KR20190107673A - 액체 및 반-액체 물질의 마이크로파-보조 멸균 및 저온살균 - Google Patents

액체 및 반-액체 물질의 마이크로파-보조 멸균 및 저온살균 Download PDF

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KR20190107673A
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앤서니 로버츠 크뇌르져
매튜 라이더
데이비드 베링거
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915 랩스, 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에는 액체-충전된 마이크로파 가열 시스템에서 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법이 기술된다. 본 명세서에 기술된 방법은 식료품 및 음료뿐만 아니라, 의료용, 약제학적, 기능식품용 및 수의학용 액체를 포함하는, 다양한 상이한 액체 및 반-액체를 저온살균 또는 멸균시키기 위해 이용될 수 있다. 마이크로파 에너지를 이용한 효율적이고 빠른 가열은 더 양호한 온도 조절을 제공할 수 있으며, 이는 제품 품질 또는 안전성을 희생시키지 않으면서 더 얇은 병의 이용을 가능하게 한다.

Description

액체 및 반-액체 물질의 마이크로파-보조 멸균 및 저온살균
관련 출원에 대한 상호 참조문헌
본 출원은 둘 모두가 2016년 12월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/436,185호 및 제62/436,217호를 우선권으로 주장하되, 이들 문헌의 전체 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명의 분야
본 발명은 밀봉된 용기에서 액체 및 반-액체 물질의 마이크로파-보조 저온살균 및 멸균을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근에, 소비자 선호도는 차, 주스, 및 아이소토닉(isotonic)과 같은 더욱 건강을 고려한 음료 쪽으로 이동하기 시작하였으며, 이러한 것들 중 다수는 요망되는 저장 수명을 달성하기 위해 고온 충전(hot filling)을 필요로 한다. 그러나, 고온 충전을 위해 요구되는 온도는 음료 용기를 형성하기 위해 사용되는 폴리머의 유리전이온도를 초과한다. 용융을 막기 위하여, 고온 충전된 음료를 위해 사용되는 병 및 다른 용기는 고온 충전되지 않는 음료를 위해 사용되는 것보다 평균적으로 20 내지 35% 더 두껍다. 추가적으로, 고온 충전된 음료를 위해 사용되는 병은 종종 열팽창 패널을 포함하는데, 이는 병의 두께를 추가로 증가시키면서, 또한 제품 디자인 옵션 및 소비자 매력을 제한한다.
이에 따라, 적합한 저장 수명을 달성하기 위해 요구되는 요망되는 정도의 저온살균 또는 멸균을 여전히 제공하면서, 더 얇은 용기의 이용을 가능하게 하는, 아이소토닉 음료 및 다른 유사한 액체 및 반-액체 소비재 물품을 가공하기 위한 방법 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 일 실시형태는 마이크로파 가열 시스템을 이용한 병에 든 액체(bottled liquid)의 저온살균 또는 멸균을 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 액체가 적어도 일부 충전된 복수의 밀봉된 병을 제공하는 단계로서, 각 밀봉된 병 내의 압력은 1.5 atm 이하인, 상기 밀봉된 병을 제공하는 단계; (b) 적어도 일부 충전된 병을 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계; 및 (c) 통과시키는 단계의 적어도 일부분 동안에, 병을 가열시키는 단계로서, 가열의 적어도 일부는 마이크로파 에너지를 이용하여 수행되는, 상기 병을 가열시키는 단계를 포함한다. 각 병은 폴리머 물질로 형성되며, 개별 병에서 액체에 대한 용적 용량에 대한 캡이 없이 측정된 개별 병의 빈 건조 중량(dry empty weight)의 비율은 0.040 g/㎖ 이하이다.
본 발명의 다른 실시형태는 패키징된 액체 물품에 관한 것이다. 패키징된 액체 물품은 개구를 제공하고 내부 용적을 한정하는 병, 개구를 밀봉하는 캡, 및 병의 내부 용적을 적어도 일부 충전하는 액체를 포함한다. 액체는 적어도 1° 브릭스(Brix)의 총 당분 함량(total sugar content)을 가지며, 밀봉된 병 내의 압력은 1.5 atm 이하이다. 병은 폴리머 물질로 형성되며, 병의 공칭 액체 용량에 대한 캡이 없이 측정된 병의 빈 건조 중량의 비율은 0.040 g/㎖ 이하이다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 액체 또는 반-액체 물질의 저온살균 또는 멸균을 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 마이크로파 가열 챔버 내에 복수의 병을 도입하는 단계로서, 각 병은 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전되며, 각 병의 최대 길이 대 이의 최대 직경의 비는 적어도 2:1인, 상기 복수의 병을 도입하는 단계; (b) 가열 구역 내로 병을 진행시키는 단계로서, 가열 구역은 액체 매질로 적어도 일부 충전된, 상기 병을 진행시키는 단계; 및 (c) 가열 구역에서 병을 가열하는 단계로서, 가열의 적어도 일부는 마이크로파 에너지를 이용하여 수행되는, 상기 병을 가열하는 단계를 포함한다. 병은 가열 동안 액체 매질 중에 액침되며, 각 병은 가열 구역에서 가열된 각 다른 병의 체류 시간의 약 10% 내인 가열 구역 내에서의 체류 시간을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 마이크로파 가열 시스템을 이용한 병에 든 물의 저온살균 또는 멸균을 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 복수의 병을 물로 적어도 일부 충전시키는 단계; (b) 적어도 일부 충전된 물병을 적어도 하나의 밀봉 장치로 밀봉하는 단계; (c) 밀봉된 물병을 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계; (d) 마이크로파 에너지를 마이크로파 가열 챔버로 통과하는 물병 쪽으로 연속적으로 유도하는 단계; 및 (e) 마이크로파 에너지의 적어도 일부분을 이용하여 병 내의 물을 저온살균하거나 멸균시키기에 충분한 타깃 온도까지 병을 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 실시형태는 액체 또는 반-액체 물질의 저온살균 또는 멸균을 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전된 복수의 용기를, 액체 매질로 적어도 일부 충전된 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계로서, 용기는 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성된, 상기 통과시키는 단계; (b) 마이크로파 에너지를 적어도 하나의 마이크로파 런처(microwave launcher)를 통해 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키는 단계; 및 (c) 마이크로파 가열 챔버 내로 방출된 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 이용하여 용기를 가열하는 단계를 포함한다. 용기는 가열 동안 액체 매질 중에 액침된다. 가열은 액체 또는 반-액체 매질의 가장 차가운 영역(coldest region)의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하며, 타깃 온도는 폴리머 물질의 유리전이온도보다 더 높다. 가열의 적어도 일부분 동안, 각 용기의 벽에서 액체 매질의 평균 온도는 폴리머 물질의 유리전이온도 미만이다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 액체 또는 반-액체 물질의 저온살균 또는 멸균을 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 (a) 복수의 용기를 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전시키는 단계로서, 충전 동안 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도는 110℉ 내지 제1 타깃 온도의 범위에 있는, 상기 충전시키는 단계; (b) 운반 라인(convey line) 상에서 용기를 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 단계; (c) 운반 라인 상에서 마이크로파 가열 구역으로 통과하는 용기 쪽으로 마이크로파 에너지를 연속적으로 유도하는 단계; 및 (d) 각 용기 내에서 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균하거나 멸균시키기 위하여 마이크로파 에너지의 적어도 일부분을 이용하여 용기를 제1 타깃 온도보다 더 높은 제2 온도까지 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 액체 또는 반-액체 물질로 충전된 복수의 용기를 가열하기 위한 마이크로파 가열 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 마이크로파 에너지를 발생하기 위한 적어도 하나의 마이크로파 발생기, 용기를 가열하기 위한 마이크로파 가열 챔버로서, 유입구 및 유출구를 갖는 마이크로파 가열 챔버, 및 마이크로파 에너지의 적어도 일부분을 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키기 위한 적어도 두 개의 이격된 마이크로파 런처를 포함하되, 여기서, 마이크로파 에너지의 적어도 일부분은 용기를 가열하기 위해 이용된다. 마이크로파 가열 챔버에 대한 유입구는 마이크로파 가열 챔버의 유출구보다 더 높은 수직 고도(vertical elevation)에 있다.
본 발명의 다양한 실시형태는 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 상세히 기술되며, 도면에서:
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 병 또는 다른 용기에서 액체 또는 반-액체 물질을 마이크로파 저온살균 또는 멸균하는 방법의 주요 단계의 개략도;
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 병 또는 다른 용기에서 액체 또는 반-액체 물질을 마이크로파 저온살균 또는 멸균하기 위한 시스템의 주요 구역의 개략도;
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로파 저온살균 또는 멸균 시스템을 통해 복수의 병 또는 다른 용기를 수송하기 위한 캐리어의 사시도;
도 2b는 도 2a에 도시된 캐리어의 단부도;
도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시된 캐리어의 측면도;
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 마이크로파 저온살균 또는 멸균 시스템을 통해 복수의 병 또는 다른 용기를 수송하기 위한 다른 캐리어의 사시도;
도 4a는 특히, 사이드-바이-사이드 구성(side-by-side configuration)의 일례를 예시한, 단일-파일 라인(single-file line)에서 터널을 통과하는 병의 측면도;
도 4b는 특히, 단부-대-단부 구성(end-to-end configuration)을 예시한, 단일-파일 라인에서 터널을 통과하는 병의 측면도;
도 5는 특히, 마이크로파 가열 구역 내의 마이크로파 발생기, 마이크로파 가열 챔버, 및 마이크로파 분배 시스템의 배열을 예시한, 본 발명의 실시형태에 따라 구성된 마이크로파 가열 구역의 개략적 부분 측면 결절도;
도 6은 특히, 마이크로파 가열 챔버에 배열된 다수의 터널에서의 병의 배열을 예시한, 본 발명의 실시형태에 따라 구성된 마이크로파 가열 구역의 개략적 부분 측면 결절도;
도 7a는 특히, 수직 나선형 마이크로파 가열 챔버의 예를 예시한, 본 발명의 실시형태에 따라 구성된 마이크로파 가열 구역의 개략적 부분 측면 결절도;
도 7b는 특히, 수평 나선형 마이크로파 가열 챔버의 예를 예시한, 본 발명의 실시형태에 따라 구성된 마이크로파 가열 구역의 개략적 부분 측면 결절도;
도 8은 마이크로파 가열 구역에서 시간 및 위치의 함수로서 본 발명의 실시형태에 따라 가공된 병 또는 다른 용기에서의 액체 또는 반-액체 물질의 온도의 그래프 묘사도;
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 병에 든 물을 멸균시키는 공정의 주요 단계의 개략적 다이어그램.
본 발명은 일반적으로, 전통적인 공정에서 일반적인 가혹한 작업 조건에 용기 또는 이의 내용물을 노출시키지 않으면서, 병 또는 다른 용기에서 액체 또는 반-액체 물질을 빠르게 그리고 균일하게 저온살균, 멸균, 또는 저온살균 및 멸균시킬 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 또한, 필요한 정도의 저온살균 또는 멸균을 갖는 액체 및 반-액체 생성물을 여전히 제공하면서, 고온 충전 및 무균 가공과 같은 사전처리 단계에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 동시에, 용기 및 이의 내용물이 덜 심각한 작업 조건에 노출되기 때문에, 액체 또는 반-액체를 유지하기 위해 사용된 용기는 보편적인 용기보다 10 내지 50% 더 얇을 수 있으며, 이는 작업 및 원료 비용의 감소를 야기시킨다. 또한, 처리되는 액체 또는 반-액체는 가공 동안 과열되거나 너무 익히지 않으며, 이는 요망되는 관능적 성질, 예를 들어, 맛, 질감, 및 칼라를 갖는 더 고품질의 최종 제품을 허용한다. 추가적으로, 본 명세서에 기술된 바와 같이 가공된 다수의 액체 및 반-액체는 저장-안정적일 수 있는데, 이는 공급망(supply chain)에 대한 냉장 요건의 상당한 감소를 야기시켜 더 많은 비용 절감을 초래할 수 있다.
본 발명의 실시형태는 예를 들어, 미국 특허 공개 제US 2013/0240516호("'516 출원")에 기술된 마이크로파 가열 시스템과 유사한 것을 포함하는 다양한 상이한 마이크로파 가열 시스템에서 수행될 수 있으며, 이러한 문헌은 본 개시내용과 모순되지 않는 정도로 본 명세서에 참고로 포함된다. 또한, 본 발명의 실시형태는 미국특허 제7,119,313호에 기술된 마이크로파 가열 시스템에서 수행될 수 있다.
일반적으로, 저온살균은 액체 또는 반-액체의 80℃ 내지 100℃의 최저 온도로의 빠른 가열을 포함하고, 멸균은 액체 또는 반-액체의 약 100℃ 내지 약 140℃의 최저 온도로의 가열을 포함한다. 그러나, 저온살균 및 멸균이 동시에 또는 거의 동시에 일어날 수 있기 때문에, 본 명세서에 기술된 방법 및 시스템은 저온살균, 멸균, 또는 저온살균 및 멸균 둘 모두에 대해 구성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법 및 시스템은 복수의 병 또는 다른 타입의 용기, 그 안에 동봉된 액체 또는 반-액체 물질, 또는 둘 모두를 저온살균, 멸균, 또는 저온살균 및 멸균시키도록 구성될 수 있다.
처음으로 도 1a 및 도 1b로 돌아가면, 본 발명의 실시형태에 따라 사용하기에 적합한 마이크로파 가열 공정의 주요 단계 및 마이크로파 가열 시스템(10)의 주요 구성요소의 개략적 다이어그램이 제공된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 마이크로파 가열 시스템은 충전 구역(12), 열처리 구역(14), 마이크로파 가열 구역(16), 유지 구역(18), 켄치 구역(20), 및 선택적 이송 구역(15a,b)을 포함한다. 병 또는 다른 용기는 충전 구역(12)으로부터 열처리 구역(14) 내로 도입될 수 있으며, 여기서, 병은 실질적으로 균일한 온도로 가열된다. 열처리 구역(14)에서 예열된 직후에, 병 또는 다른 용기는 마이크로파 가열 구역(16) 내로 도입되기 전에, 이송 구역(15a)을 통과할 수 있다. 마이크로파 가열 구역(16)에서, 병 또는 다른 용기는 도 1b에 도시된 하나 이상의 마이크로파 런처(22)에 의해 마이크로파 가열 구역(16) 내로 방출된 마이크로파 에너지를 이용하여 빠르게 가열될 수 있다. 가열된 용기는 선택적으로, 유지 구역(18)을 통과할 수 있으며, 여기서, 병은 액체 또는 반-액체 내용물의 가장 차가운 부분이 사전결정된 타깃 온도(예를 들어, 저온살균 또는 멸균 타깃 온도) 이상의 온도에서 특정된 시간 동안 유지되도록, 열적으로 평형을 유지하도록 허용된다.
후속하여, 병은 이후에 켄치 구역(20)으로 진행될 수 있으며, 여기서, 병은 적합한 취급 온도로 냉각될 수 있다. 일부 경우에, 켄치 구역(20)은 고압 냉각 구역(24a) 및 저압 냉각 구역(24b)으로 나누어질 수 있고, 2개의 냉각 구역들(24a,b) 사이에 다른 이송 구역(15b)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 켄치 구역(20)은 냉각 구역(미도시됨)의 업스트림 또는 다운스트림에 위치된 이송 구역(15b)을 갖는 단일 냉각 구역을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "업스트림(upstream)" 및 "다운스트림(downstream)"은 마이크로파 가열 시스템을 통과하는 주요 유로를 따라 다양한 구성요소 또는 구역의 상대적 위치를 지칭한다. 다른 구성요소 또는 구역 이전에 위치된 구성요소 또는 구역은 그러한 구성요소의 "업스트림"이라고 할 수 있으며, 다른 구성요소 또는 구역 이후에 위치된 구성요소 또는 구역은 그러한 구성요소의 "다운스트림"이라고 할 수 있다.
일부 경우에, 열처리 구역(14), 마이크로파 가열 구역(16), 유지 구역(18), 및 켄치 구역(20) 중 둘 이상은 단일 용기 내에서 규정될 수 있으며, 다른 경우에, 이러한 구역들 중 적어도 하나는 하나 이상의 별도의 용기 내에서 규정될 수 있다. 추가적으로, 일부 경우에, 용기들 중 하나 이상은 액체 매질로 적어도 일부 충전되도록 구성될 수 있으며, 여기서, 가공되는 병은 가공 동안 적어도 일부 액침될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "적어도 일부 충전된"은 특정된 용기 용적의 적어도 50%가 액체 매질로 충전됨을 의미한다. 일부 경우에, 열처리 구역(14), 마이크로파 가열 구역(16), 유지 구역(18), 및 켄치 구역(20)에서 사용되는 용기들 중 적어도 하나의 용적은 액체 매질로 적어도 약 75%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 거의 100% 충전될 수 있다.
존재할 때, 사용되는 액체 매질은 임의의 적합한 타입의 액체를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 액체 매질은 공기의 유전 상수보다 큰 유전 상수를 가질 수 있고/거나 이는 가공되는 병 내의 액체 또는 반-액체의 유전 상수와 유사한 유전 상수를 가질 수 있다. 물(또는 물을 포함하는 액체 매질)이 특히 적합할 수 있다. 액체 매질은 또한, 시스템의 작동 조건에서 액체 매질의 물리적 성질(예를 들어, 비등점)을 변화시키거나 향상시키기 위해 하나 이상의 첨가제, 예를 들어, 예컨대, 오일, 알코올, 글리콜, 및 염을 포함할 수 있다.
추가적으로, 마이크로파 가열 시스템(10)은 병을 상술된 가공 섹션들 중 하나 이상을 통해 수송하기 위해 하나 이상의 운반 세그먼트(convey segment)를 포함하는 운반 시스템(conveyance system)(도 1a 및 도 1b에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 적합한 타입의 운반 세그먼트의 예는 플라스틱 또는 고무 벨트 컨베이어, 사슬 컨베이어, 롤러 컨베이어, 플렉서블 또는 멀티-플렉싱 컨베이어, 와이어 메시 컨베이어, 버킷 컨베이어, 기압식 컨베이어, 스크류 컨베이어, 트로프 또는 진동 컨베이어, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 일부 경우에, 운반 시스템은 병이 통과할 수 있는 구역들 중 하나 이상을 통해 연장하는 하나 이상의 터널을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 수의 개별 운반 세그먼트(또는 터널)는 운반 시스템과 함께 이용될 수 있으며, 운반 세그먼트 또는 세그먼트들은 용기 내에서 임의의 적합한 방식으로 배열될 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 운반 시스템의 다른 예는 '516 출원에 기술되어 있다.
다시 도 1a 및 도 1b로 돌아가면, 본 발명의 마이크로파 가열 시스템(10)은 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전된 복수의 용기를 가공하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "액체"는 주변 온도 및 압력에서 액체 상태로 존재하는 물질을 지칭하고, 용어 "반-액체"는 액체 상 또는 부분을 포함하지만, 또한 주변 조건 하에서 고체 및/또는 기체와 유사한 성질을 포함하거나 이러한 성질을 나타내는 물질을 지칭한다. 반-액체의 예는 에멀젼, 분산물, 콜로이드, 현탁액, 페이스트, 및 겔을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 본 발명의 실시형태에 따라 가공될 수 있는 액체 및 반-액체는 식료품, 음료, 의료용 유체, 약제학적 유체, 기능식품용 유체, 또는 수의학용 유체를 포함할 수 있지만, 다른 액체 및 반-액체가 또한 적합할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템이 본 명세서에서 "용기"의 가공과 관련하여 기술되어 있지만, 이러한 용어는 특정 패키지 형상 또는 구성으로 제한되지 않고 대신에, 광범위하게 일부 용적의 액체 또는 반-액체 물질을 보유할 수 있는 임의의 품목을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 적합한 타입의 용기의 예는 병, 트레이, 단지(jug), 카톤(carton), 파우치, 튜브, 및 통(tub)을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용하기 위해 적합한 용기는 크기에 있어서 범위를 가질 수 있고, 예를 들어, 1 액량 온스(fluid ounce)(fl. oz.)만큼 낮은 또는 150 액량 온스 이상만큼 높은 공칭 액체 용량을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "공칭 액체 용량"은 용기가 보유하도록 설계된 액체 또는 반-액체 물질의 용적을 지칭하고, 용어 "최대 액체 용량"은 제공된 용기가 보유할 수 있는 액체의 최대의 가능한 용적을 지칭한다.
본 발명과 함께 사용하기에 적합한 용기는 적어도 약 1.5, 적어도 약 2, 적어도 약 4, 적어도 약 6, 적어도 약 8, 적어도 약 10, 적어도 약 12, 적어도 약 15, 적어도 약 18, 적어도 약 20, 적어도 약 22, 적어도 약 24, 적어도 약 28, 적어도 약 30, 적어도 약 32, 적어도 약 34, 적어도 약 36, 적어도 약 38, 적어도 약 40, 적어도 약 42, 적어도 약 48, 적어도 약 52, 또는 적어도 약 56 액량 온스, 및/또는 약 150 이하, 약 140 이하, 약 130 이하, 약 128 이하, 약 122 이하, 약 120 이하, 약 118 이하, 약 112 이하, 약 110 이하, 약 106 이하, 약 100 이하, 약 96 이하, 약 90 이하, 약 86 이하, 약 80 이하, 약 76 이하, 약 70 이하, 또는 약 64 fl. oz 이하의 공칭 액체 용량을 가질 수 있다. 일부 경우에, 본 발명에서 사용되는 용기는 약 4 내지 약 40 액량 온스, 약 6 내지 38 액량 온스, 또는 약 8 내지 36 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이 가공 가능한 용기는 입방형, 실린더형, 프리즘형 또는 다각형을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 다양한 형상을 가질 수 있다. 각 용기는 적어도 약 2 인치, 적어도 약 4 인치, 적어도 약 6 인치 및/또는 약 18 인치 이하, 약 12 인치 이하, 또는 약 10 인치 이하의 길이(최장 치수); 적어도 약 1 인치, 적어도 약 2 인치, 적어도 약 4 인치 및/또는 약 12 인치 이하, 약 10 인치 이하, 또는 약 8 인치 이하의 폭(두번째 최장 치수); 및/또는 적어도 약 0.5 인치, 적어도 약 1 인치, 적어도 약 2 인치 및/또는 약 8 인치 이하, 약 6 인치 이하, 또는 약 4 인치 이하의 깊이(최단 치수)를 가질 수 있다. 일부 적용에서, 용기는 일반적으로 직사각형 또는 프리즘-유사 형상을 갖는 개별 품목 또는 패키지를 포함할 수 있으며, 다른 적용에서, 용기는 적어도 2:1, 적어도 약 2.5:1, 또는 적어도 약 3:1의 최대 길이 대 최대 직경의 비를 갖는 긴 병을 포함할 수 있다. 다른 형상이 가능하고, 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 여겨져야 한다.
추가적으로, 용기는 매우 다양한 적합한 물질로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 용기는 예를 들어, 적어도 약 50, 적어도 약 55, 적어도 약 60, 적어도 약 65, 적어도 약 70, 적어도 약 75, 적어도 약 80, 또는 적어도 약 85℃의 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성될 수 있다. 적합한 폴리머 물질의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, EVOH, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 비-폴리머 물질, 예를 들어, 유리 또는 다른 적어도 일부 마이크로파-투명 물질로 형성된 용기는 또한, 본 발명에서 다양한 실시형태에서 사용될 수 있다. 일부 경우에, 용기는 천연 물질(virgin material)로 형성될 수 있으며, 다른 경우에, 용기의 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 적어도 약 20, 적어도 약 25, 적어도 약 30, 적어도 약 35, 적어도 약 40, 적어도 약 45, 적어도 약 50, 적어도 약 55, 적어도 약 60, 적어도 약 65, 적어도 약 70, 또는 적어도 약 75% 또는 그 이상은 재활용된, 재활용 가능한, 또는 퇴비화 가능한(compostable) 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 방법 및 시스템이 예를 들어, 아이소토닉 음료뿐만 아니라 차, 주스 및 다양한 다른 식품, 음료, 약제학적, 의료용, 기능식품용 및 수의학용 액체 및 반-액체 물질과 같은 미생물학적으로 민감한 액체 및 반-액체의 저온살균 또는 멸균(또는 둘 모두)을 위해 및 물의 정제를 위해 특히 유용할 수 있다는 것이 발견되었다. 미생물학적으로 민감한 액체 및 반-액체는 박테리아, 곰팡이, 진균, 및 다른 미생물학적 오염물의 성장에 도움이 되는 다양한 성질을 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 미생물학적으로 민감한 액체 및 반-액체는 비-산성 pH를 가질 수 있고, 가압되거나 탄산화되지 않을 수 있고, 높은 당분 함량, 및/또는 낮은 보존제 함량을 가질 수 있지만, 이러한 것들 모두가 요구되는 것은 아니다.
본 발명에 따라 가공된 액체 또는 반-액체 물질의 성질은 매우 다양할 수 있다. 일반적으로, 액체 또는 반-액체 물질의 pH는 0 내지 13의 범위일 수 있다. 일부 경우에, pH는 적어도 약 3, 적어도 약 3.5, 적어도 약 4, 적어도 약 4.5, 적어도 약 5, 적어도 약 5.5, 적어도 약 6, 또는 적어도 약 6.5, 또는 그 이상일 수 있으며, 다른 경우에, pH는 3 미만, 약 2.5 이하, 약 2 이하, 약 1.5 이하, 또는 약 1 이하일 수 있다. 추가적으로, 액체 또는 반-액체 물질은 다양한 점도를 가질 수 있고, 예를 들어, 액체, 또는 심지어 겔 또는 페이스트일 수 있다.
액체 또는 반-액체 물질의 당분 함량은 브릭스 스케일에 의해 측정한 경우, 적어도 약 1, 적어도 약 1.5, 적어도 약 2, 적어도 약 2.5, 적어도 약 3, 또는 적어도 약 3.5°일 수 있거나, 이는 2 미만, 1.5 미만, 1 미만, 또는 심지어 0° 브릭스일 수 있다. 일부 경우에, 액체 또는 반-액체 물질의 당분 함량은 용액 1 밀리리터 당 적어도 약 2, 적어도 약 2.5, 적어도 약 3, 적어도 약 3.5, 적어도 약 4, 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 5 및/또는 약 20 이하, 약 18 이하, 약 15 이하, 약 12 이하, 약 10 이하, 또는 약 8 그램 이하의 당분(g/㎖)일 수 있다.
일부 적용에서, 액체 또는 반-액체 물질은 약 3 이하, 약 2.5 이하, 약 2 이하, 약 1.5 이하, 또는 약 1 중량% 이하의 보존제 함량을 가질 수 있거나, 이는 더 고농도의 하나 이상의 보존제를 포함할 수 있다. 보존제의 예는 벤조산, 소르브산, 이들의 염, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 일부 적용에서, 액체 또는 반-액체 물질은 영양물 또는 비-영양물일 수 있고, 30 이하, 약 25 이하, 약 20 이하, 약 15 이하, 약 10 이하, 약 5 이하, 약 2 이하, 또는 약 1㎜ 이하, 또는 1 내지 30㎜, 2 내지 27㎜, 또는 5 내지 25㎜ 범위의 평균 크기를 갖는 입자 또는 펄프를 포함할 수 있다.
선택적으로, 액체 또는 반-액체 물질은 천연 또는 합성 감미제, 예를 들어, 수크로오스, 프룩토오스, 및 고 프룩토오스 옥수수 시럽, 산성화제, 예를 들어, 인산 및/또는 시트르산, 칼라, 발포제, 에멀젼화제, 비타민, 전해질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 각 첨가제의 타입 및/또는 양은 특정 적용에 따라 달라질 수 있다.
적합한 액체 또는 반-액체 물질의 특정 예는 음료, 예를 들어, 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 다른 적합한 음료는 우유 및 크림을 포함하지만 이로 제한되지 않는 저장-안정한 유제품 드링크뿐만 아니라 탄산 소프트 드링크를 포함할 수 있다. 적합한 액체 또는 반-액체 물질 식품의 예는 잼, 젤리, 수프, 스튜, 소스, 살사, 크림, 예를 들어, 휘프드 크림(whipped cream), 조미료, 예를 들어, 케첩, 머스타드, 마요네즈, 살사, 및 시럽을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 일부 적용에서, 식품 또는 음료는 가압되거나 탄산화될 수 있으며, 다른 적용에서, 식품 또는 음료는 그렇지 않을 수 있다. 추가적으로, 액체 또는 반-액체 물질은 또한, 의료용 유체, 예를 들어, 예컨대, 멸균 세안제, 및 다른 멸균 액체 또는 의약일 수 있다. 일부 경우에, 액체는 물일 수 있거나 물을 포함할 수 있다.
보편적으로, 많은 액체 및 반-액체 및, 특히, 미생물학적으로 민감한 액체 또는 반-액체 물질은 최종 제품에 대한 필요한 사멸 속도 및/또는 요망되는 저장 수명을 달성하기 위해 충전 단계 전 또는 동안에 물질 또는 이의 용기를 고온 충전 또는 무균적 가공에 의해 가공된다. 적합한 사멸 속도의 예는 1 log 내지 8 log 사멸의 범위, 2 log 내지 7 log 사멸의 범위, 또는 3 log 내지 6 log 사멸의 범위일 수 있다. 이러한 종래 공정의 하나의 단점은, 고온 충전 및 무균 가공 단계를 위해 요구되는 온도가 용기를 형성하는 폴리머 물질의 유리전이온도를 초과한다는 것이다. 결과적으로, 고온 충전 및/또는 무균 공정에서 사용되는 병 및 다른 용기는 종종 과도하게 두껍고, 용기에 대한 변형 또는 손상을 방지하기 위해 요구되는, 팽창 패널과 같은 디자인 특징을 포함한다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성된 아이소토닉 음료를 위한 종래 병은 통상적으로, 0.050 g/㎖보다 큰 병의 공칭 액체 용량에 대한 캡이 없이 측정된 개별 병의 빈 건조 중량의 비율을 갖는다.
그러나, 본 발명의 실시형태에 따라 액체 및 반-액체를 저온살균 또는 멸균하여 고온 충전, 무균 가공, 및 다른 이러한 사전처리 단계에 대한 필요성이 제거될 수 있다는 것이 발견되었다. 결과적으로, 사용되는 용기의 두께는 감소될 수 있고, 이에 의해, 에너지 및 원료 비용의 실질적인 감소를 제공할 수 있다. 추가적으로, 팽창 패널과 같은 특징부가 제거될 수 있어서, 용기의 비용을 감소시키면서 매력을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 1.5 atm 미만의 밀봉된 압력을 갖는 액체를 보유하기 위해 사용되는 폴리머 병이 0.040 이하, 약 0.037 이하, 약 0.035 이하, 약 0.032 이하, 또는 약 0.030 g/㎖ 이하일 수 있다는 것이 확인되었는데, 이는 종래 고온-충전 용기와 비교하여 10 내지 50%의 전체 감소를 나타내는 것이다.
도 1a 및 도 1b로 되돌아가면, 일부 실시형태에서, 마이크로파 가열 시스템(10)은 용기를 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전하기 위한 충전 구역(12)을 포함할 수 있다. 일부 적용에서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 충전 구역(12)에서 용기 내에 도입되는 액체 또는 반-액체 물질의 타깃 충전 온도는 적어도 약 30, 적어도 약 35, 적어도 약 40, 적어도 약 45, 적어도 약 50, 적어도 약 55, 적어도 약 60, 적어도 약 65, 적어도 약 70, 적어도 약 75, 적어도 약 80, 적어도 약 85, 적어도 약 90, 적어도 약 95, 적어도 약 100, 적어도 약 105, 적어도 약 110, 적어도 약 115, 또는 적어도 약 120℉ 내지 약 185 미만, 약 180 이하, 약 175 이하, 약 170 이하, 약 165 이하, 약 160 이하, 약 155 이하, 약 150 이하, 약 145 이하, 약 140 이하, 약 135 이하, 약 130 이하, 또는 약 125℉ 이하의 타깃 온도의 범위일 수 있다.
통상적으로, 타깃 온도는 제공된 액체 또는 반-액체 물질에 대한 통상적인 고온-충전 온도보다 더 낮을 수 있다. 충전되는 용기가 폴리머 물질로 형성될 때 일부 적용에서, 타깃 충전 온도는 폴리머 물질의 유리전이온도 미만일 수 있으며, 이는, 일부 경우에, 폴리머 물질의 유리전이온도보다 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 8, 적어도 약 10, 또는 적어도 약 12℉ 낮을 수 있다. 이는 전통적인 고온-충전 공정과는 상반되는 것으로서, 이는 폴리머 용기의 유리전이온도에서 또는 유리전이온도 바로 위에서 용기 내에 액체 또는 반-액체 물질을 도입할 수 있다.
일부 경우에, 액체 또는 반-액체 물질은 예를 들어, 80℉ 미만의 비교적 차가운 온도에서 용기 내에 도입될 수 있으며, 충전된 병은 이후에, 밀봉되기 전 또는 후에 예열될 수 있다. 다른 적용에서, 액체 또는 반-액체 물질은 예를 들어, 약 95, 약 100, 약 105, 또는 약 110℉ 내지 타깃 충전 온도의 가온된 온도에서 용기 내에 도입될 수 있다. 이러한 경우에, 충전된 병은 선택적으로, 밀봉되기 전 또는 후에 충전 구역에서 예열될 수 있고/거나 추가적으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 열처리 구역(14)에서 실질적으로 균일한 온도를 달성하기 위해 가열될 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이, 일부 경우에, 본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어, 고온 충전, 무균 가공, 역삼투, 및 다른 유사한 공정과 같은 일반적인 사전-처리 단계에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 일부 적용에서, 이전에 고온-충전되거나 무균적으로 가공되는 것이 요구되는 액체 및 반-액체는 이러한 단계들을 수행하지 않고, 본 발명에서 용기 내에 직접적으로 도입될 수 있다. 결과적으로, 용기 및 액체 또는 반-액체 물질은 충전 단계 전에 저온살균되거나 멸균되지 않으며, 액체 또는 반-액체는 본 명세서에 기술된 범위들 중 하나 이상 내에서 더 낮은 온도에서 용기 내에 도입될 수 있다.
충전 구역에서 배출되기 전에, 적어도 일부 충전된 용기는 열처리 및/또는 마이크로파 가열 구역 내로 도입하기에 적합한 밀봉된 용기를 제공하기 위해 밀봉 장치로 밀봉될 수 있다. 밀봉 장치의 특정 타입은 용기의 특정 타입에 의존적일 수 있고, 예를 들어, 다양한 상이한 마개(예를 들어, 스냅-온(snap-on), 스크류-온(screw-on), 등)를 갖는 캡 또는 뚜껑을 포함할 수 있다. 용기는 임의의 수의 밀봉 장치를 필요로 할 수 있고, 일부 경우에, 예를 들어, 용기가 일회용 또는 변조 방지(tamper-evident) 용기일 때 임의의 밀봉 장치를 필요로 하지 않을 수 있다. 밀봉된 용기는 특정 적용에 따라, 가압되거나 가압되지 않을 수 있다. 일부 적용에서, 밀봉된 용기의 내부 압력은 3 초과, 적어도 약 3.25, 적어도 약 3.5, 또는 적어도 약 4 atm일 수 있으며, 다른 적용에서, 이는 약 3 이하, 약 2.75 이하, 약 2.5 이하, 약 2.25 이하, 약 2 이하, 약 1.75 이하, 또는 약 1.5 atm 이하일 수 있다. 가압될 때, 액체 또는 반-액체 물질은 질소, 이산화탄소, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 임의의 적합한 가스로 가압될 수 있다. 용기는 회전식 충전기를 포함하지만, 이로 제한되지 않는 임의의 적합한 타입의 장치 또는 시스템을 이용하여 충전되고 밀봉될 수 있다.
다른 실시형태에서, 마이크로파 시스템(10)은 충전 구역을 포함하지 않을 수 있으며, 저온살균되거나 멸균되는 충전된 병 또는 다른 용기는 열처리 구역(14) 내로 직접적으로 도입될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 병 또는 다른 용기는 다른 당사자에 의해 다른 위치에서 충전될 수 있고, 본 명세서에 기술된 바와 같이 마이크로파 가열 시스템으로 수송되어 저온살균되거나 멸균될 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 충전 구역(12)에서 배출된 밀봉된 용기는 선택적 열처리 구역(14) 내로 이송될 수 있다. 존재할 때, 열처리 구역(14)은 용기를 실질적으로 균일한 온도로 가열하기 위해 열 에너지를 이용할 수 있다. 일부 적용에서, 열처리 구역으로부터 배출된 모든 용기의 적어도 약 85, 적어도 약 90, 적어도 약 95, 적어도 약 97, 또는 적어도 약 99%는 서로 약 10 이내, 약 5 이내, 약 2 이내, 약 1℃ 이내의 온도를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "열처리하다(thermalize)" 및 "열처리(thermalization)"는 일반적으로, 온도 평형 또는 평형화(equalization)의 단계를 지칭한다. 일부 경우에, 열처리(14) 구역 내로 도입된 병에서 액체 또는 반-액체의 가장 차가운 부분의 온도는 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 약 30 이하, 약 27 이하, 또는 약 25℃ 이하일 수 있다.
일부 적용에서, 열처리 구역(14)은 용기가 열처리 단계 동안 액체 중에 액침되고 액체를 통과하도록, 액체 매질로 적어도 일부 충전된 챔버를 포함할 수 있다. 선택적으로, 열처리 챔버는 용기가 주변 조건에서 용기를 둘러싸는 유체의 압력보다 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 7, 적어도 약 10, 또는 적어도 약 15 psi 더 큰 압력에 노출되도록, 압력 하에서 작동될 수 있다. 일부 실시형태에서, 열처리 구역(14)의 적어도 일부분은 약 10 이내, 약 8 이내, 약 5 이내, 약 2 이내, 또는 주변 압력에서 작동될 수 있다. 다른 적용에서, 열처리 챔버에서의 압력은 단지 주변 유체 압력에 기인한 것일 수 있다. 일부 경우에, 시스템(10)은 용기가 충전 구역(12)으로부터 마이크로파 가열 구역(16) 내로 직접적으로 도입되도록 열처리 구역을 포함하지 않을 수 있다.
가압될 때, 열처리 단계는 적어도 약 5, 또는 적어도 약 10 psig 및/또는 약 80 이하, 약 50 이하, 약 40 이하, 또는 약 25 psig 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 열처리 구역(14)을 통과하는 용기는 적어도 약 1분, 적어도 약 5분, 적어도 약 10분 및/또는 약 60분 이하, 약 20분 이하, 또는 약 10분 이하의 평균 체류 시간을 가질 수 있다. 열처리 구역(14)으로부터 배출된 용기에서의 액체 또는 반-액체는 적어도 약 20℃, 적어도 약 25℃, 적어도 약 30℃, 적어도 약 35℃ 및/또는 약 90℃ 이하, 약 75℃ 이하, 약 60℃ 이하, 또는 약 50℃ 이하의 평균 온도를 가질 수 있다.
일부 실시형태에서, 적어도 하나의 이송 구역(15a)은 용기를 충전 구역(12)으로부터 존재하는 경우에 열처리 구역(14)으로, 및 존재하지 않는 경우에, 마이크로파 가열 구역(16)으로 수송하기 위해 존재할 수 있다. 존재할 때, 이송 구역(15a)은 복수의 용기를 충전 구역(12)으로부터 열처리 구역(14) 또는 마이크로파 가열 구역(16)으로 이동시키기 위한 하나 이상의 이송 장치를 포함할 수 있다. 이송 장치의 예는 회전문, 스크류 드라이브, 또는 게이트 밸브를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 다른 적용에서, 용기는 용기를 주변 압력에서 액체-충전된 열처리 구역(14) 또는 마이크로파 가열 구역(16)의 더 높은 압력으로 전환시키기 위해 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 적어도 약 20, 적어도 약 25, 또는 적어도 약 30 피트의 높이를 갖는 물 또는 다른 유체의 수직 컬럼으로 통과될 수 있다.
열처리 구역(14) 내에, 및 열처리 구역이 존재하지 않는 경우, 마이크로파 가열 구역(16) 내에 도입되는 동안, 용기는 마이크로파 가열 시스템(10)을 통한 이의 통과를 촉진시키는데 도움을 주기 위해 임의의 적합한 배열로 구성될 수 있다. 일부 경우에, 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 구역(16)을 통과하는 용기는 각 가공 구역 내에서 각 용기의 전체 체류 시간을 조절하는 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 적용에서, 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 가열 구역(16) 중 하나를 통과한 용기의 각각은 동일한 구역을 통과한 다른 용기의 각각의 체류 시간의 약 25 이내, 약 20 이내, 약 15 이내, 약 10 이내, 약 5 이내, 또는 약 2% 이내인 그러한 구역 내에서의 체류 시간을 가질 수 있다. 개별 용기의 체류 시간의 조절은 전체 제품 품질, 일관성, 및 안전성을 보정하는데 도움을 줄 수 있다.
일부 실시형태에서, 용기의 체류 시간은 하나 이상의 캐리어에서 용기를 고정시킴으로써 조절될 수 있으며, 이는 하나 이상의 운반 라인을 포함하는 운반 시스템(미도시됨)을 거쳐 시스템을 통해 수송된다. 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 마이크로파 가열 시스템에서 적합한 캐리어의 일례는 미국 특허 공개 제2017/0099706호에 기술되어 있으며, 이러한 문헌은 본 개시내용과 모순되지 않는 정도로 본 명세서에 참고로 포함된다. 이러한 캐리어의 여러 예시적인 도면은 도 2a 내지 도 2c에 제공된다. 일반적으로 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 캐리어(110)는 외부 프레임(112), 상부 지지 구조물(114), 및 하부 지지 구조물(116)을 포함한다. 외부 프레임(112)은 2개의 이격된 측면 부재(118a,b) 및 2개의 이격된 단부 부재(120a,b)를 포함한다. 제1 및 제2 단부 부재(120a,b)는 외부 프레임(112)을 형성하기 위해 제1 및 제2 측면 부재(118a,b)의 마주하는 단부들에 결합되고 이들 사이에서 연장할 수 있다. 측면 부재(118a,b)가 단부 부재(120a,b)보다 더 길 때, 프레임(112)은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 일반적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 캐리어(110)의 제1 및 제2 측면 부재(118a,b) 각각은 개개 제1 및 제2 운반 라인 지지 부재와 맞물리도록 구성된 개개 지지 돌출부(122a,b)를 포함하고, 이는 도 2b에서 점선(124a 및 124b)으로 표시된다. 캐리어(110)의 제1 및 제2 지지 돌출부(122a,b)에는 제1 및 제2 운반 라인 지지 부재(124a,b) 상에 캐리어(110)를 지지하기 위한 제1 및 제2 하부 지지 표면(142a,b)이 존재한다. 운반 라인 지지 부재(124a,b)는 도 2c에서 화살표로 표시된 방향으로 마이크로파 가열 시스템을 통해 이동하기 때문에, 예를 들어, 캐리어(110)의 각 측면 상에 위치된 한 쌍의 사슬(도 2a 내지 도 2c에 도시되지 않음)과 같은 이동 운반 라인 요소일 수 있다.
본 명세서에 기술된 마이크로파 가열 시스템에서 사용하기에 적합한 캐리어는 저 손실 물질(low loss material), 및 일부 경우에, 심지어 전기 전도성 물질을 포함하는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 가열 시스템(110)에서 사용하기에 적합한 캐리어는 플라스틱, 섬유유리, 또는 임의의 다른 유전 물질을 포함하거나 이로 구조화될 수 있고, 하나 이상의 마이크로파-양립성 및/또는 마이크로파-투명 물질로 제조될 수 있고, 손실 물질(lossy material)일 수 있다. 일부 실시형태에서, 캐리어는 실질적으로 금속을 포함하지 않을 수 있다.
다른 실시형태에서, 캐리어는 강력한, 전기 전도성 물질로 형성된, 지지 부재(134)로서 도 1a에 도시된, 복수의 지지 부재를 포함할 수 있다. 적합한 전기 전도성 물질은 ASTM E1004(09)에 따라 측정한 경우에, 20℃에서 미터 당 적어도 약 103 시멘스(Siemens)(S/m), 적어도 약 104 S/m, 적어도 약 105 S/m, 적어도 약 106 S/m, 또는 적어도 약 107 S/m의 전도도를 가질 수 있다. 추가적으로, 전기 전도성 물질은 ASTM E8/E8M-16a에 따라 측정한 경우, 적어도 약 50 메가파스칼(MPa), 적어도 약 100 MPa, 적어도 약 200 MPa, 적어도 약 400 MPa, 또는 적어도 약 600 MPa의 인장 강도를 가질 수 있고/거나, 이는 또한, ASTM E8/E8M-16a에 따라 측정한 경우, 20℃에서 적어도 약 50, 적어도 약 100, 적어도 약 200, 적어도 약 300, 또는 적어도 약 400 MPa의 항복 강도를 가질 수 있다. 전기 전도성 물질의 영률(Young's Modulus)은 ASTM E111-04(2010)에 따라 20℃에서 측정한 경우, 적어도 약 25 기가파스칼(GPa), 적어도 약 50 GPa, 적어도 약 100 GPa, 또는 적어도 약 150 GPa 및/또는 약 1000 GPa 이하, 약 750 GPa 이하, 약 500 GPa 이하, 또는 약 250 GPa 이하일 수 있다. 전기 전도성 물질은 금속성일 수 있고, 일부 경우에, 금속 합금일 수 있다. 금속 합금은 철, 니켈, 및/또는 크롬을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 적합한 금속 원소들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있다. 전기 전도성 물질은 스테인레스강을 포함할 수 있고, 식품-등급 스테인레스강일 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 및 제2 측면 부재(118a,b) 및 제1 및 제2 단부 부재(120a,b)는 예를 들어, 20℃에서 측정한 경우, 약 10-4 이하, 약 10-3 이하, 또는 약 10-2 이하의 손실 탄젠트(loss tangent)를 갖는 저 손실 물질을 포함하는 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다. 측면 부재(118a,b) 및 단부 부재(120a,b) 각각은 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 적어도 하나는 상이한 물질로 형성될 수 있다. 적합한 저 손실 탄젠트 물질의 예는 다양한 폴리머 및 세라믹을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 일부 실시형태에서, 저 손실 탄젠트 물질인 식품-등급 물질일 수 있다.
저 손실 물질이 폴리머 물질일 때, 이는, 용기의 가열 동안 캐리어가 노출될 수 있는 상승된 온도를 견딜 수 있도록, 적어도 약 80℃, 적어도 약 100℃, 적어도 약 120℃, 또는 적어도 약 140℃의 유리전이온도를 가질 수 있다. 적합한 저 손실 폴리머의 예는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리설폰, 폴리노르보르넨, 폴리카르보네이트(PC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리스티렌, 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 폴리머는 모놀리스일 수 있거나, 이는 유리 섬유, 예를 들어, 예컨대, 유리-충전 PTFE("TEFLON")로 강화될 수 있다. 세라믹, 예를 들어, 알루미노실리케이트가 또한, 저 손실 물질로서 사용될 수 있다.
캐리어의 다른 예는 도 3에서 캐리어(210)로서 예시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 캐리어(210)는 사이에 임의의 적합한 수의 용기(216)를 고정하도록 구성된 하부 고정 표면(212a) 및 상부 고정 표면(212b)을 포함한다. 일 실시형태에서, 상부 및/또는 하부 표면(212b 및 212a)은 일반적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 메시드(meshed), 그리드, 또는 게이팅된 구조를 가질 수 있으며, 다른 실시형태에서, 하나 또는 두 표면(212a 및 212b) 모두는 실질적으로 연속적인 표면을 포함할 수 있다.
하부 및 상부 고정 표면(212a 및 212b)은 도 3에서 파스너(219)로서 도시된, 고정 장치에 의해 서로 부착될 수 있으며, 조립될 때, 캐리어(210)는 임의의 적합한 부착 메커니즘에 따라 운반 시스템(미도시됨)에 부착되거나 고정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 캐리어(210)의 적어도 하나의 측면(또는 에지)은 운반 시스템(미도시됨)의 부분(예를 들어, 바(bar), 레일(rail), 벨트, 또는 사슬)에 캐리어(210)를 고정시키기 위한, 예를 들어, 도 2에 도시된 상부 및 하부 후크(218a 및 218b)와 같은 하나 이상의 부착 메커니즘을 포함할 수 있다. 용기(216)의 두께 및/또는 중량에 따라, 캐리어(210)는 단지 운반 시스템 상에 캐리어(210)를 고정하기 위한 후크(218a 또는 218b) 중 하나를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 마이크로파 가열 시스템(10) 내의 운반 시스템은 하나 이상의 수송 라인을 따라 다수의 캐리어를 수송하도록 구성될 수 있으며, 캐리어는 사이드-바이-사이드 구성으로, 측방향으로 이격된 구성으로, 및/또는 수직으로 이격된 적층된 구성으로 배열될 수 있다. 운반 시스템이 복수의 운반 라인을 포함할 때, 각 운반 라인은 복수의 용기를 보유하기 위한 단일 캐리어를 포함할 수 있거나, 각 운반 라인은 서로 적층되거나 측방향으로 이격된 다수의 캐리어를 보유할 수 있다.
다른 적용에서, 용기는 캐리어에 고정되지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 체류 시간은 단일 용기가 한 번에 통과하지 못하게 하는 크기를 갖는 하나 이상의 터널을 통해 용기를 통과시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 용기의 이동 방향에 대해 수직 방향에서 측정된, 터널의 높이 대 동일한 방향에 대해 수직 방향에서 용기의 치수는 1.5:1 미만, 약 1.3:1 이하, 약 1.25:1 이하, 또는 약 1.1:1 이하일 수 있다. 일부 경우에, 터널을 통과한 용기는 단일 파일 라인으로 배열된 병일 수 있다. 병은 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이 일반적으로 사이드-바이-사이드 구성, 또는 일반적으로 도 4b에 예시된 바와 같이 단부-대-단부 구성으로 배열될 수 있다. 이러한 단일 파일 사이드-바이-사이드 및 단부-대-단부 구성은 또한, 캐리어 또는 다른 타입의 운반 라인에서 사용될 수 있다.
병(또는 다른 용기)이 도 1a 및 도 1b에 도시된 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 가열 구역(16)을 통과할 때, 병은 열처리 및/또는 가열 단계 모두 또는 일부부에 대해 직립 위치(upright position)로 유지될 수 있다. 일부 적용에서, 병 또는 다른 용기는 열처리 및/또는 마이크로파 가열 구역 내에 로딩 전, 동안, 또는 후에 뒤집어질 수 있다. 유사한 구성은 다른 타입의 용기에서 가능하고, 특정 용기 및 이의 적용에 의존적일 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 존재할 때, 열처리 구역(14)으로부터, 또는 존재하지 않는 경우에, 충전 구역(12)으로부터 제거된 용기는 마이크로파 가열 구역(16) 내에 도입될 수 있으며, 여기서, 병 또는 다른 용기는 마이크로파 에너지를 이용하여 빠르게 가열될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "마이크로파 에너지"는 300 MHz 내지 30 GHz의 주파수를 갖는 전자기 에너지를 지칭한다. 마이크로파 에너지를 위한 일반적으로 사용되는 산업용 주파수는 915 MHz 및 2.45 GHz(2450 MHz)를 포함한다. 마이크로파 에너지에 추가하여, 마이크로파 가열 구역(16)은 또한, 통과하는 병의 온도를 추가로 증가시키기 위해 예를 들어, 전도성 또는 대류 가열과 같은 다른 타입의 가열을 이용할 수 있다. 일부 경우에, 마이크로파 가열 구역(16) 내에서 병을 가열시키기 위해 사용되는 에너지의 적어도 약 70, 적어도 약 75, 적어도 약 80, 적어도 약 85, 적어도 약 90, 또는 적어도 약 95%는 마이크로파 에너지일 수 있다. 마이크로파 에너지는 병을 직접적으로 가열할 수 있고/거나 병을 둘러싸는 유체를 가열하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 대류 및/또는 전도에 의해 병을 추가로 가열할 수 있다.
병이 마이크로파 가열 구역(16)을 통과할 때, 병은, 각 병의 내용물의 가장 차가운 부분이 타깃 온도를 달성하도록 가열될 수 있다. 마이크로파 가열 시스템이 멸균 또는 저온살균 시스템일 때, 타깃 온도는 적어도 약 65℃, 적어도 약 70℃, 적어도 약 75℃, 적어도 약 80℃, 적어도 약 85℃, 적어도 약 90℃, 적어도 약 95℃, 적어도 약 100℃, 적어도 약 105℃, 적어도 약 110℃, 적어도 약 115℃, 적어도 약 120℃, 적어도 약 121℃, 적어도 약 122℃ 및/또는 약 130℃ 이하, 약 128℃ 이하, 또는 약 126℃ 이하의 멸균 또는 저온살균 타깃 온도일 수 있다.
병 또는 다른 용기가 마이크로파 가열 챔버를 통과할 때, 이러한 것은 비교적 짧은 시간에 타깃 온도로 가열될 수 있으며, 이는 가열되는 액체 또는 반-액체 물질의 임의의 손상 또는 분해를 최소화하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 가열 구역을 통과하는 각 병의 평균 체류 시간은 적어도 약 5초, 적어도 약 20초, 적어도 약 60초 및/또는 약 10분 이하, 약 8분 이하, 약 5분 이하, 약 3분 이하, 약 2분 이하, 또는 약 1분 이하일 수 있다. 마이크로파 가열 구역에서 가열된 병의 최저 온도는 적어도 약 20℃, 적어도 약 30℃, 적어도 약 40℃, 적어도 약 50℃, 적어도 약 75℃ 및/또는 약 150℃ 이하, 약 125℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하까지 증가할 수 있다.
마이크로파 가열 챔버가 액체-충전될 때, 마이크로파 가열 챔버에서 액체의 평균 벌크 온도는 다양할 수 있고, 일부 경우에, 마이크로파 가열 챔버 내로 방출되는 마이크로파 에너지의 양에 의존적일 수 있다. 마이크로파 가열 챔버에서 액체의 평균 벌크 온도는 적어도 약 70℃, 적어도 약 75℃, 적어도 약 80℃, 적어도 약 85℃, 적어도 약 90℃, 적어도 약 95℃, 적어도 약 100℃, 적어도 약 105℃, 적어도 약 110℃, 적어도 약 115℃, 또는 적어도 약 120℃ 및/또는 약 135℃ 이하, 약 132℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 127℃ 이하, 또는 약 125℃ 이하일 수 있다. 일부 경우에, 이러한 것은 이의 가장 차가운 포인트에서 측정된 병의 내용물의 온도와 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15℃ 및/또는 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 약 30 이하, 또는 약 25℃ 이하 상이할 수 있다(예를 들어, 더 높거나 낮을 수 있다).
마이크로파 가열 챔버는 대략 주변 압력에서 작동될 수 있다. 대안적으로, 이는 주변 압력보다 적어도 5 psig, 적어도 약 10 psig, 적어도 약 15 psig, 또는 적어도 약 17 psig 및/또는 약 80 psig 이하, 약 60 psig 이하, 약 50 psig 이하, 또는 약 40 psig 이하 높은 압력에서 작동하는 가압된 마이크로파 챔버일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "주변" 압력은 외부 가압 장치의 영향 없이 마이크로파 가열 챔버에서 유체에 의해 가해진 압력을 지칭한다.
본 명세서에 기술된 마이크로파 가열 시스템에서 사용하기 위해 구성된 마이크로파 가열 구역(316)의 일례는 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에 도시된 마이크로파 가열 구역(316)은 일반적으로, 마이크로파 가열 챔버(330), 마이크로파 에너지를 발생시키기 위한 적어도 하나의 마이크로파 발생기(332), 및 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 발생기(또는 발생기들)(332)에서 마이크로파 가열 챔버(330)로 유도하기 위한 마이크로파 분배 시스템(334)을 포함한다. 마이크로파 가열 구역(316)은 마이크로파 에너지를 마이크로파 분배 시스템(334)에서 마이크로파 가열 챔버(330)의 내부로 방출시키기 위한 하나 이상의 마이크로파 런처(322), 및 병 또는 병이 로딩된 캐리어를 마이크로파 가열 챔버(330)로 통과사키기 위한 운반 시스템(340)을 더 포함한다.
마이크로파 발생기(332)는 요망되는 파장(λ)의 마이크로파 에너지를 발생시키기 위한 임의의 적합한 장치일 수 있다. 적합한 타입의 마이크로파 발생기의 예는 마그네트론, 클라이스트론, 진행파 튜브, 및 자이로트론을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 도 5에서 단일 발생기를 포함하는 것으로 예시되었지만, 마이크로파 가열 구역이 임의의 적합한 구성으로 배열된 임의의 수의 발생기를 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 마이크로파 가열 구역은 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3 및/또는 5 이하, 4 이하, 또는 3개 이하의 마이크로파 발생기를 포함할 수 있다. 다양한 수의 발생기를 포함하는 다양한 마이크로파 가열 구역의 특정 구성은 '516 출원에서 논의되어 있다.
마이크로파 분배 시스템(334)은 마이크로파 에너지를 발생기(332)로부터 마이크로파 가열 챔버(330)로 유도하기 위한 복수의 도파관을 포함한다. 도파관은 특정 우세 모드에서 마이크로파 에너지를 전파하도록 구성될 수 있으며, 이는 발생기에 의해 발생된 마이크로파 에너지의 모드와 동일하거나 상이할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "모드(mode)"는 마이크로파 에너지의 일반적으로 고정된 단면 필드 패턴을 지칭한다. 마이크로파 에너지의 적합한 모드의 예는 TExy 모드(여기서, x 및 y는 0 내지 5범위의 정수임) 및 TM ab 모드(여기서, a 및 b는 0 내지 5 범위의 정수임)이다.
도 5에 도시된 마이크로파 가열 구역(316)은 마이크로파 에너지를 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키기 위한 적어도 하나의 마이크로파 런처를 더 포함한다. 도 5에 도시된 실시형태에서, 마이크로파 가열 구역(316)은 복수의 상부 마이크로파 런처(322a) 및 복수의 하부 마이크로파 런처(322b)를 포함한다. 시스템이 둘 이상의 마이크로파 런처를 포함할 때, 런처들 중 적어도 일부는 마이크로파 가열 챔버의 동일한 측면 상에 정위될 수 있다. 이러한 동일-측면 런처(예를 들어, 상부 마이크로파 런처(322a) 또는 하부 마이크로파 런처(322b))는 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버를 통과하는 캐리어의 이동 방향에 대해 평행한 방향으로, 마이크로파 가열 챔버의 길이를 따라 서로 축방향으로 이격될 수 있다. 마이크로파 시스템은 또한, 챔버를 통한 캐리어의 이동 방향에 대해 일반적으로 수직 방향으로 서로 측방향으로 이격된 둘 이상의 동일-측면 런처를 포함할 수 있다.
추가적으로, 또는 대안적으로, 마이크로파 가열 시스템은 또한, 도 5에 예시된 마이크로파 런처(332a 및 332b)의 상부 및 하부 세트에 의해 나타낸 바와 같이 마이크로파 챔버의 마주하는 측면 상에 정위된 적어도 2개의 런처를 포함할 수 있다. 이러한 마주한 또는 마주하게 배치된 런처는, 도 5에 도시된 바와 같이 런처의 런치 개구(launch opening)가 실질적으로 정렬되도록 마주하게 향할 수 있거나, 마주하는 런처의 런치 개구가 서로 축방향으로 및/또는 측방향으로 이격되도록 엇걸리게 배치될 수 있다. 본 발명의 마이크로파 가열 구역에서 사용하기에 적합한 수 개의 특정 런처 및 다수의 런처의 다양한 구성은 '516 출원에서 더욱 상세히 기술되어 있다.
임의의 적합한 타입의 마이크로파 런처는 마이크로파 가열 구역에서 이용될 수 있다. 일부 경우에, 마이크로파 가열 구역에서 이용된 하나 이상의 마이크로파 런처는 '516 출원에서 상세히 기술된 바와 같이, 적어도 2, 적어도 약 4, 적어도 약 6° 및/또는 약 15 이하, 약 10 이하, 약 8 이하, 또는 약 6°이하의 런치 경사각으로 기울어질 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 적어도 하나의 런치 개구는 또한, '516 출원에서 상세히 기술된 바와 같이, 마이크로파-투명 윈도우로 적어도 일부 덮혀질 수 있다. 특정 치수, 형상, 및 배향을 포함하는, 적합한 런처 구성의 특정 예는 또한, '516 출원에 기술되어 있다.
일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 마이크로파 챔버(330)는 마이크로파 가열 단계 동안 복수의 병 또는 다른 용기를 통과시킬 수 있는 단일 챔버일 수 있다. 다른 실시형태에서, 마이크로파 가열 구역은 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 터널(360)을 포함할 수 있다. 마이크로파 가열 구역이 터널을 포함할 때, 이는 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 병렬로 배열된 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 또는 적어도 8개 이상의 터널 및/또는 15 이하, 14 이하, 12 이하, 10 이하, 8 이하, 또는 6개 이하의 터널을 포함할 수 있다. 이는 또한, 단일 터널을 포함할 수 있다. 병(304)(또는 다른 용기)은 개별 터널(360)을 통해 병(304)을 밀어 넣도록 설계된 기계 장치(미도시됨)에 의해 또는 펌프를 거쳐 터널(360)을 통해 이동할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 마이크로파 가열 챔버(330)는 나선 챔버일 수 있거나 나선 챔버를 포함할 수 있거나, 적어도 하나의 나선 섹션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 가열 챔버(330)가 나선 챔버일 때, 이는 90°보다 큰 각도를 갖는 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 또는 적어도 6개의 만곡부(bend) 또는 곡선(curve)을 포함할 수 있다. 이러한 마이크로파 가열 챔버(330)의 예는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 일부 경우에, 마이크로파 챔버의 유입구(311)는 이의 유출구(313)보다 실질적으로 더 높을 수 있고, 이에 의해, 도 7a에 도시된 바와 같이 수직 나선형을 형성할 수 있다. 대안적으로, 마이크로파 챔버의 유입구(311)는 이의 유출구(313)와 거의 동일하거나, 이보다 약간 더 높거나 낮은 수직 고도일 수 있으며, 이에 의해 도 7b에 도시된 바와 같이 수평 챔버를 형성한다. 나선-형상 또는 나선-함유 마이크로파 가열 챔버(330)의 사용은 마이크로파 가열 시스템의 풋프린트(footprint)를 감소시키는데 도움을 줄 수 있고, 제한된 공간을 갖는 제공된 시스템을 위해 유용할 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조하면, 일부 적용에서, 적어도 하나의 교반 장치는 용기로 전달되는 열의 정도를 향상시키기 위하여 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 가열 구역(16)에 포함될 수 있다. 이러한 교반 장치는 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 가열 구역(16)이 액체 매질로 적어도 일부 충전될 때 이용될 수 있다. 적합한 교반 장치는 유체 제트 또는 노즐, 초음파 펄스, 음파 또는 음향 펄스 또는 장치뿐만 아니라 가열 챔버의 내측 벽을 따라 위치된 강선(rifling)을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 대안적으로, 또한, 열처리 구역(14) 및/또는 마이크로파 가열 구역(16)은 용기 내측에 액체 또는 반-액체 물질을 흔들거나, 회전시키거나, 달리 방해시켜 가열의 균일성뿐만 아니라 열전달률을 향상시키기 위한 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다. 일부 적용에서, 마이크로파 가열 구역(16)을 가로지르는 벌크 액체의 전체 온도 변화는 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 적어도 약 20, 또는 적어도 약 25℃ 및/또는 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 또는 약 30℃ 이하일 수 있다.
마이크로파 가열 구역(16) 내에 도입 시에, 용기는 마이크로파 에너지가 챔버 내로 연속적으로 방출되는 동안 마이크로파 가열 챔버로 통과될 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 가열 챔버는 병 또는 다른 용기가 챔버로 통과될 때 이러한 것이 액체 매질 중에 액침되거나 이를 통해 이동하도록 액체 매질로 적어도 일부 충전될 수 있다. 일부 적용에서, 마이크로파 챔버는 액체 매질로 적어도 50, 적어도 약 60, 적어도 약 65, 적어도 약 70, 적어도 약 75, 적어도 약 80, 적어도 약 85, 적어도 약 90, 또는 적어도 약 95% 충전될 수 있다. 액체 매질은 물을 포함할 수 있거나 물일 수 있으며, 이는 가열되는 액체 또는 반-액체 물질과 유사한 유전 상수를 가질 수 있다. 가열 챔버 내로 방출된 마이크로파 에너지의 적어도 일부는, 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 영역이 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상에서의 온도를 달성하도록 용기를 가열시키기 위해 사용될 수 있다.
액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 영역이 타깃 온도 이상에서 유지되는 시간은 액체 또는 반-액체 물질의 요망되는 사멸 속도 및/또는 요리 시간(cook time)을 달성하기에 적합한 임의의 시간일 수 있다. 일부 경우에, 이는 예를 들어, 30초 내지 10분, 45초 내지 8분, 1분 내지 6분일 수 있으며, 특정 시간은 적어도 일부, 타깃 온도에 따른다. 이는 적어도 약 30초, 적어도 약 45초, 적어도 약 1분, 적어도 약 2분, 또는 적어도 약 5분 및/또는 약 15분 이하, 약 10 이하, 약 8 이하, 약 6 이하, 또는 약 4분 이하일 수 있다. 타깃 온도는 예를 들어, 적어도 약 70, 적어도 약 75, 또는 적어도 약 80℃의 최저 저온살균 온도일 수 있거나, 이는 예를 들어, 적어도 약 115, 적어도 약 117, 적어도 약 120, 또는 적어도 약 121℃의 최저 멸균 온도일 수 있다. 타깃 온도는 또한, 이전에 논의된 범위들 중 하나 이상 내의 온도일 수 있다. 병 또는 다른 용기가 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성될 때, 액체 또는 반-액체 물질이 가열되는 타깃 온도는 유리전이온도보다, 예를 들어, 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 8, 적어도 약 10, 적어도 약 12, 또는 적어도 약 15℃ 정도 더 높거나 더 낮을 수 있다.
병 또는 다른 용기가 마이크로파 가열 챔버(330)를 통해 이동할 때, 이러한 것은 하나 이상의 마이크로파 런처에 의해 규정된 적어도 하나의 런치 개구에 의해 진행한다. 용기가 런치 개구 부근으로 진행할 때, 용기에서 액체 또는 반-액체 물질의 적어도 일부의 온도는 타깃 온도에서 또는 타깃 온도 부근의 온도까지 빠르게 증가할 수 있다. 용기가 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성될 때, 액체 또는 반-액체 물질의 적어도 일부의 온도는 폴리머의 유리전이온도 이상의 온도까지 증가할 수 있다. 동시에, 용기를 둘러싸는 액체 매질의 평균 온도 및 특히, 용기의 벽에서의 평균 온도는 폴리머의 유리전이온도보다 낮은 온도일 수 있다.
용기가 런치 개구로부터 멀어지게 이동할 때, 이의 내용물의 온도는 떨어질 수 있으며, 일부 경우에, 액체 또는 반-액체 물질의 적어도 일부는 타깃 온도 미만의 온도까지 떨어질 수 있다. 용기가 폴리머로 형성될 때, 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 온도는 용기의 유리전이온도 아래로 떨어질 수 있다. 용기는 요망되는 사멸 속도 또는 요리 시간을 달성하기 위하여 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 부분에 대해 충분한 시간/온도 조합을 달성하기 위해 요구되는 임의의 수의 마이크로파 런처에 의해 진행될 수 있다. 그러나, 용기가 단지, 비교적 짧은 시간 동안 상승된 온도(예를 들어, 폴리머 물질의 유리전이온도 부근 또는 유기전이온도 초과)에 노출되기 때문에, 용기는 변형되거나 파괴되지 않는다. 결과적으로, 통상적인 공정과 동일하거나 보다 양호한 저온살균 또는 멸균 결과를 달성하면서, 본 발명의 일부 실시형태에서 더 얇은 폴리머 용기가 사용될 수 있다는 것이 발견되었다.
도 8로 되돌아가면, 본 발명의 실시형태에 따라 가열된 액체 또는 반-액체 물질의 온도를 도시한 그래프는 시간 및 마이크로파 가열 챔버에 따른 위치의 함수로서 나타낸다. 도 8에 제공된 예시적인 그래프는 용기가 유리전이온도(Tg)를 갖는 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성된다고 가정하며, 유리전이온도는 가열 단계 동안 달성되는 타깃 온도(T타깃) 미만이다. 도 8은 또한, 용기를 형성하기 위해 사용되는 폴리머의 유리전이온도 및 타깃 온도 둘 모두보다 낮은 평균 온도(T배쓰)를 갖는 유체에 의해 둘러싸여진다고 가정한다. 용기를 둘러싸기 위해 사용되는 유체는 액체 매질일 수 있고, 물을 포함하거나 물일 수 있다. 유사한 온도 프로파일이 또한, 다른 실시형태에서, 예를 들어, 예컨대, 용기가 폴리머 물질로 형성되지 않을 때(즉, Tg가 아님) 또는 액체 또는 반-액체 물질에 대한 타깃 온도가 유리전이온도 미만일 때(즉, Tg와 T타깃 라인의 위치가 스위칭됨) 달성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 용기가 마이크로파 가열 구역을 통과할 때, 용기 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 온도(T벽으로 나타냄)와 마찬가지로, 용기에서 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 부분의 온도(Tmin으로서 나타냄)는 증가한다. 용기가 마이크로파 런처들 중 하나의 개구 부근으로 진행할 때, 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 부분에서의 온도는 도 8에 도시된 바와 같이, 타깃 온도 이상의 온도까지 증가할 수 있다. 동시에, 용기 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 온도는 또한, 먼저, 폴리머의 유리전이온도 부근, 유리전이 온도, 또는 유리전이온도 초과까지 증가하고, 이후에, 용기가 제1 런처에 의해 진행함에 따라 타깃 온도에서 또는 그 부근의 온도까지 증가할 수 있다. 용기가 제1 마이크로파 런처로부터 멀어지게 이동하기 때문에, 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 부분의 온도는 아마도, 타깃 온도 미만 및 유리전이온도 초과(또는 미만)까지 약간 감소한다. 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 온도는 또한, 적어도 일부, 저온 유체 배쓰에 대한 이의 근접으로 인해, 종종 유리전이온도 미만의 온도까지 빠르게 떨어진다. 용기가 마이크로파 가열 챔버의 길이를 따라 후속 런처에 의해 진행함에 따라 유사한 경향이 계속된다.
용기가 가열될 때, 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질은 요망되는 정도의 저온살균 또는 멸균을 달성하면서, 최소 시간 동안 유리전이온도 이상에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, t1으로서 지칭되고 도 8에서 시간 y1 내지 y3의 합으로 나타내는 바와 같은, 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 부분의 온도가 타깃 온도 이상인 시간의 총량은 적어도 약 10초, 30초, 45초, 1분, 또는 2분 및/또는 약 10분, 8분, 6분, 5분, 3분, 2분, 1분, 또는 30초 이하일 수 있다. y1 내지 y3에 대한 개별 값은 동일하거나 상이할 수 있고, 적어도 약 0.5초, 1초, 2초, 5초, 8초, 또는 10초 및/또는 약 6분, 5분, 4분, 3분, 2분, 또는 1분 이하일 수 있거나, 이는 0.5초 내지 6분, 5초 내지 3분, 또는 10초 내지 2분의 범위일 수 있다.
추가적으로, 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도는 적어도 약 0.5초, 1초, 2초, 5초, 10초, 30초, 45초, 1분, 또는 2분 및/또는 약 10분, 8분, 6분, 5분, 3분, 2분, 또는 1분 이하의, t2로서 지칭되고 도 8에서 시간 x1 내지 x3의 합으로 나타내는, 총 시간 동안 폴리머 물질의 유리전이온도 이상일 수 있다. x1 내지 x3에 대한 개별 값은 적어도 약 0.5초, 1초, 2초, 5초, 10초, 또는 15초 및/또는 약 6분, 5분, 3분, 2분, 1분, 또는 30초 이하일 수 있거나, 이는 0.5초 내지 6분, 5초 내지 3분, 또는 10초 내지 2분의 범위일 수 있다.
일부 경우에, t1 및 t2의 값은 가까울 수 있으며, 이는 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도가 유리전이온도 초과인 총 시간의 상당한 부분이 액체 또는 반-액체 물질의 저온살균 또는 멸균이 일어나는 시간과 중첩함을 의미한다. 일부 경우에, t2에 대한 t1의 비율은 적어도 약 0.40, 적어도 약 0.45, 적어도 약 0.50, 적어도 약 0.55, 적어도 약 0.60, 적어도 약 0.65, 적어도 약 0.70, 적어도 약 0.75, 적어도 약 0.80, 적어도 약 0.85, 적어도 약 0.90, 또는 적어도 약 0.95일 수 있으며, 더 높은 비율은 일반적으로 더욱 효율적인 가열을 지시하는 것이다. 일부 실시형태에서, 용기에서(통상적으로 용기의 기하학적 중심에 또는 부근에 위치된) 액체 또는 반-액체 물질의 더 가온된 부분 및 용기 벽 부군의 더 냉각된 액체 또는 반-액체로부터의 대류 열 전달은 요망되는 정도의 저온살균 또는 멸균을 달성하기 위해 용기 내용물의 더 균일한 가열을 촉진시키는데 도움을 줄 수 있다.
일부 경우에, 이러한 대류 열 전달은 마이크로파 가열 챔버 내에 적어도 하나의 교반 장치의 포함에 의해 촉진될 수 있다. 사용될 때, 교반 장치는 열처리 구역(14)에서 사용되는 임의의 교반장치와 동일하거나 이와는 상이할 수 있다. 적합한 교반 장치는 예를 들어, 동적 교반 장치, 예를 들어, 유체 제트 또는 노즐, 초음파 펄스, 음파 또는 음향 펄스 또는 장치, 또는 정적 교반 장치, 예를 들어, 가열 챔버의 내측 벽을 따라 위치된 강선을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 마이크로파 가열 챔버는 용기 내측에서 액체 또는 반-액체 물질을 흔들거나, 회전시키거나, 달리 방해시키기 위한 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다. 교반 장치의 사용은 예를 들어, 용기의 중심에서 또는 부근에서 가온된 액체 또는 반-액체 물질과 용기 벽 부근의 냉각된 액체 또는 반-액체 간의 열 전달율을 증가시킴으로써, 용기 함유물의 가열의 균일성을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
일부 실시형태에서, 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 냉각된 온도는 적어도 일부, 주변 액체의 낮은 온도(T배쓰)로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 가열 단계 동안 용기를 둘러싸는 액체 매질은 용기의 외부 벽 부근에서 측정한 경우, 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체의 온도보다 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15℃ 및/또는 약 30 이하, 약 25 이하, 또는 약 20℃ 이하 더 차가운 평균 온도를 가질 수 있다. 주변 액체의 평균 온도가 용기의 벽에서 액체 또는 반-액체 물질의 온도보다 낮을 때, 이러한 온도 차이는 용기 벽이 용기를 형성하기 위해 사용되는 폴리머의 유리전이온도를 초과하는 온도에 노출되는 시간의 양을 최소화하는데 도움을 줄 수 있다.
결과적으로, 용기 벽의 온도는 최소 시간 동안 이의 유리전이온도이거나, 이는 심지어 가열 단계 동안 이의 유리전이온도에 도달하지 않을 수 있다. 이는 가열 동안 용기의 변형 또는 파괴를 방지하는데 도움을 준다. 일부 실시형태에서, 용기 벽의 온도는 전체 가열 단계 동안, 총, 또는 일부, 30초 미만, 20초 미만, 15초 미만, 10초 미만, 5초 미만, 또는 2초 미만 동안 이의 유리전이온도 이상일 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 용기 벽의 온도는 가열 단계의 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 또는 적어도 약 90% 동안 유리전이온도보다 적어도 약 2, 적어도 약 3, 적어도 약 5, 적어도 약 8, 또는 적어도 약 10℃ 더 낮을 수 있다.
일반적으로, 단일의 종방향으로 이격된 런처를 포함하는 것으로서 도 8에 도시되어 있지만, 본 발명의 마이크로파 가열 시스템이 마이크로파 가열 챔버의 마주하는 측면 상에 배치된 한 쌍 이상의 마주하는 런처를 이용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 각 마이크로파 런처는 가열 챔버 내로 1 내지 30㎾, 2 내지 25㎾, 또는 5 내지 20㎾의 마이크로파 에너지를 방출할 수 있다. 일부 실시형태에서, 각 마이크로파 런처는 적어도 약 5, 적어도 약 7, 적어도 약 10, 적어도 약 15㎾ 및/또는 약 50 이하, 약 40 이하, 약 30 이하, 약 25 이하, 약 20 이하, 또는 약 17㎾ 이하 방출하도록 구성될 수 있다.
시스템이 둘 이상의 마이크로파 런처를 포함할 때, 각 런처는 하나 이상의 다른 런처와 동일한 양의 에너지를 방출할 수 있거나, 적어도 하나의 런처는 다른 런처들 중 적어도 하나와 비교하여, 상이한(예를 들어, 더 낮거나 더 높은) 양의 에너지를 방출할 수 있다. 전반적으로, 마이크로파 가열 챔버 내에 방출된 에너지의 총량은 적어도 약 25㎾, 적어도 약 30㎾, 적어도 약 35㎾, 적어도 약 40㎾, 적어도 약 45㎾, 적어도 약 50㎾, 적어도 약 55㎾, 적어도 약 60㎾, 적어도 약 65㎾, 적어도 약 70㎾, 또는 적어도 약 75㎾ 및/또는 약 100㎾ 이하, 약 95㎾ 이하, 약 90㎾ 이하, 약 85㎾ 이하, 약 80㎾ 이하, 약 75㎾ 이하, 약 70㎾ 이하, 또는 약 65㎾ 이하일 수 있다. 또한, 3개의 연속 런처를 포함하는 것으로서 도시되어 있지만, 2개 이하의 마이크로파 런처 또는 4개 이상의 마이크로파 런처를 사용하는 마이크로파 가열 시스템이 또한 사용될 수 있고, 유사한 온도 프로파일을 나타내는 것으로 예상될 것이다.
용기가 노출되는 열 부하(thermal load)를 감소시키는 것 이외에, 본 명세서에 기술된 바와 같이 액체 또는 반-액체 물질을 효율적으로 가열시키기 위한 마이크로파 에너지의 사용은 또한, 최종 제품의 품질을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 용기가 폴리머 물질(예를 들어, 예컨대, 유리 용기)로 형성되지 않을 때에도, 상술된 바와 같이 용기의 가열은 여기에서의 액체 또는 반-액체 물질의 열 이력(thermal history)을 감소시켜서, 최종 제품의 오버쿠킹(overcooking) 및 열 분해를 최소화할 수 있다. 이는 가공되는 액체 또는 반-액체 물질이 의료용, 약제학적, 기능식품용, 또는 수의학용 유체일 때 중요한 기능성을 보유할 뿐만 아니라 요망되는 관능적 성질, 예를 들어, 맛, 질감, 및 칼라를 보유하는데 도움을 줄 수 있다. 전반적으로, 본 발명의 시스템 및 방법은 균등하거나 더 양호한 품질의 제품을 제공하고 안전성 표준을 충족시키거나 이를 초과하면서, 전체 가공 시간을 감소시킨다.
다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 마이크로파 가열 구역(16)으로부터 배출된 후에, 용기는 선택적으로, 선택적 유지 구역(18)으로 진행될 수 있으며, 여기서, 용기의 온도는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 존재할 때, 유지 구역(18)을 통과하는 용기는 적어도 약 30초, 적어도 약 1분, 적어도 약 2, 적어도 약 5, 또는 적어도 약 10분 및/또는 약 15 이하, 약 12 이하, 약 10 이하, 또는 약 8분 이하일 수 있다. 유지 구역은 가압될 수 있거나 가압되지 않을 수 있으며, 마이크로파 가열 시스템이 운반 라인을 포함할 때, 운반 라인은 유지 구역을 통해 연장할 수 있거나 연장하지 않을 수 있다. 유지 구역(18)에서 액체의 온도는 적어도 약 60, 적어도 약 65, 적어도 약 70, 적어도 약 75, 적어도 약 80, 적어도 약 85, 적어도 약 90, 적어도 약 95, 적어도 약 100, 적어도 약 105, 적어도 약 110, 또는 적어도 약 115℃ 및/또는 약 130 이하, 약 125 이하, 약 122 이하, 약 120 이하, 약 115 이하, 또는 약 110℃ 이하일 수 있다.
유지 구역(18)에서, 병의 내용물의 가장 차가운 부분의 온도는 적어도 약 70℃, 적어도 약 75℃, 적어도 약 80℃, 적어도 약 85℃, 적어도 약 90℃, 적어도 약 95℃, 적어도 약 100℃, 적어도 약 105℃, 적어도 약 110℃, 적어도 약 115℃, 또는 적어도 약 120℃, 적어도 약 121℃, 적어도 약 122℃ 및/또는 약 130℃ 이하, 약 128℃ 이하, 또는 약 126℃ 이하의 사전결정된 최저 온도 이상의 온도에서 유지될 수 있다. 가압될 때, 유지 구역(18) 내의 압력은 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20 psig 및/또는 약 60 이하, 약 55 이하, 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 또는 약 30 psig 이하일 수 있다.
유지 구역에서 배출된 후에, 용기는 냉각, 또는 켄치 구역(20)으로 진행될 수 있으며, 여기서, 병은 냉각된 유체 중에 액침을 통해 가능한 한 빠르게 냉각된다. 켄치 구역(20)에서, 용기의 온도는 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 적어도 약 20, 적어도 약 25, 적어도 약 30, 적어도 약 40, 또는 적어도 약 50℃ 및/또는 약 100℃ 이하, 약 75℃ 이하, 약 50℃, 내지 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 약 30 이하, 또는 약 25℃ 이하의 온도 감소될 수 있다.
임의의 적합한 유체는 냉각 구역에서 사용될 수 있으며, 일부 경우에, 유체는 마이크로파 가열 구역 및/또는 유지 섹션에서 사용되는 액체와 유사하거나 이와는 상이한 액체를 포함할 수 있다. 냉각 구역에서 액체의 온도는 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 약 30 이하, 또는 약 27℃ 이하일 수 있다. 냉각 구역은 가압되거나, 가압되지 않을 수 있거나(예를 들어, 대기), 이는 가압되거나 가압되지 않은 섹션 둘 모두를 포함할 수 있다. 유사하게, 마이크로파 가열 시스템이 운반 라인을 포함하는 경우에, 운반 라인은 냉각 구역을 통해 연장할 수 있거나 연장하지 않을 수 있다. 추가적으로, 냉각 구역은 적어도 일부 액체 충전될 수 있거나, 이는 대기 조건 하에 존재할 수 있다. 일부 적용에서, 냉각 구역은 액체-충전 섹션 및 대기 섹션 둘 모두를 포함할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 켄치 구역(20)은 이송 구역(15b)에 의해 분리된 고압 냉각 구역(24a) 및 저압 냉각 구역(24b)을 포함할 수 있다. 고압 냉각 구역(24a)의 압력은 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20 psig 및/또는 약 60 이하, 약 55 이하, 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 또는 약 30 psig 이하일 수 있으며, 저압 냉각 구역(24b)의 압력은 약 15 이하, 약 10 이하, 약 8 이하, 약 5 이하, 약 3 이하, 또는 약 2 psig 이하일 수 있다. 일부 경우에, 고압 냉각 구역(24a)과 저압 냉각 구역(24b) 간의 압력 차이는 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 5, 적어도 약 10, 적어도 약 15, 또는 적어도 약 20 psig 및/또는 약 60 이하, 약 55 이하, 약 50 이하, 약 45 이하, 약 40 이하, 약 35 이하, 또는 약 30 psig 이하일 수 있다.
본 발명의 마이크로파 가열 시스템이 사용될 수 있는 하나의 특정 적용은 병에 든 물의 멸균에서의 적용이다. 이러한 시스템(510)의 일례는 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 강, 호수, 시내(stream), 또는 다른 적합한 공급원과 같은 공급원(512)에서 비롯된 물은 먼저 역삼투, UV 처리, 증류, 마이크로 여과, 또는 오존화로 처리하지 않고 복수의 병을 충전하기 위해 사용될 수 있다. 일부 적용에서, 물은 먼저, 선택적 여과 구역(514) 내에 도입될 수 있으며, 여기서, 이는 용해되거나 현탁된 고형물을 제거하기 위해 여과될 수 있고/거나 이는 예를 들어, 하나 이상의 다른 원치 않는 물질을 제거하기 위한 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 하나 이상의 여과 비드로 통과될 수 있다. 이후에, 도 9에 도시된 바와 같이, 물은 마이크로파 가열 시스템(516) 내에 도입될 수 있으며, 이는 본 명세서에 기술되고, 특히, 도 1a 및 도 1b와 관련하여 기술ㄹ된 바와 같은 시스템과 유사하게 구성될 수 있다.
일부 경우에, 실질적으로 미처리된 물은 본 명세서에 기술된 바와 같이 마이크로파 가열 시스템(516)에서 멸균 및/또는 저온살균으로 처리될 수 있으며, 얻어진 병은 병에 담기 전에 광범위한 가공으로 처리된 병에 든 물과 비례한 전체 오염 수준을 가질 수 있다. 멸균처리된 병에 든 물을 제조하기 위한 본 발명의 시스템 및 방법의 사용은 식수가 부족한 지역에 깨끗한 음료수를 제공하는데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 마이크로파 가열 시스템은 비교적 짧은 시간에 대용량의 용기를 가공할 수 있는 상업 스케일 가열 시스템일 수 있다. 복수의 용기를 가열하기 위해 마이크로파 에너지를 사용하는 통상적인 레토르트(retort) 및 다른 소규모 시스템과는 상반되게, 본 명세서에 기술된 바와 같은 마이크로파 가열 시스템은 '516 출원에 기술된 바와 같이 측정하여, 운반 라인 당 분당 적어도 약 15 패키지, 운반 라인 당 분당 적어도 약 20 패키지, 운반 라인 당 분당 적어도 약 25 패키지, 또는 운반 라인 당 분당 적어도 약 30 패키지의 전체 생산 속도를 달성하도록 구성될 수 있다.
용기가 병을 포함할 때, 본 발명의 마이크로파 가열 시스템은 분당 적어도 5, 적어도 약 10, 적어도 약 25, 적어도 약 50, 또는 적어도 약 100개의 병 및/또는 분당 약 1500 이하, 약 1250 이하, 약 1000 이하, 약 900 이하, 약 750 이하, 약 500 이하, 약 350 이하, 약 200 이하, 약 150 이하, 약 100 이하, 또는 약 75개 이하의 병의 전체 생산 속도를 가질 수 있다. 더 낮은 생산 속도는 더 섬세하거나 전문적은 품목에 대해 사용될 수 있는 반면, 더 높은 속도는 생필품(commodity goods)을 가공하기 위해 사용될 수 있다.
상술된 본 발명의 바람직한 형태는 단지 예시로서 사용되어야 하고, 본 발명의 범위를 해석하기 위해 제한된 의미로 사용되어서는 안된다. 상술된, 예시적인 일 실시형태에 대한 명백한 변경은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명자는 하기 청구범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 실질적으로 벗어나지 않지만, 문자적 범위 외측에 있는 임의의 장비에 관한 것으로서 본 발명의 합리적으로 공정한 범위를 결정하고 평가하기 위해 균등론(Doctrine of Equivalents)에 따라 본 명세서에서 이의 의도를 기술한다.

Claims (60)

  1. 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법으로서,
    (a) 액체가 적어도 일부 충전된 복수의 밀봉된 병을 제공하는 단계로서, 상기 밀봉된 병의 각각 내의 압력은 1.5 atm 이하인, 상기 밀봉된 병을 제공하는 단계;
    (b) 적어도 일부 충전된 병을 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계; 및
    (c) 상기 통과시키는 단계의 적어도 일부 동안, 상기 병을 가열하는 단계로서, 상기 가열의 적어도 일부는 마이크로파 에너지를 이용하여 수행되는, 상기 병을 가열하는 단계를 포함하되,
    상기 병의 각각은 폴리머 물질로 형성되고, 상기 개별 병에서의 액체에 대한 용적 용량에 대한 캡 없이 측정된 개별 병의 빈 건조 중량의 비율은 0.040 g/㎖ 이하인, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 유리전이온도를 가지며, 상기 가열은 상기 액체의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하고, 상기 타깃 온도는 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도보다 높은, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가열 동안, 상기 병의 각각의 벽에서의 액체의 최고 온도가 적어도 0.5초 내지 3분 이하의 총 시간 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 초과인, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 가열은 마이크로파 에너지를 둘 이상의 마이크로파 런처(microwave launcher)를 거쳐 상기 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키는 것을 포함하고; 상기 방법은 상기 런처의 각각에 의해 상기 병의 각각을 진행시키는 단계를 더 포함하되, 상기 병의 각각의 벽에서의 상기 액체의 온도는 병이 상기 런처들 중 하나에 의해 진행될 때 상기 유리전이온도보다 높은 온도까지 증가하고, 병이 상기 런처들 중 하나에 의해 진행되지 않을 때 상기 유리전이온도 미만의 온도까지 감소되며, 상기 런처 각각은 적어도 5㎾ 내지 25㎾ 이하의 마이크로파 에너지를 상기 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키고, 상기 병의 각각의 벽에서의 상기 액체의 최고 온도는 상기 런처들 중 하나에 의해 진행하는 동안 적어도 0.5초 내지 20초 이하 동안 상기 유리전이온도보다 높은, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가열 동안, 상기 병에서 상기 액체의 가장 차가운 영역의 상기 최저 온도가 제1 시간(t1) 동안 타깃 온도 이상에서 유지되고, 상기 가열 동안, 상기 병의 벽에서 상기 액체 물질의 최고 온도가 제2 시간(t2) 동안 상기 유리전이온도 이상에서 유지되며, t2에 대한 t1의 비율이 적어도 0.40인, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 타깃 온도는 적어도 약 75℃이고 상기 유리전이온도는 적어도 50℃이거나, 또는 상기 타깃 온도는 적어도 115℃이고 상기 유리전이온도는 적어도 85℃인, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 통과의 적어도 일부가 상기 병을 직립 구성(upright configuration)으로 상기 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 것, 상기 병을 뒤집어진 구성(inverted configuration)으로 상기 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 것, 상기 병을 단부-대-단부(end-to-end) 또는 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구성으로 단일-파일 라인에서 상기 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 것, 및 상기 병을 캐리어에서 상기 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 것 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 통과의 적어도 일부가 중력에 의해 보조되는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 가열 챔버는 액체 매질로 적어도 일부 충전되고, 상기 병은 상기 통과의 적어도 일부 및 상기 가열의 적어도 일부 동안 상기 액체 매질 중에 액침되며, 상기 가열은 상기 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하고, 상기 타깃 온도는 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도보다 높으며, 상기 병의 각각의 벽에서 상기 액체 매질의 평균 온도가 상기 가열의 적어도 일부 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 미만이고, 상기 통과 및/또는 상기 가열의 적어도 일부 동안, 상기 병을 적어도 하나의 교반 장치로 교반시키는 단계를 더 포함하는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제공이 상기 병을 상기 액체로 적어도 일부 충전시키고, 충전 및 밀봉 구역에서 적어도 일부 충전된 병을 캡으로 밀봉하여 상기 밀봉된 병을 제공하는 것을 포함하며, 상기 액체, 상기 병, 및 상기 캡은 상기 충전 및 밀봉 이전에 저온살균되거나 멸균되지 않은, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 병은 각각 5 내지 50 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 갖는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 병이 팽창 패널을 갖지 않은, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액체는 3.5보다 큰 pH, 적어도 1° 브릭스(Brix)의 총 당분 함량, 및 2 중량% 미만의 총 보존제 함량 중 적어도 하나를 갖는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 액체는 3.5 이하의 pH를 갖는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 액체는 1 내지 25㎜ 범위의 평균 입자 크기를 갖는 고체 미립자를 포함하는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 액체는 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크로 이루어진 군으로부터 선택되는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 액체는 의료용 액체, 약제학적 액체, 기능식품용 액체, 또는 수의학용 액체이고, 상기 마이크로파 가열 시스템은 분당 5 내지 900개의 병 범위의 전체 생산 속도를 갖는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 액체를 저온살균 또는 멸균하는 방법.
  17. 패키징된 액체 물품으로서,
    개구를 나타내고 내부 용적을 규정하는 병;
    상기 개구를 밀봉하는 캡; 및
    상기 병의 내부 용적을 적어도 일부 충전하는 액체로서, 상기 액체는 적어도 1° 브릭스의 총 당분 함량을 갖고, 밀봉된 병 내의 압력은 1.5 atm 이하인 액체를 포함하되,
    상기 병은 폴리머 물질로 형성되고, 상기 병의 공칭 액체 용량에 대한 상기 캡 없이 측정된 상기 병의 빈 건조 중량의 비율은 0.040 g/㎖ 이하인, 패키징된 액체 물품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 액체는 3.5보다 큰 pH 및 2 중량% 이하의 총 보존제 함량을 갖는, 패키징된 액체 물품.
  19. 제17항에 있어서, 상기 액체는 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크로 이루어진 군으로부터 선택된, 패키징된 액체 물품.
  20. 제17항에 있어서, 상기 병은 10 내지 40 액량 온스(fluid ounce)(fl. oz.) 범위의 공칭 액체 용량을 가지며, 상기 폴리머 물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 병은 팽창 패널을 포함하지 않는, 패키징된 액체 물품.
  21. 제17항에 기재된 복수의 패키징된 액체 물품을 포함하는 케이스(case).
  22. 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법으로서,
    (a) 마이크로파 가열 챔버 내에 복수의 병을 도입하는 단계로서, 상기 병은 각각 상기 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전되고, 상기 병의 각각의 최대 길이 대 이의 최대 직경의 비는 적어도 2:1인, 상기 복수의 병을 도입하는 단계;
    (b) 가열 구역 내로 상기 병을 진행시키는 단계로서, 상기 가열 구역은 액체 매질로 적어도 일부 충전된, 상기 병을 진행시키는 단계; 및
    (c) 상기 가열 구역에서 상기 병을 가열하는 단계로서, 상기 가열의 적어도 일부는 마이크로파 에너지를 이용하여 수행되고, 상기 병은 상기 가열 동안 상기 액체 매질 중에서 액침되며, 상기 병은 각각 상기 가열 구역에서 가열된 상기 다른 병의 각각의 체류 시간의 약 10% 내인 상기 가열 구역 내에서의 체류 시간을 갖는, 상기 가열하는 단계를 포함하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 병은 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로 형성되고, 상기 가열은 상기 액체 또는 반-액체의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하며, 상기 타깃 온도는 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도보다 높고, 상기 병의 각각의 벽에서 액체 또는 반-액체의 최고 온도는 상기 가열 동안 적어도 0.5초 내지 3분 이하의 총 시간 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 초과이며, 상기 병의 각각은 10 액량 온스 내지 40 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 갖는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 병은 유리로 형성되고, 상기 병은 각각 10 액량 온스 내지 40 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 갖는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 통과의 적어도 일부가 상기 병을 직립 구성으로 상기 가열 구역으로 통과시키는 것, 상기 병을 뒤집어진 구성으로 상기 가열 구역으로 통과시키는 것, 상기 병을 단부-대-단부 또는 사이드-바이-사이드 구성으로 단일-파일 라인에서 적어도 하나의 터널로 통과시키는 것 및 상기 병을 캐리어에서 상기 가열 구역으로 통과시키는 것 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 통과의 적어도 일부는 중력에 의해 보조되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 도입 이전에, 복수의 빈 병을 상기 액체 또는 반-액체 물질로 충전시키는 단계를 더 포함하되, 상기 충전 동안 상기 병 내에 도입된 상기 액체 또는 반-액체 물질은 저온살균되거나 멸균되지 않고, 상기 충전 후에, 충전된 병의 각각을 밀봉 장치로 밀봉하며, 상기 빈 병 또는 상기 밀봉 장치는 상기 충전 및 상기 밀봉 이전에 저온살균되거나 멸균되지 않은, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체는 적어도 1° 브릭스의 총 당분 함량을 가지며, 밀봉된 병 내의 압력이 1.5 atm 이하고, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크로 이루어진 군으로부터 선택되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  28. 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 물을 저온살균 또는 멸균시키는 방법으로서,
    (a) 복수의 병을 물로 적어도 일부 충전시키는 단계;
    (b) 적어도 일부 충전된 물병을 적어도 하나의 밀봉 장치로 밀봉하는 단계;
    (c) 밀봉된 물병을 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계;
    (d) 마이크로파 에너지를, 상기 마이크로파 가열 챔버를 통과하는 상기 물병 쪽으로 연속적으로 유도하는 단계; 및
    (e) 상기 물병을, 상기 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 이용하여 상기 병 내의 물을 저온살균하거나 멸균시키기에 충분한 타깃 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 물을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 충전 전에, 상기 물을 여과하여 임의의 용해된 및 용해되지 않은 고형물의 적어도 일부를 제거하고, 상기 물은 상기 단계 (e)의 가열 이전에, 역삼투, UV 처리, 증류, 마이크로여과, 또는 오존화로 처리되지 않으며, 상기 병 및 상기 밀봉 장치는 상기 충전 및 밀봉 이전에 멸균되지 않는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 물을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 병은 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로 형성되고, 상기 가열은 상기 물의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하며, 상기 타깃 온도는 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도보다 높으며, 상기 병의 각각의 벽에서 물의 최고 온도가 상기 가열 동안 적어도 0.5초 내지 3분 이하의 총 시간 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 초과이고, 상기 폴리머 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 병의 각각은 10 액량 온스 내지 40 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 갖는, 마이크로파 가열 시스템을 이용하여 병에 든 물을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  31. 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법으로서,
    (a) 상기 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전된 복수의 용기를 액체 매질로 적어도 일부 충전된 마이크로파 가열 챔버로 통과시키는 단계로서, 상기 용기는 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로부터 적어도 일부 형성된 단계;
    (b) 마이크로파 에너지를 적어도 하나의 마이크로파 런처를 통해 상기 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키는 단계; 및
    (c) 상기 용기를, 상기 마이크로파 가열 챔버 내에 방출된 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 사용하여 가열하는 단계로서, 상기 용기는 상기 가열 동안 상기 액체 매질 중에서 액침되고, 상기 가열은 상기 액체 또는 반-액체 매질의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하며, 상기 타깃 온도는 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도보다 높은 단계를 포함하되,
    상기 가열의 적어도 일부 동안, 상기 용기의 각각의 벽에서 상기 액체 매질의 평균 온도가 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 미만인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 방출은 마이크로파 에너지를 둘 이상의 마이크로파 런처를 통해 상기 마이크로파 가열 챔버 내로 방출시키는 것을 포함하고, 상기 통과는 상기 용기의 각각을 상기 런처 각각에 의해 통과하는 것을 포함하며, 각 용기의 벽에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 온도가 용기가 상기 런처들 중 하나에 의해 통과할 때 상기 유리전이온도보다 높은 온도까지 증가하고, 용기가 상기 런처들 중 하나에 의해 통과하지 않을 때 상기 유리전이온도 미만의 온도까지 감소되며, 상기 용기의 각각의 벽에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도가 적어도 1초 내지 10분 이하의 총 시간 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 초과인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 런처의 각각은 적어도 5㎾ 내지 25㎾ 이하의 마이크로파 에너지를 상기 마이크로파 가열 챔버 내로 방출하고, 상기 용기의 각각의 벽에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도가 상기 런처들 중 하나에 의해 통과하는 동안 적어도 0.5초 내지 2분 이하 동안 상기 유리전이온도보다 높은, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 가열 동안, 상기 용기의 각각에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 영역의 상기 최저 온도가 제1 시간(t1) 동안 타깃 온도 이상에서 유지되고, 상기 가열 동안, 상기 용기의 벽에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도가 제2 시간(t2) 동안 상기 유리전이온도 이상에서 유지되며, t2에 대한 t1의 비율은 적어도 0.40인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 통과 및/또는 상기 가열의 적어도 일부 동안, 상기 병을 적어도 하나의 교반 장치로 교반하는 단계를 더 포함하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 타깃 온도는 적어도 약 75℃이고, 상기 유리전이온도는 적어도 50℃인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  37. 제31항에 있어서, 상기 타깃 온도는 적어도 115℃이고, 상기 유리전이온도는 적어도 85℃인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 타깃 온도와 상기 유리전이온도 간의 차이가 적어도 2℃인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  39. 제31항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 용기의 각각은 5 내지 50 액량 온스 범위의 공칭 액체 용량을 가지며, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 식품, 음료, 의료용 유체, 약제학적 유체, 기능식품용 유체, 또는 수의학용 유체를 포함하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  40. 제31항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질운 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크로 이루어진 군으로부터 선택되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  41. 제31항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 물인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  42. 제31항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 1 내지 25㎜ 범위의 평균 입자 크기를 갖는 고체 미립자를 포함하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  43. 제31항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 수프, 잼, 젤리, 시럽, 살사, 크림, 소스 및 조미료로 이루어진 군으로부터 선택되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  44. 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법으로서,
    (a) 복수의 용기를 상기 액체 또는 반-액체 물질로 적어도 일부 충전시키는 단계로서, 상기 충전 동안 상기 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도는 110℉ 내지 제1 타깃 온도 범위인, 상기 충전시키는 단계;
    (b) 상기 용기를 운반 라인 상에서 마이크로파 가열 구역으로 통과시키는 단계;
    (c) 마이크로파 에너지를, 상기 운반 라인 상에서 상기 마이크로파 가열 구역을 통과하는 상기 용기 쪽으로 연속적으로 유도하는 단계; 및
    (d) 상기 용기의 각각 내의 상기 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키기 위해, 상기 용기를 상기 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 이용하여 상기 제1 타깃 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 용기는 유리전이온도를 갖는 폴리머 물질로 형성되고, 단계 (a)에서 상기 제1 타깃 온도는 상기 유리전이온도 미만이며, 단계 (d)에서 상기 제2 온도는 상기 유리전이온도보다 높은, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 타깃 온도는 상기 유리전이온도보다 적어도 5℉ 더 차가운, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 마이크로파 가열 구역은 액체-충전 마이크로파 가열 챔버를 포함하고, 상기 용기는 상기 통과 및 상기 가열 동안 액체 매질 중에서 액침되며, 상기 가열은 상기 액체 또는 반-액체 물질의 가장 차가운 영역의 최저 온도를 사전결정된 시간 동안 타깃 온도 이상의 온도까지 증가시키기에 충분하고, 상기 타깃 온도는 상기 유리전이온도보다 높으며, 상기 가열의 적어도 일부 동안, 상기 용기의 벽에서 상기 액체 매질의 평균 온도는 상기 유리전이온도 미만이고, 상기 가열 동안, 상기 용기의 각각의 벽에서 상기 액체 또는 반-액체 물질의 최고 온도는 적어도 0.5초 내지 3분 이하의 총 시간 동안 상기 폴리머 물질의 상기 유리전이온도 초과인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  48. 제44항에 있어서, 상기 타깃 온도는 185℉ 미만인, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  49. 제44항에 있어서, 상기 용기는 병을 포함하며, 상기 통과는 복수의 상기 병을 단일-파일 라인에서 적어도 하나의 가열 터널로 통과하는 것을 포함하며, 상기 병은 상기 가열 터널에서 사이드-바이-사이드 구성 또는 단부-대-단부 구성으로 배열되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 병은 상기 가열 터널에서 직립 위치로 존재하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  51. 제49항에 있어서, 상기 병은 상기 통과의 적어도 일부 동안 뒤집어진 위치로 존재하는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  52. 제44항에 있어서, 상기 가열 전에, 상기 마이크로파 가열 구역의 업스트림에 위치된 열처리 구역에서 충전된 용기를 열처리하는 단계를 더 포함하되, 상기 열처리 구역으로부터 배출된 상기 용기의 적어도 약 85%는 서로 약 5℃ 내의 온도를 갖는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  53. 제44항에 있어서, 상기 충전 동안 상기 용기 내에 도입된 상기 액체 또는 반-액체 물질이 저온살균되거나 멸균되지 않고, 상기 통과 전에 상기 용기의 각각을 밀봉 장치로 밀봉하는 것을 더 포함하되, 상기 용기 및 상기 밀봉 장치는 상기 충전 및 상기 밀봉 이전에 저온살균되거나 멸균되지 않는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  54. 제44항에 있어서, 상기 용기는 유리로 형성된, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  55. 제44항에 있어서, 상기 용기는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리부틸렌 석시네이트, 바이오폴리머, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머 물질로 형성된 방법.
  56. 제44항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 차, 주스, 미네랄 드링크, 전해질 드링크, 에너지 드링크, 비타민 드링크, 셰이크, 스무디, 유제품 드링크, 알코올성 드링크 및 커피 드링크로 이루어진 군으로부터 선택되는 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  57. 제44항에 있어서, 상기 액체 또는 반-액체 물질은 수프, 잼, 젤리, 시럽, 살사, 크림, 소스 및 조미료로 이루어진 군으로부터 선택되는, 액체 또는 반-액체 물질을 저온살균 또는 멸균시키는 방법.
  58. 액체 또는 반-액체 물질로 충전된 복수의 용기를 가열시키기 위한 마이크로파 가열 시스템으로서,
    마이크로파 에너지를 발생시키기 위한 적어도 하나의 마이크로파 발생기;
    상기 용기를 가열시키기 위한 마이크로파 가열 챔버로서, 유입구 및 유출구를 갖는 마이크로파 가열 챔버; 및
    상기 마이크로파 에너지의 적어도 일부를 상기 마이크로파 가열 챔버 내에 방출시키기 위한 적어도 두 개의 이격된 마이크로파 런처로서, 상기 마이크로파 에너지의 적어도 일부는 상기 용기를 가열하기 위해 사용되는 마이크로파 런처를 포함하되,
    상기 마이크로파 가열 챔버에 대한 상기 유입구는 상기 마이크로파 가열 챔버의 유출구보다 더 높은 수직 고도(vertical elevation)를 갖는, 마이크로파 가열 시스템.
  59. 제58항에 있어서, 상기 마이크로파 가열 챔버의 적어도 일부가 중력에 의해 상기 마이크로파 가열 챔버를 통해 상기 용기를 이동시키도록 구성되고, 상기 마이크로파 가열 챔버는, 만곡부(bend)를 통한 상기 용기의 이동 방향이 적어도 90°의 각도를 갖도록 적어도 하나의 만곡부를 포함하며, 상기 마이크로파 가열 챔버는 상기 용기의 라인을 상기 마이크로파 가열 챔버를 통해 연장하는 이동 방향으로 통과할 수 있도록 구성된 적어도 하나의 가열 터널을 포함하고, 상기 용기는 상기 가열 터널에서 나란한 또는 단부-대-단부 구성에서 단일-파일 라인으로 배열되며, 상기 가열 터널의 높이 대 상기 이동 방향에 대해 수직의 상기 용기의 각각의 치수의 비는 1.5:1 미만인, 마이크로파 가열 시스템.
  60. 제58항에 있어서, 상기 마이크로파 가열 챔버는 액체 매질로 적어도 일부 충전되고, 상기 용기가 상기 마이크로파 가열 챔버 내에서 상기 액체 매질을 통과하도록 구성되며, 상기 시스템이 적어도 2개의 상이한 크기의 용기를 가열시키도록 구성되고, 상기 시스템이 분당 5 내지 900개 용기 범위의 전체 생산 속도를 갖는, 마이크로파 가열 시스템.
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