JP2002519045A - 衝撃波の反射を利用した連続的な食品の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水及び肉片Ｐは、水に近い音響インピーダンスを有する壁からなる導管100 内をポンプ輸送される。導管は水が満たされたタンク400 に浸漬される。衝撃波発生手段200 （火薬又は容量放電電極）は水中に衝撃波を発生する。導管の壁材のインピーダンスは水のインピーダンスと整合しているので、衝撃波は実質的に反射なしに導管を通過する。衝撃波は肉を柔軟化し、少なくとも部分的に滅菌する。強力な衝撃波反射円筒体は衝撃波の一部を導管に反射する。連続的な爆発を高速で繰り返すと、導管を通過する全ての肉は柔軟化される。別法として、肉を導管の代わりに密閉容器内に水とともに詰める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は衝撃波で肉を処理することにより柔軟化及び／又は微生物の滅菌を行
う処理方法に関する。

【０００２】

【関連技術の説明】

ジョン・ロングの米国特許第5,273,766 号及び5,328,403 号、並びに継続中の
出願に記載されているように、典型的には火薬の爆発や一対の電極間の容量放電
による衝撃波（音波又は圧力波）により、肉を柔軟化したり少なくとも部分的に
滅菌したりすることができる。衝撃波は爆発点から音速（或いは高強度衝撃波の
場合には音速より幾分速い速度）で外方に拡がり、壁に反射する音波のように衝
撃波反射面で反射する。

【０００３】 衝撃波の反射条件は、伝播する媒体に依存する音速が２つの媒体の境界で変化
することである。圧力波は水中を1500ｍ／秒の速度で伝播し、ステンレススチー
ル中では5800ｍ／秒とほぼ４倍の速度で伝播する。この音速の差は基本的に高圧
の音波である衝撃波の速度の差に近い。衝撃波は音波と同じメカニズムにより伝
播するが、鋭いパルスであり、ほとんどの音波よりはるかに高い音強度又は圧力
上昇（しばしば「過圧」と呼ばれる）を伴う。

【０００４】 水中で音又は衝撃波が鋼材の表面に当たると、波の大部分は速度の相違（「音
響インピーダンス不整合」と呼ばれる）のために表面から反射し、僅かな部分だ
けが鋼材に進入する。上記関連技術において、衝撃波を厚い鋼材の表面に反射さ
せることは、衝撃パルスの強度を増大させるために利用されていた。爆発の衝撃
波のパルスは短いながらも感知可能な長さを有し、パルスが鋼材から反射したと
き、パルスはそれ自身の中を通り、衝撃波パルス強度を増大させる。（同じ効果
は、防波堤でも見られ、防波堤から反射した波は広い水域に入った時よりも防波
堤上に高くしぶきを上げる。）

【０００５】 ロングの米国特許第5,273,766 号及び第5,328,403 号における好ましい態様で
は、水が充満した半球状鉄鋼製殻体の底部に沿ったプラスチックバッグ内に肉を
載置し、その幾何学的中心部で爆発を起こさせる。伝播する衝撃波はほとんど同
時に肉に到達し、ほとんど同じ過圧（すなわち衝撃波強度）で肉に当たり、鉄鋼
製殻体からの反射により二度包装フィルム及び肉を通過する。（水に近い音響又
は機械的インピーダンスを有する肉及び包装バッグはほとんど衝撃パルスを反射
しない。）

【０００６】 この態様は、殻体の内壁に沿って又は近接して配置された肉を柔軟化したり少
なくとも部分的に滅菌したりする場合には非常に効果的であるが、幾つかの欠点
を有することである。重要なことは、この態様は本来的にバッチ式であり、装置
が高価である。直径４フィート（1.2 ｍ）で厚さ２インチ（約５cm）のステンレ
ススチール製半球体は安価ではなく、この装置は可動式爆発シールド及び水充填
装置等を必要とし、複雑で高価である。肉を速く詰めたり取り出したりできず、
また安全対策のためにもさらに処理が遅くなる。例えば作業者は火薬が充填され
ている間、半球体に肉を入れてはいけない。

【０００７】 もう一つの欠点は、爆発により水が半球状殻体の上方に飛散するので、補給し
なければならないことである。火薬の場合、残存水が直接肉に接触することはな
いにしても、残存水を全て排出して、爆発による化学的副生物により汚染されて
いない新鮮な水を補給するのが好ましい。この排出・補給は時間がかかるだけで
なく、多量の水を消費する。

【０００８】 また上記態様では、爆発力はバランスが取れていない。半球体の上部から爆発
ガス、蒸気及び水しぶきが間欠的に出ることにより、半球体を下方に押す大きな
反力が生じるので、大きなバネ、ダッシュポット等により支えなければならない
。この付加的な装置もまた高価である。間欠的力を吸収するためには、ロングの
米国特許第5,841,056 号にあるような殻体上の特別な爆発シールド用ドームが必
要である。

【０００９】 肉を保護用のプラスチックバッグに詰める場合でも、肉とともにバッグ内に残
留する気泡が、それとちょうど反対側にある肉の上に衝撃波を収束させる音響レ
ンズの作用（これは、水滴が光を収束させる効果に似ている。）をし、肉を破裂
させるほど大きな局部的な圧力を発生させるので、問題である。また集光による
発熱によってもバッグに穴が開くことがあり、プラスチックバッグは破裂する。

【００１０】 衝撃波反射用鋼材の表面上又はそれに近接した位置に肉を載置するのは、上記
従来の態様の困難な問題の根源であり、そのような位置決めが必要なために大き
な改良が阻まれている。柔軟化できる肉の厚さは衝撃パルスの寿命により限られ
る。というのは、もし全ての肉を２倍強度の衝撃波に曝すならば、肉の厚さ全体
にわたってパルス強度が２倍になるように、衝撃パルスの厚さは肉の厚さの少な
くとも２倍でなければならないからである。パルスが非常に短い寿命であれば、
パルスの先端部が鋼材に反射する時にパルスの後端部は肉層に進入し、鋼材に極
めて近い肉の部分のみは２倍の衝撃波強度を受けるが、その他の部分は２倍化さ
れていない衝撃波を２回受けるだけである。衝撃パルスの幅（メートル単位）を
パルス寿命（秒単位）で割ると、ほぼ1500ｍ／秒である。

【００１１】 肉の厚さが制限されることは、全体の処理速度が遅くならない程度に処理すべ
き各バッチの肉が十分に大きい場合、半球体のサイズを大きくしなければならな
いことを意味する。しかし半球体の直径を大きくすることは、衝撃パルスが弱く
なることを意味する。というのは、球状波の圧力強度は、ほぼその半径（爆発源
からの距離に相当する）の３乗で低下するからである。

【００１２】

【発明の要約】

上記態様の強度２倍化を望まなければ、肉の層を半球状殻体の衝撃波反射用内
面からさらに遠ざけることができ、より強力な衝撃波により強度２倍化を達成で
きると考えられる。肉を半球体の半径の約29％（正確には、1.000 −0.707 ）だ
け内側に移動させれば、爆発エネルギーを増大させなくても、ワンパスの衝撃波
強度は半球体の内面上で２倍となる。（衝撃波は肉を外方向に通過し、鋼材表面
から反射した後肉を内方向に通過する。）これにより、反射面上又はそれに近接
した位置に肉を載置する必要がなくなることが分かる。

【００１３】 しかしながら、爆発による移動に対して肉をいかに支持するかという問題があ
る。本発明は、厚肉のステンレススチールとは異なり、衝撃波が自由に通過でき
るようにできるだけ反射率が低い肉用容器を使用する。容器は音響的に透明（す
なわち水とほとんど同じ機械的又は音響的インピーダンスを有する）にすること
ができるので、音波又は衝撃波は通過方向がほとんどずれることなくまた遅れる
ことなく、容器を通過する。

【００１４】 容器を音響的に透明にするには種々の方法がある。一つの方法は、音波（及び
衝撃波）が通過することができるワイヤー製容器にすることである。しかし、ワ
イヤー製容器は肉を必ずしも適当に支持する訳ではなく、容器を構成するワイヤ
ー又はロッドのサイズに依っては衝撃波に干渉することがある。好ましい方法は
、肉を浸漬する液体と同じ音響インピーダンスを有する材料により容器を形成す
ることである。容器の材料と液体のインピーダンスがほぼ同じであれば、衝撃波
は両材料をほぼ同じ速度で進行する。ホイヘンスの原理によれば、波は屈折によ
り曲げられない。また波は液体と容器材料との境界で反射することもない。

【００１５】 （同様なことは光波についても言える。水に浸漬した固体が水の「屈折率」（
工学的インピーダンス）に近い屈折率を有する場合、固体を通過した光は曲げら
れないので、固体はほとんど見えない。例えば、透明な氷片又はガラス片は水と
の屈折率の差がほとんどないので、空気中よりの水中の方が見えにくい。）

【００１６】 液体が好ましくは水の場合、容器を音速がほぼ近い材料により形成しても良い
。このような材料は入手可能である。例えばゴム状物質中では、音速は水中より
僅か３％速いだけである。幾つかのより耐久性のあるプラスチックは十分水に近
い音響インピーダンスを有するので、肉用容器として非常に好適である。１つの
好適な周知の材料（食品への使用が許可されている）はTYGON （可塑化ビニルポ
リマーである）であり、他の材料としてはポリエチレン及びポリプロピレンがあ
る。他のプラスチックは爆発の環境下で音響的透明性及び耐久性のテストを恒常
的に受けている。TYGON 等からなる半球状の肉用容器を半球状殻体内に同心円状
に吊るすと、肉は上記の通り反射の必要もなく柔軟化することができる。

【００１７】 しかし、これでは従来の態様の問題、すなわちバッチ処理の必要性とそれに伴
う処理の遅さ及び装置の複雑さという問題が解決しない。連続的処理、半連続的
処理、間欠的処理又は改良されたバッチ処理を行うために、本発明は従来の半球
状形状を実質的に円筒状の形状に変更するが、幾つかの態様では、バッチ式容器
を導管（例えばTYGON 製導管）に交換し、ハンバーガー等（スラリー）の場合に
は肉製品をポンプ等で輸送し、或いは肉片（例えば骨なしチキン片やプラスチッ
クフィルムで包装した牛肉）の場合には流水により輸送する。適当なインピーダ
ンスのプラスチック製で、衝撃波に対して実質的に透明な固い容器は、食品の輸
送に関して、微細メッシュの導管より明らかに有利である。このような導管はメ
ッシュ又は枠体より衝撃波に対して透明である。TYGON 及び他の適当なプラスチ
ックは導管形状で入手可能である。

【００１８】 従来の態様の鋼製半球体の代わりに、本発明は好ましくはプラスチック導管又
は静止した肉保持体と爆発サイトを包囲するほぼ中空の円筒状衝撃反射体であっ
て、衝撃波を内部で反射させるものを提供する。衝撃波の反射を完全に整合させ
るほど精密な形状を有していなくても、反射体は多くの衝撃波のエコーが準静水
圧パルスを作る反響室として作用する。

【００１９】 このような連続系において肉がプラスチック導管内をポンプ輸送されるとき、
導管の近くで爆発を十分に短い間隔で繰り返し起こすと、導管を通過する全ての
肉は衝撃波処理を受けることになる。衝撃波の全ての反射はプラスチック導管及
び肉から遠い表面から来るのが好ましい。

【００２０】 このような連続法では、短時間に連続して複数の衝撃波が肉を通過するのが好
ましく、衝撃波の重畳及びそれによる衝撃強度の増大により、または肉又はその
中のバクテリアが高速で次々と到達する衝撃から回復できないことにより、重畳
パルスの準静水圧波効果が得られる。衝撃波は直接又は反射により、あるいは円
筒状反響室の多くの表面から複数の反射をした後で、肉に衝突しても良い。

【００２１】 本発明者の仮明細書による出願は、多数の火薬又は電極を使用する多段爆発構
造を開示している。多段爆発構造は、爆発衝撃が打ち消しあうことによる反動の
消失や、連続処理に適用する容易さ等の利点を有する。幾つかの爆発を利用する
と、衝撃波がプラスチック導管に衝突して肉を同時に通過するためには、爆発の
正確なタイミングをとる必要がある。所望の準静水圧による柔軟化を達成するた
めには、タイミングは特に重要である。火薬又は電極が導管から同距離である場
合、タイミングの要件は爆発を正確に同期させることである。

【００２２】 複数の爆発源がある場合に爆発の高精度のタイミングを得ることに伴う問題は
、単一の爆発を使用し、その衝撃波を反射（又は屈折）により導管に収束させる
ことにより解消できる。この場合、タイミングに関する唯一の要件は、爆発を十
分に頻繁にかつ規則的に行い、プラスチック導管を通過する全ての肉に衝撃波を
当てるという非常に粗い要件である。

【００２３】 単一の爆発により、球状の衝撃波は音響インピーダンスの変化に遭遇して反射
又は屈折するまで急速かつ均一に拡がる。適当な反射表面の配置により、単一の
爆発から球状に拡がる衝撃波をそらし、かつ反射させることができ、もって反射
波を短時間で幾つかの方向から導管内の肉に衝突させることができる。

【００２４】 「波線」（rays, 波の先端面に垂直に進む波の先端部）が全て同距離進んで導
管に到達したとすると、波は導管内の肉に同時に衝突する。

【００２５】 本発明は、衝撃波反射表面を肉からさらに遠ざけて肉を音響的に透明な導管を
使用することにより位置決めし支持することにより、かつ衝撃波反射表面を円筒
状又はそれと同等の形状にすることにより、肉その他の製品の処理を大いに促進
する。従って本発明は改良された処理方法を提供するという主目的を達成すると
ともに、上記従来の態様における他の欠点を克服するという目的も達成する。

【００２６】

【好ましい態様の詳細な説明】

本明細書及び特許請求の範囲において、「衝撃波」、「音響パルス」、「圧力
スパイク」、その他の類似の用語は一般に互換性あるものとして使用するものと
する。全て音速又はそれ以上の速度で進行する音波又は圧力波を意味する。「衝
撃波」のような用語はまた、高エネルギー方形波、正弦波等でラウドスピーカー
及び水中サイレンにより発生されるものも含む。周波数を有する音は単に衝撃波
の繰り返しであり、フーリエの定理により衝撃波は周波数の複合体である。本発
明は高強度音波（パルスか否かに依らない）により食品処理をすることに関する
。「円錐断面曲線」は通常の数学的定義を有し、円、楕円、放物線等を含む。

【００２７】 図１は本発明を概略的かつ理論的に示す。例えば図示のように水中の骨なしチ
キン片や半固形状ハンバーガー（肉スラリー）等のような食品Ｐは、プラスチッ
クその他の音響的に透明な導管100 内を大きな矢印Ａの方向に移動し、供給管11
0 に連結したミキサー／ポンプ120 により推進される。周囲のタンク400 に収容
されている水Ｗは導管100 を包囲している。説明の明瞭化のために、タンク400
の角部のみ記載してある。導管100 の切断端面は他の管（図示せず）又は他の手
段に連結し、食品Ｐをタンク400 からさらなる処理のために輸送する。

【００２８】 上記の通り、導管100 は好ましい液体である水に対して音響的にインピーダン
ス整合したプラスチックその他の材料により形成するのが好ましい。導管100 内
において、食品（又は食品片と水の混合物）自体は大部分水からなる。従って、
導管100 のこの領域は水又は水と音響的に類似の物質からなり、この領域は実質
的に音響的に均一である。衝撃波又は音波は大きな屈折又は反射なしにその領域
を通過することができる。

【００２９】 導管100 に隣接して波発生手段、好ましくは爆発手段200 が設けられている。
爆発手段200 は化学的火薬（例えば帯片状）、一対のスパーク電極、又は十分な
エネルギーを有する衝撃波又は音波を生成する機械装置（例えばサイレン）で良
い。爆発手段200 は、爆発のタイミングを制御し、放電又は電気機械的波発生手
段（例えばコンデンサーを含む）の場合に爆発用のエネルギーを供給する起爆回
路その他同等の容量放電回路220 に接続されている。

【００３０】 起爆又は放電すると、衝撃波は外方に拡がる。衝撃波の一部は矢印S1で示すよ
うに導管100 を直接通過する。衝撃波の他の部分S2，S3は、邪魔板又は反射板R1
，R2（理論的には例えばバネを取り付けた重量鋼板で良い）等の衝撃波反射表面
で反射し、対応する矢印で示すように導管100 を通過する。しかし、この図は本
発明の重要な特徴、すなわちバネを不要にする円錐断面曲線を有する衝撃波反射
室を示していない。

【００３１】 衝撃波S1，S2，S3は反射体R1，R2を適当に位置決めすることによりほぼ同時に
通過するようにできる。また図１には示していないが、２つの衝撃波発生手段20
0 を導管100 の両側に対称に配置しても良い。この配置により、２つの発生手段
200 を同時に爆発させればバランス良い衝撃を導管100 に与えることができる。
また120 °ずつずらして３つの波発生手段を設けることもできる。

【００３２】 衝撃波がタンク400 を通過できるようにするため、及び／又は食品Ｐ（特に水
と食塩、pH調整剤、滅菌剤、界面活性剤等のような物質の混合物を輸送するため
に、水の代わりに如何なる液体（又は気体）を使用しても良い。この場合、導管
100 の音響インピーダンスは導管の材質を適当に選択することにより調整するこ
とができる。

【００３３】 タンク400 内の液体は導管100 内の液体と異なっていても良い。これらの２つ
の液体は僅かに異なる音響インピーダンスを有しても良いが、できるだけ近い方
が好ましい。導管100 、第１の液体及び第２の液体の音響インピーダンスが全て
ほとんど近い場合、導管を通過した衝撃波は実質的にそれることがなく（反射又
は屈折しない）、導管100 内の肉Ｐは上記の通り処理される。

【００３４】 最も広いが最適ではない態様では、本発明は、個別の導管を使用しないで食品
片を水中に垂直に投下するか押し入れることも含む。このような場合、爆発手段
200 及び円筒状反射体は導管100 の代わりに垂直軸線の回りに配置され、導管は
存在しない。しかしこのような態様は、肉片が爆破されるのを防ぐために、衝撃
波を反対方向に注意深くバランスさせるという困難な工程を必要とする。

【００３５】 図２はプラスチック導管100 の軸線に垂直な平面における第１の好ましい態様
の断面図である。導管100 には食品片（例えばチキン片、プラスチックフィルム
で包装した牛肉又はハンバーガー）及び紙面に対して下方向又は上方向に流れる
水が充満している。導管100 はタンク400 を満たす液体401 に浸漬されており、
この液体401 はまた、図２の断面図にほぼフットボール形状の開口部として表わ
れる円筒体303 の環状空間302 も満たしている。円筒体303 は厚い室壁のほぼ同
心円状の円筒状内面307 、及び２つの放物面301 を有する。

【００３６】 この態様の爆発手段は２対の電極201 を有し、４つの電極の各々は絶縁外装20
3 を有し、各対はWO98/54975及び対応する米国特許出願に開示のようなコンデン
サー式放電装置（図２に示していない）に接続されている。電極を除く電気部品
は水密シールド205 により乾燥状態に保持されている。

【００３７】 各対の電極201 のスパークギャップの幾何学的中心は周囲の反射放物面301 の
焦点に位置する。２つの反射放物面（放物線の回転体）は鎖線で示すように共通
の軸線を有する。

【００３８】 いずれかの対の電極により放電が起こると、エネルギーの突然の開放により衝
撃波が発生し、続いて気泡が発生する。衝撃波の大部分（立体角に関して）は放
物面で反射して、平面状の衝撃波が発生し、この衝撃波は衝撃発生手段から直接
円筒状室を経て導管100 及びその中の肉を通過し、反対側の放物面反射体に当た
り、そこで再び衝撃波は他の対の電極の方向に反射する。収束する衝撃波は二次
的に局部的な圧力上昇を引き起し、それから衝撃波が再び放射されて、共鳴が起
こる。

【００３９】 衝撃波の他の部分は円筒状表面307 で反射するが、肉、水及び導管100 もある
程度衝撃波を屈折させる。多重の反射及び屈折の結果、衝撃波はキャビティー内
で反響し、準静水圧的昇圧が起こる。両対の電極201 は同時に放電するのが好ま
しく、食品に付与するエネルギーを２倍にし、衝撃波又は続く気泡から導管に及
ぶ力の正味のアンバランスを防止する。

【００４０】 円筒状表面307 はその直径とほぼ同じ長さを有するのが好ましく、爆発封止用
円筒体303 の端部（円筒状表面307 と境界が接する）は開放しているのが好まし
く、爆発により生じた気泡の力により水が端部から放出される（すなわち、水は
紙面の下又は上の方向に動く）。爆発は強力な円筒状壁（ステンレススチールに
より形成されているのが好ましい）により半径方向に封じ込められる。円筒の対
称性のために、肉に与えられた衝撃はバランスしており、同時にかつ等しいエネ
ルギーで爆発が起こる限り、肉又は導管を中心位置から吹き飛ばそうとする力は
ない。衝撃発生手段の一方のみ衝撃波を発生させると、爆発後、特に衝撃波の直
ぐ後に続く気泡による流体力学に応じて、導管100 に横方向の力がかかる。

【００４１】 爆発後、放物面状反射体の間の衝撃波域に到達すべき肉を処理する次の爆発に
間に合うように、タンク400 内の水401 は直ちに導管100 を包囲するキャビティ
ー302 を満たすように戻る。連続的に移動する食品は、電極で連続的に繰り返さ
れる爆発（反響室内に衝撃波を発生させる）により、連続的に処理される。

【００４２】 図２の態様の代替的態様（図示せず）は、種々の配置の電極及びその放物面状
反射体を具備する。図２に示すように180 °離れて対角線上に対向する２つの衝
撃発生手段の代わりに、120 °離れた３つの衝撃発生手段、90°離れた４つの衝
撃発生手段等を使用することができる。また数組の衝撃発生手段を軸線に沿って
千鳥状に配置しても良い。軸方向に離隔した爆発は同時でも逐次的でも良い。

【００４３】 図３(a) は唯一の衝撃発生手段を使用するが衝撃波が導管に反対方向から当た
り、バランスとれた力及び準静水圧的な昇圧が生じる第２の態様を示す。タンク
400 内に爆発室210 、処理室 310、及び梁部材402 により支持された環状管230
が取り付けられている。図２に示すように、導管100 は紙面に対して垂直である
。環状管230 の両半分の端部は爆発室210 及び処理室310 に連結しており、内部
の水は図３(a) に見られるように時計方向又は反時計方向に流れることができる
。概略的な端面図である図３(b) は環状管230 が処理室310 と接続する様子を示
す。

【００４４】 図３(a) において、放電用ワイヤ207 は外部から爆発室210 まで通過している
。爆発室210 内の爆発により衝撃波が発生し、この衝撃波は環状管内を進み、管
230 の反射曲面で反射し、爆発室210 を処理室 310に連結する環状管の２つの部
分が等距離であるために、処理室に同時に到達する。

【００４５】 バランスの取れた衝撃波による反対側からの衝撃により、衝撃波に対して透明
で肉を含有する導管100 に横方向の力がかかるのが防止され、また単一の衝撃発
生手段を使用することにより、単一の軸線方向位置において２つ以上の衝撃発生
手段を同期させる必要性がなくなる。

【００４６】 本発明は、バランスのとれた衝撃パルスを処理室310 に送るために２つを超え
る管を使用する場合を含む。２つを超えるいかなる数も可能であり、同じ長さ及
び同じ形状で良い。

【００４７】 図４は本発明の第３の態様を示す。この例では、図２の円筒面307 は平たくさ
れて、楕円状断面を有する表面307'を有する室になっている。楕円の一方の焦点
には電極対201 が位置し、他方の焦点の中心には肉を含有する導管100 が位置す
る。楕円の幾何学的特性により、一方の焦点から来る波線は楕円室307'の内壁か
ら内部的に反射して、他方の焦点に収束する。この特性のために、電極201 から
来る衝撃波は全ての方向から導管100 に収束し、全ての点で導管表面に同時に衝
突する。電極201 から直接来る衝撃波は、衝撃波の残部が到達する前に導管100
を通過し、遠い方の壁に反射して、衝撃波の残部が導管の外側に到達すると同時
に導管に再び衝突する。

【００４８】 爆発が一点で起こる場合（例えば、図２の場合のように一対の電極から爆発が
起こる場合）、爆発に直接対向する以外、衝撃波は導管の中心に正確に収束しな
い。導管に沿った他の位置での収束は正確に中心に位置する訳ではない。爆発が
線状の爆発物（例えば、図４の電極と同じ位置にある火薬帯片）から来る場合、
衝撃波は導管100 に同時にかつ火薬帯片の長さに沿って均一に衝突する。

【００４９】 図４に示す楕円形状の導管に同様に衝撃波を収束させることは、音響屈折レン
ズにより達成できる。このようなレンズ（図示せず）はタンク400 内に光学的収
斂レンズのような形状の空気が充満した中空状殻体を浸漬することにより可能と
なる。周囲の液体との完全なインピーダンス整合より整合度が劣る材料により少
なくとも部分的に形成された導管又は容器の場合、導管又は容器の壁（又はその
一部）は、容器／導管の内外の液体中で衝撃波が収束又は分散するのを制御する
レンズとして働く。

【００５０】 ２つの更に別の好ましい態様を図５(a) 〜(f) 及び図６(a) 及び(b) に概略的
に示す。図５(a) 〜(f) は静的又はバッチ系を示し、図６(a) 及び(b) はコンベ
アを有する連続的又は半連続的（間欠的）系を示す。図示の両態様は、円筒状内
面307"を有する衝撃波反射用の鉄鋼製円筒体530 の内壁に載置された火薬帯片52
0 を使用する。両システムも火薬帯片520 の代わりに放電爆発（図５(a) 〜(f)
に示されていない）を使用できるようになっている。

【００５１】 火薬帯片520 は衝撃波反射円筒体530 の上端部に係止する上方フック523 を有
する金属ストラップ522 に接着するのが好ましい。図示の態様に使用するのが好
ましい火薬帯片520 は粘着性を有する裏面層を有する。この火薬はシート状で市
販されており、帯片状に切断して円筒体530 の上端部に掛けられた金属ストラッ
プ522 上に貼着する。ストラップ522 は円筒体の内部に数秒で取り付けることが
できる。ストラップ522 は爆発後も残り、繰り返し使用可能である。

【００５２】 円筒体530 の好ましい態様は、開放端を有し、２インチ（５cm）の厚さ、26イ
ンチ（66cm）の軸線方向長さ及び52インチ（132cm ）の内径を有する壁体を具備
したステンレススチール製の円筒体である。円筒体530 の上端部に吊り上げ用開
口部（lifting eyes）531 を設けても良い。

【００５３】 図５(a) 〜(f) に示す態様では、本体部502 、及び摩擦力又は種々の保持手段
により本体部502 上に密着して配置される蓋501 を有する円筒状容器500 （図５
(c) 及び(d) に示す）内に肉を配置する。容器500 は水に近い音響インピーダン
スを有するプラスチック材料（例えばTYGON ）からなるものが好ましい。従って
、容器500 は上記態様の導管100 に相当する。蓋501 は、容器500 が気泡により
過圧状態になった時液体の排出を可能にする逆止弁又は開放弁を有するのが好ま
しい。容器500 の直径は、開放端を有するステンレススチール製円筒体530 の半
径より約８インチ（20cm）だけ短いのが好ましい。その結果、容器500 と円筒体
530 の円筒状反射壁307"との間に４インチ（10cm）の環状ギャップがある。実施
した実験では、容器500 は可塑化したビニルプラスチックからなる市販のRUBBER
MAIDゴミ缶であった。

【００５４】 図５(a) 及び(b) は、直径1/4 インチ（0.6cm ）のステンレススチールロッド
により形成することができる約４インチ（10cm）四方の開口部を有する任意手段
としてのバスケット450 を示す。好ましい訳ではない態様では、プラスチック容
器500 を保持するためにバスケット450 を使用することができ、またそれ自体を
支持体454 により支持することができる。さらにもう一つの態様では、容器500
を省略して、肉をバスケット450 に直接入れても良いが、上記の理由によりこの
方法も好ましくない。

【００５５】 タンク400 の形状と関係なく、タンク400 内の水に浸漬された全組立体を図５
(b) に示すほぼ半球状のタンク底部に載置しても良い。容器500 及び／又はバス
ケット450 及び支持体454 は、半球状タンクその他の水含有構造体内にクレーン
（図示せず）により載置することができる。支持体454 の代わりに、他の支持体
を使用することもできる。

【００５６】 図５(b) において、円筒体530 はタンク400 の半球状底部から約12インチ（30
cm）離隔している。この間隔は、気泡が円筒体530 を動かすことなく排出される
のに十分な大きさである。

【００５７】 上記の通り、開放バスケット450 を使用することなしに、容器を所定の位置に
保持するための支持体とともに密閉容器を単独で使用するのが好ましい。上記の
通り、このような容器500 は水と音響整合した材料（例えば、可塑化ビニルポリ
マー）からなる水密容器が好ましく、この容器内に肉とさらに不活性液体又は肉
処理液体（例えば、水又は添加剤含有水）を満たす。

【００５８】 図５(a) に最も良く示すように、円筒体530 の内壁307"に沿って90°ずつずれ
た位置に、円筒体の高さ（長さ）に沿って延在するように火薬帯片520 を載置す
る。しかし、火薬帯片の長さ、厚さ、幅及び位置は変更可能である。容器500 内
のバッグに入れた肉から４インチ（10cm）の距離で火薬を爆発させると、肉を覆
うバッグの燃焼及び破裂が起こらないことが分かった。この処理を受けた幾つか
の固い肉片に対する結果では、タンク400 の半球状壁に接して又は近接して肉を
載置する前記の態様と比較して、柔軟化が50％改善された。

【００５９】 本発明、特に図５(a) 〜(f) 及び図６(a) 及び(b) の態様は、従来の方法及び
装置と比較して多くの利点を有する。

【００６０】 (1) 爆発の全てのエネルギーは内側の肉の方向を向いているので、実質的に全て
の爆発エネルギーは肉に作用し、肉の柔軟化及び／又は微生物の破壊を行う。半
球状タンク400 （半球の焦点で爆発が起こる）内に円筒体530 ，303 ，310 等が
なければ、エネルギーの半分は上方に向かってタンク内の水が放出され、エネル
ギーの残りの半分だけが下方の肉の方向に拡がる。例えば、火薬帯片の場合、火
薬からのエネルギー（何もなければ半径方向に拡がる）は残りの火薬と同じ方向
で円筒体内壁により内側に反射される。理論的に、肉を半球に沿って又は近接し
て載置し、半球の焦点で爆発を行う従来の態様の場合と比較して、火薬帯片の必
要量は半分である。

【００６１】 (2) 図５(a) 〜(f) 及び図６(a) 及び(b) の態様の容器500 内に肉を円筒形状に
詰めることにより、肉の取り扱いが容易になるのみならず、開放バスケット状又
は水と音響整合した材料製のいずれでも、容器の製造が容易になる。従来の態様
の問題点は、肉を包装する材料が衝撃波又は気泡に曝された結果破損することで
あった。従来の態様の肉用バッグは爆発に曝される水に入っていたので、バッグ
が破損すると、水は肉と直接接触するようになり、爆発により生じた化学物質を
含有する水により肉が汚染される恐れがある。

【００６２】 本発明により肉を含有する水不透過性の容器500 及び飲料水を使用することに
よりこの問題を解決した。例えば、肉を充填する円筒状容器に飲料水を充填して
密封すると、肉の包装バッグが破損しても肉が容器外で水と接触することはない
。これは、図２〜４の連続運動の態様でも同様である。

【００６３】 (3) 衝撃波反射円筒体を、特に図５(a) 〜(f) 及び図６(a) 及び(b) に示す円筒
体の内壁に対する垂直に載置した火薬帯片とともに使用することにより、バラン
スの取れた爆発力を発生させることができる。円筒体内の反射する衝撃波により
、円筒体内に輪状の応力が発生するが、力はバランスが取れているので爆発の結
果円筒体が動くことことはない。同じ効果は、例えば円筒体の内壁に沿ったキャ
ビティー（図示せず）内に電極を適当に配置することにより達成することができ
る。図２〜４の態様でも同様に力はバランスが取れている。

【００６４】 本発明のシステムの流体力学により、衝撃波反射円筒体の壁から伝播し、バス
ケット内に詰められた肉に衝突する衝撃波が発生させられる。これにより圧力の
２倍化が達成され、連続的な反射により100 ミリ秒超も続く準静水圧環境が作ら
れる。この効果を得るためには、図４の特別な態様を除いて、衝撃波反射円筒体
の内壁はバスケットに近接していなければならない。というのは、内壁は反射体
として作用するとともに衝突する衝撃波を封じ込めるからである。

【００６５】 肉とともに飲料水を含有する水不透過性内側バスケットを使用することにより
、肉をより安価な包装で包むことができるというもう１つの利点が得られる。爆
発により発生した衝撃波によりプラスチック包装に裂け目や破断が生じても、肉
は飲料水に包囲されているので傷まない。

【００６６】 図６(a) 及び(b) に示す関連態様では、トラニオン532 等を使用するとともに
若干の僅かな変更はあるが、図５(a) 〜(f) の態様と同じ円筒状530 を使用する
のが好ましい。強力な衝撃波反射円筒体530 の２つの開放端部によりまたバラン
スの取れた力が得られるので、円筒体530 は爆発により動かない。というのは、
気泡は円筒体の両開放端部から等しい力で排出されるからである。

【００６７】 図６(a) 及び(b) の態様では、連続的又は間欠的（準連続的）操作のために、
概略的に示すコンベヤ又はトラック650 を使用する。コンベヤ650 は、例えばロ
ーラ上を回り円筒体530 のトラニオン532 用の凹部を有する一組の連続ベルトで
良い。肉Ｐは、鉄鋼製円筒体530 の中心に位置する図５(a) 〜(f) の他の態様と
同じ容器500 内に詰める。

【００６８】 図６(a) 及び(b) は、コンクリートに埋設した厚さ3/4 インチ（２cm）のステ
ンレススチールであるのが好ましい細長いタンク400 を示す。この細長い単純形
状のタンクにより、図５(a) 〜(d) の態様（高価な半球状タンク及びその支持体
を使用するために、数トンもの重量になる）に対する改良が得られる。図６(a)
及び(b) のタンク400 は非常に大きくすることができ、例えば14フィート（4.2
ｍ）の長さ、８フィート（2.4 ｍ）の幅及び８フィート（2.4 ｍ）の深さにする
ことができる。タンク400 の側面の周囲に気泡カーテンを配置しても良い。

【００６９】 タンク400 の大きなサイズにより、衝撃波及び気泡の両方に対する壁の反動を
低減する傾向がある。しかしながら、衝撃吸収構造体を付加するのが好ましい。
例えば、爆発が起こる円筒体530 の下で円筒体底部から約３フィート（0.9 ｍ）
の位置に、鋼鉄板672 を配置する。この鋼鉄板672 は例えば６フィート（1.8 ｍ
）の直径、及び３インチ（８cm）の厚さを有する。鋼鉄板672 はバネ674 （皿バ
ネが好ましい）によりタンク底部上に支持されている。また衝撃波及び気泡の下
方向の力を緩和するための衝撃吸収材として作用するダッシュポット676 を設け
るのが好ましい。バネ674 は爆発により変形した後鋼鉄板を元の位置に戻す。

【００７０】 上方向の力の水のエネルギーはタンクの上部に設けられたフード又は爆発シー
ルド671 により吸収される。気泡の膨張により生じた水の上方向の運動エネルギ
ーのために、フードはタンク自身に取り付けないほうが良い。

【００７１】 操作においては、水及び肉を満たした容器500 を、好ましくは大きな重量のた
めにクレーン632 を使用して、強力な円筒体530 内に図５(a) 〜(f) のような配
置で載置する。円筒体530 をコンベヤ650 に乗せ、フードの下で水位より下の爆
発位置まで円筒体530 を移動させる。爆発後、好ましくはクレーン632 により取
り出したタンクの反対側端部に円筒体530 を再び動かす。この間、もう１つの円
筒体をタンク内に下げ、爆発位置まで移動する。（別法では、円筒体530 を環状
路内を出発点まで戻るように運かす。また着火点で停止する必要がないように円
筒体530 を配置することもできる。）

【００７２】 連続的又は半連続的系では、肉を半球状タンクの内面に沿って又はそれと近接
して配置する従来の態様と同じ時間で少なくとも２倍の製品を柔軟化することが
できることが分かる。

【００７３】 図６(a) 及び(b) のシステムは図５(a) 〜(f) に示す半球状底部を有するタン
クを使用しないので、システムのコストは著しく低下している。

【００７４】 以下の請求項で、導管に当たる衝撃波が導管表面で屈折又は反射する場合、導
管内の液体中の食品が、かかる屈折又は反射にもかかわらず、食品を柔軟化及び
／又は滅菌するのに十分な強度の衝撃波を受けるならば、導管材料の音響インピ
ーダンスは周囲の液体の音響インピーダンスに「近い」と言う。

【００７５】 導管壁の音響インピーダンスは、一部には壁の厚さ又は構造（例えば多孔度）
の関数としても良い。もし厚ければ衝撃波を実質的に反射する鋼鉄でも、非常に
薄肉の層であれば衝撃波は通過することができる。従って、液体と余り近い音響
インピーダンス整合を示さない材料でも、形状によっては本発明に使用すること
ができる。

【００７６】 衝撃波の速度は強度とともに変化し、強度は衝撃波発生手段（火薬又は電極）
からの距離とともに変化するので、このような変化を考慮して、本発明は爆発点
から導管までの距離（いかなる反射及び屈折を含む）を調節することを含む。ま
た本発明が屈折（すなわち音響レンズ）を利用して衝撃波を導管に向ける場合、
屈折媒体中の衝撃波の速度差を考慮して、爆発点から導管までの伝播時間の遅れ
を求める。例えば、空気が充満した袋を液体中に入れることにより、衝撃波の角
度を変えることができ、またその空気袋の形状を適当にすることにより、衝撃波
を屈折させて導管に衝突させることができる。しかし、空気中では衝撃波の速度
は低下するので、液体中を通過した場合よりも到達時間が遅くなる。

【００７７】 上記具体的態様の説明により、本発明の一般的構成は完全に明らかであり、
また現在の知識を利用すれば、過大な実験なしにかつ技術的思想から逸脱すこと
なしに、容易にこのような具体的態様を変更したり、種々の用途に適合させたり
することができる。従って、このような適合や変更は記載した態様の均等の範囲
内にあると理解すべきである。本明細書に使用した語句及び用語は本発明の説明
のためであって、限定のためではない。本明細書に記載の種々の機能を実施する
ための手段及び材料は、本発明から逸脱することなしに、種々の別の形態に変更
することができる。

【００７８】 用語「円筒体」及び「ほぼ円筒状」は正確に円形の円筒体を特定するものでは
ない。従って、導管及び容器、さらに強力な衝撃波反射容器又は円筒体は例えば
八角形状の断面を有していても良い。

【００７９】 本明細書及び特許請求の範囲に見られる「・・・するための手段」という作用
的記載は、本明細書に記載の態様と正確に均等であるか否かに関わらず、記載の
機能を実施するために現在又は将来存在するいかなる構造的、物理的、化学的又
は電気的要素又は構造体をも含むことを意図しており、最も広い解釈をすべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

本発明の上記その他の目的及び構成並びに利点は、図面を参照した以下の態
様の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図１】 本発明の部分概略斜視図である。

【図２】 第１の態様の導管の軸線に垂直な方向における断面図である。

【図３】 第２の態様を示し、(a) は正面図であり、(b) は概略図である。

【図４】 第３の態様の概略図である。

【図５】 底部半球状の円筒状タンク内の円筒状反射体を示し、(a) は平面図
であり、(b) は図５(a) の正面図であり、(c) は円筒状反射体内の肉容器の平面
図であり、(d) は図５(c) の容器の正面図であり、(e) は爆発帯片の側面図であ
り、(f) は爆発帯片の正面図である。

【図６】 可動式円筒状反射体を有するタンクを示し、(a) は平面図であり、
(b) は正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／１２６，９２１ (32)優先日 平成11年３月29日(1999．3．29) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (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，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4B021 LP10 LT03 LW04 4B042 AC05 AC07 AD20 AG02 AG07 AH01 AP01 AT05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柔軟化及び／又は少なくとも部分的な滅菌を行うために爆発を
   利用して食品、特に肉を処理する方法において、 第１の液体音響インピーダンスを有する第１の液体を使用し、前記第１の液体
   に浸漬された導管又は容器は前記肉が連続的に通過するようになっているか、前
   記肉を容器として保持するようになっており、前記導管又は容器は前記第１の液
   体音響インピーダンス及び第２の液体音響インピーダンスに近い音響インピーダ
   ンスを有し、肉は前記容器に収容されるか前記導管内を通過し、前記導管又は容
   器の外部に配置された多方向音波発生手段により発生した音波は２つ以上の方向
   から前記導管又は容器に衝突してそれを通過し、もって通過する音波により前記
   第２の液体に浸漬した食品（例えば、骨なしチキン片、ハンバーガー、包装した
   牛肉片）を処理することを特徴とする食品の処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記音波は２つ以上の方向か
   らほとんど同時に前記導管又は容器に当たることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の方法において、前記音波を火薬又は放
   電により発生させることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の方法を実施するようになって
   いることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、第１の液体音響インピーダン
   スを有する第１の液体を含有する外部容器と、前記第１の液体に浸漬され、食品
   及び第２の液体（例えば、ハンバーガー、水中の骨なしチキン片、又は水中のプ
   ラスチック包装した牛肉片）を含有するための導管又は内部容器とを具備し、前
   記多方向音波発生手段は前記導管又は内部容器の外側に配置されており、もって
   音波を導管又は内部容器に２つ以上の方向から当てるとともにそれを通過させる
   ことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、前記外部容器はほぼ円筒形状
   であって、前記外部容器と前記導管又は内部容器との間の環状空間に前記第１の
   液体を収容し、前記外部容器は衝撃波を反射する内壁を有し、２つ以上の方向か
   ら当たる音響的衝撃波は前記導管又は内部容器内に準静水圧的昇圧を起こし、前
   記音響的衝撃波の衝撃は実質的にバランスしており、もって前記導管又は内部容
   器は実質的に横方向の力を受けないことを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の装置において、前記音波発生手段は複
   数の単一衝撃波発生源を有することを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の装置において、前記衝撃波発生手段は前記導
   管又は内部容器から実質的に等距離だけ離隔しており、前記衝撃波発生手段にお
   ける爆発は実質的に同時に起こることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜３のいずれかに記載の方法、又は請求項４〜８のい
   ずれかに記載の装置を実施するための方法において、(1) 前記食品が前記導管を
   連続的に通過するとともに、前記衝撃波発生手段から来る繰り返し又は一連の衝
   撃波を受ける連続法か、(2) 前記食品は容器内に詰られ、反対のバランスとれた
   方向から衝撃波を同時に受けるバッチ法か、(3) 前記容器に前記食品を詰め、コ
   ンベアにより反対方向からバランス良く衝撃波を受ける位置まで搬送する準連続
   的方法又は間欠的方法であることを特徴とする方法。
10. 【請求項10】 請求項４に記載の装置において、軸線及び前記軸線を実質的に
    包囲する内面を有する音波反射体を有し、前記内面の断面はほぼ閉曲線状であり
    、第１の液体音響インピーダンスを有する第１の液体は前記反射体内に配置され
    るようになっており、音波発生手段は前記波反射体内に配置されて前記第１の液
    体に浸漬され、食品容器は前記波発生手段内に配置され、前記食品容器は第２の
    液体とともに処理すべき食品を詰めるようになっており、もって前記容器内の食
    品は、音波（音波発生手段により作られ、波反射体により反射し、前記食品を通
    過する）により処理されることを特徴とする装置。
11. 【請求項11】 請求項10に記載の装置において、音波発生手段は細長くて前記
    軸線とほぼ平行に配置され、特に波反射体に近接して対向する方向に配置された
    複数の火薬帯片状であることを特徴とする装置。