动。这在微波暴露区域内在任何长度的时间内在任何单个位点沿着其路径提供了混合作用，并且不会阻碍聚焦的微波能量分布：混合元件的径向位置及其沿着流动路径的直不锈钢管部分的内部周边的位置总是发生改变。该位置的变化速率以及因此的混合作用的改变可以由增加或减少电磁体转换步骤1-6的速度来进行控制。圆柱形的铁磁体混合机核110以及不锈钢间隔元件111为最终进入不锈钢弯管元件105并离开加热/混合过程区段A”的流动材料提供额外的混合。任选地，在加热器/混合机入口112a和出口112b位置可以使用单个或多个温度检测设备以监测并确认所实现的温度升高及分布。
III.B.微波和/或无线电射频可穿透管道
本文公开的主题可以采用用于微波可穿透复合管道的复合材料整合设计和解决了迄今为止已知的在食品、饮料、化学物质和生物材料的微波热处理期间造成流经管道故障的因素的清洁装置。
新型微波(MW)和其它非接触加热(例如无线电射频(RF))技术的出现产生了对于能够在如下条件下用于这些系统中的流经(flow-through)设备和装置的需求：相对高的温度和压力、非常高的能量密度和单位面积生产能力；从具有化学侵蚀性(aggressive)的被加工材料组分到高压、膨胀、扭转和振动以及冲击的物理应力的范围内高的化学和物理应力。
将要用于食品、饮料、化学物质和其它生物材料的流经(flow-through)装置或空腔的特性可以很多并且非常具体。它们可以被分类为如下所述的特性：
1.在通常发生的操作条件下的特别高的微波可穿透性(非常低的介电损耗因子和正切)
2.能够经受灭菌水平的温度而不会降解或发生性能改变的能力
3.能够经受灭菌水平的压力而不会降解或发生性能改变的能力
4.能够经受灭菌水平压力下的灭菌水平温度而不会降解或发生性能改变的能力
5.能够经受被加工材料的化学侵蚀性组分而不会降解或发生性能改变的能力
6.能够经受加工期间不规则地遭遇到的空间的、膨胀的、热的、振动的和冲击的应力而不会降解或改变性能的能力
7.符合关于食品或其它生物材料-接触表面的FDA、USDA和药物规定
8.符合对原位清洁和卫生的3A设计要求
可出现在一些实施方案中的其它特性包括下列：
1.可见光透明性或半透明性——为了识别材料中可能随后导致沉积物和/或故障的缺陷——也为了识别被加工材料在实际加工期间不合意的沸腾/闪蒸以及加工后对运行期间引起的沉积物或缺陷的识别。
2.高光泽的、平整且光滑的、没有毛刺(stick)的、没有砂眼的材料接触表面
3.从微波或RF聚焦结构(发射器/浓缩器/反应器/加热器)中快速且轻松地插入和取出的能力
4.整合至现有食品、饮料、化学物质和生物材料生产线(典型地通过使用标准的灭菌连接组件和标准，如三夹钳或其它卫生类型的装置)的能力
能够恰当地满足这些问题和考虑的部分或全部的可轻易且商业获得的装置的缺乏已经变成了在实施先进的微波和RF技术，以连续热处理食品、饮料、化学物质和其它生物材料中的一个主要障碍。
以前，考虑了四种类型的装置/管道：
类型1：复合材料(三件式)TEFLON管，由安装在每一端的带有不锈钢卷曲套环装置/清洁界面的半透明线性、挤出TEFLON管组成(三夹钳)。这些装置已经典型地用作化学侵蚀性或高温内容物的槽罐液位观察孔(view-ports)。这些装置通过商购获得并在我们的实验室和试验工厂进行测试。
类型2：复合材料(三件式)玻璃或陶瓷管道，由安装在每一端的带有不锈钢卷曲套环装置/清洁界面的平滑内径(bore)陶瓷或玻璃罐组成(三夹钳)。这些装置已经根据微波制造商的订单(order)和详细说明具体地制造并且随后在我们试验工厂中进行了测试。
类型3：单件式玻璃或陶瓷管道，由带有机械加工或模制的包括清洁截面的末端装置的平滑内径陶瓷或玻璃罐组成(三夹钳)。这些装置已经根据微波制造商的订单和详细说明具体地制造，但是还不能够被用于测试。
类型4：单件式管道，由带有机械加工或模制的包括清洁截面的末端装置的机械加工的平滑表面先进塑料管组成(三夹钳)。这些装置已经根据选定的详细说明在North Carolina State UniversityInstrument Shop中具体地制造，并且已经进行了彻底的测试。制造材料包括Ultem 1000(聚醚酰亚胺)、聚砜、聚甲基戊烯(TPX)和PEEK(聚醚醚酮)或其它合适的微波可穿透聚合物。
针对4种所考虑的设计中的每一个鉴别以下的理想特性——对于每一类型还指出了故障模式(failure mode)，以进一步阐述对本发明提供的适当可替代方案的需求。
类型1：-光滑的、无毛刺表面
-MW可穿透性
-符合FDA、USDA、药物规定
-可轻易地在开放市场上获得
-温度耐受性
-耐受大多数侵蚀性化学物质
典型的故障模式：在操作温度下压力变形
类型2：-光滑的、无毛刺表面
-MW可穿透性
-符合FDA、USDA、药物规定
-温度和压力耐受性
-耐受大多数侵蚀性化学物质
典型的故障模式：由于不同的热膨胀率，在钢和陶瓷的界面处的热应力破损、冲击破裂和粘合剂破坏
类型3：-光滑的、无毛刺表面
-符合FDA、USDA、药物规定
-温度和压力耐受性
-耐受大多数侵蚀性化学物质
预计的故障模式：热应力破损、冲击破裂
类型4：-温度和压力耐受性
-便宜、单件式设计
-符合FDA、USDA、药物规定
典型的故障模式：由于不光滑表面的材料沉积、在沉积位置的局部过热、在不牢固界面(夹钳装置)的应力破损
现在参考图11A-11E，呈现了一套管道的示意图。代表性材料一般通过使用阴影显示，其可以总结如下：实阴影，卷曲的不锈钢清洁(sanitary)装置；灰色阴影，PTFE/挤出PTFE；紧密的水平和垂直方向交叉阴影线，Ultem、聚砜或PEEK套管；斜线交叉阴影线，MW可穿透高等级(氧化铝(alumia))陶瓷；宽的水平线，机械加工的PTFE半圆柱体；紧密的水平线，多层厚PTFE膜。
现在参考图11A和11F，在一些实施方案中，根据本申请公开主题的管道包括缩窄的圆柱形套管OSL，其由来自类型4管道装置(聚醚酰亚胺/Ultem、聚砜、聚甲基戊烯(TPX)或PEEK)的温度和压力耐受性材料覆盖在装置类型1的易受压力影响的TEFLON(或其它光滑表面的可适用的且微波可穿透的材料)管道区段内壁IW制成。该设计获得了光滑的产品接触表面-TEFLON，由此减少了产品沉积故障的发生、多倍增加的压力耐受特性(Ultem、聚砜、聚甲基戊烯(TPX)或PEEK)以及对于清洁界面位点SF(不锈钢制成的夹钳装置)的应力破损的高耐受性。这将导致四件式(four-piece)管道装置(TEFLON内壁IW；Ultem、聚砜、聚甲基戊烯(TPX)或PEEK套管以及两个卷曲的不锈钢清洁夹钳装置SF)。
现在参考图11B，在一些实施方案中，根据本申请公开主题的管道包括单件式机械加工管道，其由在类型4管道装置(Ultem、聚砜、聚甲基戊烯(TPX)或PEEK)的生产中使用的先进聚合物之一制得，内孔径表面IW由TEFLON(或其它光滑表面的可适用的且微波可穿透的材料)涂覆以提供光滑的产品接触表面。这样的装置将在一定程度上保持在清洁夹钳界面易受应力破损的影响，但是这可由适当的监测进行控制。
除了这些代表性的实施方案之外，还可以装配多种衍生的设计，例如其包括其它微波和/或无线电射频可穿透(MWRFT)层或套管，或者用于卷曲清洁装置的材料，以及机械加工的、挤出的和卷曲组件的组合。
此处公开的是带有光滑的产品接触表面的代表性MWRFT管道装置，由此减少了产品沉积故障的发生、多倍增加的压力和物理耐受特性以及对于清洁界面位点(不锈钢制成的夹钳装置)的应力破损的高耐受性。该代表性的管道克服了MWRFT流经管道装配故障的高发生率。这些故障的高发生率是连续流微波加热/灭菌技术的更广泛应用的障碍之一。
现在参考图11C和11G，在一些实施方案中，MWRFT复合材料管道采用高等级的氧化铝陶瓷套管CSL作为外部MWRFT层，以代替MWRFT高等级聚合物。该层也可以为内部的挤出TEFLON管道层IW提供压力保护。图11C和11G描述了一个代表性实施方案的组件和对其的示例性装配顺序，其包括夹钳装置SF，其任选地包括不锈钢。
已经构建了图11C和11G的MWRFT复合材料管道的一个实施方案并且在半工业化生产条件(60KW加热器单元、1-2gal/min的流速以及温度在100-400℃的范围内升高)下进行了实验性测试。该实施方案比任何其它先前测试过的管道装置都完成得好得多。在一种情况中，所述管道被用于14次连续运行并获得总共超过50小时的间歇操作时间。
在先前的测试中，其它管道装置通常在一次或两次使用之后发生故障。进一步地，根据图11C和11G的装置所经历的故障模式也决不会是灾难性的：即这些管道在加工运行期间从未破裂而且没有加工材料从加工系统中漏出(与某些先前装置相反，在这些先前装置中经常由压力、温度和沉积形成和/或过热引起的各种裂缝、孔洞和撕裂而造成泄漏)。
但是，经过一段时间的使用后，即使是图11C的管道装置也最终发生故障。因此，对使用时间段进行监测是明智的。管道故障可能由如下因素引起：被加工材料含有颗粒的悬浮液、随之而来的内管壁沉积、过热、以及内管表面的局部结垢和在被加工材料中导致的风味和/或颜色缺陷。沉积形成在流经管道的内表面上。如果所述沉积足够严重并且经受了较长的过热，则管道表面可能受到永久伤害，使得管道装置无法使用。在一些情况中，装置(内部的挤出TEFLON管道IW)仅有一个组件发生故障，但是常常需要放弃这整个装置。偶尔，高等级陶瓷氧化铝的外部层CSL可以再次使用，但是使用新组件的重新装配可能成本很高。
管道故障也可能由加热器关闭带来的冷冲击引起。在该情况中，当加热运行完成而内部及外部管道层均被加热至高达和高于130-140℃时，输送到MW加热器的能量被关闭但是加工泵继续通过管道系统泵送冷产品，造成管道装置外部层在顶部/热端的冷冲击和破裂，由此发生故障。即使是仅有一个组件发生故障(例如外部陶瓷管)，由于装配所用的步骤，常常需要丢弃整个装置。
因此，构建管道装置的实施方案的两个额外目的如下所述：
1.调整装配顺序和过程以简化某一故障组件的移除和替换，并简化包括新的替换组件的装置的重新装配
2.热隔离外部陶瓷管道层以保护其免遭过热和由电源关闭引起的突然发生的冷却和导致的与加工材料在低温下立即接触
这两个目的均已经通过如图11D和11H以及图11E和11I所示的本文公开的主题得到了满足。如图11D和11H所示，预先制造的可商业获得的三件式挤出的TEFLON观察孔(sight-port)IW被沿着长度方向纵向切割为两个相等的半圆柱形部分的精密加工的TEFLON管道SC所覆盖。所述两半被压在TEFLON的内部管道IW上，而高等级陶瓷管道CSL的外部层被拉在不锈钢夹钳SF上方并围绕包括机械加工的TEFLON的两个管道半部分SC。这确保了对内部TEFLON管道IW适当的压力和温度保护、对外部陶瓷层CSL的热保护、以及对于可重复使用的未损坏组件来说方便的装配、拆卸和部件更换。
图11E和11I描述了管道组件的另一实施方案。通过围绕其外部周边缠绕直至管道的外径和多膜层达到了接近不锈钢夹钳SF的外径的厚度，将预先制造的可商业获得的三件式挤出的TEFLON观察孔IW用厚的TEFLON膜FL覆盖。厚的TEFLON膜FL的缠绕层被保持为压在TEFLON的内部管道IW上，而高等级陶瓷管道CSL的外部层被拉在不锈钢夹钳SF上方并围绕多层TEFLON膜FL。这同样确保了对内部TEFLON管道IW适当的压力和温度保护、对外部陶瓷层CSL的热保护、以及对于可重复使用的未损坏组件来说方便的装配、拆卸和部件更换。
除了此上具体描述的实施方案之外，可以装配多种衍生的设计，例如其包括额外的MWRFT层或套管；卷曲清洁装置的替代材料；和机械加工的、挤出的和卷曲组件的组合。
总之，此处公开的是带有光滑的产品接触表面的MWRFT管道装置，由此减少了产品沉积故障的发生，成倍地增加了压力耐受特性，并带来对清洁界面位点(不锈钢制成的夹钳装置)的应力破损的高耐受性。所公开的管道克服了MWRFT流经管道装配故障的高发生率。这些故障的高发生率是连续流微波加热/灭菌技术的进一步广泛应用的障碍之一。
实施例
本发明包括下文的实施例来描述本申请公开主题的模式。如下实施例的某些方面根据本发明共同发明人发现或设想的技术和步骤进行描述，以在本申请公开主题的实践中起到良好的作用。这些实施例描述了共同发明人的标准实践。根据本发明的公开及本领域的一般技术水平，本领域技术人员能够理解如下的实施例仅仅是示例性的并且可以在不背离本申请所公开主题的范围的情况下采用多种改变、修正和替换。
实施例1
甘薯泥(SPP)的制备
在Department of Food Science，North Carolina State University(Raleigh，North Carolina，United States of America)的水果和蔬菜试验工场中制备Beauregard栽培品种甘薯，用于5kW微波单元、颜色和流变分析测试，并测量介电性能。根茎在30℃和85-90％的相对湿度下熟化(cure)7天，保存在13-16℃以及80-90％的相对湿度下，并且如前所述地制备泥状物(Truong et al.，1994)。对根进行洗涤，在5.5％NaOH的沸腾溶液(104C)中进行碱液去皮4分钟，并在转盘式喷淋洗涤器中彻底洗涤以除去分离的组织和碱液残余物。剥过皮的根由手工修剪并使用商用切片机(Louis Allis Co.Slicer，Milwaukee，Wisconsin，United States of America)切割为约0.95cm厚的薄片。所述薄片在微波蒸锅(Rietz Manufacturing Co.，Santa Rosa，California，United States of America)中用蒸汽烹制20分钟，并在装配有0.15cm筛网的锤磨机(Model D，Fitzpatrick Co.，Chicago，Illinois，United Statesof America)中粉碎。将泥状物填充进聚乙烯袋子，冷冻并保存在-20C下直至使用。
为了进行60kW微波单元中的测试，从Bright Harvest SweetpotatoCompany，Inc.(Clarksville，Arkansas，United States of America)购买来自Beauregard栽培品种的冷冻甘薯泥。实施例中所用的所有甘薯泥样品的水分含量为80-82％。
实施例2
介电性能的测量
使用开放的同轴介电探针(HP 85070B；Agilent Technologies，PaloAlto，California，United States of America)以及自动网络分析器(HP8753C；Agilent Technologies)以测量SPP样品的介电性能。介电性能在300-3000MHz的频率范围内使用541中频进行测量。使用根据制造商(Agilent，1998)提供的用户说明的校准步骤来校准系统。样品(＜100g)在水浴(Model RTE11l，Neslab Instruments Inc，Newington，New Hampshire，United States of America)中进行加热，直至获得所需的温度(10℃-145℃，以5℃的间隔)，随后将样品放置在绝缘块中以测量介电性能。读取介电性能之后再次测量温度，以确保温度处于设定点的2℃范围内。对每个双份的样品(duplicated samples)进行3次重复测量。
实施例3
流变测试
使用锥板结构(cone and plate geometry)(C40 4)由StressTech流变仪(Reologica Instruments AB，Lund，Sweden)在25℃下进行作为剪切速率的函数的甘薯泥粘度的恒定速率测量。在剪切速率由0.1/s上升至300/s的过程中，记录表观粘度。对每个双份的样品进行2次重复测量。
实施例4
颜色分析
由Hunter色度计(Hunter Associates Laboratory Inc.，Reston，Virginia，United States of America)测量样品的客观颜色。结果表示为三刺激数值：L*(光亮度，对于黑色来说为0，对于白色来说为100)；a*(-a*＝绿色度，+a*＝红色度)；以及b*(-b＝蓝色度，+b＝黄色度)。参见CIE，1976。使用标准白色参考板(L*＝92.75，a*＝-0.76，b*＝-0.07)对仪器(45°/0°几何形状，D25光学传感器)进行校准。将泥状物样品填充进60×15mm覆盖的Petri培养皿(Becton Dickinson Labware，Franklin Lakes，New Jersey，United States of America)。对于每一样品进行6次测量并将平均值用于分析中。
实施例5
在5kW微波单元中的测试
将连续流微波加热单元(Industrial Microwave Systems，Morrisville，North Carolina，United States of America)用于加工SPP。该单元包括在915MHz运行的5kW微波发生器、矩形横截面的波导装置(其中附着了导向耦合器)、以及特别设计的应用装置(applicator)。由聚四氟乙烯(PTFE或TEFLON)制成的具有1.5″公称直径(0.038m ID)的管道被放置于应用装置的中心。微波暴露区域为0.125m长。对于由微波发生器传递的能量以及反射回来的能量，使用位于导向耦合器中的二极管以及写入LabView软件(National Instruments Corp，Austin Texas，United States of America)中的软件进行测量。该软件还控制发生器传递给产品的能量的量。
然后，将数升SPP使用变容真空泵(型号MD012，Seepex GmbH+Co，Bottrop，Germany)以0.5L/min的速率进行泵送。不同径向位置的温度使用 Coronel et al..，2003中描述的热电偶排列进行测量，并且使用数据记录仪(Keithley DAS-16，Keithley Metrabyte，Taunton，Massachusetts，United States of America)进行记录。使用控制软件对发生器的能量进行调节以确保产品在应用装置的出口处获得所要求的中心线温度。随后在冰水浴中冷却产品并将样品用于进一步的分析。
实施例6
在60kW微波单元中的测试
在5kW单元的测试中所获得结果的基础上，建立用于在915MHz运行的60kW连续流微波加热单元(Industrial Microwave Systems，North Carolina，United States of America)中进行测试的加工条件(如图12所示)。由发生器传递的能量通过制造商供应的控制面板进行监测。通过矩形横截面的波导装置将微波传递至产品，其中所述波导装置被分为两个部分并调向两个特别设计的应用装置，如图1所示，其中每一个均具有导向耦合器。将PTFE管道(0.038m ID)放置于每一应用装置的中心，并且每一应用装置中暴露区域为0.2m长。
变容真空泵(型号A7000，Marlen Research Corp.，Overland Park，Kansas，United States of America)被用于泵送产品穿过系统。在系统的入口、每一应用装置的入口和出口、以及保持管出口测量温度。热电偶的排列描述于 Coronel et al..，2003。使用数据记录系统(HP 3497A，Hewlett Packard，Palo Alto California，United States of America)每隔4秒的时间间隔记录温度。通过控制微波系统产生的能量来实现系统的出口处温度。
首先使用NaCl和糖的水溶液来对系统进行灭菌，该溶液被加热到130℃并循环30分钟。产品被加热至135-145℃，保持30秒，在管式换热器中迅速冷却，并随后使用衬袋盒装置(型号PT.A.F.，Astepo，Parma，Italy)在铝-聚乙烯层压袋子(Scholle Corp，Chicago，Illinois，United States of America)中无菌包装。泥状物的袋子在环境温度(22℃)下储存并且在1、15和90天之后随机选取两个袋子用于微生物分析。使用标准培养皿计数分析来计算甘薯泥样品中的总需氧细菌。将50克样品无菌转移至包含50ml无菌生理盐水溶液(0.85％NaCl)的无菌过滤袋(Spiral Biotech，Bethesda，Maryland，United States ofAmerica)，并且所述袋子由Tekmar拍打式匀浆器(stomacher)(型号TR5T，Tekmar Co.，Cincinnati，Ohio，United States of America)在高速下浸软160分钟。使用无菌生理盐水溶液对拍打式匀浆器滤液进行适当的稀释并使用Autoplate 4000螺旋板(Spiral Biotech)涂敷到双份PCA琼脂板上。在37℃对PCA板接种并培育48小时，以对总的需氧细菌计数。样品稀释液还被涂敷到酵母板/霉菌琼脂板上并接种以计算酵母和霉菌菌落。按照标准程序进行介质制备(DIFCO，1998)。
对数据进行方差分析(SAS Institute，Gary，North Carolina，UnitedStates of America)。在95％(p＜0.05)置信水平进行统计学测试。
实施例1-6的讨论
介电性能：此处公开的甘薯泥的介电性能与 Fasina et al.，2003所作的报道进行比较并显示在图2中。在 Fasina et al.，2003中提供的介电性能的相关性与测量值ε’(介电常数)和ε”(损耗因子)良好地吻合。差值在ε”值中更为显著，这可能是农业产品中发现的组分和水分变化的结果(Sipahioglu and Barringer，2003)。温度对介电常数的影响在915MHz和2450MHz均相似，随着温度升高ε’降低，对于915MHz来说，在10℃的数值为71.5而在95℃的数值为60.8，以及对于2450MHz来说，在10℃的数值为67.1而在95℃的数值为61.1。随着温度的升高，损耗因子遵循的趋势是ε”增加，对于915MHz来说，其值在10℃为18.1而在95℃为26.7。但是，在2450MHz，随着温度升高ε”降低，其值在10℃为18.4而在95℃为16.1。
待用于应用装置中的管道的最大操作直径(MOD)使用 Coronel & Simunovic.2004推荐的方法进行计算，其涉及圆柱形坐标中的赫尔姆霍茨方程的求解，并且结果显示在图3中。简而言之，微波的渗透深度通过求解圆柱形坐标中的渗透方程进行计算，其中考虑到直径为38mm(1.5英寸)的圆柱体外部恒定的E场。微分方程为赫尔姆霍茨类型的方程：
 2E+γ2E＝0
γ＝α+jβ
B.C.
r＝R    E＝E0
其中γ是传播常数而α和β由如下定义：
α = ω μϵ 2 [ 1 + [ σ ωϵ ] 2 - 1 ]
β - ω μϵ 2 [ 1 + [ σ ωϵ ] 2 + 1 ]
该方程的求解由如下形式的贝塞尔函数给出：
E(r)＝C1J0(γr)+C2Y0(γr)
所述常数的值取决于材料的介电性能和管道的尺寸。MOD被当作直径，其中：
Er＝0/E0＝1.
因此，最大操作直径(MOD)被定义为可以在连续流加工中使用以获得跨越横截面的必需加热的最大直径，并且该直径在不同的温度下进行计算。观察到MOD随着温度降低，对于915MHz来说，其值在10℃为0.22m而在95℃为0.12m。损耗因子随着温度的升高使得能量向热量的转化更为有效，因而降低了渗透深度并因此降低了M.O.D.(参见图3)。
5kW微波单元中的测试：使用5kW微波单元对产品进行加工，保持恒定的保留时间并改变中心线出口温度。所需的中心线出口温度为110℃、130℃和140℃，加热区段中的暴露时间为17秒并且保留时间为90秒。在冰水浴中快速冷却产品并将样品用于流变性能和颜色的分析。
在应用装置管道的壁和中心之间观察到较大温度差异。对于中心线温度分别为110℃、130℃和140℃，最大值和最小值之间的差异为35℃、40℃和43℃，以及平均出口温度分别为80℃、101℃和107℃。图4显示了对于110℃和130℃的出口温度，加热区段出口处的管道的横截面中的内插(interpolated)温度分布图。还可以从图4中观察到在接近管道的中心处获得最高温度，而最低温度接近于管壁。
被处理至不同中心线出口温度的样品的流变性能显示在图5中。所有的样品展示出剪切稀化行为(即在较高的剪切速率下较低的表观粘度)。使用Herschel-Bulkley模型(σ＝σ0+KY n)对流变行为进行建模，其中σ是剪切应力(Pa)，σ0是屈服应力，K是稠度指数(Pasn)，Y是剪切速率(1/s)，以及n是如Steffe，1996中所描述的流动行为指数。参数的平均值为：屈服应力(σ0)为89.01±2.67Pa，稠度指数(K)为18.78±1.76Pa，以及平均流动行为指数(n)为0.39±0.07。在图5中，可以看到不同SPP样品的表观粘度在各处理间没有显示出显著差异。
针对不同中心线出口温度的样品颜色测量显示在图6中。所有的样品表现出增加的b*值(黄色度；对于110℃处理为5％，以及对于130℃和140℃处理为10％)和降低的a*值(红色度；对于110℃处理为9％，以及对于130℃和140℃处理为10.5％)，而L*值(亮度)对于所有处理来说保持2％的变化。颜色中的总改变(ΔE)表示为如下方程的结果：
ΔE＝(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2
对于110℃、130℃和140℃的中心线出口温度来说，ΔE值分别为10、20和20。
60kW微波单元中的测试：采用从5kW微波单元的测试中收集到的信息，作为试验工厂实验，使用60kW单元进行测试运行以获得可稳定储存的产品。流速被设置为4.0L/min，并且为了获得可稳定储存的产品，要求保持管出口处的中心线温度为135℃，保留时间为30秒(Fo＝30分钟)。调节系统产生的能量以获得所需的中心线出口温度。
如5kW测试中所观察到的，管道的中心线(135℃)和壁(70℃)之间的温差较大，如图7所示。由于SPP的高粘度，在保持管中没有发生混合。因此，较为靠近壁的产品接受到最少的热处理(Fo＜0.1分钟)。但是，产品被保持为冷藏并且在30天后没有检测到微生物生长。
为了最小化产品中温度的不均匀，在系统的每一微波应用装置的出口处采用静态混合器。加热器出口处的混合将减少加热器出口处产品中的任何温差，以改进热处理以及随之获得的产品储存期限。使用第二加热器出口处140℃的中心线出口温度以及30秒的保持时间来进行第二实验。为了获得在保持管末端135℃的最小温度，升高中心线温度。
整个横截面面积的温度由于产品的混合而更加均匀。在中心和壁之间的温差经过第一静态混合器后由48.4℃降低到20.1℃并且在经过第二静态混合器后由37.6℃降低到11.7℃。在保持管的入口，SPP具有如图8所示的温度分布，最低温度为135℃而最高温度为146.7℃。因此，最快的颗粒(在管的中心)接受到最少的热量处理。最快的流体部分(中心)接受到的热处理相当于Fo＝23分钟，这足以产生商业无菌产品，应该可以稳定储存。为了确认对微生物的破坏，进行了最终产品的微生物测试。在总的培养皿计数、霉菌和酵母的微生物测试结果显示在1、15和90天后没有微生物存在。
结论：使用连续流微波加热系统，成功地生产出无菌包装的甘薯泥。处于软质塑料容器中的所得产品具有与未处理过的泥状物相当的颜色和表观粘度，并且可稳定储存。该方法可以被用于多种其它蔬菜和水果泥。
实施例7
混合器对温度平衡的影响
如上所述，SPP在60kW单元中进行处理，并且使用第一和第二加热器出口处的热电偶在缺少任何混合装置的情况下测量材料的温度。图17和19显示了跨越流动截面的热量的宽范围变化。因此由温度分布测量说明了对加热阶段后的混合手段的需求，并且由之前运行(没有混合阶段)中不成功的灭菌结果得到了证明。
随后安装静态混合器并且重复实验。图18和20描述了由窄得多的温度分布显示的跨越流动截面的温度平衡。
使用土豆泥(即捣碎的土豆)重复这些实验。图22和24描述了在缺少任何混合装置的情况下第一和第二加热器出口处的温度分布，而图23和25描述了由窄得多的温度分布显示的跨越流动截面的温度平衡。
实施例8
青豌豆、胡萝卜和土豆泥的处理
样品制备：冷冻的青豌豆和胡萝卜泥购于Stahlbush Island FarmInc.(Corvallis，Oregon，United States of America)。冷藏的捣碎的土豆从Reser′s Fine Foods(Beaverton，Oregon，Unites State of America)获得并且通过每150磅捣碎的土豆加入300克花色素苷(San Red YM-EX，San-Ei Gen F.F.I.Inc.，New Jersey，United States of America)和7.5升水而被制成紫色的泥状物。使用剪切混合器(Rotosolver Mixer型号112RS113，带有Baldor 7.5HP，1725rpm马达，由Woods ModelWFC2007-5CHT AC Inverter控制，得自Admix，Manchester，NewHampshire，United States of America)将材料彻底混合。
使青豌豆和胡萝卜泥穿过5kW微波单元，如实施例5中所述。使用控制软件调节发生器的能量以获得产品的中心线温度在应用装置的出口处为75℃、100℃、110℃、120℃、125℃和130℃。收集微波加热过的泥状物样品并立即在冰水浴中冷却，且随后在4℃下储存以备3-4天内的进一步分析。
使用60kW微波单元，这些蔬菜泥(青豌豆、胡萝卜和土豆)被如实施例6中所述进行加工，所不同的是该系统未被连接至无菌填充物。在60kW系统中连续地再循环微波加热过的泥状物6小时，中心线出口温度为125-130℃。以一定的时间间隔抽取样品，立即冷却，并且在4℃下储存以备进一步分析。
流变测试：使用StressTech流变仪(Reologica Instruments AB，Lund，Sweden)，以20mm平行的培养皿几何形状在25℃下进行动力学流变测试。泥状物样品被传输到流变仪的培养皿上。上部培养皿被降至凝胶上至1.5mm的缝隙，并且过量的材料被从边缘地区去除。在样品在25℃下在培养皿上平衡1分钟后，在25℃下进行小菌株的振动测试。对样品在0.01-20Hz的范围进行振荡扫描。振荡应力设置为2Pa，其处于被测试泥状物的线性粘弹性区域之内。检查储能模量G’、损耗模量G”和动态粘度η*。对每一泥状物样品进行两次重复测量。
颜色分析：如实施例4中所述进行颜色分析。
实施例8的讨论
胡萝卜泥：在5kW微波单元中以不同温度加工的胡萝卜泥样品的流变性能显示于图26A和26B中。所有胡萝卜样品的动态粘度(η*)随着频率升高而降低(图26A)，显示出假塑性行为。胡萝卜泥的力学谱展示出G’高于G”的频率依赖性(图26B)，表明该材料可以被划分为弱凝胶。从75℃至130℃升高的微波温度导致胡萝卜泥动态粘度的轻微增加。
微波处理温度的效果更清楚地表现在凝胶强度(G’)值(图26B)。该现象可能来源于细胞碎片的结合的碳水化合物组分解离为泥状物的液体部分，导致冷却时更多的网络形成。如果需要具有轻微升高的稠度的产品，则在胡萝卜泥的流动行为和凝胶性能中微波处理温度的这一效果可能有益于加工者。在泥状物粘度和凝胶强度应该保持为如未处理过的泥状物的情况中，在微波加工之前可以轻易地对泥状物中水含量进行调节。
通过在60kW单元中再循环胡萝卜泥以延长130℃下的微波处理时间导致破坏了结合和凝胶网络，如显著降低的η*和G’所表明的(图27A和27B)。随着加热时间超过30分钟，观察到胡萝卜泥的稠度和凝胶强度的严重破坏。该结果展示出经受了蔬菜泥的传统热加工所需的高温和长时间加工的胡萝卜中严重的质量损失。963.*-
青豌豆泥：在5kW微波单元中以不同温度加工的青豌豆泥样品的流变性能显示于图28中。所有青豌豆样品的动态粘度(η*)也随着频率升高而降低(图28A)，显示出假塑性行为。青豌豆泥可被视为弱凝胶，因为青豌豆泥的力学谱展示出G’高于G”的频率依赖性(图28B)。
与胡萝卜泥相反，相对于未加热的样品来说，青豌豆泥的η*和G′最初在加热到75-110℃时降低，并且随后在更高的温度(120-130℃)下显著地升高。这一趋势在被加热到高达125℃并且再循环6小时的样品中也得到展现(图29)。这一现象可能源自于 青豌豆淀粉的高直链淀粉含量(35％)及其具有高结晶度和紧密的分子体系构造的C类粒状结构(Bogracheva et al.，1998)，其要求高能量输入以用于凝胶化和熔融。如此处描述的微波处理技术的快速加热高温过程将有助于将豆泥加工为具有所需稠度和凝胶性能的产品。
还确定了从60kW测试收集的青豌豆样品的颜色。如图30所示的，L*值(亮度)和b*值(黄色度)受到微波温度和时间的轻微影响(＜5％的降低)。但是，参照未加热的样品，加热到125℃的青豌豆泥绿色度(a*值)的损失约为30％。当如同常规热处理中那样增加125℃下的加热时间时，青豌豆的绿色度(a*值)相对于未加热样品来说进一步褪色38％。
实施例9
微波处理过的SP泥的储存稳定性
来自Beauregard栽培品种的冷冻甘薯泥购自Bright HarvestSweetpotato Company，Inc.(Clarksville，Arkansas，United States ofAmerica)。使用60kW单元对解冻的泥状物进行灭菌并如实施例6中所述进行无菌包装。无菌甘薯泥的包装物被储存于环境温度(22℃)，并且在1天、2周、3个月、6个月和18个月后随机选取两个袋子用于微生物分析。使用标准培养皿计数分析来计算甘薯泥样品中的总需氧细菌、酵母和霉菌(实施例6)。对于总需氧细菌、酵母和霉菌的微生物测试显示对于在22℃储存1天、2周、3个月、6个月或18个月的泥状物样品来说，没有微生物的生长。
如实施例8中所述对青豌豆和胡萝卜进行流变测试和亨特色度测量。如图31所表明的，将甘薯泥微波处理至130℃并在环境条件下贮存于无菌包装中对泥状物的流变性能没有影响。被贮存的样品保持了与冷冻贮存的泥相当的动态粘度和(η*)和凝胶强度(G′)。
微波处理过的甘薯泥的色度值与冷冻并罐装的泥状物(罐装的甘薯泥(10号罐)，直接购自本地甘薯罐头厂：Bruce Foods Corporation，Wilson，North Carolina，United States of America)的比较显示在图32中。与冷冻的泥相比，微波处理导致b*值(黄色度)增加25％、a*(红色度；＜1％)和L*值(亮度；＜2％)稍有降低。在22℃下贮存无菌泥3个月进一步使a*和L*值分别降低了2.2％和4.5％，而b*值比冷冻泥高约15％。罐装的泥为黑褐色，L*值比那些冷冻泥低约10.5％和7.5％。
实施例10
颜色退化数据和推算(projection)
为了阐述此处公开的快速加热方法和设备的某些优点，进行了这些产品最敏感的质量属性-颜色-的一系列实验测量。
颜色是对于工业使用者、主厨、厨师和/或消费者来说可通过打开包装物进行评价的最为明显的质量属性。对于很多目标材料(蔬菜和水果泥、匀浆和果肉)来说，其也是最为加工敏感的属性之一。这种敏感性由目标食品或生物材料在加工水平的温度下暴露于热量时颜色属性的快速退化而得到展示。如感觉方式(人类视觉)和仪器方式(色度测量)所评估的那样，颜色在加工和随后的储存期间经历快速且常常严重的退化，在气密封装的和敞开的形式中都是如此。
为了测量代表常规灭菌和快速微波辅助的热灭菌期间的暴露温度的温度水平下的颜色退化，并清楚地记录通过使用此处公开的条件下的独特圆柱形微波加热器装置实现的快速热处理并结合此处公开的装置和过程的优点，设计了一种新颖的颜色测量、记录和比较的方法。
高温颜色退化装置的方案表示在图38中。图38的左手部分显示了图形和温度控制及获取装置以及图38的右手部分显示了用于构建图形获取端口从而实时地在加工水平温度下获取图形并进行被测试材料的色度值测量的组件。
带有数字化可控温度水平的循环油浴(型号RTE 111，Neslab Inc.，Newington，NH，USA)被用于将包含目标材料的测试腔室预热至选定的加工水平温度。同时对于常规连续流灭菌系统以及本申请提出的微波加速的无菌灭菌系统的实际操作条件来说最具代表性的温度水平(目标温度)为约140℃。因此，在将包含样品的测试腔室浸没至预热过的油浴中之前，将油浴体系预热至140℃水平。
上述的实验装备也体现在图39和图40中。
用于保持最少量样品(为了确保快速的预加热)的测试腔室由1.5英寸直径的Smart Gasket(Model G-TH-150-S-1，Rubber Fab，Andover，NJ，USA)装配而成；其确定了包含在测试腔室中的材料体积。垫片装配有皮下(hypodermic)三点热电偶探针(型号MT-23/20(3)，Physitemp Instruments，Inc.，Clifton，NJ，USA)，在该探针顶部的6mm空间内含有三个T型热电偶头，被放置为与测试材料自身直接接触。腔室的底部通过使用带有三夹钳垫片凹槽(型号16AMP-2-1.5-T316L，Waukesha Cherry-Burrell，Delavan，W1，USA)的1.5英寸不锈钢清洁盖形成；而顶部则装配有由熔融高温玻璃和不锈钢(型号Fuseview SS-15-FVTRI-FL，J.M.Canty Ltd，Dublin，Ireland)制成的透明观察口，且可视窗口的直径与所包含的样品直径相适应。
使用三点热电偶探针获得的温度通过使用12通道扫描量热仪(型号692-000，Barnant Company，Barrington，IL1 USA)进行测量，每4秒获取一次，并使用一般的笔记本电脑的串行端口进行记录。由系统获得的典型图形表示在图40中。该图形显示了样品腔室装配，具有包含与样品材料接触的3点热电偶探针的智能垫片入口的特定三夹钳。256*256象素的子样品(sub-sample)被涂成白色以描述已被用于颜色退化中的样品表面的成像部分。
样品腔室的可视窗口被定位成朝上以使得目标材料的定时图形可以通过使用数码相机(型号D70，Nikon Instruments，Melville，NY，USA)每4秒一次获得。图形被储存为原始的/未压缩数码格式(尼康电子格式)，不进行文件压缩而转化为Adobe Photoshop可读的TIF格式，输入Adobe Photoshop软件版本5.5，并裁剪为暴露的目标材料的包含256*256象素的阵列。这些缩减的子图形的平均色度值L、a和b通过使用Photoshop Histogram Function(Photoshop的直方图功能)进行测量。随后，使用微软Excel程序(Microsoft Office 2000软件包)的制图功能，将所获得值针对腔室暴露于140℃的时间进行绘制，以绘制出颜色组成L、a和b对暴露于加工温度的时间图。
微软Excel制图功能趋势线被用于产生线性回归线并显示出颜色组成(L、a*和b*)对暴露于140℃的时间的退化。将所记录的最差情况的用于本方法预热的暴露时间以及用于快速MW基方法的保持时间与用于常规无菌预热(产品通过约200英尺的1.5英寸内径管道在管式换热器中以1加仑/分钟的流速泵送)的最差情况的暴露类型的计算估值进行比较。假定对任一方法(MW基的预热和常规的预热)均采用相同的保持时间和温度。
图33-36描述了使用上述设备和方法在140℃的油浴预热温度下进行的实时颜色退化测量的结果。
在图33-36(青豌豆泥、胡萝卜泥、由花色素苷染色的土豆泥以及甘薯泥)的每一图上，标出了5个加工参考颜色质量/时间：原材料(加工前)、MW预热过的材料(从MW加热器出来并连接混合器的)、MW灭菌的材料(从保持管区段出来的)；常规预热的(从典型的管式换热器的管道中出来的)以及常规灭菌的(从使用常规换热器预热后的保持管出来的)。
对于所有4种被测和所描述的材料，很清楚地证明颜色退化在灭菌温度下以显著的速度瞬时发生并迅速发展。使用推荐的MW或RF能量源所实施的快速加热的优点也从这些图中清楚地得到了证明。
可以说明经受了快速MW或RF预热的材料的颜色质量退化最少并且显得与未加工的原材料几乎相同。在最终灭菌温度下保持产品所需的时间为颜色质量增加了少许的退化效果；但是当与常规灭菌加热和保持的最差情况比较时，这些退化变化是最小的。
使用本申请所公开主题的快速预热的优点是明显的，而无论被加工材料的初始质量如何——即，由于常规预热带给材料的颜色质量损害将总是显著地高于由快速加热引起的退化——假定保持区段期间的时间-温度暴露相同，两种累积处理之间的差异明显地并且总是有利于此处描述的快速MW/RF加热。
换句话说，由本发明推荐的MW/RF基处理所保存产品的颜色质量在包装时(time zero)将优于常规处理的产品。
一般地，质量退化且特别是颜色质量退化将在已包装产品的储存期间继续发展。这些退化过程的速率和程度将通常取决于打开前的储存和运输条件。因此，如果MW/RF灭菌的和常规无菌灭菌的产品均经受相同的包装后储存、运输和分配条件的组合；MW/RF灭菌的产品将具有一致的质量优点，因为初始的颜色质量成分(color qualitycomponent)将在包装时就已经被保护到了好得多的程度。
因此，在相同的上游条件(原材料的质量、暴露和损伤历史(abusehistory))和相同的下游条件(储存、运输和分配)下，相对于通过常规热灭菌所获得的产品来说，由所述的MW/RF灭菌方法获得的产品将具有更优的质量，而与这些条件无关并独立于这些条件。
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以下列出的参考文献以及在说明书中列举的参考文献(包括专利和非专利文献)在此以引用方式并入，它们对此处采用的方法论、技术和/或组合物等起到补充、解释、提供背景技术或教导。
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应该理解本申请所公开主题的各种详情可以在不背离本申请所公开主题的范围的情况下进行改变。进一步地，以上说明仅用于描述性的目的，而并不用于任何限制性的目的。

Claims (59)

1.一种在可流动材料以连续物流通过热处理设备时对可流动材料进行热处理的方法，该方法包括：
(a)使可流动材料连续地通过导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；
(b)通过暴露对于电磁辐射为可穿透的所述导管的至少一部分来加热所述可流动的材料；和
(c)在导管中混合所述可流动材料以在至少一部分的可流动材料中提供热平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流动以恒定流速发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述流动在恒定的加热量输入下发生或者在流动生物材料的加热出口于恒定的质量平均温度下发生。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可流动材料基于可流动材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。
5.根据权利要求1所述的方法，其中可流动材料是生物材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述生物材料是食品生物材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述食品生物材料基于食品生物材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率。
9.根据权利要求8所述的方法，其包括一个或多个额外的加热步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个额外的加热步骤在所述导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率的加热之前、期间或之后进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热基本上不通过使可流动材料与具有超过可流动材料自身最大温度水平的温度的表面接触而加热。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有约1×10-4米或更大的波长。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有约3×1012波/秒或更低的频率。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合发生在加热之前、期间或之后或者三者的组合。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合通过改变流动的横截面几何形状而完成。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合被动地、主动地、或者主动和被动兼有地发生。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述可流动生物材料没有经受加热的表面。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述混合通过使用被动的、主动的、或者被动和主动兼有的混合设备完成，所述混合设备用于增加具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换，这在没有所述混合设备时不会发生。
19.根据权利要求18所述的方法，其中与没有所述混合设备时的跨越可流动材料的温度分布变化性相比，所述混合使跨越可流动材料的温度分布变化性降低至少10％。
20.根据权利要求18所述的方法，其包括将混合设备放置在选自暴露于电磁辐射的导管部分的入口的一个或多个位点、暴露于电磁辐射的导管部分的内部的一个或多个位点、暴露于电磁辐射的导管部分的出口的一个或多个位点及其组合的位置处。
21.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括包装可流动材料以用于冷冻储存。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热和混合在足以对可流动生物材料完成灭菌和巴氏灭菌之一的时间内提供足够的温度。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括无菌地包装所述可流动材料。
24.根据权利要求1所述的方法，其中在引入可流动生物材料之前对可流动生物材料接触表面进行灭菌。
25.根据权利要求23所述的方法，其包括使可流动材料在预定的温度下保持预定长的时间，并于无菌条件下在无菌包装物中冷却、包装和气密封装所述可流动材料。
26.根据权利要求22所述的方法，其中可流动材料于预定温度水平下在大气压力或提高的压力下被装入非无菌包装物中，以同时完成对包装物表面及与之接触的可流动材料的灭菌，并随后气密封装所述包装物。
27.一种通过权利要求1所述的方法制造的产品。
28.具有一种或多种质量属性的商业无菌生物材料，相对于参照生物材料来说其能够被保存更长的期限，其中所述参照生物材料已经使用包括使参照生物材料与温度始终高于用于参照生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌。
29.根据权利要求28所述的商业无菌食品生物材料，其中所述一种或多种质量属性为在约25℃下储存至少12星期。
30.根据权利要求28所述的食品生物材料，其中所述一种或多种质量属性选自营养含量、颜色、质地、风味和总体外观。
31.根据权利要求28所述的食品生物材料，其中所述生物材料是气密包装的、耐贮存的、以及既气密包装又耐贮存中的一种。
32.根据权利要求28或31所述的食品生物材料，其中所述食品生物材料是甘薯。
33.具有一种或多种质量属性的商业无菌食品生物材料，相对于参照生物材料来说其能够被保存更长的期限，其中所述参照食品生物材料已经使用包括使参照食品生物材料与温度始终高于用于参照食品生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌，其中：
(i)所述食品生物材料是用于冷藏的包装的、气密包装的、可稳定储存的、既用于冷藏的包装的又可稳定储存的、以及既气密包装又可稳定储存中的一种；
(ii)所述食品生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)，任选地为泥状物；
其中任选地没有向食品生物材料中加入防腐剂或酸化剂，例如但不限于使得产品能够在热处理下更稳定的添加剂，但是其中如下物质可以任选地加入或存在于所述食品材料中：水、盐、香料、调味剂、去皮剂和/或酸式焦磷酸钠和其它抗褐变剂。
34.一种热处理过的食品生物材料，其质量概况基本上与同种类型的未热处理过的食品或其它生物材料的质量概况相匹配，所述质量概况包括一种或多种质量特征，其中所述热处理过的食品生物材料商业无菌并且可稳定储存。
35.根据权利要求34所述的食品生物材料，其中所述质量属性选自营养含量、颜色、质地、风味和总体外观。
36.根据权利要求35所述的食品生物材料，其中所述食品生物材料是气密包装的。
37.根据权利要求34所述的食品生物材料，其中所述食品生物材料是甘薯。
38.一种热处理过的食品生物材料，其质量概况基本上与同种类型的未热处理过的食品或其它生物材料的质量概况相匹配，所述质量概况包括一种或多种质量特征，其中：
(i)所述热处理过的食品生物材料是商业无菌的、用于冷藏的包装的、气密包装的、可稳定储存的以及它们的组合中的一种
(ii)所述食品生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)，任选地为泥状物；
其中任选地没有向食品生物材料中加入防腐剂或酸化剂，例如但不限于使得产品能够在热处理下更稳定的添加剂，但是其中如下物质可以任选地加入或存在于所述食品材料中：水、盐、香料、调味剂、去皮剂和/或酸式焦磷酸钠和其它抗褐变剂。
39.一种用于热处理可流动材料的设备，该设备包括
(a)用于接收可流动材料的导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；
(b)用于对所述导管的至少一部分提供电磁辐射的装置；和
(c)放置在导管中或者沿着导管放置以向至少一部分的可流动材料中提供热平衡的混合结构。
40.根据权利要求39所述的设备，其中可以约1×10-4米或更大的波长提供所述电磁辐射。
41.根据权利要求39所述的设备，其中可以约3×1012波/秒或更低的频率提供所述电磁辐射。
42.根据权利要求39所述的设备，其中所述混合结构包括改变的导管横截面几何结构。
43.根据权利要求39所述的设备，其中所述混合结构包括一个或多个被动混合结构、一个或多个主动混合结构或同时具有二者。
44.根据权利要求43所述的设备，其包括用来提高在具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换的被动的、主动的、或者被动和主动兼有的任何组合，所述物理接触和热交换在没有所述混合结构时将不会发生。
45.根据权利要求43所述的设备，其中与没有所述混合结构时的跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)相比，所述混合结构使跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。
46.根据权利要求43所述的设备，其包括位于选自对电磁辐射来说可穿透的导管部分的入口的一个或多个位点、内部的一个或多个位点、出口的一个或多个位点及其组合的位置处的混合结构。
47.根据权利要求39所述的设备，其包括用于控制流体以恒定流速通过导管的控制装置。
48.根据权利要求39所述的设备，其包括用于控制流体以至少0.25加仑/分钟的体积流速通过导管的控制装置。
49.根据权利要求39所述的设备，其包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，从而加热导管中的可流动材料，以使得可流动材料中的平均主体温度以至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的速率增加。
50.根据权利要求39所述的设备，其包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，从而使得导管中可流动材料的加热以比导管的加热速率更高的速率发生，从而使得所述可流动材料的加热基本上没有由于使该可流动材料与具有超过可流动材料自身的最高温度水平的温度的导管表面接触而受到加热。
51.根据权利要求39所述的设备，其包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，以使得功率水平保持恒定。
52.根据权利要求39所述的设备，其包括控制装置来控制用于提供电磁辐射的装置的功率水平，以使得所述功率水平可以自动地预先设置或者手动地调节至预先确定的水平以向预先确定的质量流速下的可流动生物材料提供预先确定的热处理。
53.根据权利要求39所述的设备，其包括用于如下目的之一的包装装置：包装可流动材料以用于冷冻储存、无菌包装可流动材料、以及既包装可流动材料以用于冷冻储存又无菌包装可流动材料。
54.根据权利要求39所述的设备，其包括用于与导管进行液体导通的保持管。
55.根据权利要求39所述的设备，其可具有在引入可流动生物材料之前被处理成商业无菌的可流动生物材料产品接触表面。
56.根据权利要求33或权利要求38的产品，其中所述包装物可具有任何标准尺寸，其包括但不限于个体尺寸。
57.根据权利要求33或权利要求38的产品，其中所述包装物中食品生物材料的体积超过了能够容纳于10号罐头中的食品生物材料的体积。
58.一种商业无菌可稳定储存的食品生物材料，其中该食品生物材料包括甘薯或土豆，并具有24周或更长的储存期限，并且进一步地，其中没有向食品生物材料中加入提高食品生物材料的热处理稳定性的防腐剂或酸化剂，但是其中所述食品生物材料可以任选地包括如下物质中的一种或多种：水、盐、香料、调味剂、去皮剂和/或酸式焦磷酸钠和其它抗褐变剂。
59.根据权利要求58所述的商业无菌可稳定储存的食品生物材料，其中所述食品生物材料是泥状物。
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