JP2001321139A - 粒状物殺菌装置と粒状物殺菌方法 - Google Patents

粒状物殺菌装置と粒状物殺菌方法

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JP2001321139A
JP2001321139A JP2000143155A JP2000143155A JP2001321139A JP 2001321139 A JP2001321139 A JP 2001321139A JP 2000143155 A JP2000143155 A JP 2000143155A JP 2000143155 A JP2000143155 A JP 2000143155A JP 2001321139 A JP2001321139 A JP 2001321139A
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electron beam
conveyor
granular material
grains
irradiation
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JP2000143155A
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Hirobumi Motoi
博文 本井
Tadashi Yoshimi
匡司 吉見
Kenji Kato
健治 加藤
Toshiro Nishikimi
敏朗 錦見
Mutsumi Mizutani
睦 水谷
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Japan Science and Technology Agency
Nisshin Seifun Group Inc
Nissin High Voltage Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Seifun Group Inc
Nissin High Voltage Co Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 穀物や香辛料などの粒状物の表面を殺菌処理
すること。 【解決手段】 傾斜して設けられた逆進コンベアに粒状
物を供給し、コンベア上を粒状物が転げ落ちることによ
って粒状物に回転を与え、該粒状物をコンベア下端から
自由落下させ回転落下する粒状物に低エネルギー電子線
を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】麦、米、豆、そばなどの穀物
や胡椒などの香辛料は殺菌しないで販売されることが多
い。しかし輸入された穀物や長期保存するための穀物は
殺菌処理されることもある。また加熱されないで食用に
なる穀粉の場合も殺菌される事がある。穀物のような不
定形小型で全面を処理しなければならない粉粒体を殺菌
することは難しかった。本発明は、麦、米、豆、そばと
いった穀物や、胡椒など香辛料の粒状物(粒状体)を電
子線によって殺菌する粒状物の殺菌方法とそのための粒
状物殺菌装置に関する。
【0002】電子線照射装置は、真空中で電子線を発生
させ照射窓から大気中に取り出し固体の被処理物に照射
して例えば高分子の架橋、樹脂硬化、塗膜硬化などの効
果を生じさせるようにした装置である。このような目的
には電子線照射装置はすでに多用されている。さらに別
異の作用として殺菌作用がある。この性質を生かして電
子線は医療用器具の殺菌に用いられる。ピンセット、
鋏、チューブ、ガーゼなど医療用の器具、材料に電子線
を照射することによって殺菌するという処理については
既に実績がある。
【0003】被処理物はこのように定型固体のものが殆
どであった。定型の固体が対象になるから、無端周回コ
ンベアによって電子線照射装置の筐体の内部を搬送し、
電子線照射窓の直下を通る時に電子線照射を受けるよう
になっていた。有形物であるからコンベアによって運ぶ
ことができた。これらの対象物は電子線によって品質が
劣化しないので電子線の侵入深さはかなり深くても良か
った。定型固体以外にも電子線処理は有効なはずであ
る。しかし、殆ど実績がない。それは表面全体に電子線
を当てるのが極めて難しいからである。多くの提案がな
されているが、いずれも難点があり殆ど実施されていな
い。
【0004】穀物などの電子線殺菌が実用化されないの
には理由がある。相反する二つの難しい条件が課される
からである。一つは粒状物表面の全体に電子線を当てな
ければならないということである。表面全体に雑菌がつ
いている可能性があるから殺菌を完全に行うためには表
面の全体に電子線を当てる必要がある。もう一つは内部
まで電子線が浸透してはいけないということである。穀
物などの内部まで電子線が届くと蛋白・脂質等の成分が
変質し風味が落ち品質が劣化する。だから表面で減衰す
るような弱い電子線でなければならない。前者の条件だ
けなら粉粒体を貫通するような強力な電子線を照射すれ
ば良い。しかし後者の条件があるから貫通するような電
子線は禁止される。つまり粉粒体の表面だけに弱い電子
線を均等に当てるという難しいことが要求される。
【0005】
【従来の技術】粒状物を電子線によって殺菌しようとす
る場合電子線は表面で減衰するものでなければならな
い。もし電子線が内部まで透過した場合には穀物などの
品質劣化を招くからである。それで透過力の低い低エネ
ルギーの電子線を照射するということになる。透過力が
小さいので表面の全体に電子線を当てるようにしなけれ
ばならない。これが難しい。
【0006】電子線は照射窓から一方向に出るだけであ
る。電子線は直進する平行ビームである。粒状物の上面
には電子線が当たるが裏側は影になって当たらない。半
分しか電子線が当たらない。どうしても影の部分が残
る。これではいけない。表面全体に透過力の弱い電子線
を当てるようにしなければならない。
【0007】表面全体に電子線を当てるためのいくつか
の試みがなされているが、いずれも未だ充分でない。 a:特開平10−215765号は、振動器と振盪器の
上にトレー戴置台を置き、その上に電子線照射装置を設
けた穀物殺菌装置を提案している。玄米、小麦、小豆、
大豆などの殺菌のため、ソフトエレクトロンを照射す
る。振動器は縦方向の振動をトレーに与える。振盪器は
横方向の振動を与える。トレーの中にある穀物は振盪と
振動のために飛び上がり、跳ね上がり、躍り上がる。な
んども回転して様々の面が照射窓の方を向く。長い間照
射処理を続ける事によって穀物の全ての面に電子線が照
射されるから全面が殺菌されるのである。この発明は、
振盪(横方向)と振動(縦方向)とを組み合わせるとこ
ろに工夫の妙が存在する。
【0008】穀物をトレーの上に1層に並ぶようにし、
例えば160〜230keVのソフトエレクトロンを4
μAで照射する。照射時間は1時間程度である。これに
よると初め10〜10個/gの生菌があったもの
が、10個/g以下に減少するとある。しかし処理量が
問題である。バッチ処理であって一回の処理に約1時間
掛かる。穀物を重ならないように収容する必要があるか
ら処理量はトレイの底面積に依存する。玄米の場合は、
10〜70gであり、好ましくは20〜40g程度であ
る、と述べている。トレイを大きくすれば一回の処理量
は増えるがそれも限界がある。この装置の1時間当たり
の処理能力は大体50g程度である。もちろん粒径によ
ってこれは異なるわけで、大豆、小豆などの場合は米の
場合と処理能力が相違する。
【0009】b:特開平1−192362号は「遮蔽壁
で包囲した室内に立設され下方から上方へ気体を送風し
て粉体を浮遊させる粉体浮遊室と、該粉体浮遊室に対向
して放射線照射装置を設けた粉体の放射線処理装置。」
を提案している。これは小麦粉、香辛料などの粉体を放
射線(γ線、X線、電子線)によって殺菌する新規な装
置を提案している。コンベアによって粉体を運ぶと表層
と内層で照射ムラが生じて望ましくないから、気体によ
って粉体を浮遊させて運び、浮遊状態の粉体にγ線、X
線、電子線などの放射線を当てるというものである。室
内に垂直部分を持つダクトを縦に「立設」して、下側か
らポンプで空気と粉体を送り込み下から上へと舞い上げ
ておき、ダクトで密封された粉体に横から放射線を当て
る。放射線照射を受けた粉体は上方でフィルタを通り外
部に排出される。下から上へ舞い上がる粉体に放射線を
当てるから粉体の全面に放射線があたり、照射ムラ(照
射量不均一)が起こらない、という。
【0010】c:特開平8−52201号はコンクリー
トの厚い壁をもつ処理室に、少し傾斜した管部を設け、
管部の半ばに平行に多孔板を設けその下に空気を吹き込
み、多孔板の上に粉体を落とし込み、沢山の微細孔から
噴出する空気によって粉体を持ち上げて斜め下向きに
(4度〜10度)粉体を運び(エアスライドコンベア)
その途中で横から電子線を浴びせるようになっている。
粉体と空気は終端の排出口から一緒に引き出され、サイ
クロンによって粉体と空気が分離されるようになってい
る。粉体を空気で舞上げて斜め下向きに空気輸送するか
ら粉体は回転し全ての面に電子線が当たるようになって
いる。
【0011】d:特開平11−52100号は、二つの
電子線照射装置を対向して設け、間に穀物を薄い幕状に
して落下させ両方から200keV以下の電子線を当て
るようにしている。薄い幕状にするので1層を保ちなが
ら落下する。両方から同時に電子線を当てるから穀物全
面が電子線を浴びる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】穀物、香辛料など無定
型の対象物を電子線処理しようとする提案はいずれも難
点がある。a:特開平10−215765号の場合、バ
ッチ処理なので、照射の度毎に、入れ替えをしなければ
ならない。手間が掛かり、非効率的である。それに何よ
り時間当たりの処理量が少ない。30cm×9cmの底
面積のトレイを使っても1時間の処理で50g程度しか
殺菌処理できない。バッチ処理であってトレイは動かな
いのであるから電子線照射窓の面積も30cm×9cm
以上必要である。それだけの電子線照射装置を使いなが
ら、1時間50gの穀物しか処理できず高コスト、非能
率になる。例えば10kgの米を殺菌するには200時
間も掛かってしまう。
【0013】b:特開平1−192362号の場合、空
気流れは上昇流だけである。管の内部に粉体を空気輸送
し、管の外部からγ線、X線、電子線を照射する。この
装置の第1の問題は、放射線が管壁を通過するときに放
射線の損失が大きくなりすぎるということである。空気
輸送の為のダクトの場合、プラスチックでも2mm〜5
mm程度の厚みは必要である。金属管でも1mm程度の
厚みは要る。そのような場合、質量も電荷もなくエネル
ギーの高いγ線は管壁を透過できるかもしれない。X線
も電荷と質量がないので管壁をまあまあ透過できよう。
しかし電子線は電子のビームであり質量と電荷がある。
2mm〜5mmの管壁を電子線が通り抜けるのは難し
い。殆ど通り抜けできない。だからbの方法はγ線には
使えるが電子線には利用できない。電子線は数μm〜数
十μmの窓箔をかろうじて通過できるが、数mmもある
壁を抜ける事は不可能に近い。
【0014】c:特開平8−52201号は全体を厚い
コンクリートの壁で囲まなくてはいけない構造である。
コンクリート壁は、エアスライドコンベアの高さの2倍
以上の厚みを持っている。壁で仕切られた内部にエアス
ライドコンベア、粉体入り口、粉体出口、エア送給口、
電子線発生加速照射装置が全部収容されている。広い処
理室を完全にコンクリートで囲んだ極めて重厚な装甲を
もつ装置である。重厚な壁が放射線の漏れを防いでい
る。安全性は高いが分厚いコンクリート壁が必要である
ので建設費は極めて高い。据え付け面積も広大なものが
要求されるであろう。そのため大規模高コストの処理装
置になってしまう。また高エネルギーの電子線を用いる
から穀物の場合は電子線が貫通してしまい品質劣化を招
く。
【0015】d:特開平11−52100号は層状に落
下する穀物に両側から電子線を浴びせるために二つの電
子線照射装置を必要とする。高価な装置を二つも使うか
ら高コストの殺菌装置になる。コスト高のために未だに
実施されていない。
【0016】電子線によって穀物や香辛料など粒状物を
殺菌できるような装置を提供することが本発明の第1の
目的である。低エネルギーの電子線によって粒状物の全
面を電子線処理できる装置を提供することが本発明の第
2の目的である。低コストで穀物などを安全に殺菌でき
る方法を提供することが本発明の第3の目的である。多
様な形態、比重の粉粒体に対応できる制御性に優れた殺
菌方法を提供することが本発明の第4の目的である。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の粒状物殺菌方法
は、傾斜して設けられ上向きに搬送運動するコンベアに
粒状物を連続的に供給し、上向きに搬送運動するコンベ
ア上を粒状物が転げ落ちることによって粒状物に回転を
与え、該粒状物をコンベアの下端から回転した状態で自
由落下させ、回転しながら落下する粒状物に一方から電
子線を照射するようにしたものである。本発明の粒状物
殺菌装置は、傾斜して設けられ上向きに搬送運動するコ
ンベアと、コンベアの直下に設けられコンベア下端から
回転しつつ落下する粒状物に電子線を当てる一つの電子
線発生装置とを含む。
【0018】コンベアは無端周回コンベアであってもよ
い。また振動コンベアであってもよい。いずれにしても
傾斜しており傾斜方向を遡るような移動または振動をす
る。重力による降下と、コンベアによる上昇が相拮抗す
る。重力による降下は粒状物の重心に掛かる。コンベア
による上昇力は粒状物のコンベアに接触する下面に掛か
る。力点の違いが粒状物に回転モーメントを与える。重
力の作用がやがて優越するのであるが逆進コンベアを使
うので接触長さが長い。長い傾斜面を転がるうちに回転
モーメントが蓄積されてゆく。徐徐にコンベア上を転げ
落ち最大の回転モーメントに達した時にコンベアの下端
から落下する。
【0019】単に静止した傾斜面を転動下落するのでは
なくてコンベアによって上昇させるから実効的なコンベ
アとの接触長さが増えている。接触長さが増えているか
ら大きい転がり力を得る。大きい回転モーメントを持つ
ので自由落下する時にはかなりの角速度で回転しつつ落
下することになる。
【0020】落下する粒状物に一方から電子線を照射す
るようにする。回転しながら自由落下させるから一方か
らの電子線照射によって全面に電子線を当てることがで
きる。
【0021】コンベアの傾斜角Θは15゜〜60゜の間
で調整可能である。コンベアの上向きの搬送速度Vはや
はり調整可能とする。コンベア上の粒状物の投入箇所T
からコンベア下端O迄の距離をqとする。qは30cm
〜1m程度であるが、コンベアは上向きに進行するから
粒状物とコンベア面との接触長さsは、qよりも長くな
る。コンベアサイズを増やすこと無く接触距離sを増や
すことができる。これは装置を小型化する上で有用であ
る。
【0022】コンベア下端から電子線の照射される位置
までの高さhは短い方が良い。しかし電子線照射装置の
サイズによる制約もある。従って、hは30cm〜1m
程度である。電子線照射装置の照射窓の実効高さHは、
Hを自由落下する間に、粒状物が少なくとも1回転する
だけの長さが必要である。電子線照射窓の幅Bはコンベ
アの幅程度でよい。電子線照射方向は鉛直線に直角であ
っても良いが(水平)、水平からΦだけ傾いていてもよ
い。電子線がΦだけ水平から傾いていると電子線の実効
高さがHsecΦに増えるのでより有利である。
【0023】電子線照射装置の照射窓と、粒状物の距離
は電子の飛程以内にする必要がある。飛程というのは窒
素や空気中を電子が直進するときガスと衝突してそのエ
ネルギーを失うまでに飛行する距離のことである。飛程
は加速電圧や雰囲気圧力によって異なる。1気圧より僅
かに加圧した窒素雰囲気で250keVの電子線の場
合、飛程は約60cmである。200keVに加速した
場合、飛程は約42cmである。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は本発明の粒状物殺菌装置の
概略構成を示す斜視図である。図2は幾何学的関係を示
すための概略の断面図である。図3は全体の縦断面図で
ある。これは傾斜し上向き搬送速度をもつコンベア1と
その下方に設けた電子線照射装置2を含む。ここに示し
たものは非走査型(エリア型)の電子線照射装置であ
る。走査型の電子線照射装置に本発明を適用することは
できるが、この実施例では非走査型の電子線照射装置2
を用いている。エリア型電子線照射装置は公知であるか
ら内部構造の図示を省略する。
【0025】蛇行するカソードフィラメント12が円筒
形の真空チャンバ3の内部に設けてあり、真空チャンバ
3の一方が照射窓4になっている。フィラメントは負
に、チャンバが正になるように高い電圧がかかってい
る。照射窓4にはTi、Alなどの薄い窓箔5が貼って
ある。チャンバ3の内部は真空であり、外部は大気圧で
あるので窓箔5が必要である。フィラメント12には抵
抗加熱電流が流れておりフィラメントは負にバイアスさ
れているからフィラメント12から熱電子が出る。フィ
ラメント12と照射窓4の間で加速された電子線6が照
射窓4から引き出される。電子線6はこの例では水平に
引き出されるが水平に対して傾斜(傾斜角Φ)していて
もよい。照射窓4はこの例では矩形状である。照射窓4
の実効的な高さH、幅Bは対象となる粒状物形態や処理
量によって適当に決定する。
【0026】電子線照射装置2のすぐ上に傾斜したコン
ベア1がある。投入ホッパ7から粒状物8がコンベア1
に投入される。コンベア1は傾きによって粒状物を転が
すが搬送の向きは上向きになっている。つまり逆進する
コンベアである。逆進コンベア1は、対象物である穀
物、香辛料に短い距離で大きい回転モーメントを与えて
自由落下させるための機構である。図1のように無端周
回コンベアであってもよいし、振動コンベアであっても
良い。いずれにしても上向きに粒状物を運ぶような作用
を持っている。コンベアが傾斜しているので粒状物は重
力の作用で下降しようとする。しかしコンベアは上向き
に動くので粒状物の降下が遅れコンベア面上での滞留時
間が長くなる。重力の作用をより長く受けるので回転力
を蓄えて行く。やがてコンベアの下端Oに至るがここで
はかなりの回転角速度ωを持つ。
【0027】粒状物は回転しながら自由落下し電子線照
射装置2からの電子線を浴びる。粒状物8は回転してい
るから電子線6は粒状物8の全表面に照射される。表面
全体に低エネルギーの電子線が当たるから表面近傍が殺
菌処理される。殺菌された粒状物8は直下にあるホッパ
10から外部に排出される。
【0028】粒状物8に電子線6が照射される雰囲気は
空気でも良いが、窒素の方がより適している。電子線が
金属等に当たるとX線が出る。雰囲気が空気の場合、X
線が酸素をオゾンに変える。オゾンの臭気が食品に付く
と風味を損なう場合がある。窒素雰囲気だとオゾンが発
生せずそのような問題がない。電子線照射装置2と落下
経路の全体は金属製の遮蔽体9によってスッポリと囲ま
れており、上から窒素雰囲気にすることができるように
なっている。遮蔽体9は照射ゾーンの雰囲気が何であっ
ても必要である。電子線6が遮蔽体9に当たる位置には
水冷板11が設けられる。電子線6が装置壁面に当たる
と運動エネルギーが熱になり発熱するからこれを冷却す
るためである。
【0029】図2によって、逆進コンベアによる回転賦
与能力を説明する。コンベア1の傾斜角をΘとする。コ
ンベアの終端辺をx軸とし、終端辺の中点を原点Oとす
る。原点Oから下向きにz軸を取る。水平方向であって
コンベアの終端に直角の方向にy軸をとる。電子線照射
装置の照射窓の高さをHとする。電子線の高さ方向の分
布中点とコンベアの終端の距離をhとする。電子線の水
平に対する傾きをΦとする。電子線は、z=h−Hsec
Φ/2からz=h+HsecΦ/2までの範囲で自由落下
する粒状物に当たる。Φが0でない方が電子線と粒状物
の接触長さHsecΦが長くなる。図1〜図3ではΦ=0
とした例を示している。
【0030】図2において、粒状物8がT点に落下し、
コンベア1の上を滑らずに転がるとする。粒状物は徐々
に速度を増す。終端部Oではかなりの回転速度を持って
いる。着地点Tとコンベア終端Oの距離をqとする。粒
状物8を簡単のために半径rの球形と仮定する。粒状物
の質量をmとする。粒状物の慣性モーメントをIとしx
軸周りの角速度をωとする。傾斜面での下向き速度vの
変化を考える。これは最初コンベアの上向き速度−cに
等しいと考えられるが、重力加速度gsinΘが傾斜面に
働くため下向きの速度に変化し、下向きに運動して傾斜
の端O点から落下する。傾斜に沿った運動方程式は、
【0031】
【数1】
【0032】である。ωは粒状物の角速度である。ここ
で粒状物は半径rの球状だと仮定する。その場合v=ω
rである。I=mkrというように書ける。すると
(1)は
【0033】
【数2】
【0034】となる。初期条件はv=−c(cはコンベ
アの速度)であるから、 v=−c+γt (3) 但し γ=gsinΘ/(1+k) (4) である。コンベアの上をqだけ転んでコンベアの終端O
に到るのであるから、
【0035】
【数3】
【0036】これを解くと、T点(t=0)からO点に
至るまでの時間tがわかる。この時間を(3)に代入す
ると、終端Oでの速度Vが分かる。 V=(2qγ+c1/2 (6) となる。単に長さqの斜面を転がり落ちるのであれば、
終端での速度は(2qγ)1/2であるが、逆進コンベ
アを使っているからそれよりも大きくて(6)のように
なるのである。O点での角速度ωはω=V/rである。
電子線照射装置の直前での落下速度は(2gh)1/2
である。
【0037】ここで粒状物が電子線照射窓Hを通過する
ときの回転数は
【数4】 である。これが1回以上であればよい。球形の粒状物の
場合、k=0.4である。コンベアが逆進しているので
コンベア長が実効的に
【0038】
【数5】 だけ延びていることになる。
【0039】
【発明の効果】本発明は、粒状物に低エネルギーの電子
線を当てて殺菌するので内部まで電子線が入らず穀物や
香辛料の品質を損なわない。粒状物に回転を与えて自由
落下させその途中で電子線を当てるから全面に電子線が
照射される。電子線照射装置を二つ設ける必要がないの
でd装置より低コストの処理法となる。d装置は装置コ
ストのため実現されていないが本発明はより実現容易で
ある。粒状物を連続的に送り、連続的に処理できるから
バッチ処理のa装置に比較して処理量が著しく増大す
る。逆進コンベアを使うので回転モーメントを確実に粒
状物に与えることができる。コンベアの傾斜角、搬送速
度など変化させやすいパラメータを持つので制御性がよ
い。任意の粒状物を好適に殺菌処理する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粒状物殺菌装置の概略斜視図。
【図2】粒状物が回転モーメントをもって自由落下する
場合の速度と回転との関係を説明するための図。
【図3】本発明の粒状物殺菌装置の全体の断面図。
【符号の説明】
1 コンベア 2 電子線照射装置 3 真空チャンバ 4 照射窓 5 窓箔 6 電子線 7 投入ホッパ 8 粒状物 9 遮蔽体 10 搬出ホッパ 11 水冷板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // A23B 9/00 A23B 9/00 A23L 1/20 A23L 1/20 B (72)発明者 本井 博文 東京都中央区日本橋小網町19番12号日清製 粉株式会社食品開発研究所内 (72)発明者 吉見 匡司 埼玉県入間郡大井町鶴ヶ岡5丁目3番1号 日清製粉株式会社生産技術研究所内 (72)発明者 加藤 健治 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 ハイボルテージ株式会社内 (72)発明者 錦見 敏朗 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 ハイボルテージ株式会社内 (72)発明者 水谷 睦 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 ハイボルテージ株式会社内 Fターム(参考) 4B020 LC07 LG01 LG09 LP30 4B021 LA44 LP10 LT03 LW07 LW09 4B047 LB10 LE07 LP11 4B069 AA02 HA18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給された粒状物に回転を与えるために
    傾斜して設けられ上向きに搬送運動するコンベアと、コ
    ンベアの直下に設けられコンベア下端から回転しつつ落
    下する粒状物に電子線を当てる一つの電子線発生装置と
    を含むことを特徴とする粒状物殺菌装置。
  2. 【請求項2】 傾斜して設けられ上向きに搬送運動する
    コンベアに粒状物を連続的に供給し、上向きに搬送運動
    するコンベア上を粒状物が転げ落ちることによって粒状
    物に回転を与え、該粒状物をコンベアの下端から回転し
    た状態で自由落下させ、回転しながら落下する粒状物に
    一方から電子線を照射することを特徴とする粒状物殺菌
    方法。
JP2000143155A 2000-05-16 2000-05-16 粒状物殺菌装置と粒状物殺菌方法 Pending JP2001321139A (ja)

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