CN114727613A - 用于液体的杀菌处理的光生物反应器和盒式系统 - Google Patents

用于液体的杀菌处理的光生物反应器和盒式系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够对高度不透明液体进行杀菌处理的盒式系统，其特征在于：滤光器，该滤光器阻止高于UV‑C光谱的波长到达被处理的液体；一个或更多个螺旋形管，所述一个或更多个螺旋形管从入口端部延伸至出口端部，从而形成流体路径；以及一个或更多个光源，所述一个或更多个光源照射所述一个或更多个螺旋形管，其中，所述一个或更多个光源发射波长范围在180nm至300nm之间的光。

Description

用于液体的杀菌处理的光生物反应器和盒式系统
技术领域
本发明涉及光生物反应器和盒式系统，其利用主要在180nm至300nm之间的波长的UV-C光实现液体的杀菌处理。本发明涉及能够对高度不透明液体进行杀菌处理的系统。
背景技术
UV反应器仪器先前已经用于对液体食品进行巴氏消毒。这样的仪器的示例可见于US 2002/096648或Chem.Eng.Technol.2007,30,第945至950页中，这二者均公开了用于将紫外光照射到流体反应介质中的反应器。辐射室连接至入口和出口，这允许反应介质在暴露于紫外光的同时流过反应器。
这样的UV反应器仪器的另一示例是US 2004/248076，其公开了借助于UV辐射和短时热处理对液体介质进行灭菌的设备和过程。
然而，在本领域内需要优化对细菌和病毒的杀伤(即巴氏消毒或灭菌)，同时避免或降低液体产品的氧化。液体产品的氧化将导致食品的苦味增强和不良风味/味道。
此外，需要简化这样的光生物反应器，从而使得设备能够适应单独的任务，并且使得易于维护和清洁这种系统、优选地不需要专门的工具来维护和清洁这种系统。
发明概述
本发明涉及一种用于液体食品的冷巴氏消毒的UV反应器仪器。因此，在本发明的第一方面中公开了一种用于液体食品、例如乳的巴氏消毒的光生物反应器，该光生物反应器包括：第一盒安装框架；一个或更多个螺旋形管，所述一个或更多个螺旋形管从入口端部延伸至出口端部，从而形成流体路径；至少两个盒，所述盒从第一端部延伸至第二端部；以及一个或更多个滤光器；其中，盒安装框架包括盒接纳开口，所述盒中的每个盒以可移除的方式安装到盒接纳开口中，其中，每个盒包括一个或更多个光源，所述一个或更多个光源照射所述一个或更多个螺旋形管，其中，所述一个或更多个光源发射波长范围在180nm至300nm之间的光，其中，所述一个或更多个滤光器定位在所述一个或更多个光源与所述一个或更多个螺旋形管之间，并且其中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
通过阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管意味着高于300nm的光被大量衰减，例如衰减至少100倍、或1,000倍或更多。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于270nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
使用光辐射作为冷巴氏消毒的方法的优点中的一个优点是，这是对于部分灭菌而言非常节能的方式。
使用一个或更多个滤光器的优点中的一个优点是可以避免来自更高波长的光氧化。例如避免核黄素(在约446nm的波长下)的光氧化是优选的，而且避免液体食品中的其他成分的光氧化也是优选的，液体食品中的其他成分的光氧化增强了所述食品中的苦的和不良的风味/味道。另外，滤光器可以避免热空气接触所述一个或更多个螺旋形盘管，从而避免加热所述液体食品。
流体路径被设计成提供高的表面积与体积之比，从而增加了每单位体积的光能暴露，并且降低了来自被处理的不透明液体的自屏蔽效应。以这样的方式，当形成流体路径的材料对于光的辐射是透明的时，可以使用光来处理不透明的液体。
在光生物反应器中，优选的是尽可能大部分的UV光到达液体。然而，还优选的是使可见光和热辐射以及经由与液体的对流的热传递最小化。通过添加滤光器、例如带通滤光器来排除不希望的波长，并且通过将光源封装到盒式系统中，可以确保上述两者。此外，盒式系统使得在维修期间更换光源变得容易。因为一个盒可以在不必改变系统中的其他任何东西的情况下被替换。
液体食品以一定的流量流过所述一个或更多个螺旋形管。在一个或更多个实施方式中，以毫升每分钟测量的流量为200ml/min至6,000ml/min之间、或500ml/min至4,000ml/min之间、或800ml/min至2,000ml/min之间、或900ml/min至1,100ml/min。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源是低压杀菌灯、比如低压汞蒸汽灯。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在0℃与120℃之间的灯温下操作。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在20℃与60℃之间的灯温下操作。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在30℃与50℃之间的灯温下操作。
在本发明的第二方面中，本文中公开了如在整个本文件中描述的光生物反应器用于液体食品的冷巴氏消毒的用途。
冷巴氏消毒可以是在下述过程中对物质且尤其是液体的部分灭菌，在该过程中，规避了热作为令人讨厌的生物体的主要根除方法而没有物质的重大化学变化。其中，规避并不意指排除而是减少。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少2-Log10的数量级。生物污染物可以是例如细菌、孢子、霉菌或病毒。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少3-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少4-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少5-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少6-Log10的数量级。
在本发明的第三方面中，本文中公开了如在整个本文件中描述的光生物反应器用于杀伤液体食品中的微生物比如细菌、霉菌、孢子或病毒的用途。
其中，杀伤意指减少具有活性的或活的微生物的数量。在液体食品中存在的微生物可以是由于在所述液体食品的加工期间的污染所致。例如乳制品的常见细菌污染物可以是例如干酪乳杆菌、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、沙门菌属、鸟分枝杆菌副结核亚种(MAP)、金黄色葡萄球菌或链球菌属。
发明详述
本发明涉及一种光生物反应器，该光生物反应器包括阻挡高于300nm的紫外光的滤光器，并且本发明还涉及一种液压设计，所述液压设计利用180nm至300nm范围的UV-C光实现对液体的杀菌处理。
本发明涉及一种能够对高度不透明液体进行杀菌处理的系统。本发明包括滤光器，该滤光器阻止高于UV-C光谱的波长到达被处理的液体。盒可以将可选的空气流引导通过所述一个或更多个光源。以这样的方式，阻止了气流到达其中处理液体产品的反应器室，同时将光源保持在其最佳操作温度下。此外，本发明涉及一种包括一个或更多个盘绕的螺旋形管的液压设计，所述液压设计由于离心力能够产生横向流动。这使得能够使用UV-C光来处理大多数不透明的液体。
在描述本发明的方面时，为了清楚起见，将使用特定术语。然而，本发明并不意在限于如此选择的特定术语，并且应当理解的是，每个特定术语包括以相似方式操作以实现相似目的的所有技术等同物。
在本发明的第一方面中公开了用于液体食品、例如乳的巴氏消毒的光生物反应器，该光生物反应器包括：第一盒安装框架；一个或更多个螺旋形管，所述一个或更多个螺旋形管从入口端部延伸至出口端部，从而形成流体路径；至少两个盒，所述盒从第一端部延伸至第二端部；以及一个或更多个滤光器；其中，盒安装框架包括盒接纳开口，所述盒中的每个盒以可移除的方式安装到盒接纳开口中，其中，每个盒包括一个或更多个光源，所述一个或更多个光源照射所述一个或更多个螺旋形管，其中，所述一个或更多个光源发射波长范围在180nm至300nm之间的光，其中，所述一个或更多个滤光器定位在所述一个或更多个光源与所述一个或更多个螺旋形管之间，并且其中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
巴氏消毒不仅限于物质且尤其是液体的在破坏令人讨厌的生物体而没有物质的主要化学变化的温度和暴露时间段下的部分灭菌，而且还覆盖了冷巴氏消毒，该冷巴氏消毒是物质且尤其是液体的在规避热作为令人讨厌的生物体的主要根除方法而没有物质的重大化学变化的过程中的部分灭菌。其中，规避并不意指排除而是减少。本发明公开了使用光辐射作为冷巴氏消毒的手段的优点中的一个优点在于，这是用于部分灭菌的非常节能的方式。
流体路径被设计成提供高的表面积与体积之比，从而增加了每单位体积的光能暴露，并且降低了来自被处理的不透明液体的自屏蔽效应。以这样的方式，当形成流体路径的材料对于光的辐射是透明的时，可以使用光来处理不透明的液体。
从入口端部延伸至出口端部从而形成流体路径的所述一个或更多个螺旋形管利用当介质在流体路径中行进时产生的流态。流体路径中的流态可以包括一个或若干个涡旋，所述一个或若干个涡旋利用离心力在主流上产生轴向的二次流(例如，迪安涡流)，以增强液体的暴露于由光源发射的UV光的表面。
通过流体路径的流体运动可以具有与迪安涡流一致的双涡旋模式。这在流体路径中提供了轴向流，从而提供了高的表面积与体积之比。这可以增加每单位体积/表面积的光能暴露，并且降低来自被处理的不透明液体的自屏蔽效应。
在一个或更多个实施方式中，盒以平行构型定位。
在一个或更多个实施方式中，每个盒还包括所述一个或更多个滤光器中的一个或更多个滤光器。
在一个或更多个实施方式中，螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管定位在至少两个盒中的两个盒之间。
在一个或更多个实施方式中，螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管被分组为两个一组、比如三个一组，以在螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管的组与盒之间交替的构型定位。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括定位在一个或更多个盒的第一端部处的第一通风室。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括定位在一个或更多个盒的第二端部处的第二通风室。
在一个或更多个实施方式中，通风室将空气从盒中抽出或者在通风室处空气流入盒中。
通过将空气吸入盒中或从盒中抽出，这移除了光源产生的热。另外，从光源得到最大的能量和寿命非常重要。这意味着光源必须均匀且一致地冷却至其最佳操作温度。通过在盒的一个或两个端部中设置通风室，可以获得均匀且最佳的操作温度。
在一个或更多个实施方式中，通风室在两个端部处将空气从盒中抽出。
盒的冷却系统可以通过从两个端部吸入/抽出空气来工作。这在盒内侧产生略微降低的压力。
在一个或更多个实施方式中，在通风室处空气在两个端部处流入盒中。
在一个或更多个实施方式中，通风室在一个端部处将空气从盒中抽出，并且空气在另一端部处流入盒中。
在一个或更多个实施方式中，盒中的每个盒在第一端部或第二端部处包括一个或更多个开口，以用于所述一个或更多个光源的插入和移除。
在一个或更多个实施方式中，盒中的每个盒还包括用于允许空气流入盒中的进气开口。
在一个或更多个实施方式中，盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第一组开口被玻璃、例如石英玻璃覆盖，来自光源的光可以穿过玻璃照射螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，玻璃通过橡胶密封件在盒框架内侧保持就位。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器涂覆在玻璃上或结合到玻璃中。
在一个或更多个实施方式中，盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第二组开口适于促进盒内侧的内部空气运动。
盒还包括盒框架中的小开口。这些开口被设计得足够小，以保持盒中的负压，并且这些开口定位成使得进入的空气均匀地冷却灯。开口可以例如定尺寸成使进入盒的空气以大约2m/s的速度流动。这意味着空气速率确保了盒中空气的湍流搅拌，这又确保了均匀冷却。这进一步确保了如果盒内的真空是均匀的，则空气将通过所有的开口进入。如果开口太大，则空气将仅通过最靠近空气被吸出的位置处的开口进入。
在一个或更多个实施方式中，盒框架包括平行布置的两个或更多个框架部分，并且其中，第二组开口以不重叠的方式定位成确保光不会在光未照射所述一个或更多个螺旋形管的位置处从盒逸出。
通向开口的空气路径可以设计成使得UV光不会通过进口逸出。这确保没有或非常少的UV辐射到达周围环境，并且确保所述一个或更多个螺旋形管不暴露于未过滤的光。
在一个或更多个实施方式中，盒包括多个开口，其中，当在盒的内部表面与外部表面之间施加压力差时，通过所述多个开口产生了空气流动，并且其中，由所述压力差驱动的穿过所述多个开口的空气的流动沿着所述一个或更多个光源的整个长度提供均匀冷却，以达到最大UV输出并确保所述一个或更多个光源的最佳寿命。
盒中的多个开口可以用于对所述一个或更多个光源进行冷却。开口可以被设计成确保如果在盒与周围环境之间施加小的压力差，则该压力差将产生穿过整个盒的均匀的空气流动，由此获得对所述一个或更多个光源的最佳冷却。盒的外部表面和内部表面分别是盒的外侧表面和内侧表面。
在一个或更多个实施方式中，开口设计成使得光仅朝向所述一个或更多个螺旋形管从盒中逸出。
在一个或更多个实施方式中，盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，该抛光的反光铝反射来自所述一个或更多个光源的光，比如将光的至少50％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
通过将光反射回所述一个或更多个螺旋形管意味着光在被向回反射的情况下撞击抛光的反光铝，由此保留了光中的部分能量，然后光被反射至所述一个或更多个螺旋形管，由此给出用于对所述一个或更多个螺旋形管中的液体进行灭菌的更大量的光。可以使用除了抛光铝之外的其他材料，只要该材料在期望波长下具有高反射度即可。
在一个或更多个实施方式中，盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，该抛光的反光铝将来自所述一个或更多个光源的光的至少50％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，该抛光的反光铝将来自所述一个或更多个光源的光的至少60％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，该抛光的反光铝将来自所述一个或更多个光源的光的至少70％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，该抛光的反光铝将来自所述一个或更多个光源的光的至少80％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括板，该板限制或避免来自所述一个或更多个光源的光从光生物反应器中的两个盒之间的空间逸出。
通过向光生物反应器添加板以限制或避免光从盒之间的空间逸出，从所述一个或更多个光源产生的能量被保留在光生物反应器内，由此将所述一个或更多个螺旋形管内的液体暴露于更大量的光/能量。另外，通过阻挡光从系统逸出，可以避免危险的光对站在光生物反应器外侧的人的潜在暴露。
如果光不能从盒之间的空间逸出或不能从不面对所述一个或更多个螺旋形管的侧部逸出，则可以避免将盒和螺旋形管放置在二次容器内，因为光可能对人类有潜在的危险并且因此需要被保持在光生物反应器内。因此，盒和屏蔽件被设计成使得阻止光逸出的设计是优选的。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器的两个盒之间的空间或盒与螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管之间的空间用作通风井，该通风井用于对光生物反应器进行冷却，尤其是对包括所述一个或更多个光源的盒进行冷却。
在多盒系统中的两个盒之间或者在盒与螺旋形管之间可以存在空间。这种空间可以用于使空间内的空气通风，并且优选地使系统内的空气与新空气交换，由此获得光生物反应器中的螺旋形管和/或盒的空气冷却/通风。
在一个或更多个实施方式中，穿过所述一个或更多个螺旋形管的流体运动产生迪安涡流、层流或湍流。
本发明公开了使用迪安涡流、层流或湍流的优点中的一个优点是，迪安涡流、层流或湍流可以增加每单位体积/表面积的光能暴露，并且降低来自被处理的不透明液体的自屏蔽效应，由此使用更少的能量和时间来处理相同的体积。
在所述一个或更多个螺旋形管与所述一个或更多个光源之间可以定位有一个或更多个滤光器，以将辐射到所述一个或更多个螺旋形管的光的波长缩小至较窄的波段。这将确保用于杀伤细菌和病毒的最佳波长，同时避免液体食品的氧化(参见图20)。
通过阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管意指高于300nm的光被大量衰减，例如衰减至少100倍、或1000倍或者更多。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于290nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于280nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于270nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于260nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管的横截面形状为圆形、六边形、正方形、三角形或椭圆形。横截面形状可以具有任何形状，其仍将保持液体食品的大的暴露外部面积。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有1mm与10mm之间的内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有2mm与9mm之间的内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有3mm与8mm之间的内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有4mm与7mm之间的内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有5mm与6mm之间的内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有5.5mm的内管径。
内径的尺寸是在给定时间内能够被处理的液体食品的量与每单位体积/表面积的光能暴露之间的权衡。内管径越大，在任何给定时间内可以通过的液体食品就越多，然而，内径越大，暴露面积可能就越小(相对越小)。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有2mm与8mm之间的螺距，其中，该螺距是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的一匝/圈之后的从中心至中心的距离。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有3mm与7mm之间的螺距，其中，该螺距是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的一匝/圈之后的从中心至中心的距离。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有4mm与7mm之间的螺距，其中，该螺距是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的一匝/圈之后的从中心至中心的距离。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有6mm的螺距，其中，该螺距是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的一匝/圈之后的从中心至中心的距离。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有在1°与6°之间、比如在2°与5°之间、比如在3°与4°之间的盘管角度，其中，该盘管角度是在所述一个或更多个螺旋形管与比作入口端部至出口端部形成所述流体路径的直方向之间测量的。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有在2°与5°之间的盘管角度。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有在3°与4°之间的盘管角度。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有20mm与150mm之间的盘管直径，其中，该盘管直径是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的半匝/圈后的从外端部至外端部的距离。即，盘管直径是由所述一个或更多个螺旋形管形成的盘管的宽度。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有2mm与8mm之间的外管径。在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有5mm与6mm之间的外管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有3mm与7mm之间的外管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有4mm与7mm之间的外管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有5mm与6mm之间的外管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有6mm的外管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有0.1mm与0.4mm之间的壁厚。壁厚也可以定义为外管径减去内管径。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有0.1mm与0.3mm之间的壁厚。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有0.2mm与0.3mm之间的壁厚。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有1mm与4mm之间的壁厚。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有1mm与3mm之间的壁厚。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有2mm与3mm之间的壁厚。
当所述一个或更多个螺旋形管由聚合物材料制成时，通常使用0.1mm与4mm之间的壁厚，而当石英玻璃用于所述一个或更多个螺旋形管时，通常使用1mm至4mm的壁厚。然而，所述一个或更多个管的壁厚取决于由所述一个或更多个光源发射的光的透射百分比。透射百分比越高，可以制成的壁就越厚。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管围绕立柱盘绕。
使用立柱将所述一个或更多个螺旋形管盘绕在周围的一个优点是，如果所述管例如由柔性材料制成，则立柱使所述一个或更多个螺旋形管稳定。因此，立柱可以为盘管提供稳定性。另外，立柱可以具有其他优点，例如，通过例如是反射性的来帮助提高辐射至所述一个或更多个螺旋形管的光量。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管围绕立柱盘绕，以形成锥形盘管。这意指盘管的起点比盘管的端部窄，或者盘管的起点比盘管的端部宽。这可以产生棱锥形盘管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管围绕一个立柱仅包括一个螺旋形管。在另一实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管围绕立柱以至少两个的对盘绕。
在一个或更多个实施方式中，立柱由反射性材料制成。
反射性材料可以是但不限于二向色反射器材料，比如铝、不锈钢、铬或银。
反射性材料也可以是部分反射性材料，比如Teflon材料，比如全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)。这样的材料的反射性取决于材料上的光发射角度。
聚四氟乙烯(PTFE)是四氟乙烯的合成含氟聚合物，其具有许多应用。基于PTFE的配方的最知名的品牌名称是Teflon。PTFE是碳氟化合物固体，因为它是一种完全由碳和氟组成的高分子量化合物。PTFE是疏水性的：水和含水物质都不会润湿PTFE，因为碳氟化合物由于氟的高电负性而显示出减轻的伦敦色散力。PTFE具有任何固体的最低的摩擦系数中的一个摩擦系数。
全氟烷氧基烷烃(PFA)是含氟聚合物。它们是四氟乙烯(C2F4)和全氟醚(C2F3ORf，其中，Rf是全氟基团，比如说例如为三氟甲基(CF3))的共聚物。PFA的特性类似于PTFE。最大的区别之一是烷氧基取代基允许聚合物例如被熔融加工。在分子水平上，PFA与其他含氟聚合物相比具有更小的链长和更高的链缠结。PFA还在分支处包含一个氧原子。这使得材料更透明，并具有接近或超过PTFE的改善的流动性、抗蠕变性和热稳定性。
氟化乙烯丙烯(FEP)是六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物。氟化乙烯丙烯(FEP)与PTFE的不同之处在于，氟化乙烯丙烯(FEP)可以使用常规的注射成型和螺旋挤出技术进行熔融加工。氟化乙烯丙烯以Teflon FEP的品牌名称出售。其他品牌名称是Neoflon FEP或DyneonFEP。FEP的成分与含氟聚合物PTFE和PFA非常相似。FEP比PTFE更柔软，且在约260℃下熔化。FEP高度透明且耐日光。
FEP和PFA二者均具有PTFE的低摩擦和非反应性的有用特性，但更易于成型。
在一个或更多个实施方式中，立柱由反射性聚合物材料制成。
在一个或更多个实施方式中，立柱被金属化膜覆盖。
金属化膜是涂覆有金属、比如但不限于铝的薄层的聚合物膜。金属化膜以降低的重量和成本提供了铝箔的光滑金属外观。
在一个或更多个实施方式中，立柱由聚四氟乙烯(PTFE)制成。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有从入口端部到出口端部的在100mm与400mm之间的压缩长度。该压缩长度是所述一个或更多个螺旋形管在定形状在光生物反应器中而不拉动或按压所述一个或更多个螺旋形管以获得从入口端部到出口端部的测量尺寸时的长度。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管具有从入口端部到出口端部的在5m与20m之间的延伸/自由长度。延伸/自由长度是所述一个或更多个螺旋形管中的一个管的总长度。一个管的总长度等于一个液体食品单位必须通过所述一个或更多个螺旋形管的总距离。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管由对紫外光透明的聚合物材料或石英玻璃材料制成。然而，所述一个或更多个螺旋形管可以由任何材料制成，只要所述材料对于由所述一个或更多个光源发射的光或多或少是透明的即可。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管选自氟化乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基烷烃(PFA)。所述一个或更多个螺旋形管可以由具有与FEP、PTFE或PFA的特性类似的特性的任何材料制成。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管由无定形含氟聚合物(AF)制成。所述一个或更多个螺旋形管可以由具有与AF的特性类似的特性的任何材料制成。
无定形含氟聚合物(AF)是无定形氟塑料的家族。这些材料在光学清晰度和机械特性(包括强度)方面类似于其他无定形聚合物。这些材料在其在宽的温度范围中的性能方面、在具有优异的耐化学性方面以及在具有出色的电气特性方面与其他氟塑料相当。AF聚合物与其他氟塑料的不同之处在于，AF聚合物能够溶于选定的溶剂中，具有高透气性、高可压缩性、高抗蠕变性和低导热性。AF聚合物具有任何已知固体聚合物的最低的介电常数。与许多其他已知的聚合物相比时，AF聚合物具有低的折射率。
在一个或更多个实施方式中，入口端部和出口端部被设计成使得液体食品轴向地进入和离开所述一个或更多个螺旋形管。这意指液体将从出口端部或多或少地轴向离开到达液体进入入口端部的位置。
在一个或更多个实施方式中，入口端部和出口端部被设计成使得当从入口端部向出口端部观察时，液体食品总体上竖向地流过所述一个或更多个螺旋形管。这意指液体食品将通过入口竖向地进入所述一个或更多个螺旋形管，流过所述一个或更多个螺旋形管，并且竖向地离开出口，从而给出总体竖向的流动。
在一个或更多个实施方式中，入口端部和出口端部被设计成使得当从入口向出口观察时，液体食品总体上水平地流过所述一个或更多个螺旋形管。这意指液体食品将通过入口水平地进入所述一个或更多个螺旋形管，流过所述一个或更多个螺旋形管，并且水平地离开出口，从而给出总体水平的流动。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源联接至一个或更多个纤维，所述一个或更多个纤维将来自所述一个或更多个光源的180nm至300nm的光导引至所述一个或更多个螺旋形管。这意指从光源发出的光经由/穿过一个或更多个纤维被导引至所述一个或更多个螺旋形管。纤维可以是光纤。光纤是通过例如将玻璃(二氧化硅)或塑料拉制成选定直径而制成的柔性透明纤维。光纤可以用作在纤维的两个端部之间传输光的装置。
在一个或更多个实施方式中，一个光源和多个纤维被用于照射所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源选自汞蒸汽灯、氙灯或发光二极管(LED)。本发明的光源可以是适合于在180nm至300nm的光谱波长区域中产生发光的任何光源。
汞蒸汽灯是气体放电灯，其利用穿过蒸发的汞的电弧来产生光。电弧放电可以被限制在小的熔融石英电弧管中。
发光二极管(LED)是两引线半导体光源。发光二极管(LED)是p-n结二极管，该p-n结二极管在激活时发光。当对引线施加适当的电压时，电子能够与装置内的电子空穴复合，从而以光子的形式释放能量。这样的效应称为电致发光，并且光的颜色(对应于光子的能量)由半导体的能带隙决定。LED通常很小(小于1mm)，并且可以使用集成的光学部件来形成辐射图案。
氙弧灯是一种特殊类型的气体放电灯，是一种通过使电在高压下穿过电离的氙气来产生光的电灯。氙弧灯产生接近地模拟自然光的明亮的白光。汽车中使用了特殊种类的氙灯。这些实际上是金属卤化物灯，其中，氙弧仅在启动期间使用。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源是金属卤化物灯。金属卤化物灯是下述电灯，所述电灯由穿过气化的汞和金属卤化物的气体混合物的电弧来产生光。金属卤化物灯是一种类型的高强度气体放电灯。金属卤化物灯类似于汞蒸汽灯，但在石英电弧管中包含附加的金属卤化物化合物，这可以改善光的效率和颜色再现。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源选自发射在紫外线C(UV-C)光谱波长区域中的光的光源。
UV光谱可以分为若干个较小的区域，这些区域是：紫外线A(UV-A)，315nm至400nm；紫外线B(UV-B)，280nm至315nm；紫外线C(UV-C)，100nm至280nm；近紫外线(N-UV)，300nm至400nm；中紫外线(M-UV)，200nm至300nm；远紫外线(F-UV)，122nm至200nm。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源选自发射在中紫外线(M-UV)光谱波长区域中的光的光源。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源是低压杀菌灯，比如低压汞蒸汽灯。
低压杀菌灯可以是在UV-C波段中发射其辐射功率的很大一部分辐射功率的UV灯，比如低压汞蒸汽灯或低压汞合金灯。
低压汞合金灯是加有与其他元素(通常是镓)组合的汞的灯，并且因此也称为汞合金灯。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在0℃与120℃之间的灯温下操作。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在20℃与60℃之间的灯温下操作。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在30℃与50℃之间的灯温下操作。
本发明公开了通过利用具有较低灯温的光源的优点中的一个优点可以是更少的热从光源传递到液体食品。这可以在生物反应器的操作期间产生对液体食品的冷却的较低的要求。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个光源在40℃的灯温下操作。
包括所述一个或更多个光源的盒的定位可以根据生物反应器的总体设置而变化，以实现能量从所述一个或更多个光源向所述一个或更多个螺旋形管内的液体食品的最高可能的转移。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个滤光器选自带通滤光器、槽型滤光器或者带通滤光器和槽型滤光器的组合。
使用一个或更多个滤光器(例如，带通滤光器或槽型滤光器)的优点中的一个优点可以是可以避免来自较高波长的光氧化。例如优选的是避免核黄素(在446nm的波长附近)的光氧化，而且优选的是避免液体食品中的其他成分的光氧化，液体食品中的其他成分的光氧化增强了所述食品中的苦的和不良的风味/味道。另外，滤光器可以避免热空气接触所述一个或更多个螺旋形盘管，从而避免加热液体食品。
带通滤光器是一种使特定范围内的频率通过并拒绝/衰减该范围外的频率的装置。
槽型滤光器是具有窄的阻带的带阻滤光器。在信号处理中，带阻滤光器或带除滤光器是使大多数频率不变、但将特定范围内的那些频率拒绝/衰减到非常低的水平的滤光器。带阻滤光器或带除滤光器与带通滤光器相反。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括反应器壳体。反应器壳体是模块化设计的，并且因此没有最小长度或最大长度。反应器壳体的尺寸取决于盒、所述一个或更多个螺旋形管以及添加至生物反应器的其他特征的尺寸。反应器壳体可以是理想的，因为反应器壳体将把光容纳在反应器内侧并将光反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，所述一个或更多个螺旋形管、盒、以及所述一个或更多个滤光器被封围在反应器壳体内侧。
在一个或更多个实施方式中，反应器壳体由UV-C反射性材料制成。UV-C反射性材料可以是对在100nm至300nm的光谱区域中发射的光进行反射的材料。通过利用反射性UV-C材料，一个优点可以是使反应器运行所需的能量最小化，因为更多的光可以被反射回所述一个或更多个螺旋形管。
在一个或更多个实施方式中，反应器壳体由反射性聚四氟乙烯(PTFE)制成。
聚四氟乙烯(PTFE)是四氟乙烯的合成含氟聚合物，其具有许多应用。基于PTFE的配方的最知名的品牌名称是Teflon。PTFE是碳氟化合物固体，因为PTFE是一种完全由碳和氟组成的高分子量化合物。PTFE是疏水性的：水和含水物质都不会润湿PTFE，因为碳氟化合物由于氟的高电负性而显示出减轻的伦敦色散力。PTFE具有任何固体的最低的摩擦系数中的一个摩擦系数。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括用于所述一个或更多个光源或所述一个或更多个螺旋形管的空气冷却的附加装置。根据灯温，可能需要附加的冷却，以将液体食品在行进通过流体路径时保持在可接受的温度。
在一个或更多个实施方式中，光生物反应器还包括控制单元。
控制单元可以是能够测量和控制例如流速、温度、光强度和各种其他特性的单元。使用控制单元的优点中的一个优点可以是生物反应器的自动控制。另外，通过控制单元，可以设置监测系统，使得例如在压力降低、温度升高或光强度降低的情况下，操作者可以被通知。
在一个或更多个实施方式中，控制单元包括电子温度控制和流动控制。
在一个或更多个实施方式中，控制单元自动控制灯温和通过流体路径的液体的流速。利用自动控制可以具有优点中的一个优点：由于较少的时间花费在观察系统和对系统的特性进行手动控制的调整，用户节省了时间。另外，通过控制单元，可以设置监测系统，使得例如在压力降低、温度升高或光强度降低的情况下，操作者可以被通知。另外，控制单元可以自动应对压力的降低、温度的升高或光强度的降低。替代性地，控制单元可以在不能应对不同的异常的情况下关闭反应器。
本发明的另一方面是如在整个本文件中描述的光生物反应器用于液体食品的冷巴氏消毒的用途。
冷巴氏消毒可以是在下述过程中对物质且尤其是液体的部分灭菌，在该过程中，规避了热作为令人讨厌的生物体的主要根除方法而没有物质的重大化学变化。其中，规避并不意指排除而是减少。本发明公开了使用光辐射作为冷巴氏消毒的手段的优点中的一个优点在于，这是用于部分灭菌的非常节能的方式。
在一个或更多个实施方式中，液体食品选自液体乳制品。
在一个或更多个实施方式中，液体食品选自生乳、乳、果蔬汁、咖啡、茶、豆奶、食品替代品(soylent)、苏打水、肉汤、汤、啤酒、冰沙、蛋白质奶昔、液体代餐品、奶油、酒、蛋黄酱、番茄酱、糖浆、蜂蜜或不透明的加工用水。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少2-Log10的数量级。生物污染物可以是例如细菌、孢子、霉菌或病毒。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少3-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少4-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少5-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少6-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物选自空肠弯曲杆菌、志贺菌属、贝纳柯克斯体、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、牛分枝杆菌、结核分枝杆菌、副结核分枝杆菌、沙门菌属、小肠结肠炎耶尔森菌、布鲁氏菌属、葡萄球菌属、干酪乳杆菌、鸟分枝杆菌亚种、金黄色葡萄球菌、链球菌属、肠球菌属或肠杆菌属。
本发明的另一方面是如在整个本文件中描述的光生物反应器用于杀伤液体食品中的诸如细菌、霉菌、孢子或病毒之类的微生物的用途。
其中，杀伤意指减少具有活性的或活的微生物的数量。在液体食品中存在的微生物可能是由于在所述液体食品的加工期间的污染所致。例如乳制品中的常见的细菌污染物可以是例如干酪乳杆菌、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、沙门菌属、鸟分枝杆菌副结核亚种(MAP)、金黄色葡萄球菌或链球菌属。
在一个或更多个实施方式中，液体食品选自液体乳制品。
在一个或更多个实施方式中，液体食品选自生乳、乳、果蔬汁、咖啡、茶、豆奶、食品替代品、苏打水、肉汤、汤、啤酒、冰沙、蛋白质奶昔、液体代餐品、奶油、酒、蛋黄酱、番茄酱、糖浆、蜂蜜或不透明的加工用水。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少2-Log10比如至少3-Log10、比如至少4-Log10、比如至少5-Log10、比如至少6-Log10的数量级。生物污染物可以是例如细菌、孢子、霉菌或病毒。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少5-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物被灭活或减少至少6-Log10的数量级。
在一个或更多个实施方式中，生物污染物选自空肠弯曲杆菌、志贺菌属、贝纳柯克斯体、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、牛分枝杆菌、结核分枝杆菌、副结核分枝杆菌、沙门菌属、小肠结肠炎耶尔森菌、布鲁氏菌属、葡萄球菌属、干酪乳杆菌、鸟分枝杆菌亚种、金黄色葡萄球菌、链球菌属、肠球菌属或肠杆菌属。
当描述本发明的实施方式时，没有明确描述所有可能实施方式的组合和排列。然而，某些措施在互不相同的从属权利要求中记载或在不同的实施方式中进行描述的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。本发明设想了所描述的实施方式的所有可能的组合和排列。
下文中将通过以下非限制性项目对本发明进行描述。
1.一种用于液体食品、例如乳的巴氏消毒的光生物反应器，所述光生物反应器包括：
-第一盒安装框架；
-一个或更多个螺旋形管，所述一个或更多个螺旋形管从入口端部延伸至出口端部，从而形成流体路径；
-至少两个盒，所述盒从第一端部延伸至第二端部；以及
-一个或更多个滤光器；
其中，所述盒安装框架包括盒接纳开口，所述盒中的每个盒以可移除的方式安装到所述盒接纳开口中，
其中，每个盒包括一个或更多个光源，所述一个或更多个光源照射所述一个或更多个螺旋形管，其中，所述一个或更多个光源发射波长范围在180nm至300nm之间的光，
其中，所述一个或更多个滤光器定位在所述一个或更多个光源与所述一个或更多个螺旋形管之间，并且
其中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
2.根据项目1所述的光生物反应器，其中，所述盒以平行构型定位。
3.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，每个盒还包括所述一个或更多个滤光器中的一个或更多个滤光器。
4.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管定位在至少两个盒中的两个盒之间。
5.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管被分组为两个一组、比如三个一组，以在所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管的组与盒之间交替的构型定位。
6.根据任一前述项目所述的光生物反应器，还包括定位在一个或更多个所述盒的所述第一端部处的第一通风室。
7.根据任一前述项目所述的光生物反应器，还包括定位在一个或更多个所述盒的所述第二端部处的第二通风室。
8.根据项目6或7所述的光生物反应器，其中，所述通风室将空气从所述盒抽出或者在所述通风室处空气流入所述盒中。
9.根据项目8所述的光生物反应器，其中，所述通风室在两个端部处将空气从所述盒抽出。
10.根据项目8所述的光生物反应器，其中，在所述通风室处，空气在两个端部处流入所述盒中。
11.根据项目8所述的光生物反应器，其中，所述通风室在一个端部处将空气从所述盒抽出并且空气在另一个端部处流入所述盒中。
12.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒在所述第一端部或所述第二端部处包括一个或更多个开口，以用于所述一个或更多个光源的插入和移除。
13.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒还包括用于允许空气流入所述盒中的进气开口。
14.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第一组开口被玻璃、例如石英玻璃覆盖，来自光源的光能够穿过所述玻璃照射所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管。
15.根据项目14所述的光生物反应器，其中，所述玻璃通过橡胶密封件在所述盒框架的内侧保持就位。
16.根据项目14或15所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个滤光器涂覆在所述玻璃上或结合到所述玻璃中。
17.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第二组开口适于促进所述盒的内侧的内部空气运动。
18.根据项目17所述的光生物反应器，其中，所述盒框架包括平行布置的两个或更多个框架部分，并且其中，所述第二组开口以不重叠的方式定位成确保光不在所述光未照射所述一个或更多个螺旋形管的位置处从所述盒逸出。
19.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒包括多个开口，其中，当在所述盒的内部表面与外部表面之间施加压力差时，通过所述多个开口产生空气流动，并且其中，由所述压力差驱动的穿过所述多个开口的空气的流动沿着所述一个或更多个光源的整个长度提供均匀的冷却，以达到最大UV输出并确保所述一个或更多个光源的最佳寿命。
20.根据项目19所述的光生物反应器，其中，所述开口设计成使得光仅朝向所述一个或更多个螺旋形管从所述盒逸出。
21.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，所述抛光的反光铝反射来自所述一个或更多个光源的光，比如将所述光的至少70％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
22.根据任一前述项目所述的光生物反应器，还包括板，所述板限制或避免来自所述一个或更多个光源的光从所述光生物反应器中的两个盒之间的空间逸出。
23.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，所述光生物反应器的两个盒之间的空间或盒与所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管之间的空间用作通风井，所述通风井用于对所述光生物反应器进行冷却、尤其是对包括所述一个或更多个光源的所述盒进行冷却。
24.根据任一前述项目所述的光生物反应器，其中，穿过所述一个或更多个螺旋形管的流体运动形成迪安涡流、层流或湍流。
25.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在1mm与10mm之间、比如在2mm与9mm之间、比如在3mm与8mm之间、比如在4mm与7mm之间、比如在5mm与6mm之间的内管径。
26.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有5.5mm的内管径。
27.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在2mm与8mm之间、比如在3mm与7mm之间、比如在4mm与7mm之间、比如6mm的螺距，其中，所述螺距是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的一匝/圈之后的从中心至中心的距离。
28.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在1°与6°之间、比如在2°与5°之间、比如在3°与4°之间的盘管角度，其中，所述盘管角度在所述一个或更多个螺旋形管与比作所述入口端部至所述出口端部形成所述流体路径的直方向之间测量。
29.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在20mm与150mm之间的盘管直径，其中，所述盘管直径是所述一个或更多个螺旋形管的在所述一个或更多个螺旋形管的半匝/圈后的从外端部至外端部的距离。
30.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在2mm与8mm之间、比如在3mm与7mm之间、比如在4mm与7mm之间、比如6mm的外管径。
31.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有在0.1mm与0.4mm之间、比如在0.1mm与0.3mm之间、比如在0.2mm与0.3mm之间的壁厚。
32.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管围绕立柱盘绕。
33.根据项目32所述的光生物反应器，其中，所述立柱由反射性材料制成。
34.根据项目33所述的光生物反应器，其中，所述立柱由反射性聚合物材料制成。
35.根据项目34所述的光生物反应器，其中，所述立柱由聚四氟乙烯(PTFE)制成。
36.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有从所述入口端部到所述出口端部的在100mm与400mm之间的压缩长度，其中，所述压缩长度是所述一个或更多个螺旋形管的在定形状在所述光生物反应器中而不拉动或按压所述一个或更多个螺旋形管以获得从所述入口端部到所述出口端部的测量尺寸时的长度。
37.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管具有从所述入口端部到所述出口端部的在5m与20m之间的延伸/自由长度。
38.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管由对紫外光透明的聚合物材料或石英玻璃材料制成。
39.根据项目38所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管选自氟化乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)或全氟烷氧基烷烃(PFA)。
40.根据项目38所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管由无定形含氟聚合物(AF)制成。
41.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述入口端部和所述出口端部被设计成使得所述液体食品轴向地进入和离开所述一个或更多个螺旋形管。
42.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述入口端部和所述出口端部被设计成使得当从入口端部向出口端部观察时，所述液体食品总体上竖向地流过所述一个或更多个螺旋形管。
43.根据前述项目1至41中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述入口端部和所述出口端部被设计成使得当从入口向出口观察时，所述液体食品总体上水平地流过所述一个或更多个螺旋形管。
44.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个光源联接至一个或更多个纤维，所述一个或更多个纤维将180nm至300nm的光从所述一个或更多个光源导引至所述一个或更多个螺旋形管。
45.根据项目44所述的光生物反应器，其中，一个光源和多个纤维被用于照射所述一个或更多个螺旋形管。
46.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个光源选自汞蒸汽灯、氙灯或发光二极管(LED)。
47.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个光源是低压杀菌灯、比如低压汞蒸汽灯。
48.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个光源在0℃与120℃之间、比如20℃与60℃之间、比如30℃与50℃之间的灯温下操作。
49.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个滤光器选自带通滤光器、槽型滤光器或者所述带通滤光器和所述槽型滤光器的组合。
50.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，还包括反应器壳体。
51.根据项目50所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个螺旋形管、所述盒以及所述一个或更多个滤光器被封围在所述反应器壳体的内侧。
52.根据项目50或51所述的光生物反应器，其中，所述反应器壳体由UV-C反射性材料制成。
53.根据项目50至52所述的光生物反应器，其中，所述反应器壳体由反射性聚四氟乙烯(PTFE)制成。
54.根据前述项目中的任一项所述的光生物反应器，其中，所述光生物反应器还包括控制单元，其中，所述控制单元包括电子温度控制和流动控制。
55.根据项目54所述的光生物反应器，其中，所述控制单元自动控制所述灯温和通过所述流体路径的液体的流速。
56.一种根据项目1至55中的任一项所述的光生物反应器用于液体食品的冷巴氏消毒的用途。
57.一种根据项目1至55中的任一项所述的光生物反应器用于杀伤液体食品中的微生物比如细菌、霉菌、孢子或病毒的用途。
58.根据项目56或57所述的光生物反应器的用途，其中，所述液体食品选自液体乳制品。
59.根据项目56或57所述的光生物反应器的用途，其中，所述液体食品选自生乳、乳、果蔬汁、咖啡、茶、豆奶、食品替代品、苏打水、肉汤、汤、啤酒、冰沙、蛋白质奶昔、液体代餐品、奶油、酒、蛋黄酱、番茄酱、糖浆、蜂蜜或不透明的加工用水。
60.根据项目56或59所述的光生物反应器的用途，其中，生物污染物被灭活或减少至少2-Log10、比如至少3-Log10、比如至少4-Log10、比如至少5-Log10、比如至少6-Log10的数量级。
61.根据项目60所述的光生物反应器的用途，其中，所述生物污染物选自空肠弯曲杆菌、志贺菌属、贝纳柯克斯体、大肠杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、牛分枝杆菌、结核分枝杆菌、副结核分枝杆菌、沙门菌属、小肠结肠炎耶尔森菌、布鲁氏菌属、葡萄球菌属、干酪乳杆菌、鸟分枝杆菌亚种、金黄色葡萄球菌、链球菌属、肠球菌属或肠杆菌属。
附图简述
图1示出了本发明的第一实施方式的侧视图，其示出了盒。
图2示出了本发明的第一实施方式的端视图，其示出了盒。
图3示出了图2的截面A-A。
图4示出了图2的截面B-B。
图5示出了本发明的另一实施方式的略微转动的鸟瞰图，其中，盒安装在系统中。
图6示出了根据本发明的实施方式的底部通风室的略微转动的鸟瞰图。
图7示出了根据本发明的实施方式的顶部通风室的一部分的略微转动的侧视图。
图8示出了根据本发明的实施方式的盒的略微转动的鸟瞰图。
图9示出了如图8中所公开的实施方式的侧视图。
图10示出了图9的截面C-C。
图11示出了如图8、图9和图10中所公开的实施方式的盒的仰视图。
图12示出了如图8、图9、图10和图11中所公开的实施方式的盒的俯视图。
图13示出了图9的截面D-D。
图14示出了本发明的实施方式的透视主视图，其示出了反应器壳体、包括入口和出口的螺旋形管、立柱和滤光器。
图15示出了本发明的实施方式的剖视侧视图，其示出了反应器壳体、包括入口和出口(未示出)的螺旋形管、立柱和滤光器。切割是沿着反应器壳体的中部进行的。
图16示出了本发明的特定实施方式的不同部分和测量尺寸的示意图。
图17示出了对来自光源的用以获得生物污染物的灭活或减少所需的能量的量的研究。
图18示出了对本发明的当温度从18摄氏度变化到38摄氏度时的差异的研究。
图19示出了对本发明的当在三种不同的管尺寸下改变液体的流量时的研究。
图20示出了在不同波长(220nm至320nm)下由辐射在病毒与蛋白质中引起的损伤的程度。
附图详述
图1、图2、图3和图4示出了本发明的一个实施方式。在该实施方式中，多个盒1彼此平行地放置成具有间隙以配装一个或更多个螺旋形管2。螺旋形管2可以由Teflon制成。待巴氏消毒的液体流过螺旋形管2，而螺旋形管安装在抛光的不锈钢立柱3上，不锈钢立柱3反射穿过螺旋形管中的液体和螺旋形管之间的间隙的UV光。配装件4安装在螺旋形管2的端部处以连接入口和出口。这种设置允许用于系统的组装和维护的模块化和易于触及。金属片材屏蔽件5用于阻挡UV从室逸出，并与螺旋形管2和抛光的不锈钢立柱3结合成一个系统，以允许该系统被共同拉出以进行检查和维护。
图4示出了图2的截面B-B。两件金属片材屏蔽件5和5a用于压缩橡胶密封剂6并且一起形成封围件，该封围件位于盒之间，以阻挡UV光从系统逸出并形成用于冷却系统的更有效的空气运动的室。抛光的金属片材板7将更多的UV光反射至盘管。间隔件8用于将抛光的金属片材板7附接至两件金属片材屏蔽件5和5a以及橡胶密封剂6。间隔件8进一步有助于将抛光的金属片材板7定位在距螺旋形管2的正确距离处，以获得最有效的性能，该距离可以基于计算。该图还示出了盒1内侧的光源46比如UV灯。
图5示出了本发明的另一实施方式，其中，盒1安装到底部通风室10中，空气穿过该底部通风室10在端部处被吸出。盒安装框架11将盒保持就位。该实施方式还包括顶部通风室20，空气穿过该顶部通风室20在端部处被吸出。盒1与顶部通风室20之间的垫圈21形成密封。具有用于空气运动的切口的金属片材部分22、23和24用于导引盒1并将盒1保持就位，而塑料舌状间隔件25用于将盒1保持就位。另一金属片材部分26用于将盒1保持就位，而手柄27用于使用齿轮状切口使塑料舌状间隔件25和金属片材部分26上下移动，以释放盒1以及将盒1锁定就位。金属片材板28被焊接在顶部通风室20上，以将塑料舌状间隔件25、金属片材部分26和手柄27保持就位。
图6示出了根据本发明的实施方式的底部通风室10。底部通风室10具有矩形孔，在这些矩形孔处，使用垫圈12将盒连接起来以形成密封。空气可以在端部处被吸出。盒安装框架11被焊接至底部通风室10，以将盒保持就位。
图7示出了根据本发明的实施方式的顶部通风室的一部分。当手柄27被拉下时，塑料舌状间隔件25和金属片材部分26处于向上位置，从而将盒解锁并允许盒的容易的安装和移除。该图还示出了垫圈21、其他金属片材部分22、23、24和24a以及金属片材板28。
图8示出了根据本发明的实施方式的盒1。盒1包括金属片材部分40，该金属片材部分40具有用于空气运动和光源46比如UV灯插入的切口，另一金属片材部分41包括螺纹孔，螺纹孔用于保持在为光源46安装电线之后放置的金属片材盖42。盒1还包括金属片材部分43，该金属片材部分43具有用于空气进入盒中的多个切口，并且这些切口有助于阻挡UV光，从而避免UV光逸出盒1。盒1还包括金属片材板44，该金属片材板44具有用于将石英玻璃47保持就位的多个切口。金属片材部分45用于导引和保持光源46、将石英玻璃47隔开、产生用于额外进气的间隙并且在盒室内侧产生涡流。另一金属片材部分45a用于将石英玻璃47的底部部分保持就位。该金属片材部分45a相比于另一金属片材部分45具有更宽的内部切口，以便于空气在盒1的底部处被吸出。石英玻璃47用于将来自光源46的热保持在盒1内侧，从而允许热在盒1的顶部和/或底部被吸出。石英玻璃47还可以包括用于阻挡任何不希望的波长的滤光器。塑料部分48用于将光源46保持就位。该特定实施方式的设计在光源的端部处产生了更快的空气运动，该端部在操作期间具有最高的温度。塑料部分48使用图6的实施方式中的垫圈12形成密封，并且允许通过图6的实施方式中的底部通风室10进行有效的空气抽吸。
图9是示出了如图8中所公开的实施方式的侧视图。
图10示出了图9的截面C-C。该盒包括金属片材部分43，该金属片材部分43具有用于空气进入盒中的多个切口。金属片材部分43还用于阻挡UV光，从而防止UV光从盒逸出。另一金属片材部分43a包括切口，其中，切口的尺寸基于计算。金属片材部分43a用于光源46的均匀分布的冷却。切口或金属片材部分43a不与金属片材部分43的切口对准，从而允许空气运动穿过切口，但是阻挡UV光，从而防止光从盒逸出。另一金属片材部分50用于保持铣削塑料部分，该铣削塑料部分保持陶瓷光源销连接器53，而锁定部分52将铣削塑料部分51锁定就位。
图11示出了如图8、图9和图10中所公开的实施方式的盒的仰视图，其示出了金属片材部分45和45a，并且示出了塑料部分48，其中切口可见。
图12示出了如图8、图9、图10和图11中所公开的实施方式的盒的俯视图，其示出了金属片材部分40、铣削塑料部分51和陶瓷光源销连接器53。
图13示出了图9的截面D-D。图13示出了将石英玻璃47定位在金属片材部分43a与另一金属片材部分54之间的橡胶密封件57。该图示出了位于石英玻璃47的侧部处的附加金属片材部分。粗黑箭头示出了在金属片材部分43、44、54与55之间被吸入到盒中的空气运动。该图还示出了金属片材部分45a和45、光源46和塑料部分48，所有这些都如图8、图9、图10、图11和/或图12中所公开的。
图14和图15示出了用于对液体食品进行冷巴氏消毒的光生物反应器的实施方式的不同视图。光生物反应器包括螺旋形管104，该螺旋形管104从入口端部106延伸至出口端部108，从而形成流体路径。螺旋形管104围绕立柱110盘绕。
光生物反应器还包括反应器壳体102a、102b、102c，该反应器壳体包括三个部分；第一部分102a定位在光反应器的顶部上，第二部分构成壳体的侧部，并且第三部分定位在光反应器的下侧部处。在该实施方式中，反应器壳体在一个侧部上是圆形形状的，然而，该反应器壳体也可以是其他形状，比如方形。
还示出了定位在螺旋形管104外侧之间的滤光器112。滤光器112阻止波长高于300nm的光到达螺旋形管104。
滤光器112在图14中被示出为透视滤光器。在图15中，所示的切割是沿着反应器壳体102a、102b和102c的中部进行的。
图14和图15中所示的光生物反应器是光生物反应器的示例，其中，当从入口端部106到出口端部108观察时，液体食品总体上竖向地流过一个或更多个螺旋形管104。
图16示出了根据本发明的具有入口106和出口108的螺旋形管104。螺旋形管的压缩长度116、螺旋形管的延伸/自由长度118、内管径120、螺距122、盘管角度124、盘管直径126、外管径128以及壁厚130均在图16中被图示。
图17示出了对来自光源的用以获得生物污染物的灭活或减少所需的能量的量的研究。
图18示出了对本发明的当温度从18摄氏度变化到38摄氏度时的差异的研究。
图19示出了对本发明的当在三种不同的管尺寸下改变液体的流量时的研究。
图20示出了在不同波长(220nm至320nm)下由辐射在病毒与蛋白质中引起的损伤的程度。
示例
一般实验程序
使用掺杂有浓度为最低2.7E6每毫升(浓度使用最大可能数法确定)的大肠杆菌的UHT全脂乳来研究管径和流量的影响。
将一升UHT全脂乳转移至无菌的蓝盖瓶中，并向其中添加1ml的大肠杆菌培养基，以达到期望的至少2.7E6/ml的最低浓度。使经掺杂的乳在UV反应器中循环，并且当达到期望的UV-C剂量时每隔一段时间取样。在整个实验过程中，使用电磁搅拌器将经掺杂的乳不断混合。
对于每种特定的流量和管尺寸，制备了新批次的1升UHT全脂乳，其掺杂有最低浓度为2.7E6/ml的大肠杆菌。
UV反应器包括围绕28mm石英玻璃盘绕的FEP管。在石英玻璃内放置峰值辐射为253.7nm的75W杀菌灯。受测管的尺寸为AWG(美国线规(America wire gauge))7、9和11，并且所研究的流量为每分钟200ml、300ml、600ml和1000ml。
在使用无菌移液器采集20ml的样品并将其转移到无菌蓝盖瓶中之前，使用旋转叶片泵使乳循环并使其在UV反应器中暴露一段时间。乳在系统中循环，其中，每次实验前灯都要关闭，并且采集样品以建立起始浓度。乳温度在每次实验开始时为24℃至25℃，并且在每次实验结束时为34℃至43℃。
每次实验后，系统都要进行CIP(就地清洁)程序，首先使用脱矿质水冲洗系统10分钟，然后使65℃的1％NaOH溶液循环40分钟。然后使用脱矿质水冲洗系统10分钟。之后，使60℃的0.5％HNO3溶液在系统中循环40分钟。最后，使用脱矿质水将系统清洗20分钟。
实验结束后，立即将样品转移至层流生物安全柜中的采样站，在那里使用Jarvis等人的MPN法[Jarvis,B.等人，Journal of Applied Microbiology(应用微生物学期刊)，2010,109,1660–1667]对样品进行处理。
在35℃的培养箱中放置两天后，对阳性测试管的数量进行计数并计算细菌浓度。
示例1
实验示例1研究了来自泵和光源的用以获得生物污染物的灭活或减少所需的能量的量。受测的管尺寸为AWG 9，并且所研究的流量为每分钟700ml。如图17中所见，通过使用少量的光能(每1,000升液体约1.2kWh)，获得了1-Log10的减少。当增加所使用的光能时，Log10减少也增加，直至从每1,000升液体10kWh起获得稳定期为止，该稳定期具有约5-Log10的减少。
示例2
实验示例2研究了本发明的当温度从18摄氏度变化到38摄氏度时的差异。受测的管尺寸为AWG 9，并且所研究的流量为每分钟700ml。如图18中所示，在每1,000升液体约10kWh处，log10减少的差异是相似的。然而，当所使用的能量增加时，18摄氏度与38摄氏度之间的log10减少开始显著。在每1,000升液体约18kWh的能量下，对于38摄氏度而言，log10减少为5.5，而对于18摄氏度而言，log10减少为6.5，这相当于1-Log10减少的差异。
示例3
实验示例3研究了当在三种不同管尺寸下改变液体的流量时的本发明。受测的管尺寸为AWG 7、9和11，并且所研究的流量为每分钟200ml、300ml、600ml和1000ml。温度保持在24摄氏度与43摄氏度之间。如在图19中可以观察到的，根据管尺寸，设置在不同流量下是最佳的。
使用AWG 7的管尺寸，在流量之间存在小的差异。然而，在高能量暴露(每升液体约4,000J)下进行分析时，这种差异最为明显，其中，在200ml/min至300ml/min的流量与600ml/min至1,000ml/min的流量之间观察到1-Log10的差异。
使用AWG 9的管尺寸，在流量之间存在大的差异。在高能量暴露(每升液体约4,500J)下进行分析时，该差异最大，其中，在200ml/min至300ml/min的流量与600ml/min至1,000ml/min的流量之间观察到3-Log10的差异。
使用AWG 11的管尺寸，在流量之间存在非常小的差异。然而，在高能量暴露(每升液体约4,000J)下进行分析时，这种差异可以忽略不计。
附图标记
1–盒
2–螺旋形管
3–抛光的不锈钢立柱
4–配装件
5、5a–金属片材屏蔽件
6–橡胶密封剂
7–抛光的金属片材板
8–间隔件
10–底部通风室
11–盒安装框架
12–垫圈
20–顶部通风室
21–垫圈
22、23、24、24a、26、40、41、43、43a、45、45a、50、54、54–金属片材部分
25–塑料舌状间隔件
27–手柄
28、44–金属片材板
42–金属片材盖
46–光源
47–石英玻璃
48–塑料部分
51–铣削塑料部分
52–锁定部分
53–陶瓷光源销连接器
57–橡胶密封件
102a–反应器壳体的第一部分
102b–反应器壳体的第二部分
102c–反应器壳体的第三部分
104–螺旋形管
106–入口
108–出口
110–立柱
112–滤光器
116–压缩长度
118–延伸/自由长度
120–内管径
122螺距
124盘管角度
126盘管直径
128外管径
130壁厚

Claims (15)

1.一种用于液体食品、例如乳的巴氏消毒的光生物反应器，所述光生物反应器包括：
-第一盒安装框架；
-一个或更多个螺旋形管，所述一个或更多个螺旋形管从入口端部延伸至出口端部，从而形成流体路径；
-至少两个盒，所述盒从第一端部延伸至第二端部；以及
-一个或更多个滤光器；
其中，所述盒安装框架包括盒接纳开口，所述盒中的每个盒以可移除的方式安装到所述盒接纳开口中，
其中，每个盒包括一个或更多个光源，所述一个或更多个光源照射所述一个或更多个螺旋形管，其中，所述一个或更多个光源发射波长范围在180nm至300nm之间的光，
其中，所述一个或更多个滤光器定位在所述一个或更多个光源与所述一个或更多个螺旋形管之间，并且
其中，所述一个或更多个滤光器阻止波长高于300nm的光到达所述一个或更多个螺旋形管。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器，其中，所述盒以平行构型定位。
3.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，每个盒还包括所述一个或更多个滤光器中的一个或更多个滤光器。
4.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管定位在至少两个盒中的两个盒之间，并且其中，所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管被分组为两个一组、比如三个一组，以在所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管的组与盒之间交替的构型定位。
5.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，还包括定位在一个或更多个所述盒的所述第一端部处的第一通风室和/或定位在一个或更多个所述盒的所述第二端部处的第二通风室，其中，所述通风室将空气从所述盒抽出、或者在所述通风室处空气流入所述盒中、或者所述通风室在两个端部处将空气从所述盒抽出、或者在所述通风室处空气在两个端部处流入所述盒中、或者所述通风室在一个端部处将空气从所述盒抽出并且空气在另一个端部处流入所述盒中。
6.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒在所述第一端部或所述第二端部处包括一个或更多个开口，以用于所述一个或更多个光源的插入和移除，其中，所述盒中的每个盒还包括用于允许空气流入所述盒中的进气开口。
7.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第一组开口被玻璃、例如石英玻璃覆盖，来自光源的光能够穿过所述玻璃照射所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管。
8.根据权利要求7所述的光生物反应器，其中，所述一个或更多个滤光器涂覆在所述玻璃上或结合到所述玻璃中。
9.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述盒中的每个盒还包括具有开口的盒框架，其中，第二组开口适于促进所述盒的内侧的内部空气运动。
10.根据权利要求9所述的光生物反应器，其中，所述盒框架包括平行布置的两个或更多个框架部分，并且其中，所述第二组开口以不重叠的方式定位成确保光不在所述光未照射所述一个或更多个螺旋形管的位置处从所述盒逸出。
11.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述盒包括多个开口，其中，当在所述盒的内部表面与外部表面之间施加压力差时，通过所述多个开口产生空气流动，并且其中，由所述压力差驱动的穿过所述多个开口的空气的流动沿着所述一个或更多个光源的整个长度提供均匀冷却，以达到最大紫外线输出并确保所述一个或更多个光源的最佳寿命。
12.根据权利要求11所述的光生物反应器，其中，所述开口设计成使得光仅朝向所述一个或更多个螺旋形管从所述盒逸出。
13.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述盒与所述一个或更多个螺旋形管之间的空间至少部分地衬有抛光的反光铝，所述抛光的反光铝将来自所述一个或更多个光源的光反射，比如将所述光的至少70％反射回所述一个或更多个螺旋形管。
14.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，还包括板，所述板限制或避免来自所述一个或更多个光源的光从所述光生物反应器中的两个盒之间的空间逸出。
15.根据任一前述权利要求所述的光生物反应器，其中，所述光生物反应器的两个盒之间的空间或盒与所述螺旋形管中的一个或更多个螺旋形管之间的空间用作通风井，所述通风井用于对所述光生物反应器进行冷却、尤其是对包括所述一个或更多个光源的所述盒进行冷却。
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