專利名稱：例如肉和蔬菜制品或農產品的食物、飼料和食物及飼料加工機械設備的消毒或滅菌方法 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對例如肉、蔬菜制品或農產品的食物、飼料或食物及飼料的加工機械設備進行消毒或滅菌的方法。
這樣的方法已由丹麥專利申請No.1377/94公開了。
該已知方法的缺點是，其中所用的賦予水溶液氧化還原電勢的霧狀氧化物質或其溶液在嚴重的情況下可能因使表面成分如顏色或染料發生化學還原反應而造成機械部件腐蝕和表面氧化。此外，最好在除純凈水和熱效應外不采用其它手段的某些地理區域中使用消毒方法。
本發明的目的是設計出一種沒有已知方法的缺點的方法或上述方法的實施例。通過權利要求1特征部分所述的方法實現了此發明目的。
由于采用了本發明的方法，所以食物最終獲得了消毒/滅菌，由此保護了人或動物不會出現病態反應、中毒和生病，同時減少或防止了上述腐蝕的侵襲。
權利要求2涉及本發明方法所用電勢的優選最低水平。
權利要求3涉及用于形成在本發明方法中所用蒸汽的液體。
權利要求4涉及本發明方法所用蒸汽的生成溫度的高低。
權利要求5涉及本發明方法所用電場的優選電勢范圍。
權利要求6涉及形成本發明方法所用蒸汽的溶液的一個例子。
權利要求7涉及形成本發明方法所用蒸汽的溶液的另一個例子。
本發明還包括一種設計用于實施本發明方法的工程設備。
權利要求8涉及這樣的一套工程設備。
權利要求9涉及用于獲得噴入本發明櫥室中的蒸汽的理想噴射方式的裝置。
權利要求10涉及賦予本發明設備所用蒸汽電勢的裝置。
以下將參見附圖來更具體地描述本發明，其中
圖1以框圖示出了設計用于實施本發明方法的設備；圖2是圖1所示設備的示意平面圖；圖3示出了在顯微鏡中看到的細菌；圖4示出了用于不同物品的消毒方法的曲線圖；圖5示出了表示消毒過程中的溫度和處理時間與殺菌劑之間的關系的曲線；圖6示出了經過計算的殺菌劑曲線和試驗的殺菌劑曲線。
如圖1所示，實施本發明方法的工程設備可包括以下部分1a-磁閥自來水入口；1b-自來水入口；2-自來水的去離子處理；3a-反滲透熱處理；3b-出口；3c-滲透出口；3d-濃縮出口；4-淡化水的緩沖壓力罐；5a-淡化水的緩沖罐2；5b-緩沖罐2的蓋子；6a-監視器；6b-探測器；7-8-未用；9-內空氣壓縮機；10-蒸汽磁閥，壓力泵ON；11a-過熱蒸汽的蒸汽發生器；11b-蒸汽發生器的入口；11c-從蒸汽發生器到汽射器的出口；12a-汽射器；12b-蒸汽入口的啟/閉；12c-用于產生環繞場的HV發生器的高電壓；13-延時控制器；14-高電壓發生裝置；15-用于氣缸上/下的磁閥；16a-雙向氣缸；16b-監視器底架，入口和水平控制；16c-底架的上/下運動；17a-將水輸入緩沖罐2的磁閥；17b-水平計；17c-入水口支管；18-要消毒的物品或制品；19-由靜態環繞場控制的蒸汽；20-未用；21-櫥室；22～28-未用；29-外部壓縮空氣的入口；30～35-未用；36-接地；37-通風設備。
大多數的上述細菌感染是由微生物在食物、飼料物品的表面或在微生物可寄生的其它物質表面的生長而引發的。
設計用于實施本發明方法的設備包括一個控制室13和一個櫥室21。在櫥室21內，通過蒸汽使食物、飼料或其它物品在預定期間內承受高于50℃的表面溫度，能夠殺死微生物、病毒或細菌地選定上述蒸汽高溫處理的時間及溫度。
在暴露表面上的溫度升高是在水蒸汽的影響下或在其它情況中是在其它適用液體的蒸汽的影響下獲得的，蒸汽將以這樣的方式冷凝在食物、飼料或其它物品的表面上，即將蒸汽從將蒸汽排給汽射器12a的蒸汽發生器11a引到表面。在汽射器中，使蒸汽穿過一個建立于可安裝在汽射器中的電氣接頭和接地件18之間的電場。電場的電勢將在很短的時間內把來自汽射器12a的蒸汽傳到待消毒物品18的表面上并將確保冷凝蒸汽均勻散布在所述物品的表面上。
在本發明的方法中，將要消毒/滅菌的物品18接地并在這樣的溫度、電勢和工作時間內對其進行處理，即所述溫度、電勢和工作時間在任何情況下都足以確保殺死病毒或細菌。可以通過要處理物品的移動速度、處理階段、物品的轉動或其它與時間有關的因素的幫助來控制時間，并通過蒸汽發生器的蒸汽出口溫度來控制可獲溫度，本發明的蒸汽發生器可以是其溫度接近水/液體的沸點的低壓發生器，或者它是其溫度高于水/液體的沸點的高壓發生器。這樣一來，蒸汽可以含有實現消毒/滅菌所需的熱量，而且熱量可以通過熱傳導或通過釋放冷凝熱而被傳給物品表面，這種冷凝熱量是水/液體蒸汽比熱的許多倍。
靜電勢場是根據要處理物品的結構、形狀和表面尺寸而設計成型和建立的，從而由冷凝蒸汽進行的熱傳遞在物品表面上象所希望的那樣變得均勻。以可以至少為1000V的電勢給靜電場充電，并且當與蒸汽發生器的出口有關地安裝正/負充電電極時，將要處理物品接地，從而電場可以高速加速射到物品表面上的蒸汽而且沒有明顯減速、沒有大量向周圍空氣傳熱地均勻散布它們。
勢場的上限是由實際的理論工作場地、絕熱條件、包括高壓靜電工作性能在內的其它物理條件決定的。
在本發明的方法中，水/液體的薄薄一層冷凝蒸汽形成于要處理物品的表面上，所述表面為此以計算深度被加熱到計算溫度。在根據本發明方法的處理后，溫度將馬上降低到根據比較高的物品熱容而進行處理的物品的溫度水平。冷凝蒸汽在物品表面上的熱效應如此強烈，以致在所選期間內在所需溫度下僅在很有限的計算深度加熱實際表面。所選的熱處理強度是根據可以殺死所有細菌和病毒的原則選擇的，而物品表面的外觀和結構不受熱處理的影響。
蒸汽發生器11a的磁閥10控制著蒸汽的定量噴射。蒸汽發生器11a在從罐5a中通過管路11b吸入水/液體時產生了所需體積的蒸汽，所形成的蒸汽通過管路11c被引向汽射器12a。剩余的水/液體通過圖中未示出的管路被送回罐5a。
通過管口或噴嘴(汽射器)12a按照所需的扇形或錐形或其它合適的幾何形狀噴射和發散蒸汽，并由閥12b來控制蒸汽的噴入量。通過12c賦予蒸汽噴霧/扇形蒸汽/蒸汽錐電勢。電勢場的形狀是通過將電極放置在汽射器12a的內部、前面或旁邊并同時將物品接地且還將該物品放在櫥室內和/或通過傳送過設備區域的某些部位或傳送過在汽射器前面的環繞空間而設定的。
要處理物品的表面接收蒸汽冷凝產物，就預計處理期間、蒸汽溫度和汽射器與物品之間的距離而言，冷凝物數量少，從而冷凝物將快速地從物品表面汽化，或者將通過通風裝置37的干燥空氣或熱空氣除去冷凝物。
與食品消毒或滅菌有關的物質傳送的物理/數學調查結果列于表1中表1
<p>15mym水蒸汽(580kcal/kg)的冷凝液層的理論厚度將足以使物品表面溫度升高97℃，所述表面的熱容為0.9kcal/kg/℃。溫度升高到液體沸點以上只能由過熱蒸汽實現。
理論計算顯示出了，物品表面上的蒸汽冷凝物的相對重量或冷凝物層的厚度直接與時間間隔、物品速度、蒸汽容量、分布面積、蒸汽溫度(作為對在從汽射器傳向物品時損失的熱量的補償的過熱)、物品與汽射器之間的距離、電勢場強度成比例。可以改變表面溫度和蒸汽處理時間并將它們控制在適應于最終專門殺死或全部殺死微生物、細菌或病毒所需的消毒或滅菌強度的任何范圍內。
試驗1利用標準配置方案進行一個試驗，因而可以改變所有參數。放入豬肉塊并使其在可變速移動的傳送帶上接地。電勢場可以至少從1kV起變化，而在100℃下從汽射器12a中噴出蒸汽噴霧。最初，蒸汽可以從汽射器中射出，但是在超過5000V的電勢下，蒸汽云聚集，從而它隨電勢場的場線移動并快速移向處理物品并均勻地沉積在物品18的表面上。在每次試驗中，對應于支承物品的傳送帶的某個速率地改變供給蒸汽發生器的熱量和電勢場強度，從而可以獲得單位面積內同等數量的冷凝蒸汽/冷凝水。在第一系列的試驗中，采用目測評估方法來評價表面不灑落地容納冷凝液層的能力，但是，后一系列的試驗是在受汽射器的噴流影響地經過櫥室21之前和之后馬上稱重的情況下進行的，這是因為0.1mm的水層等于100g/m2或等于2000g/0.02m2，這可能是絕對必須要控制的。由此確實顯示出向物品表面傳熱的試驗是可以預計和控制的。
試驗2由于所獲溫度是測量目標，所以試驗1的配置方案再次被用于試驗2。利用溫度計來計量物品薄層上的溫度在此情況(0.01mm～0.1mm)下是不可能的。因此，選用熱紅外線輻射測溫計并采用一種其測量結果確實可信且其參數可重復地實施的方法。物品表面的升溫隨蒸汽量而定，在加熱區內的蒸汽處理時間直接成比例地高達100℃～105℃，隨后升高的溫度又成比例地降低。對于所有實際的傳送帶速率、相應地受控的蒸汽量、電勢場的場強以及蒸汽噴霧擴散到明顯可以看到由電場傳遞蒸汽的波動或環繞的程度來說，情況確實如此。在第二試驗中的電壓接近90000V，值得注意的是，在電勢場場強增大的情況下，從汽射器噴射蒸汽變得越發不明顯，這是由于更快速的蒸汽離子傳遞、傳遞過程中的較小冷卻和隨后較少的冷凝造成的。在90℃～100℃的溫度間隔內，傳遞作用的損失為理論值的20％～40％。
試驗3對于該第三試驗來說，事先預定某些參數以確保可以確定在某些溫度下、在某個期間內對某些特定細菌品種的殺菌效果。本發明的目的是應該對某些類型的細菌獲得消毒和滅菌的效果，但是考慮到這些概念可能混淆重疊，首先必須明確定義滅菌是目的在于去除、滅活或殺死所有微生物的措施，即獲得無菌的措施。無菌是絕對概念。
消毒是目的在于根據目的去除、滅活或殺死某些特定種群微生物到適當程度的措施。消毒是相對概念。在圖6中，曲線a就殺菌效果示出了理想化的一系列情況，曲線b示出了實際的一系列情況。
就食物或飼料技術而論，對病原菌的殺菌效果為95％～98％。
為了幾個目的而在食品工業中采用了消毒措施，在圖4中示出了幾個實例，其中曲線1示出了當在50℃～60℃下進行細菌、霉菌和病毒的消毒2分鐘～3分鐘時的一系列情況；曲線2示出了當在76℃下于各種食物加工設備中進行1分鐘～3分鐘消毒時的一系列情況；曲線3示出了當在82℃下在屠宰場中進行1分鐘～2分鐘消毒時的一系列情況；曲線4示出了當在85℃下對果汁(軟飲料)進行11秒鐘防腐處理時的一系列情況；
曲線5示出了當在62℃下對傷寒沙門氏菌進行30分鐘的巴氏消毒時的一系列情況；曲線6示出了在100℃下對醫生器械消毒(殺滅病原菌)10分鐘的一系列情況；曲線7示出了在100℃下進行10分鐘～30分鐘的診所高壓蒸汽消毒的一系列情況；曲線a示出了在100℃下消毒30秒～60秒的本發明試驗3的一系列情況。
殺菌效果取決于處理時間和溫度，包括處理溫度和時間這兩個變量的組合的最初試驗決定了試驗的最終參數。在食品加工業中眾所周知的是，快速加熱和冷卻與溫度緩慢變化相比將使消毒更加有效，這就是為什么在各類加工設備中選擇消毒溫度極大變化的原因。
如圖5所示，細菌數量理想地隨所用處理時間按指數減少。如箭頭1所示，滅菌時間是根據殺菌劑計量的增大而縮短的。如箭頭2所示，滅菌時間在微生物量減少的情況下縮短，如箭頭3所示，某些細菌比其它細菌更不易殺死，因此延長所需的蒸汽處理時間。
試驗2的配置方案再次被用于試驗3，考慮到最初的物品表面消毒/滅菌的目的，采用直徑為8cm～11cm、厚為2cm的橢圓形豬肉切塊地進行試驗，這導致了所有蒸汽處理側面的總表面為1.3dm2。用刮鏟使十一塊豬肉感染上仙影拳屬細菌，這類細菌被認為具有與傷寒菌相同的耐溫性能。
設置水蒸汽發生器11a以便距離0.5dm地將蒸汽噴射到直徑為1.5dm的表面上，調節蒸汽發生器以產生5克/分鐘的蒸汽量，這在計算出熱損失高于50％時理論上等于表面在100℃下蒸汽處理60秒鐘。在蒸汽發生器的負極與待處理的接地物品之間的壓降為80kV的情況下建立強電勢場。
在如此設置的情況下，上述豬肉切塊被傳送帶送入處理區并被定中、停住，在接受過60秒的水蒸汽處理后，以0.5cm/s的速度被送出電場。與此同時，在處理過程中，獲得了證明溫度為97℃～102℃的紅外線輻射溫度讀數。(如圖4的曲線所示)在如此處理后，試驗的下一步是確定殺菌作用的程度。
考慮到有許多殺菌效果的分析方法，實驗室配有一臺放大率為800倍的顯微鏡，它裝有一臺攝像機和14英寸監視器，從而可以24小時地觀測細菌的生命跡象。這些生命跡象由細菌分裂或繁殖的能力決定。以直徑約為10mm的比例即放大2000倍地示出細菌的圖象(圖3)。
在處理之后，用純凈水潤濕5cm2的面積，然后用吸管收集水并加入無菌培養基(肉湯)，隨后將混合物存放入口徑為0.02mm的吸管中。密封吸管端部并放置在顯微鏡下。捕捉到液體并可以在視野中看到如此截聚的細菌，它含有10個～90個細菌。計數確保了可以確定繁殖情況(如果有的話)。
24小時地進行計數，隨后證明細菌沒有繁殖或分裂，因此消毒是100％的有效。就概念而論，滅菌是絕對概念，科學證據要求有很多只可以在實踐中獲得的數字統計材料，這是因為科學上定義的消毒是在121℃下在過熱水蒸汽中待10分鐘～30分鐘獲得的，其中蒸汽具有理想劑量(120℃的水蒸汽將在1.99巴下獲得并在130℃下于2.70巴下獲得)。
此試驗系列是以10次連續試驗結束的。頭五次試驗是在溫度和蒸汽處理時間分別保持為97℃～102℃和60秒的情況下進行的，細菌數目平均為67個，這些細菌在上述的24小時、37℃的情況下沒有顯示出生命跡象，后五次試驗是在相同溫度下進行30秒的蒸汽處理，結果細菌平均數為73個。這些細菌在隨后的24小時、37℃的情況下沒有顯示出生命跡象。圖3示出了細菌控制區的截面。
利用一塊不受蒸汽處理的肉檢測試驗可靠性。在經過了一段等于上述試驗所需的平均時間的時間后，從上述表面細菌中用吸管取樣，24小時以后的細菌數目表示出細菌數目成許多倍地增長，這一事實證明了在所用培養基中存在著細菌成長環境。
在上述試驗結果的基礎上，在圖4中示出了殺菌效果。在相似條件下但在更短的處理時間內進行的系列試驗表明，熱處理間隔或時間的縮短意味著細菌可能繁殖。在系列試驗中，細菌初始生長的顯露將取決于許多復雜參數。對于本發明來說，重要的是確定當采用某個短暫的熱處理時間或間隔時可證明細菌繼續生存，而且如果采用了適當的和確定的熱處理時間段，則人們可以獲得其效果漸近100％的殺菌率。
根據本發明，采用更少的水(液)蒸汽并由此需要比其它依靠加熱的消毒方法更少的消毒或滅菌能量，這是因為熱能損失被極大地減少了，從而絕大部分的所用蒸汽用于在待處理物品的表面上形成熱作用，這些蒸汽被傳給很薄的表面層而不會傳給周圍的空氣或設備。在具體描述的實施例中，本發明將通過為本發明目的而建立的靜電場使附近的工作場所沒有廢蒸汽。
在此所示的配置方案、設備或實施例僅起到了一個實施本發明方法的例子的作用。
權利要求
1.一種用于象肉和蔬菜制品或農產品的食物、飼料或食物及飼料加工機械和設備的消毒或滅菌的方法，其特征在于，使一個待消毒/滅菌的物品(18)電接地并在某個時間段內且在高于50℃的溫度下接受水蒸汽或其它液體的蒸汽的處理，通過采用一個帶正電極或負電極的靜電勢場供應所述蒸汽，該電極通過靜電高壓相對接地的物品(18)形成了一個高強度的靜電勢場。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電勢場是在超過1kV的高電壓下建立的。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，蒸汽可能是由蒸發水、液體、混合液或含有溶解氣體或氣態物質的液體構成的。
4.如權利要求1和3所述的方法，其特征在于，所用的蒸汽是低于水/液體的沸點、在沸點溫度或高于沸點(過熱蒸汽)地產生的，以便獲得理想的溫度水平或理想的熱效應。
5.如權利要求1和2所述的方法，其特征在于，所用電場的電勢為1kV～200kV。
6.如權利要求1和3所述的方法，其特征在于，所用液體是有機液或混合液，如含有酒精、酸或如果需要的話含有溶解氣體或有機成分的混合液體。
7.如權利要求1和3所述的方法，其特征在于，液體是混合液的無機液，如雙氧水，如果需要的話含有溶解氣體或有機成分。
8.一種用于實施權利要求1所述方法的工程設備，其特征在于，所述設備包括一個帶有傳送裝置的櫥室(21)，所述傳送裝置電接地并可以以所需速度使待消毒/滅菌物品穿過櫥室，所述設備還包括一個與櫥室相連以便噴射蒸汽的汽射器(12a)，將通過理想的正或負應力電場并按照理想的噴射形式將所述蒸汽傳給一個在櫥室(21)內的區域，由此可以在特定時間段內將蒸汽噴射到物品(18)的表面上，其中在物品的移動方向上與櫥室相鄰地且優選地在接受蒸汽噴射處理之后地裝有另一個通風機構或通風裝置(37)。
9.如權利要求8所述的設備，其特征在于，汽射器(12a)被設計成配有噴嘴、具有幾何形狀的管口或噴流調節流徑或橫截面。
10.如權利要求1所述的設備，其特征在于，汽射器(12a)配有一個或幾個與高靜電電勢源(14)相連的電極。
全文摘要
使一件待消毒/滅菌的物品(18)電接地并在高于50℃的溫度下接受水蒸汽或其它液體的蒸汽的噴射。在由正或負電極產生的靜電場的作用下向物品(18)噴射蒸汽,所述電極通過采用高靜電電勢而形成了一個相對電接地物品(18)成型的電場。物品(18)在很短的時間內接受消毒/滅菌處理,結果能耗最少。
文檔編號A23L3/16GK1241915SQ96180567
公開日2000年1月19日 申請日期1996年12月3日 優先權日1996年12月3日
發明者U·路泊, 圖勒·巴爾瑟·卡恩費爾特 申請人:U·路泊, 圖勒·巴爾瑟·卡恩費爾特