CN102196729A - 用于对食品进行清洗和/或杀菌的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于加工食品(101)的系统和方法，本方法在预定的时间段内将来自蒸汽发生器(102、100)的气体(103)的蒸汽施加到食品(101)的至少一部分上，从而对食品(101)的至少一部分进行清洗和/或杀菌，食品(101)具有内表面区域(101’)和外表面区域(101”)，其中，在蒸汽发生器(102、100)与食品(101)之间没有直接接触的情况下将所施加的气体(103)的蒸汽施加到食品(101)的外内表面区域(101”)和/或内表面区域(101’)的至少一部分上，并且所述流动的气体(103)在所述食品(101)的外表面区域和/或内表面区域(101’)处的速度至少为约8米/秒且至多为约100米/秒。这样，通过将蒸汽施加到食品的外和/或内表面上来实现对食品的有效清洗和/或杀菌。使用蒸汽作为用于清洗和/或杀菌的手段不但实现了非常有效的清洗和/或杀菌，还提供了一种到达外表面区域和/或内表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分的容易且有效的方式，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何。蒸汽还可具有允许对外表面区域和/或内表面区域(101’)进行动力清洗的速度。这样，可有效地去除外表面区域和/或内表面区域上的不想要的畜体污染残留物或其他不想要的物质或颗粒。

Description

用于对食品进行清洗和/或杀菌的方法及装置

技术领域

本发明总体上地涉及通过将蒸汽施加到食物或动物来源的其他生物制品(以下仅称为食品)的表面上来加工该产品。更具体地，本发明涉及加工食品的系统及方法，本方法包括在预定的时间段内将来自蒸汽发生器的气体的蒸汽施加到食品的至少一部分上，从而对食品的至少一部分进行清洗和/或杀菌。

蒸汽应理解为适当的温度和压力下的任何类型的汽化液体、带有或没有分散液滴的气体、和/或其任何混合物。

背景技术

在被屠宰场接收后，活的动物在其皮肤上以及在其肠道系统内将具有腐败微生物。在屠宰过程中，这些微生物可遍布整个畜体表面，它们将位于外侧表面或内侧体腔中。特别地，取出内脏工序操作由于将难于减少的肠道内容物(尤其是家禽体腔的内侧表面区域上的)而具有表面污染的高风险。

虽然一些先前的清洗和/或杀菌过程仅在外侧清洗食品，但其他的也包括处理食品的内部或内侧表面区域(以下仅称为内表面区域)。一种这样组合式的工序通过在商业上可购得的IOBW(内外畜禽屠宰设备，Inside-Outside Bird Washer)对家禽畜体执行，该IOBW通过使用高压水雾而工作。在一些国家(例如，在美国)，这些水雾可包含杀菌剂，例如基于氯的杀菌剂。

通常可以看到，这些已知的清洗和/或杀菌过程没有达到期望的效果，并且不想要的畜体污染物仍存在于外表面区域和/或内表面区域上，在所述清洗工序之后也是如此。

此外，限制细菌、肠道内容物等传播到食品的其他单元中也是食品加工设施中所关心的。

在本文中，食品(food item)的内表面区域(或内部、内侧表面区域等)意指在传统意义上是食品的内侧的一部分的任何表面区域，即使该食品已去除了或者部分或全部地切除了此部分。外表面意指在传统意义上是食品的外侧的一部分的任何外表面区域，即使该食品已去除了或者部分或全部地切除了此部分。食品可具有至少一个开口(opening)，以能到达该内表面区域，因此本发明的效果也可运用于该内表面区域。

具有通常在加工厂中将难于有效地清洗的内表面区域的一种食品的一个实例是家禽，像鸡、火鸡、鸟等。

同一申请人的专利申请US 2004/0105779公开了一种使用蒸汽和超声波的杀菌方法及设备。

专利申请WO 2007/047525公开了肉制品的超音速制备(preparation)，其中，使用超声波来降低肉中的微生物含量。该超声波通过机械振动来提供。

WO 2005/067741公开了涉及使用化学制剂的抗微生物喷洒漂洗、杀菌漂洗或最后漂洗(finishing rinsing)。使用了例如温度为5℃-30℃的水雾。

GB 2240912公开了为减少细菌污染物而施加蒸汽来处理畜体肉。通过喷射装置在少于15秒、优选地少于10秒、且更优选地少于5秒的时间段内施加蒸汽，从而使畜体的温度升高到至少68.4℃。

US 5,514,403公开了将通过喷嘴(nozzle)施加的温度在250°F-300°F之间的超热蒸汽喷洒到畜体的外部表面和内部表面上，接着通过喷洒冷却液来进行快速冷却。

WO 2004/004470公开了一种用于将液体、流体、水汽(vapour)或其他清洗溶液喷射到畜体的周围环境中的喷洒组件。

同一申请人的WO 2008/003324公开了通过使用一个以上的高强度声波发生器和/或反射体来增强高强度声波在处理区中的应用。

JP 02259303公开了使用喇叭状物(horn)将蒸汽和超声波施加到腔室中，以加热食品。

专利说明书US 5,484,615和US 5,939,115公开了家禽的去污染。将家禽运输到装有杀菌溶液的槽中，并且超声波发生器对着槽中(即，液体中)的家禽发出超声波。

与食物加工相关的一些现有技术蒸汽施加器是所谓的(蒸汽)喷射装置。这种喷射装置(不论它们是通过蒸汽驱动还是另外的作用力(agent)驱动)由于其性质而具有这样的特征：所获得的速度和/或功率(power)是有些集中的、峰状的(peak-like)、或至少具有有限的区域，即，最大速度和/或功率仅在靠近出射射流(exiting jet)的中心线的有限区域上获得，且然后随着距离该中心线的距离根据平方关系而减小(参见例如Landau，L.和Lifshitz，E.流体力学，Butterworth-Heinemann出版社，牛津(2000)第149页-第151页以及第316页-第320页)。

这致使喷射装置不适于一次有效地加工大的区域，且由此需要相对于待加工的食品的(更大的)移动和/或更长的加工时间，如下面所说明的。

与出射射流的速度和/或功率相关的峰状或集中分布使得难于仅通过加长加工时间来充分地加工给定的加工区域的每个部分，因为一些部分或位置(即，射流的中心线或中心区域)将提供显著多于周围区域的能量。

基本上，射流在一个位置或区域处具有高的功率和/或速度，而在周围区域具有低的功率和/或速度。典型地，这种(蒸汽)喷射装置将具有直径为约20mm或更小的具有足以用于有效处理的速度和/或功率的区域。

典型的喷射装置的(超音速)速度远高于343m/s。

因而，存在在中心线处或靠近中心线和/或在加工周围区域时破坏或损坏食品的风险。

所以，可能需要降低功率的全面应用(因此例如使得处理需要更长的时间或使得处理是不太有效的)或使射流的中心根据食品以适当且受控的方式移动，从而确保充分地处理待加工的食品的区域的每个部分。

对于其他的蒸汽应用，蒸汽以低的或基本上不显著的蒸汽的速度而施加或扩散，以得到蒸汽区或填充包括食品的蒸汽周围环境或蒸汽室等。在此的，此目的可能为例如获得更高的蒸汽的压力。在杀菌过程中，蒸汽的热通常用于杀菌。低的速度带来这样的缺陷，较热的蒸汽与较冷的食品之间的能量转移或热交换较低，蒸汽与食品之间的接触率一般较低，阻碍了效率或需要更长的加工时间。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种提供对一件以上的食品的有效清洗和/或杀菌的方法(及对应的系统)。

另一目的在于提供一种例如持续时间仅为几秒的更快速的清洗和/或杀菌工序，从而可能在屠宰场或类似场所中建立更简单的或更短的加工线布局。

另一目的在于通过一种与待加工的食品不直接接触的系统来提供对食品的清洗和/或杀菌。

另一目的在于降低或避免工业车间(industrial plant)中的食品(food item)之间的交叉污染。

这通过加工食品的方法(及对应的系统)来实现，本方法包括在预定的时间段内将来自蒸汽发生器的气体的蒸汽施加到食品的至少一部分上，从而对食品的至少一部分进行清洗和/或杀菌，食品具有内表面区域和外表面区域，其中，在蒸汽发生器与食品之间没有直接接触的情况下将所施加的气体的蒸汽施加到该外表面区域和/或内表面区域的至少一部分上，并且所述气体在食品的所述外表面区域和/或内表面区域处的速度至少为约8米/秒且至多为约100米/秒。

这样，通过将蒸汽施加到食品的外表面区域和/或内表面区域上来实现对食品的有效清洗和/或杀菌。使用蒸汽作为用于清洗和/或杀菌的手段实现了非常有效的清洗和/或杀菌。

此外，已发现，食品的外表面区域和/内表面区域处的气体的速度至少为8m/s还适于外表面区域和/或内表面区域的有效动力清洗，从而去除了外表面区域和/或内表面区域上的不想要的畜体污染残留物或其它不想要的物质或颗粒。

另外，这一速度至少为8m/s还确保了一种到达内表面区域和/或外表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分的有效方式，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何，例如，在家禽已脱毛之后，对于家禽畜体，可能存在许多孔、折叠、空腔等。规定的速度确保了这样的区域也能被适当地清洗和/或杀菌。

速度小于100m/s确保了食品上将不出现损伤。该速度还可以小于90m/s、80m/s、70m/s、60m/s或50m/s。

另外，在蒸汽发生器或其他设备零件(诸如杆、棒(spear))与食品没有直接接触的情况下将蒸汽施加到食品的外表面区域和/或内表面区域上确保了细菌、肠道内容物等将不会转移到蒸汽发生器或其他设备零件上，从而避免了交叉污染，在清洗和/或杀菌装置接触食品的情况下同样如此。

此外，由于仅将蒸汽用作作用力，因此上述处理对食品和环境是无害的。没有将另外的物质转移到食品上并进而转移给消费者。

蒸汽应理解为适当的温度和压力下的任何类型的汽化液体、带有或没有分散液滴的气体、和/或其任何混合物。

在一个实施例中，所述气体在食品的施加有气体的蒸汽的所述外表面区域和/或内表面区域处的速度至少为约10米/秒-12米/秒。

增大速度还可以进一步增大该效率，但仍保持最大值为100m/s。

可替代地，流动气体速度为约10m/s-约20m/s，这带来非常好的结果；或者此速度甚至可以更大。

速度的其他实例为例如25m/s及更大。

在一个实施例中，本方法进一步包括将空气传播的(airborne)高强度且大功率的声波施加到所述气体的蒸汽的至少一部分上，使得所述气体的蒸汽的此部分基本以该声波的频率且基本用该声波的强度和功率而振荡。

所施加的高强度且大功率的声波增强了蒸汽与食品的通过去除或减小所谓的层流底层(laminar sub-layer)而进行加工的表面层之间的传热，从而确保了将蒸汽的更多热量传递到食品上，且因此最终确保了更快速和/或更有效的加工时间。因而能在相同的时间间隔内或甚至在略微更短的时间间隔内实现更彻底的处理。

此外，提高的效率能实现对水和能量的更低消耗。

使用空气传播的高强度且大功率的声波保持了一条不与食品接触的途径，从而潜在地使例如用于通过输送机、输送带、或其他运输机构运输的食品的工序加速，并且仍避免或减小了交叉污染。

另外，使用高强度且大功率的声波将促进到达外表面区域和/或内表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何。

本发明既不涉及将声波施加到水中也不涉及施加来自与待加工的食品直接接触的系统的声波。

在一个实施例中，反射体朝着气体的蒸汽的至少一部分反射高强度且大功率的声波。该反射体可以具有抛物线或椭圆形状，或者成形为一喇叭状物，或者根据出于此目的的其他适当设计而成形。

这样，提供了所产生的声波的朝着蒸汽的非常有效且集中的方向，从而使得声波可以足够或最佳的能量在适当的处理区处与蒸汽接触。

在一个实施例中，反射体朝着食品反射高强度且大功率的声波和所施加的气体的蒸汽。这例如结合图5示出。

更具体地，所施加的蒸汽和所施加的声波远离朝着食品的方向离开其发生器，并通过反射体在朝着食品的方向上反射。

这样，蒸汽可膨胀，例如通过抛物线或椭圆形状的反射体，以具有甚至更大的延伸。已表明，可以获得具有足以用于有效处理的速度和/或功率的直径为约100mm的区域，而(蒸汽)喷射装置典型地具有直径为20mm的区域。

如果蒸汽发生器是用在出射(exiting)蒸汽一般向后(远离发生器的顶部)射出且反射体位于发生器后方或下方这样的构造中的所谓的高脚(stem)发生器或静态汽笛(static siren)(一般为哈特曼或Lavavasseur类的装置)，则已获得良好的结果。该速度将由于此设计(即，包括例如如图4所示的空腔)而减慢，从而低于100/s或更小。

同时，由蒸汽和声波形成的组合物具有基本上均一或均质的蒸汽混合物、蒸汽速度及声压。这增强了处理并使处理区域增加到例如如上所述的100mm。

在一个实施例中，预定的时间段可选自下列各项构成的组：

至少约0.2秒，

至少约0.4秒，

约0.4秒至约2秒，以及

约0.2秒至约5秒。

加工时间可取决于待加工的食品的类型和/或量。

在一个实施例中，蒸汽发生器为圆盘(disc)发生器，例如，如图3a-图3f所示的那些蒸汽发生器，该蒸汽发生器具有与所谓的喷射装置不同的速度和/或功率分布。如图3a所表示的，圆盘发生器一般具有成大的(三维的)圆椎体形状的蒸汽出射。比起例如喷射装置，这具有的优点在于，更大的区域得以被蒸汽处理，而且用蒸汽处理过的区域被处理得更均一，即，更少的速度和/或功率的峰状或集中分布，而是更均一的分布。

在一个实施例中，蒸汽发生器为高脚发生器，例如如结合图4所示出和说明的。

在一个实施例中，蒸汽发生器为静态汽笛(哈特曼装置为静态汽笛的实例，并且圆盘发生器和高脚发生器都是哈特曼装置的实例)。另一种静态汽笛可以为Lavavasseur装置。

静态汽笛是指没有可动部件的声波发生器，因为它们通过气体的动能(例如蒸汽)来驱动。

即使这些装置可利用喷射装置，但它们的性质不同，因为超音速喷射的速度降低至具有亚音速速度。

在一个实施例中，高强度且大功率的声波是超音速声波。与音速声波相比，超音速声波对人的伤害更小，并且通常将更易于进行缓冲和/或反射。可替代地，声波能具有音频或声频。

高强度且高功率的声波的主频率或主用频率(primary frequency)可介于约8kHz与70kHz之间、介于约16kHz与50kHz之间、或者约介于20kHz与40kHz之间。可替代地，该主频率或基本频率可以不同。

在一个实施例中，高强度且大功率的声波由高强度且大功率的声波发生器产生，并且距离所述发生器的口(orifice)约10cm处的声压级可选自下列各项构成的组：

至少120dB，

至少140dB，

至少160dB，

约120dB至约165dB，以及

约120dB至约180dB。

应理解的是，如果高强度且大功率的声波发生器的口与待处理的食品之间的距离小于10cm，则比所指出的那些更小的声压可能是有用的。

典型地，至少为120dB的声压级才足以使蒸汽处理得到改善，而更高的声压，例如从130dB开始或从140dB开始，可获得进一步的改善。

在一个实施例中，蒸汽是水蒸汽。相对少量的水蒸汽能够转移大量的热能，仅具有低成本并且仅留下无害的水作为其残留物。

在一个实施例中，在压力下通过这样的口(orifice)从管道供应蒸汽，即，该口小到足以允许蒸汽以高速通过该口，并提供具有高动能的蒸汽分子。

在一个实施例中，蒸汽和高强度且大功率的声波通过相同的高强度且大功率的声波发生器施加。这实现了处理装置的更紧凑设计。此外，对于一些类型的装置或发生器(例如，哈特曼、Lavavasseur设计类型等)，蒸汽还用于产生声波，避免了需要另外的驱动力。

在一个实施例中，蒸汽和所述高强度且大功率的声波通过不同的装置产生和施加。一个实例是例如使用加压空气或气体等产生高强度且大功率的声波并通过一个以上的蒸汽喷嘴从蒸汽发生器分别供应蒸汽的装置。

这样，可以更高的精确度来限制和/或控制蒸汽供应，因为此时供应的蒸汽不用还负责产生高强度且大功率的声波的适当声压级。

在一个实施例中，使蒸汽在如此高的声压级下振荡以致各个分子的移动到达或超出邻近给定的食品的层流底层的空间深度(dimensional depth)。

本发明还涉及一种与本发明的方法对应的系统。更具体地，本发明涉及一种用于加工食品的系统，本系统包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器适于在使用期间在预定的时间段内将排放的气体的蒸汽施加到食品的至少一部分上，从而对食品的至少一部分进行清洗和/或杀菌，食品具有内表面区域和外表面区域，其中，该蒸汽发生器适于在蒸汽发生器与食品之间没有直接接触的情况下将气体的蒸汽施加到食品的外表面区域和/或内表面区域的至少一部分上，并且该蒸汽发生器适于以至少为约8米/秒至多为约100米/秒的速度将所述气体排放到食品101的外表面区域和/或内表面区域处。

根据本发明的系统的实施例与根据本发明的方法的实施例对应，并出于相同的原因而具有相同的优点。本系统的有利实施例限定在从属权利要求中并在下面得到详细地描述。

附图说明

从图中所示的示例性实施例中，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并将参照这些示例性实施例进行阐述，图中：

图1a示意性地示出了本发明的一个实施例；

图1b示意性地示出了本发明的另一实施例；

图1c示意性地示出了本发明的又一实施例；

图2a示意性地示出了在不施加高强度且大功率的声波的情况下食品的内表面区域和/或外表面区域上的流动(湍流)；

图2b示意性地示出了食品的内表面区域和/或外表面区域上的流动，其中示出了将高强度且大功率的声波施加到环绕或接触表面区域的气体上/中时的效果；

图3a示意性地示出了用于产生高强度且大功率的声波的装置的实施例；

图3b示出了成圆盘形状的圆盘发生器形式的高强度且大功率的声波装置的实施例；

图3c是沿着图3b中的高强度且大功率的声波装置100的直径的截面图，更清晰地示出了开口302、气体通道303及空腔304的形状；

图3d示出了成形为细长体的高强度且大功率的声波装置的可替代实施例；

图3e示出了与图3d中的类型相同但成形为闭合曲线的高强度且大功率的声波装置；

图3f示出了与图3d中的类型相同但成形为开放曲线的高强度且大功率的声波装置；

图3g示出了成形为细长体的高强度且大功率的声波装置的可替代实施例；

图4示出了成静态汽笛和喷射装置形式的蒸汽(及声波)发生器；以及

图5示出了具有反射体的可替代实施例。

具体实施方式

图1a示意性地示出了本发明的一个实施例。示意性地示出了待根据本发明的一个方面来加工的一件以上的食品101。

还示出了待加工的食品101的内表面区域101’和外表面区域101”的图像。

为了对食品101的外表面区域101”和/或内表面区域101’进行清洗和/或杀菌，通过蒸汽发生器102将蒸汽103(例如成带有或没有分散液滴的气体、气化液体，和/或其混合物等形式)施加到外表面区域101”和/或内区域101’上，其中施加蒸汽的蒸汽发生器102与食品101没有任何直接接触。蒸汽发生器102甚至可以完全或基本上完全处于待加工的食品外面，尽管在一些实施例中，上述蒸汽发生器可能具有进入到食品的内腔中的一部分，例如喷嘴等。

将蒸汽用作清洗和/或杀菌的手段不但实现了非常有效的清洗和/或杀菌，而且由于蒸汽是空气传播的，因此提供了一种对外表面区域和/或内表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分起作用的简单且有效的方式，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何。

另外，在蒸汽发生器与食品没有直接接触的情况下通过将蒸汽施加到食品的外表面区域和/或内表面区域上确保了细菌、肠道内容物等将不会转移到蒸汽发生器上，从而避免了交叉污染，在清洗和/或杀菌装置触及食品的情况下也是如此。

此外，施加在食品的外表面区域和/或内表面区域处的气体的速度至少为约8m/s至多为约100m/s，实现了对外表面区域和/或内表面区域的有效动力清洗，从而去除了外表面区域和/或内表面区域上的不想要的畜体污染残留物或其它不想要的物质或颗粒。

另外，这一速度至少为8m/s还确保了一种到达内表面区域和/或外表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分的有效方式，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何，例如，在家禽已脱毛之后，对于家禽畜体，可能存在许多孔、折叠、空腔等。规定的速度确保了这样的区域也能被适当地清洗和/或杀菌。

应理解的是，例如通过具有更大的蒸汽“圆锥体”和/或通过具有来自蒸汽发生器102的一个以上的蒸汽出口而使蒸汽发生器102可同时加工一件以上的食品。此外，一种布置能包括几个蒸汽发生器。

本发明的实施例在屠宰场中的典型位置可处于畜体加工中的如下阶段：在此阶段，动物已被剖开，且因此形成并露出内表面，而且在此阶段，存在进行清洗和/或杀菌的需要。此典型位置可恰好处于取出内脏工序之后，如商业上的IOBW(内外畜禽屠宰设备)单元的典型情形。然而，本发明的实施例在屠宰场屠宰线上的位置也可以是不同的。

该速度还可以至少为约10米/秒、12米/秒、25米/秒(例如使用高脚发生器，并朝着食品直接施加蒸汽及声波)，或约10米/秒-12米/秒。可替代地，该速度为已给出非常好的结果的约10m/s-约20m/s，或者该速度甚至可以更大。

蒸汽发生器102也可如下所述地产生声波。可替代地，蒸汽可例如在压力下通过这样的口从管道供应，即，该口小到足以允许蒸汽以高速通过该口，并提供具有高动能的蒸汽分子，这无需涉及产生高强度且大功率的声波。

在一个实施例中，蒸汽发生器是高脚发生器，例如，如图3a-图3f及图4所示的那些蒸汽发生器，该蒸汽发生器具有与所谓的喷射装置不同的速度和/或功率分布。如图3a所表示的，该高脚发生器一般具有成大的(三维的)圆椎体形状的蒸汽出射。比起例如喷射装置，这具有的优点在于，更大的区域得以被蒸汽处理，而且用蒸汽处理过的区域被处理得更均一，即，没有或至少更少的速度和/或功率的峰状或集中分布，而是更均一或均质的分布。

图1b示意性地示出了本发明的另一实施例。该实施例与结合图1a示出和说明的那个实施例对应，并增添有产生高强度且大功率的声波104的高强度且大功率的声波发生器100。

所产生的高强度且大功率的声波104和蒸汽103(或带有或没有分散液滴的气体、气化式液体，和/或其混合物等)通过其各自的发生器在时间上重叠地施加到待处理的固态食品101的内表面区域101’和/或外表面区域101”上。声波104和蒸汽103可例如在物理上重叠地施加到食品101的内表面区域101’的相关区域中，或者一般以这样的方式施加，即，使得声波104将影响邻近待处理的食品100的内表面区域101’的蒸汽103，或者在蒸汽到达内表面区域101’之前。这样，能改善食品的外表面和/或内表面的清洗和/或杀菌。

声波将使得蒸汽分子或蒸汽液滴以该声波的频率且用该声波的强度和功率而振荡。靠近待处理的食品101的内表面区域101’的蒸汽分子或蒸汽液滴将以高频振动，并将减小或去除存在于固态食品101的外表面区域101’和/或内表面区域101”处的所谓的层流底层。层流底层的减小将导致受在食品101的内表面区域101’上凝结的蒸汽影响的传热和传热率增大，如下面更详细地说明的。

对环绕诸如食品的固态物体的几乎所有实际产生的气流，整个流动空间(volume，体积)中的流态(flow regime)都将是湍流，除了覆盖流态为层流(参见例如图2a中的313)的所有表面的层以外。该层通常被称为层流底层或边界底层。该层的厚度是流量的雷诺数的减函数，即，在高的流速下，该层流底层的厚度将减小。

典型地，减小层流底层的厚度将显著地增强传热和传质(mass transfer)。

这是将高强度且大功率的声波施加到食品的外表面区域和/或内表面区域上时的情况。高强度且大功率的声波增大了蒸汽分子与食品的表面区域之间的相互作用，且因此增大了该表面区域处的能量交换。

缩小/减小层流底层使扩散速度增大。此外，缩小/减小层流底层提高了蒸汽分子102与食品的内表面区域101’和/或外表面区域101”之间的碰撞概率。

这将结合图2a和2b来更详细地说明。

此外，蒸汽流还将“推开”或去除存在于食品周围的可能阻止通过蒸汽来有效地加热食品的蒸汽/空气混合物层。该蒸汽/空气混合物将由所施加的蒸汽产生，最终在小范围内与环境空气混合。

另外，高强度且大功率的声波的使用将增强到达外表面区域和/或内表面区域的许多部分或甚至基本上所有部分，而不论这些部分弯曲、折叠、形状等如何。

应当理解的是，可使用一个以上的声波发生器100和/或一个以上的蒸汽发生器102。还应当理解的是，声波及蒸汽可通过相同的装置或不同的装置产生。

通过相同的装置施加蒸汽及高强度且大功率的声波实现了处理装置的更紧凑设计。此外，对于一些类型的装置或发生器(例如，静态汽笛如哈特曼、Lavavasseur类型等)，易于使用蒸汽来产生声波，避免了需要额外的驱动力。

这种装置将产生具有基本上均一或均质的蒸汽混合物、蒸汽速度及声压的蒸汽与声波的组合物。这增强了该处理并增大了处理区域，如还结合图4说明的。

通过不同的装置施加蒸汽及高强度且大功率的声波可例如通过这样的装置来完成，即，该装置使用加压空气或加压气体等来产生高强度且大功率的声波，并分别通过一个以上的蒸汽喷嘴从蒸汽发生器供应蒸汽。这样，可以更高的精确度来控制蒸汽供应量上升或下降，因为此时所供应的蒸汽不用还负责产生高强度且大功率的声波的适当声压级。

在一个实施例中，使蒸汽以如此高的声压级振荡以致各个分子的移动到达或超出邻近给定的食品的层流底层的空间深度。所有气体分子(包括蒸汽和其他环境气体)的动能将去除或减小层流底层，此后，蒸汽将通过在表面区域上凝结而以快速且可控的方式加热食品的表面区域。

在一个实施例中，所施加的声波是超音速的。与音速声波相比，超音速声波对人的伤害更小，并且通常将更易于进行缓冲和/或反射。可替代地，声波能具有音频或声频。

蒸汽103可以是水蒸汽，并可以是适当的温度和压力下的任何类型的汽化液体、带有或没有分散液滴的气体、和/或其任何混合物。

声波发生器100可以为能够提供(deliver)足以增强蒸汽的清洗和/或杀菌效果的声压级的任何类型。已发现，足够的声压级为约120dB(在距离发生器的口10cm处)及以上。

这种声波发生器100的实例为例如所谓的哈特曼、圆盘、高脚、或槽式(slot type)或其他静态汽笛类型，其中，蒸汽本身可用于产生(超音速的)高强度且大功率的声波，如例如结合图3a-图3g及图4所示出和说明的。另一可用类型是所谓的Levavasseur类型。

例如通过使声波发生器100、蒸汽发生器102移动或通过使食品101移动而通过声波发生器100、蒸汽发生器102而使蒸汽发生器102和高强度且大功率的声波发生器100相对于食品101可以是可移动的；食品例如位于输送带上、悬挂在来自高架输送机轨道布置(overhead conveyor rail arrangement)的钩环(shackle)中等。

可使用例如具有大体为抛物线或椭圆形态的一个以上的反射体来控制声波的传播，例如如结合图1c和图5所示出和说明的。可替代地，反射体形状可以是不同的，例如具有喇叭或其他工具的形状。

在一个实施例中，加工时间可以至少为约0.2秒。在另一实施例中，加工时间可以至少为约0.4秒。在又一实施例中，加工时间可以为约0.4至约2秒。在另一实施例中，加工时间可以为约0.2秒至约5秒。

图1c示意性地示出了本发明的又一实施例。示意性地示出了反射体105和高强度且大功率的声波发生器100，其中，在离开声波发生器100之后，反射体朝着蒸汽103的至少一部分反射由声波发生器100产生的高强度的声波104。反射体105可以是声波发生器100的一体部件或单独部件。此外，反射体105相对于声波发生器100可以不同于此图中示出的方式而设置，例如反射体的下部可设置在声波发生器下方等。另外，可以提供一个以上的反射体。

应注意的是，(与图5的实施例不同)反射体105仅反射声波，而不反射蒸汽。

在相同的实施例中，反射体105具有大体为抛物线或椭圆的形状。在其他实施例中，反射体形状可以像喇叭一样，或与之不同。

这样，提供了所产生的声波的朝着蒸汽的非常有效且集中的方向，从而使得声波或超声波可以足够或最佳的能量在适当的处理区处或在上述处理区之前与蒸汽接触。

因此，可以使用一个以上的特别有效的反射体来将来自声波的能量供应至蒸汽，从而增大了蒸汽在处理一件以上的食品时的效率。

具有大体为抛物线或椭圆的形状实现了声波的非常有效的集中，即，靠近抛物线或椭圆的焦点(focus point)/在上述焦点周围。

大体为抛物线形状应理解为，反射体的通过在反射体的纵向方向(即，反射体的闭合端与敞开端之间的方向)上延伸的中心线的横截面基本或大体为抛物线。

大体为椭圆形状应理解为，反射体的通过在发射体的纵向方向(即，反射体的闭合端与敞开端之间的方向)上延伸的中心线的横截面基本或大体为椭圆。

这种有效的抛物线或椭圆反射体可与其他所描述的可应用的各种其他实施例结合使用。

反射体105也可如结合图5所描述地布置。

图2a示意性地示出了在不施加高强度且大功率的声波的情况下食品内表面区域和/或外表面区域上的流动(湍流)。

示意性地示出了至少一种食品101的外表面区域或内表面区域101’，并且气体或气体混合物包括环绕和接触内表面区域101’的蒸汽103。内表面区域101’还可具有位于上述内表面区域上的由已经凝结的蒸汽产生的水滴。

热能可经由气体通过传导且还通过气体从一个区域到另一个区域的移动来传输。这种与气体的移动关联的热或能量转移过程通常被称作对流。当气体运动仅由于温差所引起的浮力而产生时，该过程通常被称作自然对流或自由对流；但是如果空气运动由于一些其他机理(mechanism)而产生，则此过程通常被称作强制对流。在强制对流的情况下，靠近内表面区域101’将存在层流边界层311，即使是存在在靠近该内表面区域的气体中引起湍流的强烈的强制对流。上述层流边界层的厚度是流量的雷诺数的减函数，从而在高的流速下，层流边界层311的厚度将减小。当流动变成湍流时，该层流边界层被分成湍流边界层312和层流底层313。对于几乎所有实际产生的气流，整个流动空间中的流动体制都将是湍流，除了覆盖流动体制为层流的内表面区域101’的层流底层313以外。考虑到层流底层313中的气体分子315，速度316将基本平行于内表面区域101’并等于层流底层313的速度。由于层流的性质，穿过层流底层的热或能量传输将通过传导或辐射。

此外，穿过层流底层的传热将主要通过扩散。层流底层313的存在无法提供最佳的或有效的传热。

从气体到固态表面区域的热、能量和/或质量转移或传递的主要障碍是附着于该固态表面区域的气体的边界层311。甚至当气体的运动完全是湍流时，也存在层流底层313，并妨碍质量传输和/或热转移。

图2b示意性地示出了食品的内表面区域和/或外表面区域上的流动，其中，将高强度且大功率的声波施加到环绕或接触表面区域的气体上/中时的效果。

更具体地，图2b示出了当食品101的内表面区域101’和/或外表面区域受到例如通过气体驱动的声波发生器(未示出，参见例如其他图中的100)供应的高强度且大功率的(超音速的)声波时的情况。考虑到层流底层中的气体分子/气体粒子315，速度316将基本平行于内表面区域101’并等于层流底层在施加超声波之前的速度。在图2b中的发出的声场到内表面区域101’的方向上，气体或蒸汽分子315的振荡速度已显著增大，如通过箭头317所表示的。作为实例，当频率为f＝22kHz且声压级为约160dB时，可获得v＝4.5m/s的最大速度和+/-32μm的位移。由于分子随着层流空气流而沿着该内表面区域移动，因此图2a中的对应(垂直)位移基本为0。因此，声波将使层流底层减少，并致使受在食品101的外表面区域101”和/或内表面区域101’上凝结的蒸汽影响的传热和传热率增大。

声压级在一个实施例中大致为120dB或更大。在可替代实施例中，声压级大致为140dB或更大。在又一实施例中，声压级大致为160dB或更大。此外，声压级可以在约140dB-165dB或约120dB-165dB的范围内选择。声压级可以为约120dB至约180dB。

因此，由于层流底层的尺寸的减小对应地使将热或能量转移到食品101的表面区域上的障碍减小，因此减小或去除层流底层具有使得食品101的外表面区域101”和/或内表面区域101’与环绕或接触的蒸汽103之间的热或能量转移大大增加的效果。以蒸汽的形式提供功率，并且产品周围的蒸汽区在使用期间将不断地被去除，以防止凝结和隔热(insulation)，由此不能遮护表面区域中的天然微结构免受蒸汽影响并不能阻止蒸汽到达上述天然微结构。由于蒸汽在表面区域上凝结，所以能量将供应至食品。

这将有效地致使蒸汽103与食品之间的反应增强，允许对食品进行更有效的清洗和/或杀菌。

图3a示意性地示出了用于产生高强度且大功率的声波的装置100的优选实施例。在此成加压蒸汽的形式的加压气体从管道或腔室309通过由外部305和内部306限定的通道303到达开口302，气体从上述开口以朝着设置在内部306中的空腔304的射流(jet)的形式而施加。如果气体压力足够高，则在供给至空腔304的气体中以由空腔304和开口302的尺寸限定的频率产生振荡。压力可例如为≥1.1bar或典型地为1.1bar-6.0bar或优选地为1.4bar-4.0bar。图3a所示的这类超声波装置在约4个大气压的气体压力下能够产生高达约160dB的超音速声压级。该超声波装置可例如由黄铜(brass)、铝或不锈钢制成或者用任何其他硬到足以承受该装置在使用期间受到的声压和温度的材料制成。图3a还示出了该操作方法，其中，朝着待处理的食品101的外表面区域101”和/或内表面区域101’引导所产生的超声波104。

图3b示出了成圆盘形状的圆盘发生器形式的高强度且大功率的声波装置的实施例。示出了高强度且大功率的超音速声波发生器100的优选实施例，即，所谓的圆盘发生器。装置100包括环形外部305和圆柱形内部306，该内部中凹入有环形空腔304。通过环形气体通道303，气体(在此成蒸汽的形式)可扩散至环形开口302，气体可从该开口传送至空腔304。外部305相对于内部306可以是可调的，例如，通过在外部305的底部中设置螺纹(thread)或另一调节装置(未示出)，上述外部此外可包括紧固装置(未示出)，该紧固装置用于在已在其间获得期望的间隔时相对于内部306锁定外部305。这种超声波装置在4个大气压的气体压力下可产生约22kHz的频率。因而，气体分子能够以4.5m/s的最大速度移动多达32μm，且约22,000次/秒。仅包括这些值是为了给出一些关于该超声波装置的尺寸和比例的概念，而非意在限制示出的实施例。

图3c是沿着图3b中的高强度且大功率的声波装置100的直径的截面图，更清晰地示出了开口302、气体通道303及空腔304的形状。此外显然，开口302是环形的。气体通道303和开口302由大致为环形的外部305和布置在上述外部中的圆柱形内部306限定。从开口302施加的气体射流撞上(hit)形成在内部306中的大致为圆周的空腔304，且然后离开超声波装置100。如前面所提及的，外部305限定气体通道303的外部，并进一步沿着其内圆周的形成超声波装置的开口的外表面成约30°的角度地倾斜，气体射流在扩散时可从该开口扩展开来。以上斜面与内圆周的内表面的对应的约60°的斜面一起形成从外部限定开口302的锐角圆周边缘。内部306在其外圆周中具有面向开口且从内部限定开口302的约45°的斜面。外部305相对于内部306可调节，由此可调节撞上空腔304的气体射流的压力。其中凹入有空腔304的内部306的顶部也成约45°的角度地倾斜，以允许振荡的气体射流在该超声波装置的开口处扩展开来。

图3d示出了成形为细长体的高强度且大功率的声波装置的可替代实施例。示出了包括细长的大致为轨道(rail)形状的本体100的超声波的高强度且大功率的声波发生器，其中，上述本体在功能上分别等效于图3a和图3b中示出的实施例。在这个实施例中，外部包括两个分开的轨道形状的部分305a和305b，这两个部分与轨道形状的内部306一起形成超声波装置100。外部305的两个部分305a和305b与内部306之间设置有两个气体通道303a和303b。所述气体通道中的每个分别具有开口302a、302b，上述开口将从气体通道303a和303b散出的气体输送至设置在内部306中的两个空腔304a、304b。此实施例的一个优点在于，与圆形本体相比，轨道形状的本体能够覆盖大很多的表面区域。此实施例的另一优点在于，该超声波装置可用挤压成形(extruding)工艺制造，由此降低了材料成本。

图3e示出了与图3d中的类型相同但成形为闭合曲线的高强度且大功率的声波装置。图3d中示出的气体装置的实施例不必为直线的。图3e示出了成形为三个分开的圆环的轨道形状的本体100。外环限定最外面的外部305a，中间环限定内部306，且内环限定最里面的外部305b。该超声波装置的这三个部分共同形成如图3d中的实施例所示出的横截面，其中，内部设置有两个空腔304a和304b，并且其中，最外面的外部305a与内部306之间的空间分别限定外部气体通道303a和外部开口302a，并且内部306与最里面的外部305b之间的空间分别限定内部气体通道304b和内部开口302b。超声波装置的此实施例能够一次对非常大的区域起作用，且因此可处理大物体的表面。

图3f示出了与图3d中的类型相同但成形为开放曲线的高强度且大功率的声波装置。如所示出的，还可使这类超音速的高强度且大功率的声波发生器形成为开放曲线。在此实施例中，功能性部分对应于图3d中示出的那些部分，并且从此部分描述中其他细节是显而易见的，因此可进行参照。同样地，还可使仅具有一个开口的超音速的高强度且大功率的声波发生器形成为如图3b所描述的。当所处理的物体的表面具有不常见的形状时，可应用成形为开放曲线的超音速的高强度且大功率的声波装置。能想象出这样的系统，即，其中，成形为不同开放曲线的多个超音速的高强度且大功率的声波发生器布置在根据本发明的设备中。

图3g示出了高强度且大功率的声波装置的可替代实施例，其成形为细长体。此实施例对应于图3d的实施例，但“切半”。

图4示出了成静态汽笛和传统喷射装置形式的蒸汽(及声波)发生器。

示出了蒸汽及声波发生器100以及喷射装置400和食品100。在该图中，d₀是蒸汽的每个特定装置的初始直径，d_n是每个特定装置的喷嘴直径，且d_t是食品100的被每个特定装置所覆盖的区域的直径。

喷射装置400主要由喷嘴组成，并通过蒸汽源(未示出)驱动。蒸汽103在离开喷射装置400之后的直径d₀将等于喷嘴直径d_n，并将以约12°的且根据流体力学理论(参见例如Landau，L.和Lifshitz，E.流体力学，Butterworth-Heinemann出版社，牛津(2000)第149页-第151页以及第316页-第320页)几乎是恒定的扩张角(divergence angle)扩展开来，当给出扩张角及到食品100的距离，这将给出直径d_t的给定区域402。典型地，对于这种喷射装置，区域d_t的直径将为约20mm。

蒸汽及声波发生器100包括通过蒸汽源(未示出)驱动的喷嘴等，为了对比起见，上述蒸汽及声波发生器与喷射装置的类型相同，且因此该蒸汽及声波发生器与喷射装置具有相同的喷嘴直径d_n。在喷嘴前方，设置有共振器(resonator)或空腔304。

共振器或空腔304负责产生声波。

蒸汽将必须在共振器周围移动，以离开蒸汽及声波发生器，并且其自由移动将以大于喷嘴直径d_n的出口直径d₀开始。蒸汽103在离开蒸汽及声波发生器之后将以类似的方式扩展开来。由于出口直径较大，所以蒸汽及声波发生器100的处理区域d_t402’将大于喷射装置400的处理区域。

为优化处理区域d_t 402’，可改变和优化共振器304的形状和尺寸。

另外，由于源自声波产生和流体动态阻力(fluid-dynamic resistance)的动能损失，共振器或空腔304将使蒸汽的速度降低，从而根据本发明使该速度从超音速级降低到亚音速级，即，低于100m/s。

喷射装置400仍设定成具有超音速速度，即，远高于343m/s。

图5示出了具有反射体105的可替代实施例，其中，处理区域甚至可以进一步增大。示出了以这样的配置或模式工作的蒸汽及声波发生器100(例如如同高脚发生器或其他静态汽笛)，即，其中，蒸汽103及声波(未专门示出)从蒸汽及声波发生器100向后(即，图5中的左侧)射出而非向前射出，即，在蒸汽离开喷嘴之前与蒸汽的流动方向相反地射出。

根据此实施例，反射体105设置成使它接收蒸汽及声波，即，位于蒸汽及声波发生器后方(就图5中的左侧而言)。反射体可以为例如抛物线或椭圆形状的反射体或具有一些其他合适的形状。

反射体105然后朝着食品(未示出)反射高强度且大功率的声波及所施加的气体的蒸汽103/104。

这样，可扩大处理区域。

在此特定实施例中，蒸汽及声波都被反射(而在图1c的实施例中，仅声波被反射)。通常，有关于不反射蒸汽以及由于对流蒸汽不应当释放任何能量的教导。但是，根据本发明，通过反射蒸汽及声波，则获得了额外的东西。

如果反射体是抛物线，则可以获得基本均一的速度分布图，并具有与该抛物线几乎相同的直径，如还用颜色示出了速度级的图中所示出的。

已证明，可获得具有足以用于有效处理的速度和/或功率的、直径为约100mm的区域，而(蒸汽)喷射装置典型地具有直径为20mm的区域。

速度将由于该设计而减慢至低于100m/s或更小。

因而获得了基本均一或均质的蒸汽混合物、蒸汽速度、以及声压。

在权利要求书中，放在括号之间的任何参考标记都不应被解释为限制该权利要求。单词“包括”不排除存在除权利要求中列出的那些以外的元件或步骤。元件前面的单词“一个(a)”或“一(an)”不排除存在多个这种元件。

本发明能通过包括几个不同元件的硬件并通过适当编程的计算机来实施。在列举了几个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个能通过同一硬件项来体现。仅是某些措施是在彼此不同的独立权利要求中叙述的这一事实无法表明这些措施的组合不能用于获利。

Claims (22)

1.一种加工食品(101)的方法，所述方法包括

在预定的时间段内将来自蒸汽发生器(102、100)的气体(103)的蒸汽施加到食品(101)的至少一部分上，从而对所述食品(101)的至少一部分进行清洗和/或杀菌，所述食品(101)具有内表面区域(101’)和外表面区域(101”)，

其中

在所述蒸汽发生器(102、100)与所述食品(101)之间没有直接接触的情况下将所施加的气体(103)的蒸汽施加到所述食品(101)的外表面区域(101”)和/或内表面区域(101’)的至少一部分上，并且

所述气体(103)在所述食品(101)的外表面区域和/或内表面区域(101’)处的速度至少为约8米/秒且至多为约100米/秒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体(103)在所述食品的施加有气体(103)的蒸汽的所述外表面区域和/或内表面区域(101’、101”)处的速度至少为约10米/秒-12米/秒。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，在压力下通过这样的口从管道供应所述气体的蒸汽，即，所述口小到足以允许所述蒸汽以高速通过所述口，并为蒸汽分子提供高动能。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括

将空气传播的高强度且大功率的声波(104)施加到所述气体(103)的蒸汽的至少一部分上，使得所述气体(103)的蒸汽的所述部分基本以所述声波(104)的频率且基本用所述声波的强度和功率而振荡。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，反射体(105)朝着所述气体(103)的蒸汽的至少一部分反射所述高强度且大功率的声波(104)，并且其中，所述反射体(105)大体为抛物线或椭圆形状，或者形成为一喇叭状物。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，反射体(105)朝着所述食品(101)反射所述高强度且大功率的声波(104)和所施加的气体(103)的蒸汽。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所施加的蒸汽和所施加的声波远离朝着所述食品(101)的方向而离开它们的发生器，并由所述反射体(105)在朝着所述食品(101)的方向上反射。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述预定的时间段可选自下列各项构成的组：

至少约0.2秒，

至少约0.4秒，

约0.4秒至约2秒，以及

约0.2秒至约5秒。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其中，所述高强度且大功率的声波为超音速声波。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其中，所述高强度且大功率的声波(104)由高强度且大功率的声波发生器(100)产生，并且距离所述声波发生器(100)的口约10cm处的声压级选自下列各项构成的组：

至少120dB，

至少140dB，

至少160dB，

约120dB至约165dB，以及

约120dB至约180dB。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述蒸汽发生器(102、100)是静态汽笛。

12.一种用于加工食品(101)的系统，所述系统包括

蒸汽发生器(102、100)，适于在使用期间在预定的时间段内将气体(103)的蒸汽施加到食品(101)的至少一部分上，从而对所述食品(101)的至少一部分进行清洗和/或杀菌，所述食品(101)具有内表面区域(101’)和外表面区域(101”)，

其中

所述蒸汽发生器(102、100)适于在所述蒸汽发生器(102、100)与所述食品(101)之间没有直接接触的情况下将气体(103)的蒸汽施加到所述食品(101)的外表面区域(101”)和/或内表面区域(101’)的至少一部分上，并且

所述蒸汽发生器(102、100)适于以至少为约8米/秒且至多为约100米/秒的速度将所述气体(103)施加到所述食品(101)的外表面区域和/或内表面区域(101’)处。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述气体(103)在所述食品的施加有气体(103)的蒸汽的所述外表面区域和/或内表面区域(101’、101”)处的速度至少为约10米/秒-12米/秒。

14.根据权利要求12-13中任一项所述的系统，其中，所述蒸汽发生器(102、100)包括具有口的管道，所述口适于允许所述蒸汽以高速通过所述口，并为蒸汽分子提供高动能。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的系统，其中，所述系统进一步包括

高强度且大功率的声波装置(100)，适于在使用期间将空气传播的高强度且大功率的声波(104)施加到所述气体(103)的蒸汽的至少一部分上，使得所述气体(103)的蒸汽的所述部分基本以所述声波(104)的频率且基本用所述声波(104)的强度和功率而振荡。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述系统进一步包括反射体(105)，适于在使用期间朝着所述气体(103)的蒸汽的至少一部分反射所述高强度且大功率的声波(104)，并且其中，所述反射体(105)大体为抛物线或椭圆形状，或者形成为一喇叭状物。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，反射体(105)适于朝着所述食品(101)反射所述高强度且大功率的声波(104)及所施加的气体(103)的蒸汽。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述系统适于以这样的方式施加蒸汽和声波，即，使得所述蒸汽和声波远离朝着所述食品(101)的方向而离开它们的发生器，并且其中，所述反射体(105)适于在朝着所述食品(101)的方向上反射所述蒸汽和声波。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的系统，其中，所述预定的时间段可选自下列各项构成的组：

至少约0.2秒，

至少约0.4秒，

约0.4秒至约2秒，以及

约0.2秒至约5秒。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的系统，其中，所述高强度且大功率的声波装置(100)是超音速装置。

21.根据权利要求15-20中任一项所述的系统，其中，所述高强度且大功率的声波(104)由所述高强度且大功率的声波发生器(100)产生，并且距离所述声波发生器(100)的口约10cm处的声压级选自下列各项构成的组：

至少120dB，

至少140dB，

至少160dB，

约120dB至约165dB，以及

约120dB至约180dB。

22.根据权利要求12-21中任一项所述的系统，其中，所述蒸汽发生器(102、100)是静态汽笛。

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