JP2002504051A - 非電離性電磁放射線の使用による材料の優先加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 材料を優先加熱する方法及び装置が材料を高強度のパルス非電離性磁気放射線に曝すことに基づいている。この方法は微生物の破壊、包装体の殺菌、又は湿った食料の殺菌が可能である。１実施例は、包装前に開放端付きの金属かんを殺菌するために０．１秒より短いパルス持続時間と、少なくとも１ｋＷの平均パワーをもつマイクロ波放射線を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】 非電離性電磁放射線の使用による材料の優先加熱方法 本発明は非電離性電磁放射線による材料の優先加熱方法に関するものである。 用語“非電離性電磁放射線”は例えば、マイクロ波放射線及び電波放射線を含 むものと理解すべきである。 １つの特別のしかしながら排他的ではない本発明の用途は微生物を破壊する温 度に微生物を優先加熱することである。 本発明のこの用途は多くの応用が可能である。 １つの応用は、本発明が例えば医薬、医薬用パッケージ、及び外科用及びその 他の設備や器具を殺菌するために使用される医療業界である。 本出願人にとって特に興味のある他の応用は、食物処理産業である。 用語“食物処理産業”は、固体と液体の食品を含む食品の調理と包装に関する 産業を包含するものと理解される。 食物処理産業の重要な要件は下記の通りである。 （ｉ）食品を包装した後に食品を殺菌すること、又は （ｉｉ）殺菌条件の下で食品を調理し、その後包装すること。 第１カテゴリーの１例はビールの如き飲料を包装する広く使用される方法であ る。それは飲料を低温殺菌することである。典型的には、適当な包装体（金属又 はガラス容器の如きもの）が飲料を充填され、その包装体が密封され、包装され た飲料がその後６５〜７０℃の温度に１５分間加熱される。この方法は有効であ るが、資本と作業コストが大きいことを含む多くの欠点をもつ。 第１カテゴリーのもう１つの例は、スパイスを殺菌する既知の方法であり、包 装体は密封され、その後エチレンオキシドが高温で包装体を通して浸透させられ 、そしてスパイス上の微生物に接触しそしてその微生物を破壊する。一方、エチ レンオキシドはスパイスによって担持されるバクテリアの胞子や他の微生物を破 壊する有効な手段であるが、それは有毒であり、それ故残留エチレンオキシドを 低レベルにまで除去することが重要である。必然的にこれは該方法の注意深い制 御を必要とし、従ってそれは作業コストを増す。 第２カテゴリーの例は特定条件下で飲料を包装することである。 典型的には、飲料は殺菌条件の下で処理され、充填ステーションに運ばれ、充 填設備は殺菌条件に維持され、包装体は殺菌され、殺菌条件下で充填ステーショ ンに運ばれ、飲料はその包装体に充填され、包装体が殺菌条件下で密封される。 食品の無菌包装の重要なファクターは包装体の殺菌である。 食料処理産業における包装体を殺菌する既知の技術は下記のものを含む： （ｉ） 過酸化水素及び塩素の如き、化学的殺菌； （ｉｉ） ＵＶ放射線； （ｉｉｉ） ガンマ放射線； （ｉｖ） 蒸気殺菌。 所定の状態におけるこれらの（及び他の）技術の各選択と適切性は包装体、食 品及び食料調理に依存する。 本発明の特別の目的は食料処理産業用の包装体を殺菌するための既知の技術の 代替法を提供することにある。 本発明の更に一般的な目的は食料処理産業及び他の産業における既知の殺菌技 術の代替法を提供することにある。 本発明によれば、材料を、高強度のパルス非電離性の電磁放射線に曝すことを 含む材料の優先加熱方法が提供される。 本発明は高強度のパルスマイクロ波放射線で実施された経験的作業に基づいて いる。 高強度のパルスの、マイクロ波放射線が微生物を破壊するのに特に有効な手段 であることが経験的作業で分かった。高強度のパルスのマイクロ波放射線は微生 物中のエネルギーを正味的にかなり大きく増大させ、それが微生物中において温 度を突然増大させて微生物を破壊すると信じられている。 また、経験的作業において、放射線に曝される周囲環境を実質的に加熱するこ となしに、高強度のパルスマイクロ波放射線は微生物を破壊することも分かった 。 この微生物の優先加熱に重要なパラメータには、高強度のパルスエネルギー、 周囲環境のマイクロ波吸収性、及び放射線に曝される微生物のサイズが含まれる 。第三のファクターに関しては、一般的に、材料内の熱発生速度は、材料を構成 する対象物のサイズが大きくなる程、遅くなる。一般的には、２つの対象物のサ イズが同じ場合、対象物の相対的吸収性は優先加熱の程度を決定し、対象物の吸 収性が同じである場合、対象物の相対的サイズは優先加熱の程度を決定する。 食料処理産業に関しては、マイクロ波放射線の如き、非電離性電磁放射線での 優先加熱は、包装体の化学的又は他の特性を悪化させる包装体の著しい加熱を生 ぜしめることなしに、包装体上の微生物を破壊することによって包装体を殺菌す ることを可能にする。 また、食料処理産業に関しては、非電離性電磁放射線での優先加熱は食料が包 装される前又は後に湿った食料を殺菌することを可能にする。これに関して、ヘ ッドスペースを殺菌するために高強度のパルスの非電離性電磁放射線を密封した 飲料容器やジャムジャー(jam jars)のヘッドスペースに集中させることは本発明 の範囲内に含まれる。 用語“湿った食料”は、１．０より小さい水活性（即ち水蒸気圧に対する食料 中の水蒸気圧の比）をもつ食料を含むものと理解すべきである。 また、食料処理産業に関しては、本発明は包装される食品が“湿っている”状 態に限定されない。 微生物の有効破壊をなすために、非電離性電磁放射線の特性（パワー、強度、 及び波長の如き）及びパルスを規定するパラメータ（パルス持続期間、パルス周 波数、パルスプロフィル、デューティサイクル(duty cycle)、及び平均パワーの 如きもの）の選択にかなり大きな融通性が存在する。融通性の重要な結果は、特 別な食品と包装体の特性に適する高強度のパルスの非電離性電磁放射線のための 動作パラメータを選択することが可能であることである。 強度／時間パルス列のパルスは任意の適切なプロフィルとすることができる。 好適には、パルス持続期間は１秒より短い。 更に好適には、パルス持続期間は０．１秒より短い。 更に，好適には、パルス持続期間は０．０１秒より短い。 一般的には、パルス持続期間は包装材料の如き乾燥した材料をかなり強く加熱 するのには不十分に曝すように選択されるのが好適である。 好適には、マイクロ波の平均パワーは少なくとも１ｋＷである。 更に好適には、前記平均パワーは少なくとも５ｋＷである。 用語“平均パワー”はピークパワーとデューティサイクルの積を意味すると理 解される。 用語“ピークパワー”はパルスの最大パルスを意昧すると理解される。 用語“テューティサイクル”はパルスの時間スパンを、パルスの時間スパンと 、パルスとパルスの間の時間との合計で割ったもの意昧する。 好適には、放射線のピークパワーは３ｋＷである。 更に好適には、ピークパワーは少なくとも３０ｋＷである。 本発明によれば、高強度のパルスの非電離性電磁放射線を発生する手段を含む 材料の優先加熱装置が提供される。 好適には、該装置は材料上に放射線を指向させる手段を含む。 更に好適には、該指向させる手段は放射線を集中させる手段を含む。 上述の如く、本発明の好適であるが決して排他的でない用途は優先加熱によっ て微生物を破壊することである。 この用途では、該装置が高強度のパルスマイクロ波放射線を殺菌領域に指向さ せる手段を更に含むのが好適である。 殺菌領域は殺菌環境とすることが望まれる任意の領域とすることができる。 実施例として、殺菌領域は食品用の空の包装体を殺菌するためのチャンバとす ることができる。 この例では、該装置は更に、空の包装体をチャンバに入れたり出したり移動さ せるためのコンベヤベルトの如き移送手段を含み、それによって包装体がチャン バ内で高強度のパルスの放射線に曝されるようになす。 以下本発明の実施例を図に基づいて説明する。図は包装体が食品を充填されて 密封される前に食料処理産業用包装体を殺菌する装置の好適例を示す図である。 上述の如く、本発明は特にしかしながら決して排他的にではなく、微生物を破 壊するためのマイクロ波放射線の如き高強度のパルスの非電離性電磁放射線の使 用に関するものである。 食料処理産業用の未充填の開放した包装体の殺菌に関する以下の説明は１実施 例に過ぎないことは言うまでもない。 図に示すように、交流電気が変圧器を含むことができるＤＣ電源に、次いで、 所望強度のデューティサイクルでパルスを発生するためにパルス回路又はスイッ チに供給される。交流電気は６０ＨｚＡＣ、６００ＨｚＡＣ、３相ＡＣ、及び単 相ＡＣの如き、任意の適当な電源から供給することができる。 パルスはマグネトロンの如きマイクロ波活性装置に供給される。このマグネト ロンは規定されたデューティサイクルでの高強度マイクロ波放射線のパルスを発 生する。 その後、高強度のパルスマイクロ波放射線は導波管(wave guide)を経て処理チ ャンバ又はトンネルへ通じるアプリケータ(applicator)に伝送される。 適当な形式の処理チャンバ又はトンネル（図示せず）内において、開放端付き の金属かんの如き包装体が包装体をチャンバ又はトンネルを通して直立位置で移 送するコンベヤベルト上に配置されて、包装体は高強度のパルスのマイクロ波放 射線の多重パルスに曝され、この放射線が包装体上の微生物を、微生物を破壊す る温度に加熱する。 これに関しては、包装体が金属かんである状況では、金属はマイクロ波を反射 するので、アプリケータとかんの相対的位置を、高強度のパルスのマイクロ波放 射線がかんの内部に開放端を通って指向されるよう選択することを確実ならしめ ることが重要である。 図示の本発明の好適実施例は包装体を殺菌するための化学的殺菌、ＵＶ放射線 、ガンマ放射線、及び蒸気殺菌の既知の技術よりかなり大きな利点をもつ。１例 として、資本や作業コストが既知技術の各々と比べて比較的低い。更に、包装体 上に残留化学物質を残す危険性がない。これは特に過酸化水素の如ぎ関連する化 学物質が有毒であるときには、化学的殺菌にとって重要なことである。更に、非 電離性電磁放射線の使用は包装体の化学的変化を避けることを可能にする。この ことはＵＶ及びガンマ放射線について重要な点である。例えば、包装体の化学的 性質を変える得る熱レベルを包装体に生ぜしめることなしに、微生物を破壊する ことができる。このことは、蒸気殺菌についての重要な点である。更に、高強度 マイクロ波放射線の透過パワーは、非金属包装体の領域が曝しを避けない高いレ ベルの保証が存在する如きものである。このことはＵＶ放射線については重要な 点である。更に、好適な実施例は、高速殺菌に適用され、それ故、高処理量の用 途に十分に適し、このような用途は食料処理産業の如き産業にしばしば見られる 。 好適実施例の上記利点はまた一般に、食料処理産業と他の用途での他の状況に おける高強度のパルスマイクロ波放射線の使用に適用することも可能である。 一連の実験において、８ｋＷＤＣパワーが、パルス長さが数秒で、パルスとパ ルスの間が０．０２５秒である条件で、２５％のデューティサイクルにおいて３ ｋＷのパルスマイクロ波出力を生じるパルススイッチ(pulsing switch)に供給さ れた。 このパルスマイクロ波出力は２．４６０ＧＨｚで動作するＳ−バンドマグネト ロンによって発生した。 このマイクロ波は５０ミクロン厚さのマイクロ波透明性のプラスチックフイル ム上のイースト菌胞子上に集中させられた。イースト菌胞子の密度は１０⁸と１ ０¹⁰／ｃｍ²の間であると見積もられた。イースト菌胞子は２〜５秒の全時間に わたって曝された。 その結果の量的評価は該胞子が全体的に破壊されそして支持基体の加熱は最小 であったと結論している。この実験は本発明が材料に与える熱的影響を最小にし て包装材料の如き材料の表面を殺菌できることを明確にした。 本発明の精神と範囲を逸脱することなく多くの変更を上記本発明の好適実施例 になすことができる。 例えば、図示の好適実施例はパルススイッチを含むが、本発明はそれに限定さ れることなく、多くの他の適当なパルスネットワークを含むこともできる。 更に、上記好適実施例はマグネトロンを含むが、本発明はそれに限定されるこ となく、マイクロ波を発生するための他の適当な手段を含むこともできる。可能 な代替物は固体デバイス、クリプトロン(clyptrons)及びギラトロン(gyratrons) を含む。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年１２月１４日（１９９９．１２．１４） 【補正内容】 １． 請求の範囲を下記の通りに補正する。 請求の範囲 １．微生物を、１秒より短いパルス持続時間、毎秒当たり１００パルスより小 さいパルス周波数、少なくとも１ｋＷの平均パワー、及び放射線に曝される 周囲環境を実質上加熱することなく微生物を破壊する少なくとも２ｋＷのピ ークパワーをもつパルスマイクロ波放射線に曝すことを含むことを特徴とす る微生物を破壊する方法。 ２．パルス持続時間が０．１秒より短いことを特徴とする請求項１に記載の方 法。 ３．パルス持続時間が０．０１秒より短いことを特徴とする請求項２に記載の 方法。 ４．平均パワーが少なくとも５ｋＷであることを特徴とする請求項１から３の 何れか１項に記載の方法。 ５．平均パワーが少なくとも３０ｋＷであることを特徴とする請求項１から４ の何れか１項に記載の方法。 ６．パルス周波数が毎秒当たり５０パルスよい少ないことを特徴とする請求項 １から５の何れか１項に記載の方法。 ７．パルス周波数が毎秒当たり３０パルスよい少ないことを特徴とする請求項 ６に記載の方法。 ８．パルスのマイクロ波放射線を発生させ、その後前記放射線をターゲット区 域の微生物に曝すために前記ターゲット区域に集中させることを特徴とする 請求項１から７の何れか１項に記載の方法。 ９．包装体を、１秒より短いパルス持続時間、毎秒当たり１００パルスより小 さいパルス周波数、少なくとも１ｋＷの平均パワー、及び包装体の化学的又 は他の性質を悪化させる包装体の加熱を生ぜしめることなく微生物を破壊す る少なくとも３ｋＷのピークパワーをもつパルスマイクロ波放射線に曝すこ とを含むことを特徴とする包装体を殺菌する方法。 10．包装体を、１秒より短いパルス持続時間、毎秒当たり１００パルスより小 さいパルス周波数、少なくとも１ｋＷの平均パワー、及び包装体又は食料の 化学的又は他の性質を悪化させる包装体又は包装体内に含まれる任意の食料 の加熱を生ぜしめることなく微生物を破壊する少なくとも３ｋＷのピークパ ワーをもつパルスマイクロ波放射線に曝すことを含むことを特徴とする食料 を包装する前又は包装した後に湿った食料を殺菌する方法。 11．微生物を、１秒より短いパルス持続時間、少なくとも０．１ｋＷの平均パ ワー、及び放射線に曝される周囲環境を実質上加熱することなく微生物を破 壊する少なくとも１ｋＷのピークパワーをもつパルスマイクロ波放射線に曝 すことを含むことを特徴とする微生物を破壊する方法。 ２．明細書第３頁第２５行の「適切なプロフィルとすることができる。」を下記 の通りに補正する。 「適切なプロフィルとすることができる。好適には前記パルス列は矩形とする 。」 ３．同第４頁第２〜３行の「好適には、マイクロ波の平均パワーは少なくとも１ ｋＷである。更に好適には、〜５ｋＷである。」を下記の通りに補正する。 「好適には、マイクロ波の平均パワーは少なくとも０．１ｋＷである。 更に好適には、前記平均パワーは少なくとも１ｋＷである。 更に好適には、前記平均パワーは少なくとも５ｋＷである。」 ４．同第４頁第９〜１０行の「好適には、放射線のピークパワーは３ｋＷである 。更に好適には、〜３０ｋＷである。」を下記の通りに補正する。 「好適には、放射線のピークパワーは少なくとも１ｋＷである。 更に好適には、放射線のピークパワーは少なくとも３ｋＷである。 更に好適には、ピークパワーは少なくとも３０ｋＷである。 好適には、パルス周波数は毎秒当たり１００パルスより小さい。 更に好適には、パルス周波数は毎秒当たり５０パルスより小さい。 特に好適には、パルス周波数は毎秒当たり３０パルスより小さい。」 ５．同第６頁第７〜１０行の「一連の実験において、〜パルススイッチ(pulsing switch)に供給された。」を下記の通りに補正する。 「一連の実験において、８ｋＷＤＣパワーが、パルス長さが０．０２５秒で 、毎秒当たり１０パルスのパルス周波数をもつパルスとパルスの間が０．０７ ５秒である条件で、２５％のテューティサイクルにおいて３ｋＷのパルスマイ クロ波出力を生じるパルススイッチ(pulsing switch)に供給された。」 ６．図１を別紙の通り補正する。 【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 パン クリストファー チャ ション オーストラリア国 ヴィクトリア 3012 ウェスト フッツクレイ ジーロング ロ ード 240 (72)発明者 カルー デヴィッド リー オーストラリア国 ヴィクトリア 3021 セント オルバンス カランギー コート ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．材料を高強度のパルス非電離性電磁放射線に曝すことを含むことを特徴と する材料の優先加熱方法。 ２．放射線に曝される周囲環境を実質上加熱することなしに微生物を破壊する ために、微生物を高強度のパルス非電離性電磁放射線に曝すことを含むこと を特徴とする微生物破壊方法。 ３．包装体の化学的又は他の性質を悪化させる包装体の加熱を起こすことなく 、微生物を破壊するために高強度のパルス非電離性電磁放射線に包装体を曝 すことを含むことを特徴とする包装体殺菌方法。 ４．食料が包装される前に又は包装された後に湿った食料を殺菌する方法にお いて、微生物を破壊するために包装体を高強度のパルス非電離性電磁放射線 に曝すことを特徴とする方法。 ５．放射線の各パルスが０．１秒より短いことを特徴とする請求項１乃至４の 何れか１項に記載の方法。 ６．放射線の平均パワーが少なくとも１ｋＷであることを特徴とする請求項１ 乃至５の何れか１項に記載の方法。 ７．放射線のピークパワーが少なくとも３ｋＷであることを特徴とする請求項 １乃至６の何れか１項に記載の方法。 ８．放射線がマイクロ波放射線であることを特徴とする請求項１乃至３の何れ か１項に記載の方法。 ９．高強度のパルス非電離性電磁放射線を発生する手段を含むことを特徴とす る材料を優先加熱する装置。 10．放射線を材料内に指向させる手段を更に含むことを特徴とする請求項９に 記載の装置。 11．前記指向させる手段が放射線を集中させる手段であることを特徴とする請 求項１０に記載の装置。