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CN115917655A - 使用超声破坏谷物和干制食品上的空气传播的病原体和微生物 - Google Patents

使用超声破坏谷物和干制食品上的空气传播的病原体和微生物 Download PDF

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CN115917655A
CN115917655A CN202180043470.4A CN202180043470A CN115917655A CN 115917655 A CN115917655 A CN 115917655A CN 202180043470 A CN202180043470 A CN 202180043470A CN 115917655 A CN115917655 A CN 115917655A
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dried food
excitation
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D·N·辛哈
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American Yawei Technology Co ltd
Original Assignee
American Yawei Technology Co ltd
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Abstract

描述了一种用于使用干制食品、例如谷物的低频和高频振动的结合的声学装置和方法，使得在各个谷物颗粒之间存在大量碰撞，用以破坏停留在谷物的表面上或恰好在谷物的表面下方的微生物。本发明的实施方式允许成批且连续处理食品。可以预期这种碰撞不会在食品中产生任何化学变化，也不应对食品的味道具有任何不利影响。该装置的实施方式可应用于破坏空气传播的微生物。

Description

使用超声破坏谷物和干制食品上的空气传播的病原体和微生物
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年6月17日递交的名称为“Destruction Of AirbornePathogens,And Microorganisms On Grains And Dried Food Using Ultrasound”的美国临时专利申请No.63/040,259的权益，该专利申请的全部内容在此通过引用将其公开和教导的所有内容并入本文中。
背景技术
虽然微生物、特别是抗热细菌孢子广泛用于食品加工，但是这些微生物经常会污染谷物、豆类(豌豆、黄豆和扁豆)、调味料和脱水蔬菜，从而导致损坏。污染这些干制食品原料的细菌孢子无法通过热处理(例如在食品加工厂蒸汽加工和煮沸)完全灭活。因此，需要对用于食品加工的干制原料去污以防止食品腐败和食源性疾病。包括利用环氧乙烷气体(EOG)烟熏、利用电离辐射放射、和利用过热蒸汽处理的去污技术已经被应用于一些干制食品原料。
然而，这些技术并不是没有缺点的。EOG烟熏在某些国家由于残留物的致癌作用而被禁止。利用伽马射线或电子束的放射可以以最小的质量改变有效灭活污染调味料和脱水蔬菜的细菌孢子，并且调味料的放射在20多个国家在商业上已经成熟。然而，除马铃薯之外的食物产品的放射在很多国家未被批准。用于去污的高剂量的放射不能应用于诸如大米和小麦的谷物，因为电离辐射引起诸如脂肪和淀粉分子的组分的氧化和降解，这会导致诸如面条和年糕的谷物制品的味道和口感品质劣化。放射还引起食品中的化学变化，从而产生未放射食品中存在的未知物质。这些物质被称为“辐射分解物”。然而，任何处理都引起食品中的化学变化。例如，热处理或烹饪产生被称为“热解产物”的化学品，这些热解产物已经被发现以反映由烹饪产生的化学品。
利用过热蒸汽处理是在日本广泛用于对干制原料去污的唯一方法。然而，过热蒸汽有时会引起脱水蔬菜和药草的味道和颜色变化。
随着最近包括COVID-19的大规模流行病的出现，比在这种致命病毒出现之前甚至更加强调要去除空气传播的病原体。如现在所充分证明的，通过载液滴病毒的呼出而导致的人与人之间的感染是传染的最常见的方式。
发明内容
根据本发明的目的，如本文所实施的和广泛描述的，用于破坏停留在谷物或干制食品的表面上的微生物的方法的实施方式，所述谷物或干制食品处于具有表面的容器中，所述方法包括：将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述容器的表面上，以用于使处于所述容器中的所述谷物或干制食品处于空中；以及将具有第二振幅的第二周期性振动激励应用到所述容器的表面上，以用于使所述处于空中的谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；由此通过所述处于空中的谷物或干制食品的碰撞而破坏所述微生物。
在本发明的另一方面中，根据本发明的目的，用于破坏停留在谷物和干制食品的表面上的微生物的方法的实施方式，所述方法包括：将谷物或干制食品放置在移动传送带的表面上；将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述传送带，以用于在所述传送带的表面上方形成所述谷物或干制食品的流化床；以及将具有第二振幅的第二周期性振动激励应用到流化的所述谷物或干制食品，以用于使所述谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；由此通过所述谷物或干制食品的碰撞破坏所述微生物。
在本发明的又一方面中，根据本发明的目的，用于破坏附着到空气传播的颗粒上的病原体的方法的实施方式，所述方法包括：使空气沿选定方向流动；在第一体积的空气流中产生具有第一波长的第一周期性声波；反射所述第一体积的空气流中的所述第一周期性声波，使得产生具有所选择的第一分离距离的平行波节平面的第一驻波模式，由此产生具有附着到其上的病原体的所述空气传播的颗粒的集群，所述集群在流动的空气中移动；以及在第二体积的空气流中产生具有第二波长的第二周期性声波；反射所述第二周期性声波，使得在所述第一体积的空气流下游产生具有大于所述所选择的第一分离距离的所选择的第二分离距离的平行波节平面的第二驻波模式，由此产生具有附着到其上的病原体的所述空气传播的颗粒的集群之间的大量碰撞；使得通过所述集群的碰撞破坏所述病原体。
在本发明的又一方面中，根据本发明的目的，用于破坏停留在谷物和干制食品的表面上的微生物的装置的实施方式，所述装置包括：传送带，所述传送带具有放置有谷物或干制食品的槽形承载侧、以及由至少一组3个滚筒槽形空转轮支撑的下侧，每个空转轮具有轮轴、以及至少一个头部滑轮和至少一个尾部滑轮，所述至少一个头部滑轮被供电使得所述传送带移动；第一振动源，所述第一振动源用于将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述至少一组3个滚筒槽形空转轮，以用于在所述传送带的表面上方形成所述谷物或干制食品的流化床；以及具有第二振幅的周期性振动激励的第二源，用于使流化的所述谷物或干制食品振动，以使所述谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；由此通过所述谷物或干制食品的碰撞破坏所述微生物。
本发明的益处和优点包括但不限于，提供了一种用于通过使用声音使较大颗粒之间产生大量碰撞以及利用微生物的机械易碎的外膜，破坏微生物(例如附着到较大颗粒的病毒)的装置和方法。
附图说明
并入说明书并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是用于使用对引发保持谷物的容器中的振动有效的两个超声频率成批处理谷物以破坏表面微生物的装置的实施方式的侧面透视图的示意性表示。
图2描述了图1中的装置在原理证明中的用途的实施方式；在针对选定时间段所选择的频率处对感染样本进行声透射之后，冲洗谷物，培养细菌并对细菌进行计数，将结果与作为对比集的没有被声透射的另一谷物样本进行比较。
图3A是用于连续处理谷物以破坏表面微生物的传送系统的实施方式的横截面的示意性表示，在该传送系统中，滚筒被布置在传送带下方，使得在传送带倚靠在多组滚筒上的同时传送带保持开放的凹形，所述传送带适用于容纳谷物，使得谷物由传送带从一个位置运送到另一个位置，而图3B是用于通过引起传送带振动以及谷物在流化床上浮动来产生谷物或任何其他种类的喂养材料的流化床的两种类型的偏心滚筒的横截面的示意性表示；大功率和高频声源被布置在传送带上以用于使浮动的谷物彼此碰撞。
图4是用于使用声换能器向传送带提供外部振动的另一实施方式的横截面的示意性表示，圆柱形滚筒不向传送带提供振动。
图5是用于破坏空气传播的病原体的装置的实施方式的侧视图的示意性表示，其中，空气中附着有病毒的小颗粒通过使用高频(在约60kHz与约100kHz之间的范围内)而聚集在具有小深度的第一矩形声腔室中，而深度大于第一矩形声腔室的第二矩形声腔室在低频(在约20Hz与约200Hz之间的范围内)下振动，以使聚集的颗粒碰撞。
具体实施方式
A、成批破坏干制食品谷物中的微生物：
通常认为，由于大部分污染干制食品原料的微生物存在于食品表面，因此内部不需要暴露于热量、气体或辐射来去污。使用振动表面来使待去污的多层谷物振动，从而该振动表面形成流化床，谷物在该流化床上有效浮动在空中，同时持续彼此碰撞(流化床是在一定量的固体颗粒物质处于适当条件下以形成表现为流体的固体/流体混合物时发生的物理现象。)。这种碰撞不会在食品中产生化学变化，因此对食品的味道没有不利影响。观察到来自上方的单个振动源在产生这种碰撞条件方面不是非常有效。碰撞的有效性通过使用与干净的谷物混合的染色谷物来确定。谷物染色扩散的程度是碰撞过程和过程进展的有效性的快速可视化表现。在高频下(60kHz至80kHz之间)，顶部的谷物材料屏蔽下部的谷物。在从下方对谷物进行声透射时也是如此。在6kHz至15kHz之间的频率范围内，只有从下方进行声透射但是没有显示出循环时才能使谷物床流化(上升到空中)。在约20Hz至约80Hz之间的最低频范围内，谷物中具有固定模式循环，但是具有谷物的很小运动或无运动的隔离范围。预期杀菌效果与碰撞数量有关；因此，低频对于实践应用来说被认为是无法接受的缓慢。为了解决这些问题，使用双重扫频系统。
被发现有效的系统采用低频摇动器/循环平台以及高频谷物碰撞部。可以使用任何振动源，而不限于使谷物样本中的谷物循环所采用的低频扬声器。发现扬声器的方波电激励是有效的，因为其产生协助消除没有激励发生的区域的高次谐波。此外，为了避免谷物振动或循环的固定模式，方波频率以线性方式在各种速率下在约20Hz与约100Hz之间改变，通常周期为2s，占空比为20％-50％(以下示例中使用50％)。该频率范围对于所使用的谷物有效，对于其他谷物可能会变化。中频(在约6kHz与10kHz之间)压电式换能器附接到轻质塑料谷物容器并直接位于该容器下方。使用插入的热电偶来测量谷物的温度。
对于非侵入性的成批处理，谷物可以被保持在腔室内部，使得材料在处理期间保持在所选择的腔室内部。如上所述，振动频率可以为约10kHz。可以采用频率调制或其他手段使得在谷物中不产生驻波模式，因为在波节区域中的谷物不会经受很多碰撞。然而，任何周期性波形、可变或固定频率都可以以不同的效率使用。此外，谷物在微生物破坏期间应保持在空中，使得谷物碰撞不会减弱。系统的温度不需要被控制，因为由于振动和碰撞而产生的任何热量都有助于微生物破坏过程。腔室内部的温度使用热电偶来测量并且发现在谷物处理期间不会升高超过4℃。然而，温度升高取决于激励的持续时间。
如果谷物经受几百万次的碰撞，则由于一个谷物对另一个谷物的物理影响而使谷物表面上的微生物破裂的可能性非常大。此外，对于具有尖锐边缘的谷物，应促进破坏过程。
现在将详细参照本发明的当前实施方式，这些实施方式的示例在附图中示出。在附图中，相似的结构将使用相同的附图标记标识。能够理解，附图被呈现以用于描述本发明的特定实施方式的目的，而不意图限制本发明。现在转到图1，所示出的是用于非侵入性成批处理谷物12以破坏表面微生物的装置10的实施方式的横截面的示意性表示。谷物放置在轻质塑料容器或腔室14中，该轻质塑料容器或腔室14具有盖子16以及置于振动表面20上的底部18。振动表面20可以本身是换能器，或者由换能器22驱动，响应于来自周期性波形发生器24所选择的信号由放大器26放大到选定电压，振动表面20用于谷物12一旦在空中就摇动谷物12。换能器22是中频(在约6kHz至10kHz之间)压电式盘状换能器，额定功率为100W。谷物的温度使用插入的热电偶来测量。已经发现例如10kHz的几十kHz的频率可以引起谷物之间的许多碰撞。对于具有较小体积和质量的谷物，较高频率(高达100kHz)更有效。
振动表面28可以本身是换能器，或者被换能器30驱动，响应于来自周期性波形发生器32的所选择的信号由放大器34放大到选定电压，振动表面28用于使谷物12循环或搅动谷物12，使得谷物12有效地处于空中。表面20置于刚性结构36上，作为示例，刚性结构36可以包括由塑料或金属构成的圆柱形或圆锥形，并置于表面28上。如上所述，已经发现几十Hz的频率可以在容器14中的谷物12中产生流化床状态，由此谷物被反复从容器14的底部18弹出，有效地处于空中，并且同时在来自换能器22和30的振动的结合的影响下持续彼此碰撞。可以对来自周期性波形发生器32的信号进行扫频。在本装置中，振动表面28包括额定功率为30W的中档扬声器(高音扩音器)，该中档扬声器产生约2mm至5mm的位移，振动表面28用以使谷物样本中的谷物循环，但是本发明不限于所使用的扬声器。发现方波电激励在消除谷物中没有激励发生时的固定的驻波振动模式或循环模式方面有效，因为其产生高次谐波。此外，为了避免谷物振动或循环中的固定模式，方波频率在约20Hz至约100Hz之间以线性方式在各种速率下改变，通常周期为2s且占空比为50％。
放大器26和34(来自Pyle的Pro PT-2000单元)具有80kHz的带宽并且额定功率高达350W。具有34901A、20通道复用器和T型热电偶的Agilent(安捷伦)34970A数据采集开关单元(图1中未示出)用于温度测量。
图2描述了图1中的装置在原理证明中的用途的实施方式。在步骤38中，谷物在被放置40在处理容器或腔室14中之前，利用已知量的微生物(在该情况下为细菌)污染谷物。在所选择的频率下进行声透射42选定时间段之后，谷物被冲洗44，细菌被培养46并且在培养之后进行计数48所选择的时间段，并且将结果与对比集的未进行声透射的另一谷物样本进行比较50。以下示例示出了本发明的成批处理方法的实施方式。
示例1
由4g小麦粒在容器12的底部18上形成厚度约为1/4英寸(in)的层。预期5至10层厚能够有效运作。然后，利用猪霍乱沙门氏菌(14028，来源：BD诊断系统，产品名称：BDBBLTMQualiSwabTMQuality Control Organism)根据用于污染谷物的ITOCHU程序人为污染谷物。将相同的样本污染作为用于比较的对比样本。所使用的振动频率、振幅、FM调制等不是最优的，但是谷物对谷物的多种影响明显产生。然后，一个样本经受图2中所描述的振动去污方法10min。对比样本没有进行声透射。在声透射之后，两个样本都利用蒸馏水冲洗并被培养。每个测试重复三次，并且所报告的数字的单位是CFU(菌落形成单位)。第一列显示来自对比样本的计数，第二列显示成批谷物声透射的结果。
所应用的低频振动为2s的在28Hz至72Hz之间的线性扫频方波、具有2mm至5mm之间的位移，而高频振动为2s的在6kHz至9kHz之间的15V峰到峰线性扫频方波，给出如下结果：
Figure BDA0004003691900000071
示例2
制备第二次培养的沙门氏菌细菌，并且分别感染第二批谷物。
所应用的低频振动为2s的在37Hz至58Hz之间的线性扫频方波、具有2mm至5mm之间的位移，而高频振动为2s的在6kHz至9kHz之间的15V峰到峰线性扫频方波，给出如下结果：
Figure BDA0004003691900000081
B、连续破坏干制食品谷物中的微生物：
如以上所讨论的，谷物中成批病原体的破坏是两个过程的结合：(1)通过在低频下使表面振动来在该表面上产生谷物的流化床，以及(2)然后在高得多的频率下使谷物振动使得各个谷物可以与相邻的谷物碰撞。为了连续处理非常大量的谷物，类似的方法可以应用于在槽形传送带上输送的谷物。
典型的传送系统包括由各种类型的橡胶和聚合物制成的槽形带，该槽形带通过通常为环状的机动化驱动轮或滑轮(在图3A或图4中未示出)在滚筒上移动。图3A是传送系统52的实施方式的横截面的示意性表示，在该传送系统52中，空转滚筒54a-54c被布置在带56下方，使得在带56倚靠在多组滚筒54a-54c上的同时带56保持开放的凹形，带56适用于容纳谷物12，使得谷物12由带56从一个位置运送到另一个位置。基部28支撑一系列竖直滚筒支撑件60a、60b、和62a、62b，支撑件60a和62a保持空转滚筒54a在其上旋转的轮轴64a，支撑件62a和62b保持空转滚筒54b在其上旋转的轮轴64b，并且支撑件62b和60b保持空转滚筒54c在其上旋转的轮轴64c。
为了产生谷物或任何其他种类的供给材料的流化床，带56被振动。图3B是两种类型的偏心滚筒54a-54c的横截面的示意性表示，当滚筒旋转时滚筒表面的顶部振荡，随之实现带56的适当振动。滚筒54具有椭圆形形状并具有中心定位的圆柱形孔66，该圆柱形孔66适于容纳轮轴64a-64c之一，由此表面68在两个高度之间周期性移动。所示出的具有适于容纳轮轴之一的偏心圆柱形孔66的圆柱形滚筒58具有类似的作用。因此，当带56经过这些滚筒中的任一者时，都引起带56振动，由此使得谷物12悬浮在带56上方一小段距离。
高功率和高频(几十kHz，例如20kHz)声源68布置在带56上方，并且由波形发生器24和功率放大器26驱动。波形发生器24决定高频源的频率以及其波形特性，并且由微控制器70控制。高频声波迫使浮动谷物彼此碰撞。可以存在沿带56放置并且以各种角度布置的多个这种源，使得每个体积的谷物12被处理多次以确保有效减少病原体。
图4是用于向带56提供外部振动的另一实施方式的横截面的示意性表示。由声频率源32通过放大器34驱动并且由微控制器70控制的换能器30附接到支撑滚筒54a-54c的固定装置或表面28。在该实施方式中，滚筒54a-54c是圆柱形的并且具有沿其圆柱轴线的轮轴孔66。尽管示出声换能器附接到表面28，但不限于该位置，而是也可以附接到竖直滚筒支撑件60a、60b、和62a、62b。具有高功率输出的声源是市场上可买到的并且用在饮食业。低频振动源也是市场上可买到的。
C、破坏空气传播的病原体：
在正常的室内空气(例如，Class ISO 9)中，存在大量各种类型的颗粒，包括灰尘、花粉、细菌等。如表格中所看到的，最大数量的颗粒的尺寸>0.5μm。如果空气中存在病原体，例如细菌或病毒，则这些病原体由于静电电荷、流体动力学引发的吸引力、范德华力、和多种其他力、以及随机碰撞而附着到其他颗粒。当空气利用低频(例如，约20kHz)声音振动时，振动振幅较大，并且颗粒可以与另一颗粒有效碰撞。因此，为了破坏(灭活)这些病原体，携带病原体的颗粒之间增多的碰撞而产生的机械冲击起到了重要作用。通常，诸如Covid-19(长度为0.125μm；直径为0.085μm；具有0.020μm长的峰值)的病毒和其他病毒是机械脆弱的并且这些病毒的外膜可以轻易破裂，由此灭活这些病毒。
表格
Figure BDA0004003691900000101
以上呈现的破坏微生物的实施方式可以被修改并且扩展到破坏空气传播的病原体。对于空气传播的病原体，使这些物体相当于在空中的流化床(如同谷物一样)的步骤是不需要的，因为这些物体已经是自由漂浮的。另一方面，小颗粒尺寸和病毒尺寸需要预处理过程，其中使得小颗粒聚集成小集群，由此表现为较大的颗粒，因为小颗粒夹杂在空气中并且因此随气流移动。
本发明的该实施方式应用众所周知的声辐射力(ARF)以首先将空气传播的颗粒移动到谐振器腔室中的驻波波节平面，由此形成小集群。由于声波而在颗粒上产生的力Fa可以表示为：
Figure BDA0004003691900000102
其中，Po为压力幅度，k为波数，λ为波长，t为时间，x为在换能器和反射器内的局部位置，Vp为颗粒体积，βf为流体压缩率，以及Φ为材料常数。参见例如K.Yosioka和Y.Kawasima,“Acoustic Radiation Pressure on a Compressible Sphere”,Acustica,第5卷,第167-173页,1955。
当常数Φ为正时，力将朝向波节推动颗粒，当Φ具有相反符号时，力将使颗粒朝向波腹移动。材料常数Φ通过如下表达式获得：
Figure BDA0004003691900000103
其中，βf和βp分别为流体介质(空气)和颗粒的材料压缩率。参见例如L.A.Cruz,“Acoustic Force on a Liquid Droplet in an Acoustic Stationary Wave”,J.of theAcoustical Society of America,第50卷,第157-163页,1971。
从等式(1)可以看出，声力与颗粒的体积成比例，因此较大颗粒经历较大的力。颗粒声聚集的主要驱动是声信号的性质，即声频率、声强度和停留时间。通常，超声范围内的较高频率对于亚微颗粒的颗粒聚集表现更好，而较低频率对于微米范围内的颗粒有效，因为小颗粒以低频夹杂在空气中并随着空气移动。这些颗粒不会碰撞也不随着声波震动。虽然看上去显然要使用高频来破坏空气传播的病原体，但是有两个问题要考虑。第一，>200kHz的高频在空气中严重衰减，因此用于设置驻波以导致颗粒聚集的装置必须使用较短的距离和较小的几何尺寸。例如，在25℃、50％的湿度、和10kHz的条件下，空气中的声吸收为0.131dB/m，相比之下，300kHz的条件下为17.4dB/m。此外，对于实际设备来说停留时间太长，一种实际设备为具有相当数量的空气流动流量的设备。第二，声力较小并且小颗粒之间的碰撞不是非常有效。大颗粒在这些高频下变得稳定，并且不再从其平衡位置移动。因此，大颗粒之间具有很少的碰撞。
一种有效方法是两步处理法。转到图5，示出了用于破坏空气传播的病原体的装置80的侧视图的示意性表示。在高频(在约100kHz至约500kHz范围内)下在具有一定深度(2cm)84的第一矩形声腔室(20cm x 15cm)82中完成空气的预处理。使用风扇88驱动空气86在入口90处进入声腔室82。声波由压电式换能器92产生，压电式换能器92与声腔室82的一侧94振动连通，压电式换能器92由波形发生器24通过放大器26驱动，并且由电子设备70控制，而对侧96用作反射器使得在声腔室82内部产生平行波节平面的驻波模式。波节平面之间的分离与空气中应用的声音的波长(例如，在340kHz处波长为1mm)有关。声腔室的尺寸基于驱动换能器的大小。较大的矩形换能器或利用同一驱动信号驱动的多个较小换能器可以适应较大的声腔室。该高频预处理的目的是产生承载附着到颗粒的病原体的那些颗粒的集群，这些集群然后相当于较大的颗粒。在当颗粒移动靠近在一起时的聚集过程期间，存在次级声力，该次级声力有助于碰撞过程以及有助于将颗粒结合在一起。第一声腔室82对于病原体破坏或灭活不是非常有效，尽管一定量的灭活可能取决于病原体。
第二矩形声腔室98的深度100大于第一矩形声腔室82(高达2.5倍，取决于所使用的低频以及所应用的声功率)，但具有与声腔室82几乎相同的体积，用以使空气流量保持相当恒定。过渡构件102连接腔室82和98，以减少空气扰动。与腔室98的一侧106振动连通的低频换能器(在约5kHz至约50kHz的范围内)104由波形发生器107通过放大器34驱动并由电子设备70控制，并在腔室98中产生声波。对侧108用作反射器使得在腔室98内部产生平行波节平面的驻波模式。波节平面的间距(例如，在10kHz处为3.4cm)比腔室82中的间距大得多。腔室98的配置基于所期望的装置的流速来选择。
诸如Arduino或Raspberry Pi电子板之类的可编程电子控制设备70可以用于控制双重输出波形发生器107。双重输出波形发生器107的每个通道的振幅和频率可以被编程；因此，用于装置80的高频输出信号和低频输出信号由波形发生器107分别通过功率放大器26和34提供，每个通道一个功率放大器以分别驱动换能器92和104。
调节针对两个腔室所应用的振动频率使得由于腔室82中较大的声力，小集群更有效地聚集以形成较大颗粒。腔室98是大量颗粒间碰撞发生的地方，因为这些颗粒在从其原始位置移动之后趋于积聚在少量的波节平面上。在腔室98中，颗粒随着所应用的声波而振动，并且与其最近的邻居颗粒碰撞。例如，在10kHz下，颗粒将每秒钟碰撞几乎10000次。为了改善病原体灭活，如果需要，则可以加长腔室98(病原体处理长度)，因为腔室长度决定了停留时间，这取决于流速。
作为示例，腔室82和98、以及过渡构件102可以包括金属，诸如钢、黄铜、或铜。换能器92和104可以包括压电式换能器，但是可以使用任何产生在所需频率范围内的有效振动的换能器。换能器通常用环氧树脂胶合到腔室的外表面并使超过换能器表面积的一大部分腔室壁振动。尽管换能器92和104示出为单个换能器，但是如果需要，则可以使用多个换能器来覆盖大的表面积。
众所周知，热量能够摧毁大多数空气传播的病原体，包括各种类型的流感病毒。空气86的温度可以通过附接电热器110来提高，电热器110由腔室82和98中任一者或两者外部的温度控制器112来控制。排出病原体处理装置80的空气114可以由过滤器116进行过滤，以有效去除大于5μm的颗粒；不使用HEPA型的过滤器，因为该类型的过滤大幅降低流速。
上述本发明的描述已经被呈现用于说明和描述的目的而不意图是详尽的或将本发明限制于所公开的具体形式，并且显然，鉴于以上教导，许多修改和改变是可能的。选择并描述这些实施方式以最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够以各种实施方式最佳地利用本发明并作出适用于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围意图由所附的权利要求书来限定。

Claims (37)

1.一种用于破坏停留在谷物或干制食品的表面上的微生物的方法，所述谷物或干制食品处于具有表面的容器中，所述方法包括：
将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述容器的表面上，以用于使处于所述容器中的所述谷物或干制食品处于空中；以及
将具有第二振幅的第二周期性振动激励应用到所述容器的表面上，以用于使所述处于空中的谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；
由此通过所述处于空中的谷物或干制食品的碰撞而破坏所述微生物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括固定频率振动激励。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括扫频振动激励。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括方波。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在10Hz至100Hz之间对所述方波进行扫频。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括固定频率振动激励。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括扫频振动激励。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括方波。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在5kHz至100kHz之间对所述方波进行扫频。
10.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：在应用所述第二周期性振动激励的步骤期间测量空气温度。
11.一种用于破坏停留在谷物和干制食品的表面上的微生物的方法，包括：
将谷物或干制食品放置在移动传送带的表面上；
将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述传送带，以用于在所述传送带的表面上方形成所述谷物或干制食品的流化床；以及
将具有第二振幅的第二周期性振动激励应用到流化的所述谷物或干制食品，以用于使所述谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；
由此通过所述谷物或干制食品的碰撞破坏所述微生物。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括固定频率振动激励。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括扫频振动激励。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一周期性振动激励包括方波。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在10Hz至100Hz之间对所述方波进行扫频。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括固定频率振动激励。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括扫频振动激励。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述第二周期性振动激励包括方波。
19.如权利要求18所述的方法，其中，在5kHz至100kHz之间对所述方波进行扫频。
20.如权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：在应用所述第二周期性振动激励的步骤期间测量空气温度。
21.一种用于破坏附着到空气传播的颗粒上的病原体的方法，包括：
使空气沿选定方向流动；
在第一体积的空气流中产生具有第一波长的第一周期性声波；
反射所述第一体积的空气流中的所述第一周期性声波，使得产生具有所选择的第一分离距离的平行波节平面的第一驻波模式，由此产生具有附着到其上的病原体的所述空气传播的颗粒的集群，所述集群在流动的空气中移动；以及
在第二体积的空气流中产生具有第二波长的第二周期性声波；
反射所述第二周期性声波，使得在所述第一体积的空气流下游产生具有大于所述所选择的第一分离距离的所选择的第二分离距离的平行波节平面的第二驻波模式，由此产生具有附着到其上的病原体的所述空气传播的颗粒的集群之间的大量碰撞；
使得通过所述集群的碰撞破坏所述病原体。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述第一周期性声波的频率在约100kHz至约500kHz之间。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述第二周期性声波的频率在约5kHz至约50kHz之间。
24.如权利要求21所述的方法，在空气中产生所述第二周期性声波的步骤之后，还包括如下步骤：过滤所述空气。
25.如权利要求21所述的方法，在空气中产生所述第一周期性声波的步骤之前，还包括如下步骤：加热所述空气。
26.一种用于破坏停留在谷物和干制食品的表面上的微生物的装置，包括：
传送带，所述传送带具有放置有谷物或干制食品的槽形承载侧、以及由至少一组3个滚筒槽形空转轮支撑的下侧，每个空转轮具有轮轴、以及至少一个头部滑轮和至少一个尾部滑轮，所述至少一个头部滑轮被供电使得所述传送带移动；
第一振动源，所述第一振动源用于将具有第一振幅的第一周期性振动激励应用到所述至少一组3个滚筒槽形空转轮，以用于在所述传送带的表面上方形成所述谷物或干制食品的流化床；以及
具有第二振幅的周期性振动激励的第二源，用于使流化的所述谷物或干制食品振动，以使所述谷物或干制食品经受提高的彼此之间的碰撞；
由此通过所述谷物或干制食品的碰撞破坏所述微生物。
27.如权利要求26所述的装置，其中，所述第一振动源包括振动换能器，所述振动换能器适于使所述至少一组3个滚筒槽形空转轮振动以及由驱动功率放大器的频率源供电。
28.如权利要求26所述的装置，其中，所述第一振动源包括不同圆心的滚筒或用于所述至少一组3个滚筒槽形空转轮中每个滚筒的偏心轮轴。
29.如权利要求27所述的装置，其中，所述第一周期性振动激励包括固定频率振动激励。
30.如权利要求27所述的装置，其中，所述第一周期性振动激励包括扫频振动激励。
31.如权利要求30所述的装置，其中，所述第一周期性振动激励包括方波。
32.如权利要求31所述的装置，其中，在10Hz至100Hz之间对所述方波进行扫频。
33.如权利要求26所述的装置，其中，所述第二周期性振动激励包括固定频率振动激励。
34.如权利要求26所述的装置，其中，所述第二周期性振动激励包括扫频振动激励。
35.如权利要求34所述的装置，其中，所述第二周期性振动激励包括方波。
36.如权利要求35所述的装置，其中，在5kHz至100kHz之间对所述方波进行扫频。
37.如权利要求26所述的装置，还包括用于测量所述传送带的表面上方的空气温度的温度测量设备。
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