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KR20100015776A - 밀폐형 폐쇄 용기 내 액체의 살균 - Google Patents

밀폐형 폐쇄 용기 내 액체의 살균 Download PDF

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KR20100015776A
KR20100015776A KR1020097021995A KR20097021995A KR20100015776A KR 20100015776 A KR20100015776 A KR 20100015776A KR 1020097021995 A KR1020097021995 A KR 1020097021995A KR 20097021995 A KR20097021995 A KR 20097021995A KR 20100015776 A KR20100015776 A KR 20100015776A
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KR
South Korea
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liquid
electric field
heating
conduit
transport
Prior art date
Application number
KR1020097021995A
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Inventor
알렉산드르 자바드트세프
파벨 코울릭
Original Assignee
오푸스 인더스트리 에스아
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Publication date
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Application filed by 오푸스 인더스트리 에스아 filed Critical 오푸스 인더스트리 에스아
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Abstract

본 발명은 멸균되어질 액체를 포함하는 밀봉된 용기를 멸균하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 상기 용기를 상기 용기들이 외부 유체의 흐름에 담겨지게 하는 처리 구역에 수송하는 단계; 전자기파에 의해 멸균되어질 상기 액체를 20 ℃ 내지 66 ℃의 처리 온도(T)로 초당 28 ℃보다 더 큰 속도로 체적 가열하는 단계; 상기 액체를 가열하는 동안 상기 용기를 교반하는 단계; 및 상기 처리 온도(T)에 의존하여, 상기 액체의 가열 단계 후 상기 액체를 즉시 또는 잠시 후 펄스로 교류 전기장에 노출시키는 단계를 포함한다.

Description

밀폐형 폐쇄 용기 내 액체의 살균{Sterilisation of liquids in hermetically closed vessels}
본 발명은 밀봉된 용기에 포함된 액체를 살균하는 방법, 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
산업 분야에서 일반적으로 채택되는 멸균 방법 중 하나는 용기가, 시간당 수천 개 용기의 속도로, 몇 분 동안 90℃ 내지 130℃의 온도에서 전형적으로 패킷("배치")으로 처리되는, 오토클래이브(autoclave)에 의한 것이다. 그러나, 이들 온도에서의 멸균은 상기 처리된 생성물의 성질(색, 맛, 냄새, 생물리학적, 생화학적 및 다른 성질)을 실질적으로 변형시킬 수 있다. 일반적인 열 멸균 방법에 있어서, 온도 증가는 천천히 영향을 미치게 되어, 이는 미생물들이 상기 온도 증가에 적응하고 더욱 저항성을 갖게 한다.
전기장을 적용하여 수성 액체를 멸균하는데 필요한 온도 임계치를 감소시키기 위한 방법은 미국특허 제4,695,472호 및 유럽특허 제1328167호에 개시된다. 그러나 미국특허 제4,695,472호에 개시된 방법은 오로지 액체 흐름의 멸균에 관한 것이고 이는 액체로 채워진 병 또는 다른 용기의 멸균에는 채택될 수 없다. 지름 약 10 센티미터인 병에 적용되는, 상기 제안된 전기장 크기는 균일하게 생성 및 적용 하기 어려운, 매우 높은 전압을 요구한다.
유럽특허 제1328167호에, 액체로 채워진 병 또는 다른 용기의 멸균 방법이 개시된다. 상기 생성물에 전기장에 의한 가열 및 초음파 진동 작용을 동시에 적용하여 멸균 임계치 온도 Ts를 제한하는 것이 제안된다. 그러나 이러한 기술은 한편으로는 다른 미생물들이 주파수 및 크기의 함수로서, 초음파 진동에 대한 다른 민감도를 갖기 때문에, 다른 한편으로는 상기 용기 체적 전체에 걸쳐 초음파 진동을 균일하게 적용하는 것이 매우 어렵기 때문에, 실질적으로 비효율적이라는 것이 입증되었다.
또한, 알려진 전기천공(electroporation)을 통한 멸균 방법에 의하면, 멸균되어지는 액체 체적 내의 온도 및 전기장의 불균형을 야기하는, 가열의 신속성 및 상기 용기들의 형태 때문에, 액체를 포함하는 밀봉 용기 처리의 뛰어난 균일성을 달성하기가 어렵다. 이들 불균형을 보상하고 액체 체적 전체에 걸쳐 신뢰할 수 있고 비가역적인 미생물의 파괴를 보장하기 위해, 평균 온도 및/또는 상기 전기장의 크기 또는 적용 시간은 증가될 수 있다. 그러나, 이의 결과는 상기 액체의 성질의 변성을 증가시킬 수 있다.
가열하는 동안, 상기 용기 내의 압력은 증가하고, 특히 플라스틱 물질로 구성된 병 또는 다른 용기의 경우, 상기 용기의 비가역적 변형이 수반될 수 있다. 상기 전기장에 의한 멸균 방법의 이점은 일반적인 열 살균 방법에 비해 온도 및 멸균 시간을 낮추는 것이다. 또한 내부 압력의 증가로 인해 영향(effect)을 더 감소시키기 위해 온도 및 처리 시간을 감소시키는 이점도 있다.
용기의 고온 멸균 분야에서 압력 보상을 위한 장치는 영국특허 제390768호, 미국특허 제2909436호, 프랑스특허 제1436405호 및 프랑스특허 제2035678호에 개시된다. 이들 시스템에 있어서, 상기 내부 압력은 상기 용기들이 담겨진 액체 컬럼의 높이에 의해 결정되는, 상기 용기 주위의 액체의 압력에 의해 보상된다. 또한 이 액체는 상기 용기의 내용물을 가열하여, 상기 멸균 방법을 상대적으로 느리게 하여, 상기 용기 내의 음식의 성질을 변성시키는 부정적인 결과를 야기한다. 또한 상기 방법은 일반적인 열 살균 온도에서 크리프(creep)에 대한 저항성이 가파르게 감소하는 플라스틱으로 된 PET 병 또는 다른 용기들의 멸균에서는 의도되지 않을 뿐만 아니라 적합하지도 않다.
본 발명의 목적은 높은 온도를 견디지 못하는 플라스틱 또는 다른 물질들로 구성된, 식품 산업에 유용한 크기 및 형상을 갖는 용기들을 포함하는, 밀봉 용기에 포함된 액체를 멸균 또는 살균할 수 있는, 산업적인 처리 속도로 효율적이고, 효과적이며 신뢰성이 있는 멸균 또는 살균 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상기 방법을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 액체의 성질을 변성시키지 않고 또는 약간만 변성시키는, 식품 산업에 있어서 유용한 크기 및 형상을 갖는 용기를 포함하는 밀봉 용기에 포함된 액체를, 산업적인 속도로, 멸균 또는 살균하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
심지어 국부적으로라도, 70℃ 이상, 액체를 가열하지 않는, 바람직하게는 65℃를 넘지 않는 액체의 멸균 방법을 제공하는데 유리하다.
본 발명의 다른 목적은 식품 산업에 유용한 다른 크기 및 형상을 갖는 밀봉 용기에 포함된 액체를 멸균 또는 살균하는 장치를 제공하는 것이다. 이는 밀봉된 용기에 포함된 액체를 산업적인 속도, 및 낮은 비용으로 처리하는 장치를 제공하는데 유리하다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항에 따른 멸균 방법 및 청구항 제11항 내지 제21항에 따른 장치에 의해 현실화된다.
본 발명에 따른, 멸균되어질 액체를 포함하는 밀봉된 용기를 멸균 또는 살균하는 방법은, 상기 용기를 상기 용기가 외부 수송 유체의 흐름에 담겨지는 처리 구역으로 수송하는 단계; 상기 멸균되어질 액체를 20℃ 내지 66℃의 처리 온도(T)까지 초당 28℃보다 더 큰 속도로 체적 가열하는 단계; 상기 액체를 가열하는 동안 상기 용기를 교반하는 단계; 및 상기 처리 온도(T) 값에 의존하여, 상기 액체를 가열한 후 즉시 또는 잠시 후 상기 액체를 펄스로 전기장에 노출시키는 단계로서, V/cm 단위의 상기 전기장 크기(E)는 T가 섭씨 단위의 상기 처리 온도인 하기 방정식이:
C(T) ≤ log (E+1) ≤ B(T)
하기 값을 만족하도록 선택되는 것인 단계를 포함하는 방법을 포함한다.
B(T) = -2.340 x 10-5 T3 + 1.290 x 10-3 T2 - 3.110 x 10-2 T + 5.0
C(T) = -4.503 x 10-5 T3 + 2.888 x 10-3 T2 - 5.900 x 10-2 T + 4.0
매우 놀랍게도, 본 발명자들은 상기 액체를 초당 28℃보다 더 큰 속도로, 매우 빠르게 재가열함으로써, 미생물을 파괴하기 위해 적용된 전기장이 알려진 방법에 비해 가파르게 감소될 수 있다는 것을 발견하였다. 이 경우, 64 내지 66 ℃의 처리 온도 값에서, 상기 전기장의 크기는 심지어 제로(0)일 수 있다. 다시 말하면, 만약 상기 액체가 초당 28℃ 이상으로 모든 부분에 체적 가열되면, 64℃ 이상의 처리 온도를 갖는 임의의 경우에서, 상기 액체의 효율적이고 신뢰할 수 있는 멸균은 상기 전기장에 대한 임의의 노출을 요구하지 않고, 더 낮은 온도에서는, 멸균은 일반적으로 제안되는 것보다 훨씬 낮은 크기의 전기장에 대한 노출에 의해 수행될 수 있다.
멸균 효율에 관한 가열 속도의 중요성 때문에, 균일한 체적 가열은 액체 체적의 전체가 신속하게 가열되는 것을 보장하기 위해 매우 중요하다. 이를 위해, 상기 액체는 교반되거나 난류화되고 체적의 재가열은 고주파 또는 마이크로파로 수행된다. 고주파 또는 마이크로파에 의한 가열은 비-균일 가열을 야기하는 "핀치(pinch)" 효과의 문제점을 피하기 위해, 전류에 의한 저항성(ohmic) 가열을 최소화하면서, 상기 물 분자들의 교반에 의한 가열을 확보하게 한다. 상기 복사(radiation)의 주파수는 1000 kHz 이상이 바람직하다.
상기 전기천공에 의한 처리를 위한 전기장은 바람직하게는 교류하고 펄스에 의해 공급되며, 상기 교류 장의 주파수는 바람직하게는 100 kHz 내지 1000 kHz이다.
식품 생산물 및 특히 음료, 또한 약학 및 의학 생산물에 대해 위험성을 나타내는 대부분의 미생물과 관련하여, 온도 증가에 대한 상기 미생물의 적응 메카니즘은 상기 가열 단계 전체에 걸친 초당 28℃ 이상의 가열 속도에서는 이루어지지 않는다.
상기 액체 온도의 매우 빠른 증가에 의한 상기 미생물 막의 열적 스트레스는 막에 스트레스의 상기 영향을 진동시키기 위하여 선택된 주파수를 갖는, 상기 교류 전기장의 영향에 의한 스트레스에 더해지고, 결과적으로 이들 막이 받는 국부적인 최대 스트레스를 증폭시킨다. 이 조합은 전기천공에 의한 상기 미생물 파괴를 위한 상기 전기장 에너지의 더 나은 집중(concentration)을 가능하게 하여, 열로의 전기 에너지 손실을 최소화하고 그에 따라 상기 미생물의 비가역적 파괴에 필요한 전력을 최소화시킨다. 이는 더 큰 체적의 처리를 가능하게 하고 멸균되어질 액체의 성질을 변성시키는 붕괴(breakdown) 및 국부적인 가열 문제를 더 쉽게 피할 수 있게 한다.
상기 전기장 펄스(들)에 의해 처리되어질 상기 액체에 공급되는 총 열 에너지(calorific energy)는 유리하게는 매우 낮을 수 있고, 특히 0.05 J/cm3보다 낮을 수 있다.
따라서 본 발명의 이점은 수성 용액 내, 특히 특히 밀봉된 용기 내에서 다량으로 발견되는 세포의 파괴 또는 집단적 전기천공의 비가역적 작동을 상대적으로 약한, 심지어 제로(0)인 전기장으로, 매우 신속하게 그리고 66 ℃ 이하의 온도에서 수행할 수 있다는 것이다. 이 경우, 1 내지 2초를 초과하지 않는 처리 시간 동안, 65 ℃를 초과하지 않는 온도에서, 무성(vegetative) 상태이고 포자 형태인 곰팡이 및 효모와 같은, 미생물의 비가역적 파괴를 수행할 수 있다는 것이 입증되었다.
이는 플라스틱 물질, 바람직하게는 PET로 구성된 용기 내에 내포되어 있고 열적 안정성을 위한 최대 온도가 70 ℃ 정도인 물-기반 생성물 또는 물을 포함하는 생성물, 특히 (통상의(flat) 미네랄 물, 맛이 가미된 물, 차, 과일 쥬스 및 이에 유래된 생성물, 우유 및 이에 유래된 생성물, 맥주와 같은) 음료를 장기간, 효율적으로 멸균화할 수 있다.
체적 가열은 고주파 전자기파 또는 마이크로파에 의해 수행될 수 있다. 용기 주위에 흐르는 가열된 유체의 흐름은 대류성 열 교환을 통해, 상기 용기 내의 균일한 온도 장(field)의 획득을 증가시킨다. 또한, 상기 용기 및 그 내용물의 가열에 의해 정압을 점차 증가시킴으로써, 상기 생성물의 가열과 연관된 상기 용기 내 압력 증가의 보상이 가능하고, 결과적으로 상기 용기의 소성 변형(plastic deformation)을 막는다.
상기 용기에 봉입된 생성물을 빠르게 가열하는 것은 상기 용기 물질의 유전 특성이 물을 포함하는 상기 생성물의 그것과 실질적으로 상이하기 때문에 온도의 불균형을 발생시킨다. 이는 상기 생성물에서 발생된 전력(power) 밀도가 상기 용기 물질에서 발생된 것보다 훨씬 크다는 것을 의미한다. 초당 30 ℃ 이상의 가열 속도에서, 온도 차이는 10℃ 이상에 도달할 수 있고, 구배(gradient)는 센티미터당 1,000 ℃ 이상일 수 있다. 상기 비-균일성은 상기 용기 벽의 두꺼운 영역, 예를 들어 상기 병의 목(neck) 및 바닥(bottom)에서 증폭된다. 이 위치에서 상기 멸균 방법은 불완전해지는 위험성이 존재할 수 있다.
상기 벽의 가열은 거의 열 전도 및 대류에 의해서만 일어나기 때문에, 상기 온도 장(field)의 비-균일성은 열 전도 및 대류에 의해, 한편으로는 가열 동안 상기 용기를 교반함으로써, 또 다른 한편으로는 상기 용기 내 액체에 원하는 온도와 동일한 또는 조금 높은(예를 들어, 1 내지 2℃) 온도까지 가열된 외부 유체 흐름(액체 또는 기체)에 상기 용기를 담구는 것에 의해 열 교환을 강화함으로써, 감소된다.
상기 용기에 대한 유체 흐름의 상대 속도는 상기 용기에 대한 유체의 열 흐름의 강도 및 상기 액체와 이를 포함하는 용기 벽 사이의 국부적 온도 차이를 결정한다. 예를 들어, 차(tea)로 채워진 1/2-리터 PET 병을 (평균) 20 ℃로부터 65 ℃까지 마이크로파에 의해 초당 28 ℃로 상기 병을 가열하면서, 67 ℃의 물 흐름에 담굼으로써, 상기 멸균부에서 초당 0.42 미터의 상기 병의 통과 속도 및 67 ℃에서 초당 1.2 미터의 물 흐름 속도에 대해, 균일한 온도 장(+/-0.5℃)이 거의 1초 내에 얻어졌다.
바람직하게는, 상기 용기를 교반하는 동시에, 상기 용기가 담겨진 유체 흐름은 난류화된다.
유리하게는, 상기 동일한 멸균부는 상기 용기의 내용물 및 상기 외부 액체 흐름을 가열하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 교류 전기장은 상기 가열 단계에 뒤이어 1 내지 2 초의 중지 이후에 적용된다. 이러한 중지는 열 전도 및 대류에 의해 온도를 균일하게 한다. 본 발명에 따른 멸균 방법에 있어서, 상기 액체의 가열 단계는 상기 전기장 펄스 또는 펄스들과 동시에 일어날 수 있다.
상기 열 펄스의 작용 영역은 상기 전기장 펄스 영역으로부터 이격되어 있는 것이 유리하다. 예를 들어, 전이 구역(a transit zone)이, 상기 액체의 중심 부분 및 주변 부분 간의 온도 차이가 1℃를 초과하지 않도록, 상기 전기장은 제로(0) 또는 무시할 수 있는 영역과 상기 온도 장(field)이 상기 액체 체적 내에 고르게 분포하는(even out) 영역인, 상기 두 영역 사이에 삽입될 수 있다. 상기 처리되어질 액체는 상기 액체 가열 단계와 상기 전기장 적용 단계 사이에서 상기 언급된 중지 동안 이러한 전이 구역을 통해 통과한다.
도 1은 본 발명에 따른 처리 온도 및 전기장의 크기 사이의 관계를 도시한 그래프를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 전기장 펄스를 도시한 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 멸균 방법을 수행하는 장치를 나타낸다.
도 4a는 제1 구체예에 따른 전기장 분배 장치를 나타낸다.
도 4b는 제2 구체예에 따른 전기장 분배 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 멸균 방법을 수행하는 장치를 나타낸다.
도 6a는 (비원형 단면을 갖는 병의 경우) 봉인 장치를 포함하는 도관의 부분을 나타낸다.
도 6b는 도 6a의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 6c는 본 발명의 일 구체예에 따른 봉인 장치를 포함하는 도관 부분을 나타낸다.
도 6d는 본 발명의 일 구체예에 따른 봉인 장치의 벽을 나타낸다.
도 6e는 본 발명의 일 구체예에 따른 봉인 장치의 일부를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 용기에 대한 수송 도관의 일 부분의 단면도이다.
도 8a 내지 8g는 본 발명의 대안적인 구체예에 따른 멸균 방법을 수행하는 장치 내에 밀봉된 용기에 의해 취하여진 경로를 도식적으로 나타낸다.
본 발명의 다른 목적 및 유리한 측면은 첨부된 도면을 참조하여, 실시예를 통해, 하기 나타낸 청구범위 및 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 멸균 방법은 상기 처리되어질 액체를 20 ℃ 내지 66 ℃의 처리 온도(T)로, 초당 28 ℃보다 더 큰 속도로, 1 MHz보다 더 큰 주파수를 갖는 전기장에 의해 가열하는 단계를 포함한다. 상기 처리 온도(T) 값에 의존하여, 상기 액체는 상기 액체를 가열한 후 즉시 또는 잠시 후 펄스로 교류 전기장에 노출되는 것으로서, V/cm 단위의 상기 전기장의 크기(E)는 T가 섭씨 단위의 상기 처리 온도인 경험적인 방정식이:
C(T) ≤ log (E+1) ≤ B(T)
을 만족하도록 선택되는 것이다.
B(T) = -2.340 x 10-5 T3 + 1.290 x 10-3 T2 - 3.110 x 10-2 T + 5.0
C(T) = -4.503 x 10-5 T3 + 2.888 x 10-3 T2 - 5.900 x 10-2 T + 4.0
이러한 관계는 도 1의 그래프에 의해 도시된다.
B(T)는 본 발명에 따른 생성물의 산업적인 멸균(pasteurization) 조건 하에서 물-기반 액체를 멸균 또는 살균하기 위해 적절하게 필요한 전기장 크기의 상한을 나타낸다.
C(T)는 그 이하에서는 생성물의 품질 및 보존 또는 소비자 또는 개체의 건강에 위험성을 나타내는 모든 전형적인 미생물의 파괴가 이루어지지 않는 전기장 크기의 하한을 나타낸다.
A(T)는 그 이하에서는 본 발명에 따른, 생성물의 품질 및 보존 또는 소비자 또는 개체의 건강에 위험성을 나타내는 전형적인 미생물을 포함하는 물-기반 생성물의 멸균이 일어나지 않는, 상기 전기장 크기의 하한을 나타낸다.
예를 들어, A(T)에 따른 액체 멸균에 필요한 전기장 값은
T = 65℃인 경우, E = 약 0 V/cm
T = 60℃인 경우, E = 약 102 V/cm
T = 50℃인 경우, E = 약 103 V/cm
T = 40℃인 경우, E = 약 5.103 V/cm
T = 30℃인 경우, E = 약 104 V/cm
T = 20℃인 경우, E = 약 5.104 V/cm
이러한 관계는 파괴되어질 미생물(세포) 및 상기 액체 성질의 함수로서 경험적으로 구체화될 수 있는 오로지 제1 추정치를 제시하는 것이 명백하다.
상기 교류 전기장 펄스의 양상은 시간 t1, t2 및 t3로 표시되어 도 2에 도시된다.
상기 전기장의 진동은 바람직하게는 본질적으로 정현파(sinusoidal)이지만, 다른 형태를 취할 수 있다.
상기 교류 전기장 펄스의 특성 및 형태는 상기 미생물 막의 전기천공을 최대화하고 전류가 열로 손실되는 것을 감소시키도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 상기 전기장의 진동 기간 t1은 바람직하게는 하기 값을 갖는다.
t1 > 1 ㎲ (10-6 초)
이러한 지속 기간 전에는, 상기 미생물은 상기 전기장의 진동에 영향받지 않는다.
일정한 전기장의 크기에 대하여, t1이 커질 수록, 매질의 유한한 전기 저항성을 고려하면, 상기 가열된 매질을 통한 진동 전류의 통과에 수반하는 저항성 가열에 기인한 전류 손실은 더욱 커진다. 음료로 채워진 플라스틱으로 된 용기를 고주파 전류로 가열하는 경우, 이들 손실을 최소화하기 위해, 상기 주파수를 100 kHz 로, 또는 t1을 10 ㎲로, 바람직하게는 5 ㎲로 제한하는 것이 매우 유리하다.
따라서 이는 t1에 대한 하기 제한 조건이다.
1 ㎲ < t1 < 10 ㎲
진동 전기장 펄스의 지속 기간 t2는 상기 전기장의 진동 기간 t1보다 더 크다.
t2 > t1
t2의 상한 값은 전해질(electrolyte) - 음료는 특정 예이다 -의 전기적 저항성이 온도 상승과 함께 감소된다는 사실에 의한 열적 교란(perturbation) 영역을 전체적으로 가열함으로써 결정된다. 이 경우, 상기 전류는 상기 전기장 벡터를 따르는 방향으로 다소 원통형 영역에 항상 집중될 것이다. 그 후 이들 영역은 빠르게 수축하여, "핀치(pinch)" 효과에 의해 자극된다. 이들 구역의 온도는 지수적으로 상승하고, 그 결과 수용할 수 있는 국부적 가열, 또는 붕괴를 초래한다.
이들 스트레스는 t2에 대한 하기 제한 관계를 야기시킨다.
t2 < c. dT. R/E2
상기 c, dT, R, E는 각각 비열(specific heat), 제한 온도 차이, 상기 매질의 저항성, 및 상기 전기장의 크기이다.
음료와 같은 수성 매체의 전기적 저항성은 10 옴(Ohm.m)을 초과하지 않고 dT < .5 도에 대한 c = 4 메가J/ m3.도 및 E = 1000 kV/m이라는 실험적 사실을 고려하면, t2는 하기와 같다.
t2 < 20 ㎲
지속 기간 t3는 전기장의 두 펄스들 사이의 시간차(time lapse)이다. 이는 바람직하게는 상기 수력학적 난류의 펄스에 의한 저항성 가열 교란의 보상 시간보다 더 크다.
만약 v가 수력학적 불안정성의 특성 속도(characteristic speed)이고 L이 그 크기이면, 상기 보상 조건은 하기와 같다.
t3 > L/v
본 발명에 따르면, 음료로 채워진 봉인된 병의 멸균의 경우, t3 > 0.001 초가 제시되어, L > 0.003 m 및 v < 1m/s이다.
상기 t3의 상한은 처리된 용기 당 하나 이상의 펄스를 갖는다는 조건으로 제시된다. 이 경우 t3 < LL/vv이고, 여기서 LL은 상기 전기장을 가로지르는 그 이동 방향의 상기 용기의 특성 차원(characteristic dimension)이고, vv는 그 속도이다.
0.5ℓ, LL = 0.3 m 및 vv > 1 m/s인 병의 멸균의 전형적인 경우에 대하여, t3는 하기와 같다.
t3 < 0.3 초
만약 액체 흐름 t3 < LLL/vvv로 처리되면, 상기 LLL은 상기 전기장의 적용 구역의 길이이고, vvv는 이 구역을 통한 흐름의 속도이다.
LLL = 0.3 m 및 vvv > 1 m/s의 전형적인 경우, t3는 하기와 같다.
t3 < 0.3 초
본 발명에 따른 멸균 방법에 있어서, 상기 액체의 가열 단계는 전기장의 펄스 또는 펄스들과 함께 동시에 발생할 수 있다. 실질적으로, 먼저 상기 액체에 상기 가열 펄스를 적용하고, 그 후 전기장의 펄스 또는 펄스들을 적용하는 것이 더 유리하다. 이러한 중지는 상기 용기의 액체-고체 계면을 경계짓는 층(layer) 영역을 포함하는, 상기 액체의 모든 영역들이 상기 전기장의 적용 이전에 본질적으로 동일한 온도를 획득하도록, 상기 멸균되어질 액체의 온도 장을 더욱 균일하게 분포하는데(evening out) 유용하다.
만약 x가 상기 경계 층의 특성 두께(0.3 mm 이하)인 경우, 상기 중지 지속 기간 tp는 바람직하게는 하기보다 더 크다.
tp = (d.c.x2)/z
여기서 d, c 및 z는 각각 상기 멸균되어질 액체의 밀도, 열용량(thermal capacity) 및 열전도도이다. 대부분의 적용에 있어서 이러한 중지 지속 기간은 1 내지 2초를 초과하지 않는다.
몇몇 적용에 있어서 상기 열 펄스의 작용 구역을 상기 전기장 펄스의 구역으 로부터 분리시키는 것이 유리하다. 예를 들어, 전이 구역은 상기 액체의 중심 및 주변 부분 간의 온도 차이가 1℃를 초과하지 않도록, 상기 전기장이 제로(0) 또는 무시할 수 있는 영역과 상기 온도 장(field)이 상기 액체 체적 내에 고르게 분포하는 영역인 상기 두 구역 사이에 삽입될 수 있다. 상기 처리되어질 액체는 상기 액체의 가열 단계 및 상기 전기장의 적용 단계 사이의 상기 언급된 중지 기간 동안 이러한 전이 구역을 통해 통과한다.
도 3 및 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 방법을 수행하는 장치를 도시적으로 나타낸다.
상기 장치(1)는 상기 처리되어질 액체의 수송 시스템(2), 상기 처리되어질 액체의 체적 가열 부분(4) 및 펼스 형태의 전기장 적용 부분(5)를 포함한다.
상기 수송 시스템(2)은 유입부(6), 수송 도관(7), 및 유출부(8)을 포함한다. 상기 용기들은 표준 컨베이어(33)에 의해 안내될 수 있고 상기 도관(7)의 컬럼부(7a)에서 버켓 체인(bucket chain)(또는 임의의 다른 동일 메카니즘)에 놓일 수 있다.
또한 상기 수송 시스템은 상기 처리되어질 액체(3)를 포함하는 밀봉 용기(11)가 담겨질 상기 수송 액체(10)의 순환을 위한, 펌핑 시스템(9a, 9b)을 포함한다. 유리하게는 상기 수송 시스템은 상기 펌핑 시스템(9a, 9b) 및 상기 수송 액체의 재순환을 위한 시스템에 각각 맞춰진, 열 회로(12a) 및 냉 회로(12b)를 포함할 수 있다. 상기 열 회로는 상기 가열 및 전기장 적용 부분을 가로질러 상기 용기를 수송하고 상기 유입부에 근접하여 복귀 도관(13a)을 통해 상기 수송 도관(7)으 로 상기 수송 액체를 복귀시킨다. 또한 상기 냉 회로(12b)는 상기 유출부(8)에 근접한 위치와 상기 열 및 냉 회로를 분리하는 계면(14) 사이에서 상기 수송 도관(7)을 상호연결하는 펌핑 시스템(9b) 및 복귀 도관(13b)를 구비한다.
유리하게는 상기 계면(14)은 상기 도관(7)의 부분(section)에 병치된(juxtaposed) 유연성 및 탄력성(flexible and elastic)이 있는, 예를 들면 고무로 된, 복수 개의 벽(15a)을 포함하는 하나(또는 그 이상)의 봉인 장치(15)를 포함하고, 상기 하나(또는 그 이상)의 봉인 장치(15)는 개구부(15b) 및 그들이 변형되는 경우 상기 처리되어질 용기의 외관에 맞게 되도록 설계된 중앙 개구부를 갖는 복수 개의 병치된 유연성 벽(15a)을 포함한다(도 6a 및 6b 참조). 이런 식으로, 상기 용기들은 상기 열 회로 및 냉 회로 사이의 봉인을 이루는 것에 참여한다.
유리하게는 상기 벽(15a)은 상기 벽이 상기 용기의 형태 및/또는 치수의 모든 불규칙성에 용이하게 맞춰 지도록 자유롭게 변형될 수 있는 복수 개의 페탈(petal)(54), 유리하게는 6 내지 12개의 페탈, 예를 들어, 8개의 페탈을 포함한다. 상기 페탈은 환형인 벽(annular wall)에서 축 슬롯(axial slot)(55)에 의해, 또는 그렇지 않으면 복수 개의 구분되는 부품(distinct pieces)에 의해 형성될 수 있다.
유리하게는 상기 벽의 중앙 개구부(15b)는 상기 벽이 처리되어질 용기의 상이한 외관에 용이하게 맞춰 지도록, 실질적으로 형상은 원형이다. 이런 식으로 상기 벽의 형태를 상기 용기의 외부 형상에 맞출 필요는 없다. 유리하게는 상기 중앙 개구부의 지름은 상기 용기의 몸체의 가장 작은 횡단면의 최소 차원보다 작고, 그 에 따라 상기 봉인 장치가 최대로 봉인되도록 한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 봉인 장치는 도 6c에 도시된다. 이 변형체에 있어서, 상기 봉인 장치(15)는 상기 도관(7) 내에 있는 상기 봉인 장치(15)의 길이에 걸쳐서 위치되어 있는 유연성 및 탄력성이 있는 봉인 벽(15a)의 여러 군(several groups)(50)을 포함한다. 각각의 벽들의 군(50)은 복수 개의 유연성이 있는 봉인 벽(15a), 유리하게는 2 내지 6개의 벽, 바람직하게는 3 또는 4개의 벽을 포함한다(도 6d 및 6e). 상기 일 군의 봉인 벽(50)의 벽들(15)은 상기 용기가 내부에서 이동하고 금속 또는 몇몇 다른 경질(rigid)로 된 분리 고리(51)에 의해 서로로부터 이격되어질 수 있는 인클로저(enclosure)에 고정되고, 그들의 외연(periphery)에 의하여 서로 고정된다. 유리하게는 일 군(50)의 벽들 사이의 거리는 벽들의 두께, 예를 들어 0.5 mm 내지 3 mm 값, 예를 들어 약 1 mm와 유사하다. 상기 벽들 사이의 이러한 공간은 상기 벽(15a)의 유연성이 있는 하부의 자유로운 이동을 쉽게 한다.
상기 일 군의 봉인 벽들(50) 중에서 유연성이 있는 벽은 상기 벽의 페탈(54)(도 6d의 벽(2) 참조)이 상기 인접 벽의 페탈(54)에 대해 방사상으로 이동할 수 있도록, 상기 인접 벽에 대해 방사상으로 이동한다(도 6d의 벽(1 및 3) 참조). 바람직한 일 구체예에 있어서, 상기 벽은 상기 페탈(54)을 형성하는 슬롯(55)이 서로에 대해, 방위 면(azimuthal plane)에서 최대 거리에 위치되도록, 상기 인접한 벽에 대해, 방사상으로 이동한다. 용기가 상기 일 군의 벽들(50)의 유연성이 있는 벽을 통해 통과하는 경우 상기 용기는 상기 용기의 횡단부의 형태에 맞춰지도록 페탈을 구부러지게 한다. 상기 벽의 페탈은 상기 도관의 액체의 압력 뿐만 아니라 상 기 페탈의 탄성(flexion)에 의해 생성된 힘에 의해 상기 용기 표면에 압축된다. 상기 페탈을 형성하는 슬롯이 일치하지(coincide) 않기 때문에, 상기 용기의 표면에 대해, 서로에 대해 강하게 압축된 일 군의 벽(50)은 매우 높은 수력학적 저항성을 제공한다. 따라서, 상기 그룹화된 벽들의 페탈은 상기 봉인 장치를 통한 수송 액체(10)의 이동을 막고 동시에 상기 도관을 따라 상기 용기의 이동에 대한 저항성을 최소화하는, 상기 용기와 상기 벽(15a) 사이에 효과적인 봉인을 형성한다.
상기 용기의 표면에 대한, 서로 압축된 벽들의 페탈에 의해 구성된 수력학적 저항성은 상기 봉인 장치의 반대 측면들(상기 도관(7)에 있는 상기 장치의 유입부 및 유출부)에 있는 유체 및 상기 페탈의 탄성력 사이의 총 압력 차이의 증가와 함께 증가한다. 따라서, 상기 봉인 효과는 자가-조절되고, 이는 일반적인 봉인의 경우와는 다르다.
도 6c에 도시된 변형물에 있어서, 유리하게는 상기 봉인 장치는 탄력성 및 유연성이 있는 봉인 벽(15a)의 3 이상의 군(50), 예를 들어 3 내지 20개의 벽의 군, 바람직하게는 5 내지 10개의 벽의 군을 포함할 수 있다. 상기 탄력성 및 유연성이 있는 벽의 군(50)은 예를 들어 금속 또는 다른 물질로 구성된 고리 형태인, 분리기(52)에 의해 분리되고 볼트(58) 또는 다른 고정 메카니즘에 의해 위치 고정된다. 두 개의 벽의 군들 사이의 거리는 유리하게는 5mm 내지 40mm, 예를 들어, 5mm 내지 20mm일 수 있다.
상기 봉인 장치의 길이에 걸쳐서 위치된 탄력성이 있는 봉인 벽(15a)의 몇몇 군을 갖는 상기 봉인 장치의 이러한 구성은 상기 도관을 따라 상기 용기들이 용이 하게 이동하도록 하는 동시에, 심지어 상기 용기의 길이에 걸쳐서 변하는 횡단면을 갖는 용기에 대해서도, 상기 열 회로 및 냉 회로 사이에 적절한 봉인을 보장한다.
또한, 복수 개의 페탈을 포함하는 탄력성 및 유연성이 있는 벽은 상기 용기의 형상 및 수치의 모든 불규칙성에 자동적으로 맞춰지고, 임의의 용기의 외관, 예를 들어 원형, 타원형, 사각형, 다각형 또는 다른 형태, 심지어 축상 대립이 없는 형태, 또는 상기 용기의 길이에 걸쳐서 균일하지 않은 횡단면을 갖는 용기(예를 들어, 원뿔형, 파동형, 임의의 형상)에 대하여 상기 봉인 장치의 적절한 봉인을 보장한다.
유리하게는, 본 발명의 봉인 장치는 각 용기의 형상에 대하여 봉인 벽 시스템을 변경시킬 필요없이, 다른 형상을 갖는 다른 용기와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 봉인 장치는 간단하고, 효율적이며, 낮은 비용으로 제조할 수 있다.
물론, 상기 봉인 장치는 상기 수송 도관을 따라 임의의 위치에 삽입될 수 있고, 상기 도관 구역을 분리할 수 있다. 또한 상기 봉인 장치는 완전히 다른 압력을 갖는 액체 구역을 분리하거나 다른 유체를 포함하는 도관 구역을 분리할 수 있다. 예를 들어, 공기와 같은 기체와 압축된 액체 사이 또는 두가지 다른 액체들 사이를 분리할 수 있다.
또한 봉인 장치(15)는 상기 수송 도관(7)을 따라 다른 위치, 예를 들어 상기 가열부(4)의 상류에 위치할 수 있다.
또한 상기 냉 회로 및 열 회로는 상기 수송 액체 및/또는 상기 처리되어질 액체로부터 열을 회수시키기 위하여, 상기 복귀 도관에 열 교환기(31, 32)를 포함할 수 있다.
상기 냉 회로는 상기 액체의 성질을 보존하기 위해 상기 처리될 액체의 온도를 빠르게 낮추고, 필요하다면, 플라스틱으로 된 용기의 변형 문제를 감소시킨다.
상기 가열부(4)는 열 에너지 생성기(37)에 의해 공급되는 열 펄스를 생성하는 시스템(35)을 포함한다. 상기 열 생성기는 예를 들어, 1 MHz보다 더 큰 주파수에서 작동하는 고주파 전기장의 생성기 또는 마이크로파동 생성기 형태일 수 있다. 상기 에너지는 동축 케이블 또는 도파관(16)에 의해 상기 생성기(37)로부터 상기 시스템(35)으로 전달된다. 상기 수송 도관(7)에 따라 병치된 방식으로 배열된 몇몇 생성기를 제공할 수 있다.
상기 전기장(5)의 적용 부분은 동축 케이블(19)에 의해 양극성 진동 전기장 펄스 생성기(18)에 연결된 양극성 진동 전기장 펄스 분배기(17)를 포함한다. 상기 언급된 것과 같이, 64℃ 이상의 처리 온도에서, 상기 전기장 적용 부분 없이도 이루어질 수 있다는 것이 지적되어야 한다.
상기 열 펄스(4) 및 전기장 적용 부분(5)은 열 처리 및 전기 펄스 처리 사이의 중지를 생성하는, 상기 도관(20)의 열적으로 절연된 전이 부분에 의해 분리된다. 유리하게는 이러한 중지는 상기 처리되어질 액체 및 그와 접촉하는 상기 고체 몸체의 표면 상에 상기 온도 장의 균일한 분배를 가능하게 한다.
도 3의 구체예에서, 상기 멸균되어질 액체는 상기 용기를 수송하기 위한 도관(7)에 흐르는 수송 액체(10)에 담겨진 용기(11)에 포함된다. 상기 용기는 예를 들어 음료 또는 액체 식품으로 채워진, 예를 들어 플라스틱 병일 수 있다.
또한 상기 멸균되어질 액체를 포함하는 용기를 도관 내의 액체와 다른 물질, 예를 들어 도관 내의 압축된 기체 흐름에 의해(상기 기체의 압력은 상기 용기 내에 압력을 보상하기 위해 선택되어, 가열에 의한 상기 용기의 임의의 변형을 피함), 또는 컨베이어 시스템과 같은 기계적 수송 메카니즘에 의해 가열 부분 및 상기 전기장 적용 부분을 경유하여 수송할 수 있다. 그러나, 액체에 의한 수송 시스템은 가열 단계 동안 및 상기 전기장의 적용 전의 중지 동안 상기 용기 주위의 온도 분배의 균일성을 탁월하게 하는 이점을 갖는다. 유리하게도 상기 멸균되어질 액체와 유사한 유전특성을 갖는 상기 수송 액체의 사용은 상기 멸균되어질 액체의 가열 뿐만 아니라 상기 멸균되어질 액체의 국부적 전기장의 적용의 조절을 탁월하게 한다.
유전 물질(dielectric material)로 구성된, 상기 용기는 유리 또는 플라스틱(예를 들어, PET 또는 다른 중합체)으로 구성된 병과 같은, 경질 용기의 형태일 수 있다.
하나 이상의 교반 장치(21)는 상기 수송 액체 및 상기 수송 액체에 위치된 상기 용기를 교반하기 위해 상기 시스템에 추가될 수 있다. 일 변형예에 있어서, 상기 교반 장치는 상기 도관의 벽에 배열된 하나 이상의 분사(노즐)(도시되지 않음) 및 상기 도관에 흐르는 수송 액체에 난류를 형성하는 유체를 주입하여 상기 액체의 온도 장을 균등하게 하기 위한, 상기 도관의 내부로의 개구부를 포함한다. 또한 상기 도관에서 수송되는 용기는 상기 용기 내의 상기 처리되어질 액체를 균일화하기 위해, 예를 들어 상기 수송 액체에 볼텍스류 (vortex flow) 형태의 제어 전류 에 의해 교반되거나 회전될 수 있다. 또한 교반 장치(21)는 멸균 또는 살균 처리 이후 상기 용기 내의 상기 액체의 냉각을 가속화하기 위해 상기 냉 회로 부분(12b)에 위치할 수 있다.
절연 물질(예를 들어, 석영)로 구성된 튜브(22)는 상기 도관 내의 액체를 가열하는 상기 전기장의 통로를 확보하기 위해 상기 도관에 장착된다.
온도 센서(23)는 상기 액체의 온도를 측정하기 위해 열 펄스를 생성하는 부분의 유입부, 상기 가열 구역에서, 이러한 구역의 유출부, 및 상기 도관의 전이 부분(20)의 유출부에 상기 도관을 따라 모두 배열된다.
전기장 센서(24)는 상기 전기장 적용 구역에 배열된다.
상기 장치의 일 구체예에 있어서, 예를 들어 상기 수송 액체의 흐름 속도를 변화시키기 위해 상기 도관의 단면(지름)을 변하게 함으로써, 상기 도관을 통해 통과하는 고체 몸체의 다양한 이동(displacement) 속도를 보장하는 메카니즘이 제공된다.
제1 변형물에 따르면, 전기장의 분배 장치는 도 4a에 도시된다. 이 변형물에 있어서, 상기 분배기는 상기 장 라인(field line)(26)에 의해 설명된 것과 같이, 상기 도관(7)을 통해(도 3) 횡방향으로 100kHz 내지 1000 kHz 사이의 주파수를 갖는 교류 전기장 펄스의 통과를 보장하기 위하여 상기 도관의 하나의 측면 상에 위치된 전극들(25a, 25b)을 포함한다.
특히, 상기 전기장은 상기 상부 전극(25a)으로부터 상기 하부 전극(25b)을 통과하고, 상기 두 개의 전극은 상기 도관에 밀봉적으로 통합된, (예를 들어, 석영 으로 구성된) 튜브(27) 내에 설치된다. 상기 전극들 사이의 거리 << a >>는 상기 용기(11)의 체적의 상기 횡방향 전기장의 가능한 가장 좋은 균일성을 보장하기 위해 경험적으로 최적화될 수 있다. 만약 상기 거리 a가 예를 들어 4 cm 정도이고, 1 내지 3 kV/cm의 효율적인 전기장 크기를 얻게 되면, 400 내지 1200 kV 정도의 전극들 사이에 전위차가 있을 수 있다.
도 4b는 제2 변형물에 따른 전기장 분배기를 도시한다. 이 변형물에 있어서, 상기 전기장의 펄스는 유도 시스템에 의해 생성되고 상기 전기장 라인(26)은 본질적으로 종방향(longitudinal)이다. 멸균되어질 액체를 포함하는 병과 같은, 용기(11)를 수송하는 수송 액체(10)인 물로 채워진, 상기 도관(7)은 상기 유도 시스템(25)의 몸체를 통해 통과한다. 상기 전기장 분배 장치는 코어(28) 및 연결부(30a, 30b)를 통해 공급기에 연결된 하나 이상의 1차 권선(primary winding)(29)이 설치된다. 상기 1차 권선의 양은 예를 들어 상기 수송 액체에 존재하는 상기 전기장을 측정함으로써, 경험적으로 결정될 수 있다.
도 3의 구체예에 있어서, 상기 용기(11)는 수송 액체(10)으로 채워진 상기 수송 도관(7)의 컬럼 부분(7a)에 깊이(H)까지 담겨진다.
상기 수송 액체의 컬럼은 온도 T > T1에 해당하는 경우 상기 컬럼의 높이(H)를 결정하는 하기 식 (2)에 따라 처리되어진 상기 액체를 가열하는 동안 상기 내부 압력을 보상하는 외부 압력을 가한다.
(2) H x d x g = (T2 / T1) x P1 - C + VP + VS
여기서, "H"는 처리되어질 용기가 담겨진 액체 컬럼의 높이이고;
"d"는 상기 외부 액체의 밀도이고;
"g"는 국부적인 중력가속도이고;
"P0"는 상기 장치로 도입되는 상기 용기 내의 상기 압축가능한 액체의 개시 압력이고;
"Vs"는 온도 T2 및 T1에서의 비압축성 액체의 포화 증기압 차이이고, 물의 경우, 예를 들어 T1 = 20 ℃인 경우, 상기 포화 증기압은 최소이고, Vs는 실질적으로 상기 온도 T2에서 물의 포화 증기압과 동일하며, 예를 들어, 만약 T2 = 65 ℃이면 Vs = 0.25 bar이다;
"C"는 (k x VV)와 동일하고, 상기 k는 온도 T2에서 상기 용기 물질의 체적 탄성(volumic elasticity)의 계수이고, VV는 상기 체적 변형이다.
"VP"는 상기 압축성 액체에 의한 상기 비압축성 액체의 포화시 변화에 기인한 내부 압력의 변이이다. VP는 온도 t2에서 실제 측정된 압력(real manometric pressure)과 압력 P2 = P0 x (T2 / T1) 간의 압력 차이로서, 상기 처리된 용기와 동일한 형태 및 체적을 갖는 (예를 들어, 유리로 구성된) 비-변형 용기에서 측정된다. 예를 들어 맛이 가미된 물(flavored water) 또는 우유와 같은, CO2가 포화되지 않은 음료의 경우, VP는 제로(0)에 가깝다. 보상은 C = 0인 경우 전체적이다.
상기 깊이(H)는 상기 용기가 담겨진 상기 외부 액체 매체의 밀도(d)를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 특히, 작은 치수(p)(p는 상기 용기의 특성 치수보다 훨씬 더 작아야만 한다) 그러나 상기 액체의 그것보다 더 큰 밀도의, 예를 들어 분말 형태인 고체 몸체가 이 액체에 첨가될 수 있다. 이러한 조치는 상기 고체 몸체에 의해 가해진 압력이 모든 방향에서 동일한 경우에만 효과가 있을 것이다. 이 경우, 상기 고체 몸체는 상기 평균 속도가 gp의 제곱근(square root)보다 더 큰 무질서(chaotic) 이동을 갖도록 제공되어야 하고, 이 경우 "g"는 국부적 중력 가속도이고, "p"는 상기 고체 몸체의 치수이며, 그의 특이적 량(specific quantity)(n)(체적 단위 당 고체 몸체의 양)은 원하는 밀도(d) 증가량에 해당한다.
이러한 조건을 만족하기 위해서, 질량(m)의 고체 몸체의 중력, 예를 들어 mg는 그의 관성에 기인한 임의의 벽 상에서 이러한 몸체에 의해 가해진 힘(F)보다 더 작아야만 한다. 만약 v가 무질서 이동 속도인 경우, 하기와 같은 F에 대한 크기 값이 얻어질 수 있다. F: F = m x (v/t), 이 경우 t = d/v인 경우, F = (mv2)/d이다. 따라서 F>>mg이 요구되며, 그러므로 v>>(gd)(1/2)이다.
만약 병들이 연속적으로 및 그들의 길이 방향으로 처리되면, 순서대로, 램(ram)(34)은 도관(7c)의 수평 부분으로 상기 병들을 보낸다.
일단 그들이 상기 도관(7b)의 유출부 컬럼 부분에 장착되면, 상기 용기들은 램 또는 컨베이어(33)으로의 다른 메카니즘에 의해 배출될 수 있다.
도 7에 도시된 변형물에 있어서, 상기 수송 도관(7)은 그들의 길이 방향으로 상기 도관의 유입부(7a)에 병들을 삽입하고, 상기 냉 회로 부분에 상기 도관의 유출부로 그들을 안내하도록 구성된 튜브 형태이다. 이러한 효과를 위해, 상기 튜브는 상기 도관의 수직 및 수평 부분 사이에서 전이를 보장할 만큼 충분히 큰 곡률 반경을 갖는다. 상기 용기들의 이동 방향으로의 상기 수송 액체의 순환은 이동 방향으로 가해지는 압력 뿐만 아니라 상기 용기 주위에 액체의 존재에 의해 생성되는 상승(아르키메데스 힘) 및 미끄러짐(lubrication)에 기인하여, 상기 도관을 따르는 상기 용기들의 이동을 촉진한다.
도 8a 내지 8g는 본 발명의 다른 구체예에 따른 상기 방법을 수행하는 장치의 수송 시스템(2)의 변형물을 도식적으로 도시한다.
도 8a에 도시된 변형물에 있어서, 상기 용기(11)는 표준 컨베이어(33)에 의해 안내되고, 표준 엘레베이터 시스템(40), 예를 들어 버킷(bucket) 체인, 또는 임의의 다른 동일 메카니즘에 의해 상기 수송 도관(7)의 유입부(41)까지 올려진다. 상기 용기는 마찰 장치(friction device), 예를 들어 롤러, 또는 다른 램 시스템(도시되지 않음)에 의해 상기 수송 도관(7)의 수직 컬럼(7d) 내로 밀린다. 상기 용기들은 상기 수송 도관으로 들어가고 상기 도관(7)에 흐르는 수송 액체(10)에 담겨지고 상기 수송 도관(7)을 통해 진행하여, 그 길이 방향으로 서로에 의해 밀린다. 상기 용기들은 상기 도관(43)의 유출부 방향으로 상기 용기의 흐름을 제어하는, 심지어 느려지게 설계된 다른 마찰 장치, 예를 들어 롤러, 또는 다른 램 시스템 또는 동등한 메카니즘(도시되지 않음)에 의해 상기 도관(7)의 유출부 컬럼(7e)으로부터 배출되고 배출 컨베이어(33) 상에 위치된다.
도 8b 내지 8c에 도시된 변형물에 있어서, 처리되어질 액체를 포함하는 상기 용기(11)는 상기 컨베이어(33) 상의 상기 수송 도관(7)의 유입부(41)에 직접 도달한다. 상기 용기는 상기 수송 도관(도시되지 않음)의 유입부(41)에 위치된, 마찰 장치, 예를 들어, 롤러, 또는 다른 램 시스템 또는 동일한 메카니즘에 의해 상기 수송 도관(7) 내로 밀린다. 상기 용기는 그의 길이 방향으로 상기 수송 도관의 제1 수직 부분(7d)으로 순서대로 들어가고, 상기 도관의 수직 부분(7b)의 정상까지 올라 가며, 상기 도관의 유입부(41)에서 상기 마찰 장치 또는 다른 램 시스템에 의해 발생되는 힘에 의해 밀린다.
상기 도관의 제1 수직 부분(7b)은, 상기 용기와 도관의 벽 사이의 마찰을 줄이고 상기 용기의 이동을 촉진하기 위하여 유체, 일반적으로 물을 상기 도관의 내부로 유입시키기 위하여, 상기 도관의 벽에 배열된, 예를 들어 하나 이상의 분사(노즐)(도시되지 않음) 및 상기 도관의 내부로의 개방부(opening)에 의하여 유리하게는 윤활된다.
유리하게는, 상기 분사는 상기 도관의 컬럼 부분(7d)을 접선 상향으로 향하게 한다. 상기 컬럼(7b)의 정상을 향하는 물 분사의 방향은 상기 용기를 회전하게 하고 중력에 반하여 상기 컬럼(7b)의 정상 쪽으로 향하게 하여 상기 컬럼(7d)에서 상기 용기의 수직 이동을 촉진한다.
상기 수송 도관(7)의 유출부(43)에서, 다른 마찰 장치, 예를 들어 롤러, 또는 다른 램 시스템 또는 동일한 메카니즘(도시되지 않음)은 상기 용기를 상기 도관으로부터 컨베이어(33)로 배출한다.
상기 수송 도관(7a 및 7b)의 수직 컬럼은 상기 시스템의 파라미터에 의해 정의되는 수준(46)까지 수송 액체로 채워진다. 상기 도관(7e)의 연장된 유출부의 존재는 상기 용기의 액체의 증가된 냉각을 허락한다.
유리하게도, 상기 유출부 도관(7e)의 수직 부분은 상기 병과 상기 도관 사이의 마찰을 줄이기 위한 유체, 일반적으로 물을 상기 도관으로 유입하게 하기 위하여, 상기 도관의 벽에 배열된 하나 이상의 분사(노즐)(도시되지 않음) 및 상기 도관의 내부로의 개방부를 포함한다. 유리하게는, 상기 분사는 상기 도관의 상기 부분(7e)에서 상기 용기의 이동 방향에 반대로 향한다. 상기 봉인된 용기의 이동 방향의 반대로 향하는 액체 분사는 상기 도관의 유출부(43) 쪽으로 상기 용기의 이동을 느리게 하여, 상기 도관의 유출부(43)에서 상기 마찰 장치 또는 램 시스템에 의해 생길 수 있는 정지력(braking force)을 감소시킨다.
도 8b의 수송시스템의 변형물은 도 8c에 도시된다. 상기 수송 시스템(2)의 이러한 대안 형태에 있어서, 상기 도관의 유입부(41) 및 유출부(43)의 위치는 상기 장치의 몇몇의 산업적인 적용에 유용한, 상기 장치의 전체 크기를 줄일 수 있게 한다.
도 8d에 도시된 수송 시스템(2)의 변형물에 있어서, 상기 수송 도관(7)의 유입부(41)는 상기 도관(7f)의 실질적인 수평 부분에 존재한다. 컨베이어(33)에 상기 도관(41)의 유입부에 도달한 용기(11)는 표준 조작 장치(도시되지 않음)에 의해 그의 측면을 향하게 하여 그의 길이 방향으로 상기 도관의 수평 부분(7f)으로 들어간다.
도 8d에 도시된 수송 시스템의 변형물은 도 8e에 도식적으로 도시된다. 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치의 수송 시스템의 다른 변형물은 도 8e, 8f 및 8g에 도시적으로 도시된다. 도 8f 및 8g에 도시된 수송 시스템의 변형물에 있어서, 상기 유출부 도관(7e)은 상기 용기가 상기 장치에서 배출되기 전에 상기 용기에 포함된 액체의 냉각 기간을 더 길게 하도록 연장된다.
그러나 또한 상기 수송 유체는 두 개의 기계식 에어로크를 경유하여 또는 두 개의 에어로크에 의해 상기 용기들이 오는 환경으로부터 분리된, 압축된 기체일 수 있고, 상기 압력은 내부 및 외부의 압력 차이를 보상하여 특히 상기 용기의 액체를 냉각하는 동안, 상기 용기의 변형을 제거할 수 있도록 점진적으로 변한다. 요약하면, 이렇게 특별한 경우에는, 높이(H) 및 밀도(d)를 갖는 담금 구역은 압축 구역으로 오게 되는 환경으로부터 상기 용기의 통로를 제공하는 에어로크에 의해 대체되고, 이러한 압력(Px)은 가열하는 동안 상기 용기에 발생하는 내부 압력(Pi)과 동일하다.
도 5의 구체예를 참조하면, 가열하는 동안 상기 용기에 발생하는 압력을 보상하기 위한 상기 도관의 수직 컬럼 부분의 높이는 상기 도관 부분(7c)으로 기체 또는 수송 액체를 주입하는 펌프(36a, 36b)에 의해, 상기 처리 부분(4, 5) 및 상기 냉각 회로를 통해 통과하는 상기 도관 부분(7c)에 압력을 생성하는 것에 의해 감소될 수 있다. 상기 언급된 것과 같은 봉인 장치(15)는 상기 도관(7c)의 압축 구역의 일방 측면 상에 배치된다.
압력계(manometer)는 상기 도관에서 압력을 조절하기 위해 전체 회로에 위치될 수 있고, 또한 퍼지 밸브(purge valve)는 상기 시스템으로부터 공기를 제거하거나 또는 상기 도관으로부터 액체를 비우기 위해 제공될 수 있다.
상기 용기의 통로를 허락하고 이러한 액체가 냉각된 구역으로부터, 가열된 상기 용기의 외부 액체 구역을 분리하는 기계식 에어로크, 또는 임의의 다른 에어로크 시스템 또는 압축에 대한 장벽으로서 역할을 수행하되 상기 용기를 통과하게 하는 종래 시스템(classic system)은 상기 봉인 장치(15)를 대체할 수 있다.
실시예:
신선하게 짜낸 오렌지 쥬스로 채워지고 비소크라미스 니베아(Byssochlamys nivea) 미생물로 오염된 봉인된 0.5ℓ PET 병의 오염제거. 처리는 도 3에 도시된 유형의 장치에서 수행했다.
▶ 미생물의 개시 농도: 3.6 내지 4.2 x 105 unit/㎖;
▶ 각 순환 동안 처리된 병의 양: 10;
▶ 개시 온도: 20 ℃;
▶ 처리 지속 시간: 3 초(수평 도관을 통한 통과);
▶ 가열: 마이크로파 1 GHz, 전력 180 kW (35 ℃/s) 및 45 kW (9 ℃/s);
▶ 전기장의 적용:
- 전기장의 진동 주파수: 180 kHz;
- 진동 배치의 지속 시간: 약(ca.) 0.02 ms;
- 진동 배치의 주파수: 15 Hz;
- t1 = 6 ㎲, t2 = 20 ㎲, t3 = 0.05 s;
- 펄스의 양: 180 KW의 경우 12 및 45 KW의 경우 각각 35 및 48;
▶ 생산성, 병의 선형 속도: 180 kW의 경우 0.4m/s 및 45 kW의 경우 0.1m/s.
장(field) 적용 구역의 길이: 0.3 m; 전기장 펄스의 적용 지속 시간: 0.75s;
결과:
전기장 (V/cm) 온도 성장 속도 ℃/s 처리 온도 ℃, +/-1℃ 시험 후 잔류 농도 (unit/㎖) 시험후 2개월 후 잔류 농도 (unit/㎖)
0 9 80 <1 케이스의 80%에서 <1
0 9 65 5 내지 20 -
0 35 65 <1 케이스의 100%에서 <1
0 35 62 120 내지 1500 -
30 35 62 <1 케이스의 95%에서 <1
0 35 60 약 104 -
100 35 60 <1 케이스의 100%에서 <1
0 35 55 약 3-4×105 -
600 35 55 <1 케이스의 100%에서 <1
2. 사과 쥬스로 채워지고 사카로마이세스 세레비아제(Saccharomyces cerevisiae) 효모 및 아스퍼질러스 니가(Aspergillus Niger) 곰팡이로 오염된 0.5ℓ PET 병의 선택적 오염제거. 처리는 도 2에 도시된 유형의 장치에서 수행했다.
▶ 사카로마이세스 세레비아제(Saccharomyces cerevisiae)의 개시 농도: 1.2-3.1 x 105 unit/㎖;
▶ 아스퍼질러스 니가(Aspergillus Niger)의 개시 농도: 1.5-4.2 x 105 unit/㎖;
▶ 각 순환 동안 처리된 병의 양: 10;
▶ 개시 온도: 20 ℃;
▶ 처리 지속 시간: 3 초(수평 도관을 통한 통과);
▶ 가열: 마이크로파 1 GHz, 전력 180 kW (35 ℃/s) 및 45 kW (9 ℃/s);
▶ 전기장의 적용:
- 전기장의 진동 주파수: 180 kHz;
- 진동 배치의 지속 시간: 약 0.02 ms;
- 진동 배치의 주파수: 15 Hz;
- t1 = 6 ㎲, t2 = 20 ㎲, t3 = 0.05 s;
- 펄스의 양: 180 KW의 경우 12 및 45 KW의 경우 각각 35 및 48;
▶ 생산성, 병의 선형 속도: 180 kW의 경우 0.4m/s 및 45 kW의 경우 0.1m/s.
장(field) 적용 구역의 길이: 0.3 m; 전기장 펄스의 적용 지속 시간: 0.75s;
결과:
전기장 (V/cm) 온도 성장 속도 ℃/s 처리 온도 ℃, +/-1℃ 시험 후 잔류 농도 (unit/㎖) Sacch.cer. 시험후 잔류 농도 (unit/㎖) Asp.niger
0 9 70 2.8 .101 5 .102
0 35 70 <1 <1
0 9 65 1.5 .103 1.8 .103
0 35 65 <1 <1
65 9 60 5.2 .101 3.7 .101
65 35 60 <1 <1
120 9 60 3 - 5 6 - 8
120 35 60 <1 <1
120 9 50 3.2. 104 2.2. 103
120 35 50 7.2.101 5 - 6 .101
1020 9 50 2.7 .102 1.0 .102
1020 35 50 <1 <1
2540 9 45 3 -5 1.1.101
2540 35 45 <1 <1

Claims (27)

  1. 밀봉된 용기에 포함된 처리되어질 액체를 멸균 또는 살균하는 방법으로서, 상기 용기를 상기 용기가 외부 수송 유체의 흐름에 담겨지는 처리 구역으로 수송하는 단계; 상기 처리되어질 액체를 20 ℃ 내지 66 ℃의 처리 온도(T)로, 초당 28 ℃보다 더 큰 속도로 체적 가열하는 단계; 상기 액체를 가열하는 동안 상기 용기를 교반하는 단계; 및 상기 처리 온도(T) 값에 의존하여, 상기 액체를 가열한 후 즉시 또는 잠시 후(slightly after) 전기천공(electroporation)에 의한 처리를 위해 상기 액체를 전기장에 노출시키는 단계로서, V/cm 단위의 상기 전기장 크기(E)는 T가 섭씨 단위의 상기 처리 온도인 하기 방정식이:
    C(T) ≤ log (E+1) ≤ B(T)
    하기 값을 만족하도록 선택되는 것인 단계를 포함하는 방법.
    B(T) = -2.340 x 10-5 T3 + 1.290 x 10-3 T2 - 3.110 x 10-2 T + 5.0
    C(T) = -4.503 x 10-5 T3 + 2.888 x 10-3 T2 - 5.900 x 10-2 T + 4.0
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기천공에 의한 처리를 위한 전기장은 100 kHz 내지 1000 kHz의 진동 주파수로 교류하고, 펄스로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기장 펄스 또는 펄스들에 의해 상기 처리되어질 액 체에 공급되는 총 열에너지(calorific energy)는 0.05 J/cm3 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전기장의 일 펄스의 적용 지속 시간은 10 내지 100 마이크로초이고 상기 전기장 펄스들의 반복 주파수는 10 내지 100 Hz인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기천공에 의한 처리를 위한 전기장의 인가는 상기 액체의 가열 단계 후에 수행되고 그 후 상기 전기장이 제로(0) 또는 무시할 정도인 휴지기(pause)를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 속도는 초당 30 ℃보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수송 유체는 물 또는 물-기반 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수송 액체는 상기 용기 주위를 회전하면서 난류화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 구역에서 발생되는 정압(static pressure)은 펌핑 및 에어로크(airlock) 시스템에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 구역에서 발생되는 정압은 상기 용기 처리 구역 위로 상승하는 상기 외부 유체를 구성하는 액체의 컬럼에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 밀봉된 용기에 포함된 물-기반인 또는 물을 포함하는 처리되어질 액체를 멸균 또는 살균하는 방법을 수행하는 장치로서, 상기 처리되어질 액체(3)의 수송 시스템(2); 1 MHz보다 큰 주파수로 작동하는 파동 생성기를 포함하는 상기 처리되어질 액체의 체적으로 가열하기 위한 가열부(4) 및 펄스로 전기장을 인가하기 위한 적용부(5)를 포함하는 장치로서, 상기 수송 시스템은 수송 유체의 흐름이 순환하는 수송 도관(7, 7'), 및 상기 가열부에 근접하여 상기 수송 유체를 교반 또는 난류화하기 위한 수단을 포함하고, 상기 가열 시스템은 초당 28 ℃보다 큰 속도로 상기 가열부를 통해 통과하는 상기 용기의 액체를 20 ℃ 내지 66 ℃의 처리 온도(T)로 가열하도록 구성된 것이고, 상기 펄스로 전기장을 인가하기 위한 적용부(5)는 상기 액체를 가열한 후 즉시 또는 잠시 후 전기 충격(electroporation)에 의한 처리를 위한 전기장을 생성하도록 구성된 것으로서, V/cm 단위의 상기 전기장 크기(E)는 T 가 섭씨 단위의 상기 처리 온도인 하기 방정식이:
    C(T) ≤ log (E+1) ≤ B(T)
    하기 값을 만족하도록 선택되는 것인 장치.
    B(T) = -2.340 x 10-5 T3 + 1.290 x 10-3 T2 - 3.110 x 10-2 T + 5.0
    C(T) = -4.503 x 10-5 T3 + 2.888 x 10-3 T2 - 5.900 x 10-2 T + 4.0
  12. 제11항에 있어서, 상기 펄스 전기장 생성부는 10 내지 100 마이크로초의 지속 시간을 갖는 펄스들로 100 kHz 내지 1000 kHz의 진동 주파수를 갖는 교류 전기장을 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 펄스 전기장 생성부는 상기 처리되어질 액체에 0.05 J/cm3 미만의 총 열에너지(calorific energy)를 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수송 유체는 물 또는 물-기반 액체인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수송 시스템은 열(hot) 회로부 및 냉(cold) 회로부를 포함하는 것으로서, 각각은 펌핑 시스템 및 유체 복 귀 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장 펄스의 생성 시스템은 상기 도관 통로의 일 부분(section)의 일방 측면에 배열되고 상기 부분을 횡단하는(transversal) 전기장을 생성할 수 있는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제11항 내지 제14항에 있어서, 상기 전기장 펄스의 생성 시스템은 상기 도관 통로의 일 부분 근처에 환상으로(toroidally) 배열되고 상기 부분에 본질적으로 종단하는(longitudinal) 전기장을 생성할 수 있는 하나 이상의 1차 권선(primary winding)을 갖는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장 적용 구역에 하나 이상의 전기장 센서 및 상기 수송 도관을 따라 온도 센서를 포함하는 것인 장치.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기 처리 구역 위로 상승하고 상기 처리될 액체를 가열하는 동안 용기 내에서 발생되는 최대 압력과 본질적으로 동일한 압력을 생성하는 높이를 갖는 수송 액체 컬럼을 포함하는 것인 장치.
  20. 제11항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열부의 측면의 도관에 봉인 장치, 및 상기 처리되어질 액체를 가열하는 동안 용기 내에서 발생되는 최대 압력과 본질적으로 동일한 압력을 상기 봉인 장치들 사이의 상기 도관의 일 부분에 생성하는 펌핑 장치를 포함하는 것인 장치.
  21. 밀봉된 용기에 포함된 처리되어질 액체의 멸균 또는 살균 방법을 수행하는 장치로서, 상기 처리되어질 액체(3)의 수송 시스템(2) 및 처리부(45)를 포함하고, 상기 수송 시스템은 수송 유체의 흐름이 순환하는 수송 도관(7), 및 상기 수송 도관에 배열된 하나 이상의 봉인 장치(들)(15)를 포함하고, 각각의 봉인 장치(들)는 변형될 경우 용기의 형태에 맞게 하는 중앙 개구부를 갖는 복수 개의 병치된(juxtaposed) 유연성이 있는 벽(15a)을 포함하는 것인 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 봉인 장치는 상기 봉인 장치의 길이에 걸쳐서 위치된 복수 개의 봉인 벽의 군(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 봉인 장치는 5 내지 10개의 봉인 벽의 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제22항 내지 제23항에 있어서, 각각의 봉인 벽의 군(50)은 2 내지 5개의 유연성 벽(15a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유연성이 있는 벽(15a)은 상기 벽의 중앙 개구부(15b)에서 종료하는, 몇몇의 페탈(petal)(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 일 군의 유연성 봉인 벽에 있어서 상기 하나의 유연성이 있는 벽의 페탈은 상기 이웃하는 벽의 페탈에 대해 방사 방향으로(radially) 이동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수송 시스템은 하나 이상의 상기 봉인 장치에 의해 분리된 열 회로부 및 냉 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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