(57)【要約】  液体充填マイクロ波加熱システムにおいて液体または半液体材料を殺菌または滅菌する方法が本明細書に記載されている。本明細書に記載の方法は、食品および飲料を含む、様々な異なる液体および半液体、および、医療用、医薬品用、栄養補助食品用、および獣医用液体を殺菌または滅菌するために使用され得る。マイクロ波エネルギーを用いた効率的で急速な加熱により、より良い温度管理をもたらすことができ、それによって、製品の品質または安全性を犠牲にすることなく、より薄いボトルの使用が可能となる。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波加熱システムを使用して、ボトルに入れられた液体の殺菌または滅菌をするためのプロセスであって、
（ａ）  少なくとも部分的に液体で充填された、密封された複数のボトルを提供することであって、前記密封された各ボトル内の圧力が１．５気圧以上である、提供することと、  
（ｂ）  マイクロ波加熱室を通って少なくとも部分的に充填されたボトルを通過させることと、
（ｃ）  前記通過させることの少なくとも一部の間、前記ボトルを加熱することであって、前記加熱することの少なくとも一部がマイクロ波エネルギーを使用して行われる、加熱することと、を備え、
前記各ボトルがポリマー材料から形成され、個々のボトルの液体の容量に対する、キャップなしで測定された前記個々のボトルの乾燥空重量の比が０．０４０ｇ／ｍＬ以下である、プロセス。
【請求項２】
前記ポリマー材料がガラス転移温度を有し、前記加熱することが、前記液体の最冷領域の最低温度を所定の時間にわたって目標温度以上の温度まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度より高い、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記加熱することの間、前記各ボトルの壁部における液体の最高温度が、少なくとも０．５秒且つ３分以下の合計時間の間、前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度より高い、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記加熱することが、二つ以上のマイクロ波発射装置を介して前記マイクロ波加熱室内にマイクロ波エネルギーを放出することを含み、前記各ボトルを前記各発射装置によって通過させることをさらに備え、前記各ボトルの壁部における前記液体の前記温度が、前記ボトルが前記発射装置のうちの一つによって通過しているときは前記ガラス転移温度よりも高い温度まで上昇し、前記ボトルが前記発射装置のうちの一つによって通過していないときは、前記ガラス転移温度よりも低い温度まで低下し、前記各発射装置が少なくとも５ｋＷから２５ｋＷ以下のマイクロ波エネルギーを前記マイクロ波加熱室に放出し、前記各ボトルの壁部における前記液体の最高温度が、前記発射装置のうちの一つによって通過している間の、少なくとも０．５秒且つ２０秒以下の間、前記ガラス転移温度よりも高い、請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
前記加熱することの間、前記ボトル内の前記液体の最冷領域の前記最低温度は、第一の期間ｔ１の間は目標温度以上に維持され、前記加熱することの間、前記ボトルの壁部における前記液体材料の最高温度は、第二の期間ｔ２の間は前記ガラス転移温度以上に維持され、ｔ１対ｔ２の比は、少なくとも０．４０である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項６】
前記目標温度が少なくとも約７５℃であり、前記ガラス転移温度が少なくとも５０℃であるか、または、前記目標温度が少なくとも１１５℃であり、前記ガラス転移温度が少なくとも８５℃である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項７】
前記通過させることの少なくとも一部が、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンに直立構成で通過させることと、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンに倒立構成で通過させることと、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンに、端と端を合わせる構成または横並びの構成で、一列で通過させることのうちの少なくとも一つと、前記ボトルをキャリア内の前記マイクロ波加熱ゾーンに通過させることと、を含み、前記通過させることの少なくとも一部は重力によって支援される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記マイクロ波加熱室は少なくとも部分的に液体媒体で充填され、前記通過することの少なくとも一部および前記加熱することの少なくとも一部の間、前記ボトルが前記液体媒体に浸され、前記加熱することが、前記液体または半液体材料の最冷領域の最低温度を、所定の時間にわたって目標温度以上まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度よりも高く、前記各ボトルの壁部における前記液体媒体の平均温度が、前記加熱することの少なくとも一部の間、前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度未満であり、前記通過させることおよび／または前記加熱することの少なくとも一部の間に、前記ボトルを少なくとも一つの攪拌装置で攪拌することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記提供することが、前記ボトルを前記液体で少なくとも部分的に充填することと、前記密封されたボトルを提供するために、充填および密封ゾーン内で、前記少なくとも部分的に充填されたボトルをキャップで密閉することとを含み、前記液体、前記ボトル、および前記キャップのいずれも、前記充填および密封することの前に殺菌または滅菌されない、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記ポリマー材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記各ボトルが、５流体オンスから５０流体オンスの範囲の公称液体容量を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記ボトルが拡張パネルを有しない、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記液体が、３．５を超えるｐＨ、少なくとも１°ブリックスの総糖含量、および重量の２パーセント未満の総防腐剤含量のうちの少なくとも一つを有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記液体が、３．５以下のｐＨを有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記液体が、１ｍｍから２５ｍｍの範囲の平均粒子サイズを有する固体粒子を備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記液体が、茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料からなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記液体が、医療用液体、医薬品用液体、栄養補助用液体、または獣医用液体であり、前記マイクロ波加熱システムが、毎分５ボトルから９００ボトルの範囲の総生産速度を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
加工された液体品目であって、
開口部を呈し、内部容積を画定するボトルと、
前記開口部を密閉するキャップと、
前記ボトルの内側容積を少なくとも部分的に充填する液体であって、前記液体が少なくとも１°ブリックスの総含有量と、密封されたボトル内の圧力が１．５気圧以下である液体と、を備える品目であって、
前記ボトルがポリマー材料から形成され、前記ボトルの公称液体容量に対する、前記キャップなしで測定された前記ボトルの乾燥空重量の比が、０．０４０ｇ／ｍＬ以下である品目。
【請求項１８】
前記液体が、３．５を超えるｐＨおよび２重量パーセント以下の総防腐剤含有量を有する、請求項１７に記載の梱包された液体品目。
【請求項１９】
前記液体が、茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料からなる群から選択される、請求項１７に記載の梱包された液体品目。
【請求項２０】
前記ボトルが、１０流体オンス（ｆｌ．ｏｚ）から４０流体オンスの範囲の公称液体容量を有し、前記ポリマー材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記ボトルが拡張パネルを含まない、請求項１７に記載の品目。
【請求項２１】
請求項１７に記載の、複数の前記梱包された液体品目を備えるケース。
【請求項２２】
液体または半液体材料を殺菌または滅菌するプロセスであって、
（ａ）  複数のボトルをマイクロ波加熱室に導入することであって、前記各ボトルが少なくとも部分的に前記液体または半液体材料で充填されており、前記各ボトルの最大寸法に対するその最大長の比が少なくとも２：１である、導入することと、
（ｂ）  前記ボトルを加熱ゾーンに通過させることであって、前記加熱ゾーンが少なくとも部分的に液体媒体で充填される、通過させることと、
（ｃ）  前記加熱ゾーンで前記ボトルを加熱することであって、前記加熱することの少なくとも一部が、前記マイクロ波エネルギーを使用して行われ、前記ボトルが、前記加熱することの間に前記液体媒体に浸され、前記各ボトルが、前記加熱ゾーンで加熱される前記他の各ボトルの滞留時間の約１０パーセント以内である、前記加熱ゾーン内の滞在時間を有するプロセス。
【請求項２３】
前記ボトルは、ガラス転移温度を有するポリマー材料から形成され、前記加熱することが、前記液体または半液体材料の最冷領域の最低温度を、所定の時間にわたって目標温度以上まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度よりも高く、前記各ボトルの壁部における前記液体または半液体の最高温度が、前記加熱することの間、少なくとも０．５秒および３分以内の合計時間にわたって前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度を上回り、前記各ボトルが１０ｆｌ．ｏｚ．から４０ｆｌ．ｏｚ．の範囲の公称液体容量を有する、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記ボトルがガラスから形成されており、前記各ボトルが１０ｆｌ．ｏｚ．から４０ｆｌ．ｏｚ．の範囲の公称液体容量を有する、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記通過させることの少なくとも一部が、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンに直立構成で通過させることと、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンに倒立構成で通過させることと、端と端を合わせる構成または横並びの構成で、前記ボトルを前記マイクロ波加熱ゾーンと少なくとも一つのトンネルとに、一列で通過させることのうちの少なくとも一つと、前記ボトルをキャリア内の前記マイクロ波加熱ゾーンに通過させることと、を含み、前記通過させることの少なくとも一部が重力によって支援される、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記導入することの前に、前記液体または半液体材料で複数の空のボトルを充填することをさらに備え、前記充填することの間に、前記ボトルに導入された前記液体または半液体材料は殺菌も滅菌もされておらず、前記空のボトルも前記密閉装置も、前記充填することと前記密閉することとの前に殺菌も滅菌もされていない、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記液体または半液体材料が、少なくとも１°ブリックスの総糖含量を有し、密封されたボトル内の圧力は１．５気圧以下であり、前記液体または半液体材料は茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料からなる群から選択される、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２８】
マイクロ波加熱システムを使用してボトルに入れられた水を殺菌または滅菌するためのプロセスであって、
（ａ）  少なくとも部分的に複数のボトルを水で充填することと、  
（ｂ）  少なくとも部分的に充填された水のボトルを少なくとも一つの密封装置で密封することと、
（ｃ）  密封された水のボトルをマイクロ波加熱室に通過させることと、
（ｄ）  前記マイクロ波加熱室を通過する前記水のボトルに向けて、マイクロ波エネルギーを連続的に向けることと、
（ｅ）  前記マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して、前記ボトル内の水を殺菌または滅菌するのに十分な目標温度まで前記水のボトルを加熱することと、を備えるプロセス。
【請求項２９】
前記充填することの前に、前記水を濾過して、溶解および非溶解固体の少なくとも一部を除去することを備え、前記水が、前記加熱するステップ（ｅ）の前に逆浸透、ＵＶ処理、蒸留、ミクロン濾過、またはオゾン処理の影響を受けておらず、前記ボトルおよび前記密閉装置のいずれも、前記充填および密封することの前に滅菌されていない、請求項２８に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記ボトルは、ガラス転移温度を有するポリマー材料から形成され、前記加熱することが、前記水の最冷領域の最低温度を、所定の時間にわたって目標温度以上まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度よりも高く、前記各ボトルの壁部における前記水の最高温度が、前記加熱することの間、少なくとも０．５秒および３分以内の合計時間にわたって前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度を上回り、前記ポリマー材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記各ボトルが１０ｆｌ．ｏｚ．から４０ｆｌ．ｏｚ．の範囲の公称液体容量を有する、請求項２８に記載のプロセス。
【請求項３１】
液体または半液体材料を殺菌または滅菌するためのプロセスであって、
（ａ）  前記液体または半液体材料で少なくとも部分的に充填された複数の容器を、液体媒体で少なくとも部分的に充填されたマイクロ波加熱室を通過させることであって、前記容器が、ガラス転移温度を有するポリマー材料から少なくとも部分的に形成される、通過させることと、
（ｂ）  少なくとも一つのマイクロ波発射装置を介して前記マイクロ波加熱室にマイクロ波エネルギーを放出することと、
（ｃ）  前記マイクロ波加熱室内に放出されるマイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して前記容器を加熱することと、を備えるプロセスであって、前記容器が、前記加熱することの間に前記液状媒体に浸され、前記加熱することが、前記液体または半液体材料の最冷領域の最低温度を、所定の時間にわたって目標温度以上まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度よりも高く、
前記各容器の壁部における前記液体媒体の平均温度が、前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度未満であるプロセス。
【請求項３２】
前記放出することが、二つ以上のマイクロ波発射装置を介して前記マイクロ波加熱室内にマイクロ波エネルギーを放出することを含み、前記加熱することが、前記発射装置によって前記各容器を通過させることを含み、各容器の壁部における前記液体または半液体材料の前記温度は、前記容器が前記発射装置のうちの一つによって通過しているときは前記ガラス転移温度よりも高い温度まで上昇し、前記容器が前記発射装置のうちの一つによって通過していないときは前記ガラス転移温度よりも低い温度まで低下し、前記各容器の前記壁部における前記液体または半液体材料の最高温度が、少なくとも１秒から１０分以下の間、前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度よりも高い、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記各発射装置が少なくとも５ｋＷから２５ｋＷ以下のマイクロ波エネルギーを前記マイクロ波加熱室に放出し、前記各容器の前記壁部における前記液体または半液体材料の前記最高温度が、前記発射装置のうちの一つによって通過している間の、少なくとも０．５秒から２分以下の間、前記ガラス転移温度よりも高い、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記加熱中、前記各容器内の前記液体または半液体材料の最冷領域の前記最低温度が、第一の期間ｔ１の間、目標温度以上に維持され、前記容器の壁部における前記液体または半液体材料の最高温度は、第二の期間ｔ２の間、前記ガラス転移温度以上に維持され、ｔ１対ｔ２の比は少なくとも０．４０である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記通過することおよび／または前記加熱することの少なくとも一部の間に、少なくとも一つの攪拌装置で前記ボトルを攪拌することをさらに備える、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記目標温度が少なくとも約７５℃であり、前記ガラス転移温度が少なくとも５０℃である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記目標温度が少なくとも１１５℃であり、前記ガラス転移温度が少なくとも８５℃である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記目標温度と前記ガラス転移温度との間の差は少なくとも２℃である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記ポリマーが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され、各容器が、５流量オンスから５０液量オンスの範囲の公称液体容量を有し、前記液体または半液体材料が、食品、飲料、医療用流体、医薬用流体、栄養補給流体、または獣医用流体を含む、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記液体または半液体材料が、茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料からなる群から選択される、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記液体または半液体材料が水である、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記液体または半液体材料が、１ｍｍから２５ｍｍの範囲の平均粒子サイズを有する固体微粒子を備える、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記液体または半液体材料が、スープ、ジャム、ゼリー、シロップ、サルサ、クリーム、ソース、および調味料からなる群から選択される、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項４４】
液体または半液体材料を殺菌または滅菌するためのプロセスであって、
（ａ）  液体または半液体材料で複数の容器を少なくとも部分的に充填することであって、前記充填することの間、前記液体または半液体材料の最高温度は１１０°Ｆから第一の目標温度までの範囲にある、充填することと、
（ｂ）  搬送ライン上のマイクロ波加熱ゾーンに前記容器を通過させることと、
（ｃ）  前記搬送ラインで前記マイクロ波加熱ゾーンを通過する前記容器に向けてマイクロ波エネルギーを連続的に向けることと、
（ｄ）  前記各容器内の前記液体または半液体材料を殺菌または滅菌するために、前記マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して前記第一の目標温度より高い、第二の温度まで前記容器を加熱することと、を備えるプロセス。
【請求項４５】
前記容器が、ガラス転移温度を有するポリマー材料から形成され、ステップ（ａ）における前記第一の目標温度が前記ガラス転移温度より低く、ステップ（ｄ）における前記第二の温度が前記ガラス転移温度より高い、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記目標温度が前記ガラス転移温度より少なくとも５°Ｆ低い、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記マイクロ波加熱ゾーンが液体で充填されたマイクロ波加熱室を含み、前記通過することおよび前記加熱することの間に、前記容器が液体媒体に浸され、前記加熱することが、前記液体または半液体材料の最冷領域の最低温度を、所定の時間にわたって目標温度以上まで上昇させるのに十分であり、前記目標温度が前記ガラス転移温度よりも高く、前記加熱すること少なくとも一部の間、前記各容器の壁部における前記液体媒体の平均温度が、前記ガラス転移温度を下回り、前記加熱することの間、少なくとも０．５秒且つ３分以内の合計時間にわたって前記ポリマー材料の前記ガラス転移温度を上回る、請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４８】
前記目標温度が１８５°Ｆ未満である、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４９】
前記容器がボトルを備え、前記通過させることが、前記複数のボトルを一列で少なくとも一つの加熱トンネルに通過させることを備え、前記ボトルが、前記加熱トンネル内で、横並びの構成または端と端を合わせる構成で配置される、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５０】
前記ボトルが、前記加熱トンネル内で直立位置にある、請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５１】
前記ボトルが、前記通過することの少なくとも一部の間、倒立位置にある、請求項４９に記載のプロセス。
【請求項５２】
前記加熱することの前に、前記マイクロ波加熱ゾーンの上流に配置された熱化ゾーンで充填された容器を熱化することをさらに備え、前記熱化ゾーンから引き出された前記容器の少なくとも約８５パーセントが、互いに約５℃以内の温度を有する、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５３】
前記充填することの間に、前記容器内に導入された前記液体または半液体材料が殺菌または滅菌されておらず、前記通過することの前に、前記各容器を密封装置で密封することをさらに備え、前記容器および前記密封装置のいずれも、前記充填することおよび前記密封することの前に殺菌または滅菌されていない、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５４】
前記容器が、ガラスから形成される、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５５】
前記容器が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマー材料から形成される、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５６】
前記液体または半液体材料が、茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料からなる群から選択される、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５７】
前記液体または半液体材料は、スープ、ジャム、ゼリー、シロップ、サルサ、クリーム、ソース、および調味料からなる群から選択される、請求項４４に記載のプロセス。
【請求項５８】
液体または半液体材料を充填した複数の容器を加熱するためのマイクロ波加熱システムであって、
マイクロ波エネルギーを生成するための少なくとも一つのマイクロ波発生装置と、
前記容器を加熱するためのマイクロ波加熱室であって、前記マイクロ波加熱室が入口と出口とを有するマイクロ波加熱室と、
前記マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を前記マイクロ波加熱室内に放出するための少なくとも二つの離間したマイクロ波発射装置であって、前記マイクロ波エネルギーの少なくとも一部が前記容器を加熱するために使用され、
前記マイクロ波加熱室への前記入口が、前記マイクロ波加熱室の出口よりも垂直方向に高い位置にある、マイクロ波加熱システム。
【請求項５９】
前記マイクロ波加熱室の少なくとも一部が、重力によって前記マイクロ波加熱室を通して前記容器を移動させるように構成され、前記マイクロ波加熱室が、少なくとも一つの屈曲部を含み、前記屈曲部を通る前記容器の移動方向が少なくとも９０°の角度を有し、前記マイクロ波加熱室が、前記容器の列が前記マイクロ波加熱室を通って延在する進行方向で通過するのを可能にするよう構成された少なくとも一つの加熱トンネルを備え、前記容器が、前記加熱トンネル内で、横並びの構成または端と端を合わせる構成で、一列で配置され、前記進行方向に垂直な前記各容器の寸法に対する、前記加熱トンネルの高さの比が、１．５：１より小さい、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記マイクロ波加熱室は液体媒体で少なくとも部分的に充填され、前記容器が前記マイクロ波加熱室内で前記液体媒体を通過するように構成され、前記システムが少なくとも二つの異なるサイズの容器を加熱するように構成され、前記システムが、毎分５容器から９００容器の範囲で総生産速度を有する、請求項５８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、共に２０１６年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／４３６，１８５号および第６２／４３６，２１７号に対する優先権を主張し、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、密封容器内の液体および半液体材料をマイクロ波支援殺菌および滅菌するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、消費者の嗜好は、茶、ジュース、およびアイソトニック飲料といった、より健康志向の飲料に移行し始めており、それらの多くは所望の賞味期限を達成するように高温充填を必要とする。しかしながら、高温充填に必要な温度は、飲料容器を形成するのに使用されるポリマーのガラス転移温度を超える。融解を防ぐために、高温充填される飲料に使用されるボトルや他の容器は、高温充填されない飲料に使用されるものよりも、平均で２０〜３５パーセント厚くなっている。さらに、高温充填される飲料に使用されるボトルは、熱膨張パネルを含むことが多く、これはボトルの厚さをさらに増加させ、製品設計の選択肢および消費者への魅力を限定する。
【０００４】
したがって、好適な賞味期限を達成するのに必要な、所望の殺菌または滅菌程度を依然として提供しながら、より薄い容器の使用を可能にする、アイソトニック飲料やその他の類似の液体および半液体の消耗品目を加工する方法およびシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一実施形態は、マイクロ波加熱システムを使用して、ボトルに入れられた液体を殺菌または滅菌するためのプロセスに関する。このプロセスは、（ａ）少なくとも部分的に液体で充填された複数の密閉ボトルを用意し、各密閉ボトル内の圧力が１．５気圧以下であることと、（ｂ）少なくとも部分的に充填されたボトルをマイクロ波加熱室に通過させることと、（ｃ）通過の少なくとも一部の間に、ボトルを加熱し、加熱の少なくとも一部は、マイクロ波エネルギーを使用して行われることと、を備える。各ボトルはポリマー材料から形成され、個々のボトルの液体容量に対する、キャップなしで測定された個々のボトルの乾燥空重量の比は、０．０４０ｇ／ｍＬ以下である。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、包装された液体品目に関する。加工された液体品目は、開口部を呈し、内側容積を画定するボトルと、開口部を密封するキャップと、ボトルの内側容積を少なくとも部分的に充填する液体と、を備える。液体は少なくとも１°ブリックスの総糖含量を有し、密封されたボトル内の圧力は１．５気圧以下である。ボトルはポリマー材料から形成され、ボトルの公称液体容量に対する、キャップなしで測定されたボトルの乾燥空重量の比は、０．０４０ｇ／ｍＬ以下である。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態は、液体または半液体材料を殺菌または滅菌するプロセスに関する。このプロセスは、（ａ）複数のボトルをマイクロ波加熱室に導入し、各ボトルが少なくとも部分的に液体または半液体材料で充填され、各ボトルの最大直径に対するその最大長さの比が少なくとも２：１であることと、（ｂ）ボトルを加熱ゾーンに通過させ、加熱ゾーンは少なくとも部分的に液体媒体で充填されることと、（ｃ）加熱ゾーンでボトルを加熱し、加熱の少なくとも一部は、マイクロ波エネルギーを使用して行われることと、を備える。ボトルは加熱中に液体媒体に浸され、各ボトルには加熱ゾーンでの滞留時間があり、その滞留時間は、他の各ボトルが加熱ゾーンで加熱される滞留時間の約１０パーセント以内である。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、マイクロ波加熱システムを使用して、ボトルに入れられた水を殺菌または滅菌するためのプロセスに関する。このプロセスは、（ａ）複数のボトルを少なくとも部分的に水で充填することと、（ｂ）少なくとも部分的に充填された水のボトルを、少なくとも一つの密封装置で密封することと、（ｃ）密封された水のボトルをマイクロ波加熱室に通過させることと、（ｄ）マイクロ波加熱室を通過する水のボトルに向かって、マイクロ波エネルギーを連続的に向けることと、（ｅ）マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して、ボトル内の水を殺菌または滅菌するのに十分な目標温度まで、水のボトルを加熱することと、を備える。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態は、液体または半液体材料の殺菌または滅菌のプロセスに関する。このプロセスは、（ａ）少なくとも部分的に液体または半液体材料で充填された複数の容器を、少なくとも部分的に液体媒体で充填されたマイクロ波加熱室に通過させ、容器がガラス転移温度を有するポリマー材から少なくとも部分的に形成されることと、（ｂ）少なくとも一つのマイクロ波発射装置を介してマイクロ波エネルギーをマイクロ波加熱室に放出することと、（ｃ）マイクロ波加熱室に放出されたマイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して容器を加熱することと、を備える。加熱中、容器は液体媒体に浸される。加熱は、液体または半液体媒体の最冷領域の最低温度を所定の時間、目標温度以上の温度に上昇させるのに十分であり、目標温度はポリマー材料のガラス転移温度よりも高い。加熱の少なくとも一部の間、各容器の壁部における液体媒体の平均温度は、ポリマー材料のガラス転移温度より低い。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態は、液体または半液体材料を殺菌または滅菌するためのプロセスに関する。このプロセスは、（ａ）液体または半液体材料で複数の容器を少なくとも部分的に充填し、充填時の液体または半液体材料の最高温度は１１０°Ｆから第一の目標温度までの範囲にあることと、（ｂ）搬送ライン上のマイクロ波加熱ゾーンに容器を通過させることと、（ｃ）搬送ラインでマイクロ波加熱ゾーンを通過する容器に向けてマイクロ波エネルギーを連続的に向けることと、（ｄ）各容器内の液体または半液体材料を殺菌または滅菌するために、マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を使用して第一の目標温度より高い、第二の温度まで容器を加熱することと、を備える。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態は、液体または半液体材料で充填された複数の容器を加熱するためのマイクロ波加熱システムに関する。このシステムは、マイクロ波エネルギーを発生させるための少なくとも一つのマイクロ波発生器と、容器を加熱するためのマイクロ波加熱室とを備え、マイクロ波加熱室は入口と出口と、マイクロ波エネルギーの少なくとも一部をマイクロ波加熱室内に放出するための少なくとも二つの離間したマイクロ波発射装置を有し、マイクロ波エネルギーの少なくとも一部は、容器を加熱するために使用される。マイクロ波加熱室への入口は、マイクロ波加熱室の出口よりも垂直方向に高い位置にある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の様々な実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【００１３】
【図１ａ】図１ａは、本発明の実施形態によるボトルまたは他の容器内の液体または半液体材料をマイクロ波殺菌または滅菌するための方法の主要ステップの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の実施形態によるボトルまたは他の容器内の液体または半液体材料をマイクロ波殺菌または滅菌するためのシステムの主要ゾーンの概略図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の実施形態によるマイクロ波殺菌または滅菌システムを通して複数のボトルまたは他の容器を輸送するためのキャリアの斜視図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに示すキャリアの端面図である。
【図２ｃ】図２ｃは、図２ａおよび２ｂに示すキャリアの側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態によるマイクロ波殺菌または滅菌システムを通して複数のボトルまたは他の容器を輸送するための別のキャリアの斜視図である。
【図４ａ】図４ａは、縦一列でトンネルを通過するボトルの側面図であり、特に隣り合う構成の一例を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、縦一列でトンネルを通過するボトルの側面図であり、特に端と端とを合わせた構成の一例を示す。
【図５】図５は、本開示の実施形態によって構成されたマイクロ波加熱ゾーンの概略部分側断面図であり、特にマイクロ波加熱ゾーン内のマイクロ波発生器、マイクロ波加熱室、マイクロ波分配システムの配置を示す。
【図６】図６は、本開示の実施形態によって構成されたマイクロ波加熱ゾーンの概略部分側断面図であり、特にマイクロ波加熱室内に配置された複数のトンネル内のボトルの配置を示す。
【図７ａ】図７ａは、本開示の実施形態によって構成されたマイクロ波加熱ゾーンの概略部分側断面図であり、特に垂直スパイラルマイクロ波加熱室の一例を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、本開示の実施形態によって構成されたマイクロ波加熱ゾーンの概略部分側断面図であり、特に水平スパイラルマイクロ波加熱室の一例を示す。
【図８】図８は、マイクロ波加熱ゾーン内の時間および位置の関数として、本発明の実施形態によって処理されたボトルまたは他の容器内の液体または半液体材料の温度のグラフ図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、ボトルに入れられた水を滅菌するためのプロセスの主要ステップの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、一般に、従来のプロセスに共通する過酷な動作条件に容器またはその内容物をさらすことなく、ボトルまたは他の容器内の液体または半液体材料を迅速かつ均一に殺菌、滅菌、または殺菌且つ滅菌できる方法およびシステムに関する。本発明のプロセスおよびシステムはまた、必要な程度の殺菌または滅菌を有する液体および半液体製品を依然として提供しながら、高温充填および無菌処理のような前処理ステップの必要性を減少または排除することができる。同時に、容器およびその内容物がさらされる動作条件はそれほど厳しくないため、液体または半液体を保持するために使用される容器は、従来の容器よりも１０〜５０％薄くてよく、それによって動作および原材料コストの削減となる。さらに、処理中に液体または半液体が処理中に過熱または過調理されないので、味、食感、色などの、感覚を刺激する所望の特性を有する高品質の最終製品が可能になる。さらに、本明細書に記載されているように処理された液体および半液体の多くは、常温保存が可能であり、それによってサプライチェーン全体おける冷凍要件が大幅に減少でき、結果としてさらなるコスト削減をもたらす。
【００１５】
本発明の実施形態は、例えば、米国特許出願公開第ＵＳ２０１３／０２４０５１６号（「  ’５１６出願」）に記載されているマイクロ波加熱システムと同様のものを含む、様々な異なるマイクロ波加熱システムで実施することができる。この出願は、本開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、本発明の実施形態は、米国特許第７，１１９，３１３号に記載されているマイクロ波加熱システムにおいて実施することができる。
【００１６】
一般に、殺菌は、液体または半液体を８０℃と１００℃の間の最低温度まで急速加熱することを含み、滅菌は、液体または半液体を約１００℃から約１４０℃の間の最低温度まで加熱することを含む。しかし、殺菌および滅菌は同時に、またはほぼ同時に起こり得るので、本明細書に記載のプロセスおよびシステムは、殺菌、滅菌、または殺菌且つ滅菌の両方のために構成され得る。本明細書に記載のプロセスおよびシステムは、複数のボトルまたは他の種類の容器、またはそれらに封入された液体もしくは半液体材料、もしくはその両方を殺菌、滅菌、または殺菌且つ滅菌するように構成することができる。
【００１７】
まずは図１ａおよび図１ｂを参照すると、本発明の実施形態による使用に好適なマイクロ波加熱プロセスの主要ステップおよびマイクロ波加熱システム１０の主要要素の概略図が与えられている。図１ａおよび図１ｂに示すように、マイクロ波加熱システムは、充填ゾーン１２と、熱化ゾーン１４と、マイクロ波加熱ゾーン１６と、保持ゾーン１８と、急冷ゾーン２０と、選択移送ゾーン１５ａ、ｂとを含む。ボトルまたは他の容器を充填ゾーン１２から熱化ゾーン１４に導入することができる。ボトルは実質的に均一な温度まで加熱される。一旦熱化ゾーン１４で予熱されると、ボトルまたは他の容器は、マイクロ波加熱ゾーン１６に導入される前に、移送ゾーン１５ａを通過することができる。マイクロ波加熱ゾーン１６では、図１ｂに示す一つまたは複数のマイクロ波発射装置２２によってマイクロ波加熱ゾーン１６に放出されたマイクロ波エネルギーを使用して、ボトルまたは他の容器を急速に加熱することができる。加熱された容器は、保持ゾーン１８を選択的に通過することができる。液体または半液体内容物の最冷部分が所定の目標温度（例えば、殺菌または滅菌の目標温度）以上の温度に、特定の時間維持されるよう、ボトルを熱平衡化することが可能である。
【００１８】
続いて、次にボトルを急冷ゾーン２０に通過させることができる。ボトルは好適な取扱温度まで冷却することができる。ある場合には、急冷ゾーン２０は、高圧冷却ゾーン２４ａと低圧冷却ゾーン２４ｂとに分けられてもよく、二つの冷却ゾーン２４ａ、２４ｂの間に別の移送ゾーン１５ｂを含んでもよい。あるいは、急冷ゾーン２０は、冷却ゾーン（図示せず）の上流または下流に配置された移送ゾーン１５ｂを有する単一の冷却ゾーンを含むことができる。本明細書では、「上流」および「下流」という用語は、マイクロ波加熱システムを通る主流路に沿った様々な構成要素またはゾーンの相対位置を指す。別のものの前に位置する構成要素またはゾーンは、その構成要素の「上流」であると言うことができ、一方、別のものの後ろに位置する構成要素またはゾーンは、その構成要素の「下流」であると言える。
【００１９】
ある場合には、熱化ゾーン１４、マイクロ波加熱ゾーン１６、保持ゾーン１８、および急冷ゾーン２０のうちの二つ以上を、単一の容器内に画定することができ、他の場合には、これらのゾーンの少なくとも一つを、一つまたは複数の容器内に画定することができる。さらに、ある場合には、容器のうちの一つまたは複数を、処理中にボトルが少なくとも部分的に浸される液体媒体で、少なくとも部分的に充填されるように構成することができる。本明細書で使用されるとき、用語「少なくとも部分的に充填された」は、特定の容器の容積の少なくとも５０パーセントが液体媒体で満たされていることを意味する。ある場合には、熱化ゾーン１４、マイクロ波加熱ゾーン１６、保持ゾーン１８、および急冷ゾーン２０で使用される容器のうちの少なくとも一つの容積は、少なくとも約７５パーセント、少なくとも約９０パーセント、少なくとも約９５パーセント、またはほぼ１００パーセント、液体媒体で満たされる。
【００２０】
存在する場合、使用される液体媒体は、好適な任意の種類の液体を含み得る。ある場合には、液体媒体は、空気の誘電率よりも高い誘電率を有してもよく、および／または、処理中のボトル内の液体または半液体の誘電率と同様の誘電率を有してもよい。水（または水を含む液体媒体）が、特に好適であり得る。液体媒体はまた、システムの動作条件で液体媒体のその物理的特性（例えば、沸点）を変更または向上させる、例えば、油、アルコール、グリコール、および塩などの一つまたは複数の添加剤を含んでいてもよい。
【００２１】
さらに、マイクロ波加熱システム１０は、上述の処理セクションのうちの一つまたは複数を通ってボトルを輸送するための、一つまたは複数の運搬セグメントを備える、運搬システム（図１ａおよび図１ｂには図示さず）を含み得る。好適な種類の運搬セグメントの例には、プラスチックまたはゴムベルトコンベヤ、チェーンコンベヤ、ローラコンベヤ、フレキシブルまたはマルチフレクシングコンベヤ、ワイヤメッシュコンベヤ、バケットコンベヤ、空気コンベヤ、スクリューコンベヤ、トラフまたは振動コンベヤ、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。ある場合には、搬送システムは、ボトルを通過させることができるソーンのうちの一つまたは複数を通って延在する、一つまたは複数のトンネルを含むことができる。任意の好適な数の個々の搬送セグメント（またはトンネル）を搬送システムと共に使用することができ、一つまたは複数の搬送セグメントを容器内に好適な任意の方法で配置することができる。本発明での使用に好適な搬送システムの他の例は、’５１６出願に記載されている。
【００２２】
図１ａおよび図１ｂに再度戻ると、本発明のマイクロ波加熱システム１０は、液体または半液体材料で少なくとも部分的に充填された複数の容器を処理するように構成されてもよい。本明細書で使用されるとき、用語「液体」は、周囲温度および圧力では液体状態で存在する材料を指し、一方、用語「半液体」は、液相または部分を含む材料を指すが、それはまた、周囲条件下での固体および／または気体と同様の性質を示す。半液体の例には、エマルジョン、分散液、コロイド、懸濁液、ペースト、およびゲルを含み得るが、これらに限定されない。本発明の実施形態に従って処理することができる液体および半液体は、食品、飲料、薬液、医薬品流体、栄養補助流体、または獣医用流体を含むことができるが、他の液体および半液体も好適であり得る。
【００２３】
本発明のプロセスおよびシステムは、処理する「容器」に関して本明細書に記載されているが、それは、この用語が特定のパッケージ形状または構成に限定されないことが理解され、その代わりに、液体または半液体材料の容積をいくらか保持することができる任意の品目を広く包含すべきである。容器の好適なタイプの例には、ボトル、トレイ、水差し、カートン、バッグ、ポーチ、チューブ、およびタブが含まれ得るが、これらに限定されない。本発明での使用に好適な容器は、大きさが様々であり、例えば、１液量オンス（ｆｌ．ｏｚ）ほど低い、または、１５０ｆｌ．ｏｚ以上であるほど高い、公称液体容量を有することができる。本明細書で使用するとき、用語「公称液体容量」は、容器が保持するように設計されている液体または半液体材料の容積を指し、用語「最大液体容量」は、所定の容器が保持できる液体の最大可能容積を指す。
【００２４】
本発明と共に使用するのに好適な容器は、少なくとも約１．５ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約２ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約４ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約６ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約８ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約１０ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約１２ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約１５ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約１８ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約２０ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約２２ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約２４ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約２８ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約３０ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約３２ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約３４ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約３６ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約３８ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約４０ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約４２ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約４８ｆｌ．ｏｚ．、少なくとも約５２ｆｌ．ｏｚ．、または少なくとも約５６ｆｌ．ｏｚ．、および／または、約１５０ｆｌ．ｏｚ．以下、約１４０ｆｌ．ｏｚ．以下、約１３０ｆｌ．ｏｚ．以下、約１２８ｆｌ．ｏｚ．以下、約１２２ｆｌ．ｏｚ．以下、約１２０ｆｌ．ｏｚ．以下、約１１８ｆｌ．ｏｚ．以下、約１１２ｆｌ．ｏｚ．以下、約１１０ｆｌ．ｏｚ．以下、約１０６ｆｌ．ｏｚ．以下、約１００ｆｌ．ｏｚ．以下、約９６ｆｌ．ｏｚ．以下、約９０ｆｌ．ｏｚ．以下、約８６ｆｌ．ｏｚ．以下、約８０ｆｌ．ｏｚ．以下、約７６ｆｌ．ｏｚ．以下、約７０ｆｌ．ｏｚ．以下、または約６４ｆｌ．ｏｚ．以下の公称液体容量を有することができる。ある場合には、本発明で使用される容器は、約４ｆｌ．ｏｚ．から約４０ｆｌ．ｏｚ．、約６ｆｌ．ｏｚ．から３８ｆｌ．ｏｚ．、約８ｆｌ．ｏｚ．から３６ｆｌ．ｏｚ．の範囲の公称液体容量を有することができる。
【００２５】
本明細書に記載のように処理可能な容器は、立方体形、円筒形、角柱形、または多角形を含むが、これらに限定されない様々な形状を有することができる。各容器は、少なくとも約２インチ、少なくとも約４インチ、少なくとも約６インチ、および／または、約１８インチ以下、約１２インチ以下、または約１０インチ以下の長さ（最長寸法）と、少なくとも約１インチ、少なくとも約２インチ、少なくとも約４インチ、および／または、約１２インチ以下、約１０インチ以下、または約８インチ以下の幅（二番目に長い寸法）と、および／または、少なくとも約０．５インチ、少なくとも約１インチ、少なくとも約２インチ、および／または、約８インチ以下、約６インチ以下、または約４インチ以下の深さ（最短寸法）と、を有することができる。いくつかの用途では、容器は、略長方形または柱状形状を有する個々の品物またはパッケージを含むことができ、一方、他の用途では、容器は、最大寸法に対する最大長さの比が少なくとも２：１、少なくとも約２．５：１、または少なくとも約３：１である、細長いボトルを含むことができる。他の形状も可能であり、本発明の範囲内に入ると考えられるべきである。
【００２６】
さらに、容器は、好適な多種多様な材料から形成され得る。ある場合には、容器は、例えば、少なくとも約５０℃、少なくとも約５５℃、少なくとも約６０℃、少なくとも約６５℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、または少なくとも約８５℃のガラス転移温度を有するポリマー材料から少なくとも部分的に形成されてもよい。好適なポリマー材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＥＶＯＨ、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリブチレンサクシネート、バイオポリマー、およびそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。ガラスまたは少なくとも部分的にその他のマイクロ波透過性の材料といった、非ポリマー材料から形成された容器もまた、本発明の様々な実施形態において使用することができる。いくつかの場合において、容器はバージン材料から形成されてもよく、一方、他の場合には、容器の少なくとも約５パーセント、少なくとも約１０パーセント、少なくとも約１５パーセント、少なくとも約２０パーセント、少なくとも約２５パーセント、少なくとも約３０パーセント、少なくとも約３５パーセント、少なくとも約４０パーセント、少なくとも約４５パーセント、少なくとも約５０パーセント、少なくとも約５５パーセント、少なくとも約６０パーセント、少なくとも約６５パーセント、少なくとも約７０パーセント、または少なくとも約７５パーセント以上が、再利用された、再利用可能な、または堆肥化可能な材料で形成され得る。
【００２７】
本明細書に記載のプロセスおよびシステムは、例えば、アイソトニック飲料といった微生物的感受性液体および半液体や、茶、ジュース、および、様々なその他の食品、飲料、医薬品用、医療用、栄養補助食品用、および獣医用液体また半液体の殺菌または滅菌（または両方）と、水の浄化とに特に有用であり得ることが見出された。微生物的感受性液体および半液体は、細菌、カビ、真菌、および他の微生物的汚染物質の増殖を助長する様々な特性を有する。例えば、ある場合には、微生物的感受性液体および半液体は、非酸性ｐＨを有し、加圧または炭酸化されていなくてもよく、高い糖含有量および／または低い防腐剤含有量を有することができるが、これらはすべて必須ではない。
【００２８】
本発明に従って処理された液体または半液体材料の特性は、大きく変化し得る。一般に、液体または半液体材料のｐＨは０〜１３の範囲であり得る。ある場合には、ｐＨは、少なくとも約３、少なくとも約３．５、少なくとも約４、少なくとも約４．５、少なくとも約５、少なくとも約５．５、少なくとも約６、または少なくとも約６．５、またはそれより高く、一方、他の場合には、ｐＨは、３未満、約２．５以下、約２以下、約１．５以下、または約１以下であり得る。さらに、液体または半液体材料は、様々な粘度を有することができ、例えば、液体、またはゲルもしくはペーストであって、もよい。
【００２９】
ブリックススケールで測定した、液体または半液体材料の糖含有量は、少なくとも約１°ブリックス、少なくとも約１．５°ブリックス、少なくとも約２°ブリックス、少なくとも約２．５°ブリックス、少なくとも約３°ブリックス、または少なくとも約３．５°ブリックスであり得、またはそれは、２°ブリックス未満、１．５°ブリックス未満、１°ブリックス未満、またはさらには０°ブリックスであり得る。ある場合には、液体または半液体材料の糖含有量は、溶液１ｍｌあたり、少なくとも約２グラム、少なくとも約２．５グラム、少なくとも約３グラム、少なくとも約３．５グラム、少なくとも約４グラム、少なくとも約４．５グラム、または少なくとも少なくとも約５グラム、および／または、約２０グラム以下、約１８グラム以下、約１５グラム以下、約１２グラム以下、約１０グラム以下、または約８グラム以下の糖（ｇ）／ｍＬ）であり得る。
【００３０】
いくつかの用途において、液体または半液体材料は、約３重量パーセント以下、約２．５重量パーセント以下、約２重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、または約１重量パーセント以下の防腐剤含有量を有することができ、またはそれは、一つまたは複数の、より高濃度な保存料を含み得る。保存料の例としては、安息香酸、ソルビン酸、それらの塩、およびそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。いくつかの用途において、液体または半液体材料は、栄養価があってもなくてもよく、平均サイズが３０ｍｍ以下、約２５ｍｍ以下、約２０ｍｍ以下、約１５ｍｍ以下、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、または約１ｍｍ以下の、または、１ｍｍから３０ｍｍ、２ｍｍから２７ｍｍ、または５ｍｍから２５ｍｍの範囲のパルプまたは粒子を含み得る。
【００３１】
任意選択で、液体または半液体材料は、スクロース、フルクトース、および高フルクトースコーンシロップなどの天然または合成甘味料、リン酸および／またはクエン酸などの酸性化剤、着色料、発泡剤、乳化剤、ビタミン、電解質、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される一つまたは複数の添加剤を含み得る。各添加剤の種類および／または量は、特定の用途に応じて変えることができる。
【００３２】
好適な液体または半液体材料の具体例としては、茶、ジュース、ミネラル飲料、電解質飲料、エネルギー飲料、ビタミン飲料、シェイク、スムージー、乳製品飲料、アルコール飲料、およびコーヒー飲料などの飲料が含まれるが、これらに限定されない。他の好適な飲料は、ミルクおよびクリーム、ならびに炭酸清涼飲料を含むがこれらに限定されない、常温保存可能な乳製品飲料を含み得る。好適な液体または半液体材料食品の例としては、ジャム、ゼリー、スープ、シチュー、ソース、サルサ、ホイップクリームなどのクリーム、ケチャップ、マスタード、マヨネーズ、サルサ、およびシロップなどの調味料が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの用途では、食品または飲料は、加圧または炭酸化されてもよいが、一方で他の用途では、食品または飲料は加圧または炭酸化されていなくてもよい。さらに、液体または半液体材料はまた、例えば、滅菌洗眼剤、および他の滅菌液体または医薬品などの医療用流体であってもよい。ある場合には、液体は水であり得るか、または、水を含み得る。
【００３３】
従来、多くの液体および半液体、特に微生物的感受性液体または半液体材料は、最終製品に対して必要な殺菌率および／または所望の保存期間を達成するために、充填ステップの前または最中に、材料またはその容器を高温充填または無菌処理することによって処理される。好適な殺菌率の例は、１ログから８ログキル、２ログから７ログキル、または３ログから６ログキルの範囲にあり得る。これらの従来のプロセスにおける一つの欠点は、高温充填および無菌処理ステップに必要な温度が、容器を形成するポリマー材料のガラス転移温度を超えることが多いことである。結果として、高温充填および／または無菌プロセスで使用されるボトルおよび他の容器は、過度に厚くなることが多く、容器の変形または損傷を防ぐために必要とされる、拡張パネルのようなデザイン特徴を含む。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から形成されたアイソトニック飲料の従来のボトルは、通常、ボトルの公称液体容量に対する、キャップなしで測定された個々のボトルの乾燥空重量の比は、０．０５０ｇ／ｍＬより大きい。
【００３４】
しかしながら、本発明の実施形態における、液体および半液体を殺菌または滅菌することにより、高温充填、無菌処理、および他のそのような前処理ステップの必要性を排除し得ることが発見された。結果として、使用されている容器の厚さを薄くすることができ、それによってエネルギーおよび原材料費の大幅な削減をもたらす。さらに、拡張パネルなどの特徴をなくすことにより、容器のコストも低減させつつ、魅力を高め得る。例えば、１．５気圧未満の密封圧力を有する液体を保持するのに使用されるポリマーボトルは、０．０４０以下、約０．０３７以下、約０．０３５以下、約０．０３２以下、または約０．０３０ｇ／ｍＬ以下であり、これは従来の高温充填容器と比較して全体的に１０から５０パーセントの減少を示す。
【００３５】
図１ａおよび図１ｂに戻ると、いくつかの実施形態では、マイクロ波加熱システム１０は、少なくとも部分的に液体または半液体材料で容器を充填するための充填ゾーン１２を含み得る。いくつかの用途では、図１ａおよび図１ｂに示す充填ゾーン１２内の容器内に導入される液体または半液体材料の目標充填温度は、少なくとも約３０°Ｆ、少なくとも約３５°Ｆ、少なくとも約４０°Ｆ、少なくとも約４５°Ｆ、少なくとも約５０°Ｆ、少なくとも約５５°Ｆ、少なくとも約６０°Ｆ、少なくとも約６５°Ｆ、少なくとも約７０°Ｆ、少なくとも約７５°Ｆ、少なくとも約８０°Ｆ、少なくとも約８５°Ｆ、少なくとも約９０°Ｆ、少なくとも約９５°Ｆ、少なくとも約１００°Ｆ、少なくとも約１０５°Ｆ、少なくとも約１１０°Ｆ、少なくとも約１１５°Ｆ、または、少なくとも約１２０°Ｆから、約１８５°Ｆ以下、約１８０°Ｆ以下、約１７５°Ｆ以下、約１７０°Ｆ以下、約１６５°Ｆ以下、約１６０°Ｆ以下、約１５５°Ｆ以下、約１５０°Ｆ以下、約１４５°Ｆ以下、約１４０°Ｆ以下、約１３５°Ｆ以下、約１３０°Ｆ以下、または約１２５°Ｆ以下の目標温度までの範囲であってもよい。
【００３６】
通常、目標温度は、所定の液体または半液体材料の、従来の高温充填温度よりも低くてもよい。いくつかの用途では、充填される容器がポリマー材料から形成されるとき、目標充填温度はポリマー材料のガラス転移温度より低くてもよく、いくつかの場合では、ポリマー材料のガラス転移温度より少なくとも約２°Ｆ、少なくとも約５°Ｆ、少なくとも約８°Ｆ、少なくとも約１０°Ｆ、または少なくとも約１２°Ｆ低くてもよい。これは、ポリマー容器のガラス転移温度かまたはそれよりわずかに高い温度で液体または半液体材料を容器に導入することができる、従来の高温充填プロセスとは対照的である。
【００３７】
ある場合には、液体または半液体材料を、例えば８０°Ｆ未満の比較的低い温度で容器に導入し、次いで充填されたボトルを密封する前または後に予熱することができる。他の用途では、液体または半液体材料は、例えば、約９５°Ｆ、約１００°Ｆ、約１０５°Ｆ、または約１１０°Ｆと目標充填温度との間の、温かい温度で容器に導入することができる。そのような場合、充填されたボトルは、必要に応じて、密封さされる前または後に充填ゾーン内で予熱されてもよく、および／または、図１ａおよび１ｂに示すように、熱ゾーン１４内で実質的に均一な温度を達成するよう、追加で加熱されてもよい。
【００３８】
前述のように、ある場合には、本発明のシステムおよびプロセスは、例えば、高温充填、無菌処理、逆浸透、および他の同様のプロセスなどの一般的な前処理ステップの必要性を低減または排除することができる。いくつかの用途では、本発明では、これまで高温充填または無菌処理することが必要とされていた液体および半液体を、これらの工程を行わずに直接容器に導入することができる。結果として、容器および液体または半液体材料は、充填ステップの前に殺菌または滅菌されず、液体または半液体は、本明細書に記載の一つまたは複数の範囲内の、より低い温度で容器に導入することができる。
【００３９】
充填ゾーンを出る前に、少なくとも部分的に充填された容器を密封装置で密封して、熱化および／またはマイクロ波加熱ゾーンへの導入に適した密封容器を提供することができる。特定の種類の密封装置は、特定の種類の容器によって変わり得、例えば、様々な異なる閉鎖部（例えば、スナップ式、ねじ込み式など）を有するキャップまたは蓋を含み得る。容器は、任意の数の密封装置を必要とし得、いくつかの場合において、容器が例えば、使い捨て、または、不正開封跡がわかる容器であるときは、密封装置を必要としなくてもよい。特定の用途に応じて、密閉容器を加圧しても加圧しなくてもよい。いくつかの用途では、密閉容器の内圧は、３気圧、少なくとも約３．２５気圧、少なくとも約３．５気圧、または少なくとも約４気圧よりも大きくなり得るが、一方、他の用途では、それは、約３気圧以下、約２．７５気圧以下、約２．５気圧以下、約２．２５気圧以下、約２気圧以下、約１．７５気圧以下、または約１．５気圧以下であり得る。加圧する場合、液体または半液体材料は、窒素、二酸化炭素、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、任意の好適な気体で加圧することができる。回転充填機を含むが、これに限定されない、任意の好適な種類の装置またはシステムを使用して、容器を充填および密封することができる。
【００４０】
他の実施形態では、マイクロ波システム１０は、充填ゾーンを含まなくてもよく、殺菌中または滅菌中の、充填されたボトルまたは他の容器が直接加熱ゾーン１４に導入されてもよい。そのような実施形態では、ボトルまたは他の容器は、他の当事者によって他の場所で充填され、本明細書に記載されるように殺菌または滅菌されるためにマイクロ波加熱システムに輸送されてもよい。
【００４１】
図１ａおよび図１ｂに示すように、充填ゾーン１２を出る密封容器を、任意の熱化ゾーン１４に移送することができる。存在する場合は、熱化ゾーン１４は、熱エネルギーを使用して、実質的に均一な温度まで容器を加熱してもよい。いくつかの用途では、熱化ゾーンから回収されるすべてのコンテナのうちの少なくとも約８５パーセント、少なくとも約９０パーセント、少なくとも約９５パーセント、少なくとも約９７パーセント、または少なくとも約９９パーセントは、互いに約１０℃内、約５℃以内、約２℃以内、約１℃以内の温度を有する。本明細書で使用されるとき、用語「熱化する」および「熱化」は一般に、温度平衡化または均等化のステップを指す。いくつかの場合では、熱化ゾーン１４に導入されるボトルの液体または半液体の最冷部分の温度は、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、約２７℃以下、または約２５℃以下であり得る。
【００４２】
いくつかの用途では、熱化ゾーン１４は、液体媒体で少なくとも部分的に充填された室を含み得、それにより、容器は、熱化ステップの間に液体に浸されて液体を通過する。任意選択で、容器が少なくとも約２、少なくとも約５、少なくとも約７、少なくとも約１０、または少なくとも約１５ｐｓｉより大きい圧力にさらされるように、熱化室を圧力下で動作させることができる。いくつかの実施形態では、熱化ゾーン１４の少なくとも一部は、約１０以内、約８以内、約５以内、約２以内の圧力、または周囲圧力で操作することができる。他の用途では、熱化室内の圧力は、周囲の流体圧力のみによるものであり得る。ある場合には、システム１０は、容器が充填ゾーン１２からマイクロ波加熱ゾーン１６内に直接導入されるように熱化ゾーンを含まなくてもよい。
【００４３】
加圧する場合、熱化ステップは、少なくとも約５ｐｓｉｇ、または少なくとも約１０ｐｓｉｇ、および／または、約８０ｐｓｉｇ以下、約５０ｐｓｉｇ以下、約４０ｐｓｉｇ以下、または約２５ｐｓｉｇ以下の圧力で行うことができる。熱化ゾーン１４を通過する容器は、少なくとも約１分、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、および／または、約６０分以下、約２０分以下、または約１０分以下の平均滞留時間を有することができる。熱化ゾーン１４から引き出された容器内の液体または半液体は、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、および／または、または約９０℃以下、約７５℃以下、約６０℃以下、または約５０℃以下の平均温度を有し得る。
【００４４】
いくつかの実施形態では、少なくとも一つの移送ゾーン１５ａが、存在する場合には充填ゾーン１２から熱化ゾーン１４に、容器を輸送するために存在し、存在しない場合には、マイクロ波加熱ゾーン１６に容器を輸送するために存在し得る。存在する場合、移送ゾーン１５ａは、複数の容器を充填ゾーン１２から熱化ゾーン１４またはマイクロ波加熱ゾーン１６に移動させるための一つまたは複数の移送装置を含むことができる。移送装置の例には、回転ドア、スクリュードライブ、またはゲートバルブが含まれ得るが、これらに限定されない。他の用途では、容器は、容器を周囲圧力から液体充填熱化ゾーン１４またはマイクロ波加熱ゾーン１６のより高い圧力に移行させるために、少なくとも約５フィート、少なくとも約１０フィート、少なくとも約１５フィート、少なくとも約２０フィート、少なくとも約２５フィート、または少なくとも約３０フィートの高さを有する垂直の水柱または他の流体を通過させることができる。
【００４５】
熱化ゾーン１４に導入される間、および、熱化ゾーンがない場合はマイクロ波加熱ゾーン１６に導入される間、容器は、マイクロ波加熱システム１０を通過しやすくするために任意の好適な配置に構成されてもよい。ある場合には、熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波ゾーン１６を通過する容器は、各処理ゾーン内の各容器の総滞留時間を制御するような方法で配置することができる。例えば、いくつかの用途では、熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波加熱ゾーン１６のうちの一つを通過した各容器は、同じゾーンを通過した他の各容器の滞留時間の約２５パーセント以内、約２０パーセント以内、約１５パーセント以内、約１０パーセント以内、約５パーセント以内、または約２パーセント以内である、そのゾーン内での滞留時間を有し得る。個々の容器の滞留時間を制御することは、製品全体の品質、一貫性、および安全性を確実にするのに役立ち得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、容器の滞留時間は、一つまたは複数の搬送ラインを含む搬送システム（図示せず）を介してシステムを通して搬送される、一つまたは複数のキャリアに容器を固定することによって制御することができる。本発明の様々な実施形態によるマイクロ波加熱システムに適したキャリアの一例は、米国特許出願公開第２０１７／００９９７０６号に記載され、本開示と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。そのようなキャリアのいくつかの例示的な図が図２ａ〜図２ｃに提供されている。図２ａ〜図２ｃに一般に示されるように、キャリア１１０は、外枠１１２と、上部支持構造体１１４と、下部支持構造体１１６とを含む。外枠１１２は、二つの離間した側部部材１１８ａ、ｂと、二つの離間した端部材１２０ａ、ｂと、を備える。第一端部部材１２０ａおよび第二端部部材１２０ｂは、第一側部部材１１８ａおよび第二側部部材１１８ｂに結合され、それらの間を延在して、外枠１１２を形成してもよい。側部部材１１８ａ、１１８ｂが端部部材１２０ａ、１２０ｂよりも長い場合、枠１１２は、図２ａ〜図２ｃに示すように、概長方形の形状を有することができる。
【００４７】
図２ａ〜図３ｃに示すように、キャリア１１０の第一側部部材１１８ａおよび第二側部部材１１８ｂはそれぞれ、図２ｂの破線１２４ａおよび１２４ｂで示す、第一および第二の搬送ライン支持部材とそれぞれ係合するように構成された、支持突起１２２ａ、ｂをそれぞれ含む。キャリア１１０の第一支持突起１２２ａおよび第二支持突起１２２ｂは、第一搬送ライン支持部材１２４ａおよび第二搬送ライン支持部材１２４ｂ上でキャリア１１０を支持するための第一および第二の下部支持面１４２ａ、ｂを有する。搬送ライン支持部材１２４ａ、ｂは、図２ｃの矢印で示す方向にマイクロ波加熱システムを通って移動するにつれ、キャリア１１０の各側に配置された、例えば一対のチェーン（図２ａ〜図２ｃには図示せず）などの移動搬送ライン要素であってもよい。
【００４８】
本明細書に記載のマイクロ波加熱システムで使用するのに適したキャリアは、損失の低い材料、ある場合には導電性材料さえも含む、好適な任意の材料で形成することができる。例えば、マイクロ波加熱システム１１０での使用に適したキャリアは、プラスチック、ガラス繊維、または任意の他の誘電材料を含むかまたはそれらから構成することができ、一つまたは複数のマイクロ波適合性および／またはマイクロ波透過性材料で作製することができ、損失の多い材料であってもよい。いくつかの実施形態では、キャリアは実質的に金属を含まないことがある。
【００４９】
他の実施形態では、キャリアは、図１ａに示すように、複数の支持部材を支持部材１３４として含み得、強力な導電性材料から形成されている。好適な導電性材料は、ＡＳＴＭ  Ｅ１００４（０９）に従って測定した、２０℃で１メートル当たり少なくとも約１０３ジーメンス（Ｓ／ｍ）、少なくとも約１０４Ｓ／ｍ、少なくとも約１０５Ｓ／ｍ、少なくとも約１０６Ｓ／ｍ、少なくとも約１０７Ｓ／ｍの導電率を有することができる。さらに、導電性材料は、ＡＳＴＭ  Ｅ８／Ｅ８Ｍ−１６ａに従って測定した、少なくとも約５０メガパスカル（ＭＰａ）、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約２００ＭＰａ、少なくとも約４００ＭＰａ、または少なくとも約６００ＭＰａの引張強度を有することができ、それはまた、ＡＳＴＭ  Ｅ８／Ｅ８Ｍ−１６ａに従って測定した、２０℃で少なくとも約５０ＭＰａ、少なくとも約１００ＭＰａ、少なくとも約２００ＭＰａ、少なくとも約３００ＭＰａ、または少なくとも約４００ＭＰａの降伏強度を有し得る。導電性材料のヤング率は、ＡＳＴＭ  Ｅ１１１−０４（２０１０）に従って測定した、２０℃で測定した、少なくとも約２５ギガパスカル（ＧＰａ）、少なくとも約５０ＧＰａ、少なくとも約１００ＧＰａ、または少なくとも約１５０ＧＰａ、および／または、約１０００ＧＰａ以下、約７５０ＧＰａ、約５００ＧＰａ以下、または約２５０ＧＰａ以下であり得る。導電性材料は金属性でもよく、ある場合には金属合金でもよい。金属合金は、鉄、ニッケル、および／または、クロムを含むが、これらに限定されない、好適な金属要素の任意の混合物を含み得る。導電性材料はステンレス鋼を含んでもよく、食品用ステンレス鋼でもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第一側部部材１１８ａおよび第二側部部材１１８ｂおよび第一端部材１２０ａおよび第二端部材１２０ｂは、例えば、２０℃で測定した、約１０−４以下、約１０−３以下、または約１０−２以下の損失正接を有する、損失の低い材料を含む、好適な任意の材料で形成され得る。側部部材１１８ａ、１１８ｂおよび端部材１２０ａ、１２０ｂの各々は同じ材料から形成されてもよく、少なくとも一つは異なる材料から形成されてもよい。好適な、損失正接の低い材料の例としては、様々なポリマーおよびセラミックが含まれ得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、損失正接の低い材料は食品用材料であってもよい。
【００５１】
損失正接材料がポリマー材料であるとき、それは少なくとも約８０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１２０℃、または少なくとも約１４０℃のガラス転移温度を有し得るため、容器の加熱中にキャリアがさらされ得る高温に耐えることができる。好適な低損失ポリマーの例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリノルボルネン、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ポリマーはモノリシックであり得るか、または、例えばガラス繊維入りＰＴＦＥ（「ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）」）などのガラス繊維で強化され得る。アルミノケイ酸塩のようなセラミックも。損失の低い材料として使用することができる。
【００５２】
キャリアの別の例が、キャリア２１０として図３に示されている。図３に示すように、キャリア２１０は、間に好適な任意の数の容器２１６を固定するように構成された、下部固定面２１２ａと、上部固定面２１２ｂとを備える。一実施形態では、上面２１２ｂおよび／または下面２１２ａは、図３に概略的に示すように、網目状、格子状、または格子状構造を有することができ、一方、別の実施形態では、表面２１２ａおよび２１２ｂの一方または両方が実質的に連続的な表面を含むことができる。
【００５３】
下部固定面２１２ａおよび上部固定面２１２ｂは、図３にファスナ２１９として示されるように、固定装置によって互いに取り付けられてもよく、組み立てられたとき、キャリア２１０は、好適な任意の取り付け機構に従って搬送システム（図示せず）に取り付けられるかまたは固定されてもよい。いくつかの実施形態では、キャリア２１０の少なくとも一つの側面（または縁部）は、例えば、キャリア２１０を搬送システム（図示せず）の一部（例えば、バー、レール、ベルト、またはチェーン）に固定するための、図２に示す上部フック２１８ａおよび下部フック２１８ｂといった、一つまたは複数の取り付け機構を含むことができる。キャリア２１０は、容器２１６の厚さおよび／または重量に応じて、キャリア２１０を搬送システムに固定するためのフック２１８ａまたは２１８ｂのうちの一つのみを含み得る。図１に示すマイクロ波加熱システム１０内の搬送システムは、一つまたは複数の搬送ラインに沿って複数のキャリアを搬送するように構成されてもよく、キャリアは、横方向に離間して並んだ構成、および／または、垂直方向に離間して積み重ねられた構成で配置され得る。搬送システムが複数の搬送ラインを含む場合、各搬送ラインは複数の容器を保持するための単一のキャリアを含むことができ、または、各搬送ラインは互いに積み重ねられた、または横方向に離間した、複数のキャリアを保持することができる。
【００５４】
他の用途では、容器はキャリア内に固定されていなくてもよい。そのような場合、一つの容器しか一度に通過できないように寸法決めされた、一つまたは複数のトンネルに容器を通過させることによって、滞留時間を制御することができる。例えば、コンテナの移動方向に対して垂直な方向で測定されたトンネルの高さに対する、コンテナの同じ方向の寸法の比は、１．５：１未満、約１．３：１以下、約１．２５：１以下、または約１．１：１以下であり得る。いくつかの場合において、トンネルを通過した容器は、一列に配置されたボトルであってもよい。ボトルはまた、図４ａに示すように、略横並び構成で配置されてもよく、または、図４ｂに概略的に示すように、端と端を合わせた構成であってもよい。そのような一列の横並びおよび端と端を合わせた構成は、キャリアまたは他の種類の搬送ラインにおいても使用され得る。
【００５５】
ボトル（または他の容器）が、図１ａおよび図１ｂに示すように熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波加熱ゾーン１６を通過するにつれ、ボトルは、熱化および／または加熱ステップの全部または一部の間、直立位置に留まることができる。いくつかの用途では、ボトルまたは他の容器は、熱化および／またはマイクロ波加熱ゾーンに装填される前、その間、またはその後に倒立させることができる。他の種類の容器でも同様の構成が可能であり、特定の容器およびその用途に応じて異なり得る。
【００５６】
再び図１ａおよび図１ｂを参照すると、容器が存在する場合は熱化ゾーン１４から取り除かれた、または、存在しない場合は充填ゾーン１２から取り除かれた容器を、マイクロ波加熱ゾーン１６内に導入することができ、ボトルまたは他の容器は、マイクロ波エネルギーを使用して急速に加熱され得る。本明細書で使用されるとき、用語「マイクロ波エネルギー」は、３００ＭＨｚと３０ＧＨｚの間の周波数を有する電磁エネルギーを指す。マイクロ波エネルギー用に一般的に使用されている産業用周波数には、９１５ＭＨｚと２．４５ＧＨｚ（２４５０ＭＨｚ）がある。マイクロ波エネルギーに加えて、マイクロ波加熱ゾーン１６は、通過するボトルの温度をさらに上昇させるために、例えば伝導加熱または対流加熱などの他の種類の加熱も採用され得る。ある場合には、マイクロ波加熱ゾーン１６内でボトルを加熱するのに使用されるエネルギーの、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約７５パーセント、少なくとも約８０パーセント、少なくとも約８５パーセント、少なくとも約９０パーセント、または少なくとも約９５パーセントがマイクロ波エネルギーであり得る。マイクロ波エネルギーは、ボトルを直接加熱することができ、および／または、ボトルを囲む流体を加熱するのに使用することができ、それは対流および／または伝導によってボトルをさらに加熱することができる。
【００５７】
ボトルがマイクロ波加熱ゾーン１６を通過すると、各ボトルの内容物の最冷部分が目標温度に達するようにボトルを加熱することができる。マイクロ波加熱システムが滅菌または殺菌システムであるとき、目標温度は少なくとも約６５℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約８５℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約９５℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１０５℃、少なくとも約１１０℃、少なくとも約１１５℃、少なくとも約１２０℃、少なくとも約１２１℃、少なくとも約１２２℃、および／または、約１３０℃以下、約１２８℃以下、または約１２６℃以下の滅菌または殺菌目標温度であり得る。
【００５８】
ボトルまたは他の容器がマイクロ波加熱室を通過するにつれ、それらは比較的短時間で目標温度まで加熱され得、これにより、加熱されている液体または半液体材料のあらゆる損傷または劣化を最小限に抑えるのに役立ち得る。例えば、マイクロ波加熱ゾーンを通過する各ボトルの平均滞留時間は、少なくとも約５秒、少なくとも約２０秒、少なくとも約６０秒、および／または、約１０分以下、約８分以下、約５分以下、約３分以下、約２分以下、または約１分以下であり得る。マイクロ波加熱ゾーンで加熱されるボトルの最低温度は、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、少なくとも約５０℃、少なくとも約７５℃、および／または、約１５０℃以下、約１２５℃以下、または約１００℃以下だけ増加し得る。
【００５９】
マイクロ波加熱室が液体で充填されると、マイクロ波加熱室内の液体の平均バルク温度は変動することがあり、ある場合には、マイクロ波加熱室に放出されるマイクロ波エネルギーの量に依存することがある。マイクロ波加熱室内の液体の平均バルク温度は、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約８５℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約９５℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１０５℃、少なくとも約１１０℃、少なくとも約１１５℃、または少なくとも約１２０℃、および／または、約１３５℃以下、約１３２℃以下、約１３０℃以下、約１２７℃以下、または約１２５℃以下であり得る。ある場合には、これは、その最冷点で測定されたボトルの内容物の温度とは異なる（例えば、より高いかより低い）、少なくとも約１℃、少なくとも約２℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、および／または、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、または約２５℃以下であり得る。
【００６０】
マイクロ波加熱室は、ほぼ周囲圧力で運転することができる。あるいは、それは、周囲圧力の少なくとも５ｐｓｉｇ、少なくとも約１０ｐｓｉｇ、少なくとも約１５ｐｓｉｇ、または少なくとも約１７ｐｓｉｇ、および／または、約８０ｐｓｉｇ以下、約６０ｐｓｉｇ以下、約５０ｐｓｉｇ以下、または約４０ｐｓｉｇ以下の圧力で動作する、加圧マイクロ波室であり得る。本明細書で使用されるとき、用語「周囲」圧力は、外部加圧装置の影響を受けずにマイクロ波加熱室内で流体によって及ぼされる圧力を指す。
【００６１】
本明細書に記載のマイクロ波加熱システムで使用するように構成されたマイクロ波加熱ゾーン３１６の一例を図５に概略的に示す。図５に示すマイクロ波加熱ゾーン３１６は、一般に、マイクロ波加熱室３３０と、マイクロ波エネルギーを発生させるための少なくとも一つのマイクロ波発生器３３２と、マイクロ波エネルギーの少なくとも一部を発生器３３２からマイクロ波加熱室３３０に向けるためのマイクロ波分配システム３３４とを含む。マイクロ波加熱ゾーン３１６はさらに、マイクロ波分配システム３３４からマイクロ波加熱室３３０の内部にマイクロ波エネルギーを放出するための一つまたは複数のマイクロ波発射装置３２２と、ボトルまたはボトルを積載したキャリアをマイクロ波加熱室３３０に通すための搬送システム３４０とを含む。
【００６２】
マイクロ波発生器３３２は、所望の波長（λ）のマイクロ波エネルギーを発生させるための好適な任意の装置であり得る。好適な種類のマイクロ波発生器の例としては、マグネトロン、クライストロン、進行波管、およびジャイロトロンが挙げられるが、これらに限定されない。図５には単一の発生器を含むものとして示すが、マイクロ波加熱ゾーンが好適な任意の構成で配置された任意の数の発生器を含み得ることを理解されたい。例えば、マイクロ波加熱ゾーンは、少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、および／または、５つ以下、４つ以下、または３つ以下のマイクロ波発生器を含むことができる。様々な数の発生器を含む様々なマイクロ波加熱ゾーンの特定の構成は、’５１６出願に論じられている。
【００６３】
マイクロ波分配システム３３４は、マイクロ波エネルギーを発生器３３２からマイクロ波加熱室３３０に向けるための複数の導波管を備える。導波管は、特定の優勢モードでマイクロ波エネルギーを伝播するように構成されることができ、それは、発生器によって発生したマイクロ波エネルギーのモードと同じでも異なっていてもよい。本明細書で使用されるとき、用語「モード」は、マイクロ波エネルギーの概して固定された断面電磁界パターンを指す。マイクロ波エネルギーの好適なモードの例はＴＥＸＹモードであり、ｘおよびｙは、０から５の範囲の整数であり、ＴＭａｂのモードであり、ａおよびｂは０から５の範囲の整数である。
【００６４】
図５に示すマイクロ波加熱ゾーン３１６は、マイクロ波エネルギーをマイクロ波加熱室内に放出するための少なくとも一つのマイクロ波発射装置を含む。図５に示す実施形態では、マイクロ波加熱ゾーン３１６は、複数の上部マイクロ波発射装置３２２ａと、複数の下部マイクロ波発射装置３２２ｂとを含む。システムが二つ以上のマイクロ波発射装置を含む場合、発射装置のうちの少なくともいくつかは、マイクロ波加熱室の同一側面に配置されてもよい。これらの同一側面の発射装置（例えば、上部マイクロ波発射装置３２２ａまたは下部マイクロ波発射装置３２２ｂ）は、図５に示すように、室を通過するキャリアの進行方向と平行な方向に、マイクロ波加熱室の長さ方向に沿って互いに軸方向に離間されてもよい。マイクロ波システムはまた、室を通るキャリアの進行方向に対して略垂直な方向に、互いに横方向に離間した、二つ以上の同側部発射装置を含み得る。
【００６５】
それに加えて、またはその代わりに、マイクロ波加熱システムはまた、図５に示されるマイクロ波発射装置３３２ａおよび３３２ｂの上下の組によって示されるように、マイクロ波室の両側に配置された少なくとも二つの発射装置を含み得る。これらの対向する、または、反対に配置された発射装置は、反対方向を向いていてもよいため、図５に示されるように、発射装置の発射開口部が実質的に整列するか、あるいは、対向する発射装置の発射開口部が互いに軸方向および／または横方向に離間するように互い違いに配置される。本発明のマイクロ波加熱ゾーンでの使用に好適ないくつかの特定の発射装置および複数の発射装置の様々な構成は、’５１６出願にさらに詳細に記載されている。
【００６６】
マイクロ波加熱ゾーンでは、好適な任意の種類のマイクロ波発射装置を使用することができる。ある場合には、マイクロ波加熱ゾーンで利用される一つまたは複数のマイクロ波発射装置は、‘５１６出願に詳細に記載されているように、少なくとも２°、少なくとも約４°、少なくとも約６°および／または約１５°以下、約１０°以下、約８°以下、または約６°以下の発射傾斜角で傾斜してもよい。それに加えて、またはその代わりに、‘５１６出願に詳細に記載されているように、少なくとも一つの発射開口部は、マイクロ波透過窓で少なくとも部分的に覆われてもよい。特定の寸法、形状、および配向を含む好適な発射装置構成の具体例も‘５１６出願に記載されている。
【００６７】
図５に一般的に示されるように、いくつかの実施形態では、マイクロ波室３３０は、マイクロ波加熱ステップ中に複数のボトルまたは他の容器が通過し得る単一の室であり得る。他の実施形態では、マイクロ波加熱ゾーンは、図６に示すように、複数のトンネル３６０を含むことができる。マイクロ波加熱ゾーンがトンネルを含むとき、それは、図６に一般に示されるように、並列に配置された、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも５つ、少なくとも６つ、少なくとも７つ、または少なくとも８つ以上、および／または、１５以下、１４以下、１２以下、１０以下、８つ以下、または６つ以下のトンネルを含み得る。それは、単一のトンネルを含むこともできる。ボトル３０４（または他の容器）は、ポンプを介して、または個々のトンネル３６０を通してボトル３０４を押すように設計された機械的装置（図示せず）によって、トンネル３６０を通って移動することができる。
【００６８】
さらに他の実施形態では、マイクロ波加熱室３３０はスパイラル室であるかまたはそれを含むか、あるいは少なくとも一つのスパイラル部を含むことができる。例えば、マイクロ波加熱室３３０がスパイラル室であるとき、それは、９０°より大きい角度を有する少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも５つ、または少なくとも６つの屈曲部または曲線を含み得る。そのようなマイクロ波加熱室３３０の例は、図７ａおよび図７ｂに示されている。ある場合には、マイクロ波室の入口３１１は、その出口３１３より実質的に高くてもよく、それによって、図７ａに示すように垂直スパイラルを形成する。あるいは、マイクロ波室の入口３１１は、その出口３１３とほぼ同じ、またはわずかに高いまたは低い垂直方向の高さであってもよく、それによって図７ｂに示すように水平方向の室を形成する。スパイラル形状またはスパイラル含有マイクロ波加熱室３３０の使用は、マイクロ波加熱システムの設置面積を縮小するのを助けることができ、限られたスペースを有する後付けシステムに有用であり得る。
【００６９】
図１ａおよび図１ｂを再び参照すると、いくつかの用途では、容器に伝達される熱の程度を高めるために、少なくとも一つの撹拌装置を熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波加熱ゾーン１６に含めることができる。そのような攪拌装置は、熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波加熱ゾーン１６が少なくとも部分的に液体媒体で充填されているときに使用することができる。好適な攪拌装置としては、流体ジェットまたはノズル、超音波パルス、音波または音響パルスまたは装置、ならびに加熱室の内壁部に沿って配置された旋条を含むが、これらに限らない。あるいは、またはさらに、熱化ゾーン１４および／またはマイクロ波加熱ゾーン１６は、容器内の液体または半液体材料を振る、回転させる、または他の方法で破壊するための少なくとも一つの装置を含み、それによって加熱および熱伝達率の均一性を高める。いくつかの用途では、マイクロ波加熱ゾーン１６を横切るバルク液体の全温度変化は、少なくとも約２℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、または少なくとも約２５℃、および／または、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、または約３０℃以下であり得る。
【００７０】
マイクロ波加熱ゾーン１６に導入されると、容器は、マイクロ波エネルギーが連続的に室内に放出されている間にマイクロ波加熱室を通過することができる。上述したように、ボトルまたは他の容器が液体媒体に浸され、それらが室を通過するときに液体媒体を通って移動するように、加熱室は少なくとも部分的に液体媒体で満たされてもよい。いくつかの用途では、マイクロ波室は、少なくとも５０パーセント、少なくとも約６０パーセント、少なくとも約６５パーセント、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約７５パーセント、少なくとも約８０パーセント、少なくとも約８５パーセント、少なくとも約９０パーセント、または少なくとも約９５パーセントが液体媒体で充填されている。液体媒体は水を含むか、または水であってもよく、それは加熱される液体または半液体材料と同様の誘電率を有することができる。加熱室内に放出されたマイクロ波エネルギーの少なくとも一部は、液体または半液体材料の最冷領域が所定の期間にわたって目標温度以上の温度に達するように容器を加熱するために使用されてもよい。
【００７１】
液体または半液体材料の最冷領域が目標温度以上に維持される期間は、液体または半液体材料の所望の殺傷率および／または加熱時間を達成するのに適した任意の時間であり得る。ある場合には、これは、例えば、３０秒〜１０分、４５秒〜８分、１分〜６分であり得、特定の時間は、少なくとも部分的には、目標温度に依存する。時間は、少なくとも約３０秒、少なくとも約４５秒、少なくとも約１分、少なくとも約２分、または少なくとも約５分、および／または、約１５分以下、約１０以下、約８以下、約６以下、または約４分以下であり得る。目標温度は、例えば、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、または少なくとも約８０℃の最低殺菌温度であり得るか、または、例えば少なくとも約１１５℃、少なくとも約１１７℃、少なくとも約１２０℃、または少なくとも約１２１℃の最低滅菌温度であり得る。目標温度はまた、前述の範囲のうちの一つまたは複数の範囲内にあってもよい。ボトルまたは他の容器がガラス転移温度を有するポリマー材料から少なくとも部分的に形成されている場合、液体または半液体材料が加熱される目標温度は、例えばガラス転移温度よりも例えば、少なくとも約２℃、少なくとも約５℃、少なくとも約８℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１２℃、または少なくとも約１５℃、高いまたは低い場合がある。
【００７２】
ボトルまたは他の容器がマイクロ波加熱室３３０を通って移動すると、それらは、一つまたは複数のマイクロ波発射装置によって画定される少なくとも一つの発射開口部を通過する。容器が発射開口部の近くを通過するにつれて、容器内の液体または半液体材料の少なくとも一部の温度は、目標温度またはそれに近い温度まで急速に上昇する可能性がある。容器がポリマー材料から少なくとも部分的に形成されている場合、液体または半液体材料の少なくとも一部の温度は、ポリマーのガラス転移温度以上の温度に上昇してもよい。同時に、容器を取り囲む液体媒体、特に容器の壁部の平均温度は、ポリマーのガラス転移温度より低い温度であり得る。
【００７３】
容器が発射開口部から離れるにつれて、その内容物の温度は低下する可能性があり、ある場合には、液体または半液体材料の少なくとも一部が目標温度より低い温度まで低下する可能性がある。容器がポリマーから形成されている場合、壁部における液体または半液体材料の温度は容器のガラス転移温度を下回る可能性がある。容器は、液体または半液体材料の最冷部分が所望の殺傷率または加熱時間を達成するのに十分な時間／温度の組み合わせを達成するのに必要な任意の数のマイクロ波発射装置を通過することができる。しかしながら、容器は、比較的短期間だけ高温（例えば、ポリマー材料のガラス転移温度付近またはそれ以上）にさらされているだけなので、容器は変形または破裂することはない。その結果、本発明のいくつかの実施形態では、従来のプロセスと同等またはそれ以上の殺菌または滅菌結果を依然として達成しながら、より薄いポリマー容器を使用できることがわかった。
【００７４】
次に図８を参照すると、本発明の実施形態に従って加熱された液体または半液体材料の温度を示すグラフが、マイクロ波加熱室に沿った時間および位置の関数として示されている。図８に提供される例示的なグラフは、容器がガラス転移温度（Ｔｇ）を有するポリマー材料から少なくとも部分的に形成されていることを前提としており、これは加熱ステップ中に達成されるべき目標温度（Ｔｔａｒｇｅｔ）より低い。図８はまた、容器が、容器を形成するために使用されるポリマーの目標温度およびガラス転移温度の両方よりも低い平均温度（Ｔｂａｔｈ）を有する流体によって囲まれていると仮定している。容器を囲むために使用される流体は、液体媒体であり得、水を含み得るかまたは水であり得る。例えば、容器がポリマー材料から形成されていない（すなわち、Ｔｇがない）場合、または、液体または半液体の目標温度がガラス転移温度（すなわち、ＴｇおよびＴｔａｒｇｅｔラインの位置が入れ替わった位置）よりも低い場合など、他の実施形態においても同様の温度プロファイルが達成され得ることが理解されるべきである。
【００７５】
図８に示すように、容器がマイクロ波加熱ゾーンを通過すると、容器内の液体または半液体材料の最冷部分の温度（Ｔｍｉｎとして示される）が上昇し、それに伴って、容器の壁部における液体または半液体材料の温度（Ｔｗａｌｌとして表示）も上昇する。容器がマイクロ波発射装置のうちの一つの開口部の近くを通過するとき、液体または半液体材料の最冷部分の温度は、図８に示されるように、目標温度またはそれを超える温度まで上昇し得る。同時に、容器壁部での液体または半液体材料の温度も、まずはポリマーのガラス転移温度付近、またはそれ以上の温度まで上昇し、次いで、容器が最初の発射装置を通過するにつれて、目標温度またはその付近の温度まで上昇し得る。容器が第一のマイクロ波発射装置から離れるにつれて、液体または半液体材料の最冷部分の温度は、おそらく目標温度より低く、且つ、ガラス転移温度より高い（または低い）温度まで、わずかに低下する。容器の壁部における液体または半液体材料の温度もまた、少なくとも部分的にはそれが低温流体浴に近接しているために、ガラス転移温度より低い温度まで急速に低下することが多い。容器がマイクロ波加熱室の長さに沿って次の発射装置を通過する場合も、同様の傾向が続く。
【００７６】
容器が加熱されると、所望の程度の殺菌または滅菌を依然として達成しながら、容器の壁部にある液体または半液体材料を最小限の時間、ガラス転移温度以上に保つことができる。例えば、図８に示すように、液体または半液体材料の最冷部分の温度が目標温度以上である時間の合計時間は、ｔ１とし、図８ではｙ１からｙ３までの時間の合計によって表されるように、少なくとも約１０秒、３０秒、４５秒、１分、または２分、および／または、約１０分、８分、６分、５分、３分、２分、１分、または３０秒以下であり得る。ｙ１からｙ３までの個々の値は、同じでも異なっていてもよく、少なくとも約０．５秒、１秒、２秒、５秒、８秒、または１０秒、および／または、約６分以下、５分、４分、３分、２分、または１分であってもよく、または、０．５秒から６分、５秒から３分、または１０秒から２分の範囲であってもよい。
【００７７】
加えて、容器の壁部における液体または半液体材料の最高温度は、少なくとも約０．５秒、１秒、２秒、５秒、１０秒、３０秒、４５秒、１分、または２分、および／または、約１０分、８分、６分、５分、３分、２分、または１分以下の合計時間にわたり、ポリマー材料のガラス転移温度以上であり得、ｔ２とし、図８ではｘ１からｘ３の合計時間によって表わされ得る。ｘ１からｘ３までの個々の値は、少なくとも約０．５秒、１秒、２秒、５秒、１０秒、または１５秒、および／または、約６分、５分、３分、２分、１分、または３０秒であってもよく、またはそれは、０．５秒から６分、５秒から３分、または１０秒から２分の範囲であってもよい。
【００７８】
いくつかの場合において、ｔ１およびｔ２の値は近くてもよく、容器の壁部における液体または半液体材料の最高温度がガラス転移温度を上回る間の合計時間のかなりの部分が、液体または半液体材料の殺菌または滅菌が行われる時間と重なることを意味する。いくつかの場合において、ｔ２に対するｔ１の比は、少なくとも約０．４０、少なくとも約０．４５、少なくとも約０．５０、少なくとも約０．５５、少なくとも約０．６０、少なくとも約０．６５、少なくとも約０．７０、少なくとも約０．７５、少なくとも約０．８０、少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９０、または少なくとも約０．９５であり得、より高い比は一般により効率的な加熱を示す。いくつかの実施形態では、容器内の液体または半液体材料のより暖かい部分（通常は容器の幾何学的中心またはその近くに位置する）および容器壁部近くのより低温の液体または半液体からの対流熱伝達が、所望の程度の殺菌または滅菌を達成するために、容器の内容物のさらに均一な加熱を促進させるのを助ける。
【００７９】
いくつかの場合には、この対流熱伝達は、マイクロ波加熱室内に少なくとも一つの撹拌装置を含めることによって促進することができる。使用されるとき、攪拌装置は、熱化ゾーン１４で使用される任意の攪拌装置と同じでも異なってもよい。好適な撹拌装置は、例えば、流体ジェットもしくはノズル、超音波パルス、音波もしくは音響パルスまたは装置、もしくは加熱室の内壁部に沿って配置された旋条などの静的撹拌装置を含むことができる。あるいは、またはさらに、マイクロ波加熱室は、容器内の液体または半液体材料を振る、回転させる、またはそうでなければ破壊するための少なくとも一つの装置を含むことができる。攪拌装置の使用は、例えば、容器の中心またはその付近のより暖かい液体または半液体材料と、容器壁部近くのより冷たい液体または半液体との間の熱伝達率を高めることによって、容器内容物の加熱の均一性を高めるのに役立ち得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、容器の壁部における液体または半液体材料のより冷たい温度は、少なくとも部分的には周囲の液体のより低い温度（Ｔｂｕｔｈ）に起因し得る。例えば、いくつかの実施形態では、加熱ステップ中に容器を囲む液体媒体は、容器の外壁部付近で測定された、容器の壁部における液体または半液体の温度よりも少なくとも約２℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、および／または、約３０℃以下、約２５℃以下、または約２０℃以下冷たい温度である、平均温度を有し得る。周囲の液体の平均温度が容器の壁部のところの液体または半液体材料の温度より低い場合、この温度差は、容器の壁部が容器を形成するために使用されるポリマーのガラス転移温度を超える温度にさらされる時間を最小限に抑えるのに役立ち得る。
【００８１】
結果として、容器壁部の温度は、最小時間の間、そのガラス転移温度にあるか、またはそれは、加熱ステップの間にそのガラス転移温度にさえ達しない場合がある。これは、加熱中の容器の変形または破裂を防ぐのに役立つ。いくつかの実施形態において、容器壁部の温度は、全体の加熱ステップの間、合計で３０秒未満、２０秒未満、１５秒未満、１０秒未満、５秒未満、または２秒未満の間、そのガラス転移温度以上であり得るか、またはその時間が全くない場合がある。あるいは、またはさらに、容器壁部の温度は、少なくとも加熱ステップの少なくとも約５０パーセント、少なくとも約６０パーセント、少なくとも約７０パーセント、少なくとも約８０パーセント、または少なくとも約９０パーセントの間、ガラス転移温度より少なくとも約２℃、少なくとも約３℃、少なくとも約５℃、少なくとも約８℃、または少なくとも約１０℃、低くてもよい。
【００８２】
図８には、単一の、長手軸方向に離間した発射装置を含むよう一般に示されているが、本発明のマイクロ波加熱システムは、マイクロ波加熱室の両側に配置された一対以上の対向する発射装置を使用することができることを理解されたい。各マイクロ波発射装置は、１ｋＷから３０ｋＷの間、２ｋＷから２５ｋＷの間、または５ｋＷから２０ｋＷの間のマイクロ波エネルギーを加熱室に放射することができる。いくつかの実施形態では、各マイクロ波発射装置は、少なくとも約５ｋＷ、少なくとも約７ｋＷ、少なくとも約１０ｋＷ、少なくとも約１５ｋＷおよび／または約５０ｋＷ以下、約４０ｋＷ以下、約３０ｋＷ以下、約２５ｋＷ以下、約２０ｋＷ以下、または約１７ｋＷ以下で放出するよう構成され得る。
【００８３】
システムが二つ以上のマイクロ波発射装置を含む場合、各発射装置は、一つまたは複数の他の発射装置として同量のエネルギーを放出することができ、または、少なくとも一つの発射装置は、他の発射装置の少なくとも一つと比較して、エネルギーの異なる（例えば、より低いまたはより高い）量を放出することができる。全体として、マイクロ波加熱室に放出されるエネルギーの総量は、少なくとも約２５ｋＷ、少なくとも約３０ｋＷ、少なくとも約３５ｋＷ、少なくとも約４０ｋＷ、少なくとも約４５ｋＷ、少なくとも約５０ｋＷ、少なくとも約５５ｋＷ、少なくとも約６０ｋＷ、少なくとも約６５ｋＷ、少なくとも約７０ｋＷ、または少なくとも約７５ｋＷ、および／または、約１００ｋＷ以下、約９５ｋＷ以下、約９０ｋＷ以下、約８５ｋＷ以下、約８０ｋＷ以下、約７５ｋＷ以下、約７０ｋＷ以下、または約６５ｋＷ以下であり得る。さらに、三つの連続する発射装置を含むように示されているが、二つ以下のマイクロ波発射装置または四つ以上のマイクロ波発射装置を使用するマイクロ波加熱システムもまた、使用され得、同様の温度プロファイルを示すと予想される。
【００８４】
容器がさらされる熱負荷を低減することに加えて、本明細書に記載されるような、液体または半液体材料を効率的に加熱するためのマイクロ波エネルギーの使用はまた、最終製品の品質を向上させ得る。例えば、容器がポリマー材料（例えば、ガラス容器など）から形成されていない場合でも、上記のように容器を加熱することは、その中の液体または半液体材料の熱履歴を減少させ、それによって過加熱および最終製品の熱劣化を最小限に抑えることができる。これは、処理されている液体または半液体材料が医療用、医薬品用、栄養補助食品用、または獣医用流体である場合に、味、食感、および色などの望ましい、感覚を刺激する特性を保持し、且つ、重要な機能性を保持するのに役立ち得る。全体として、本発明のシステムおよび方法は、同等またはそれ以上の品質の製品を提供し、安全基準を満たすかまたはそれを超えると同時に、全体の処理時間を短縮する。
【００８５】
図１ａおよび図１ｂを参照すると、マイクロ波加熱ゾーン１６から引き出された後、容器は任意選択的に任意選択の保持ゾーン１８に渡されてもよい。容器の温度は実質的に一定のままであり得る。存在する場合、保持ゾーン１８を通過する容器は、少なくとも約３０秒間、少なくとも約１分間、少なくとも約２分間、少なくとも約５分間、または少なくとも約１０分間、および／または、約１５分間以下、約１２分間以下、約１０分間以下、または約８分間以下の間、そこにあり得る。保持ゾーンは加圧してもしなくてもよく、マイクロ波加熱システムが搬送ラインを含む場合、搬送ラインは保持ゾーンを通って延びていてもいなくてもよい。保持ゾーン１８内の液体の温度は、少なくとも約６０℃、少なくとも約６５℃、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約８５℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約９５℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１０５℃、少なくとも約１１０℃、または少なくとも約１１５℃、および／または、約１３０℃以下、約１２５℃以下、約１２２℃以下、約１２０℃以下、約１１５℃以下、または約１１０℃以下であり得る。
【００８６】
保持ゾーン１８において、ボトルの内容物の最冷部分の温度は、少なくとも約７０℃、少なくとも約７５℃、少なくとも約８０℃、少なくとも約８５℃、少なくとも約９０℃、少なくとも約９５℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１０５℃、少なくとも約１１０℃、少なくとも約１１５℃、または少なくとも約１２０℃、少なくとも約１２１℃、少なくとも約１２２℃、および／または、約１３０℃以下、約１２８℃以下、または約１２６℃以下の所定の最低温度以上の温度に保持され得る。加圧すると、保持ゾーン１８内の圧力は、少なくとも約５ｐｓｉｇ、少なくとも約１０ｐｓｉｇ、少なくとも約１５ｐｓｉｇ、または少なくとも約２０ｐｓｉｇ、および／または、約６０ｐｓｉｇ以下、約５５ｐｓｉｇ以下、約５０ｐｓｉｇ以下、約４５ｐｓｉｇ以下、約４０ｐｓｉｇ以下、約３５ｐｓｉｇ以下、または約３０ｐｓｉｇ以下であり得る。
【００８７】
保持ゾーンを出た後、容器は、冷却または急冷ゾーン２０に送られる。ボトルは冷却された液体に浸すことによって、できるだけ急速に冷却される。急冷ゾーン２０では、容器の温度は、少なくとも約２℃、少なくとも約５℃、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約２５℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約４０℃、または少なくとも約５０℃、および／または、約１００℃以下、約７５℃以下、または約５０℃以下だけ低下させ、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、または約２５℃以下の温度になり得る。
【００８８】
冷却ゾーンでは好適な任意の流体を使用することができ、ある場合には、流体は、マイクロ波加熱ゾーンおよび／または保持部で使用される液体と同様または異なる液体を含むことができる。冷却ゾーン内の液体の温度は、約５０℃以下、約４５℃以下、約４０℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、または約２７℃以下であり得る。冷却ゾーンは、加圧されていても加圧されていなくても（例えば、大気圧）よく、またはそれは、加圧された区画と加圧されていない区画の両方を含むことができる。同様に、マイクロ波加熱システムが搬送ラインを含む場合、搬送ラインは冷却ゾーンを通って延びていてもいなくてもよい。加えて、冷却ゾーンは少なくとも部分的に液体で満たされていてもよく、または大気条件下にあってもよい。いくつかの用途では、冷却ゾーンは液体充填区画と大気区画の両方を含み得る。
【００８９】
図１ａおよび図１ｂに示すように、急冷ゾーン２０は、移送ゾーン１５ｂによって分離された、高圧冷却ゾーン２４ａと低圧冷却ゾーン２４ｂとを含むことができる。高圧冷却ゾーン２４ａの圧力は、少なくとも約５ｐｓｉｇ、少なくとも約１０ｐｓｉｇ、少なくとも約１５ｐｓｉｇ、または少なくとも約２０ｐｓｉｇ、および／または、約６０ｐｓｉｇ以下、約５５ｐｓｉｇ以下、約５０ｐｓｉｇ以下、約４５ｐｓｉｇ以下、約４０ｐｓｉｇ以下、約３５ｐｓｉｇ以下、または約３０ｐｓｉｇ以下であり得るが、低圧冷却ゾーン２４ｂの圧力は、約１５ｐｓｉｇ以下、約１０ｐｓｉｇ以下、約８ｐｓｉｇ以下、約５ｐｓｉｇ以下、約３ｐｓｉｇ以下、または約２ｐｓｉｇ以下であり得る。ある場合には、高圧冷却ゾーン２４ａと低圧冷却ゾーン２４ｂとの間の圧力差は、少なくとも約１ｐｓｉｇ、少なくとも約２ｐｓｉｇ、少なくとも約５ｐｓｉｇ、少なくとも約１０ｐｓｉｇ、少なくとも約１５ｐｓｉｇ、少なくとも約２０ｐｓｉｇ、および／または、約６０ｐｓｉｇ以下、約５５ｐｓｉｇ以下、約５０ｐｓｉｇ以下、約４５ｐｓｉｇ以下、約４０ｐｓｉｇ以下、約３５ｐｓｉｇ以下、または約３０ｐｓｉｇ以下であり得る。
【００９０】
本発明のマイクロ波加熱システムが使用され得る一つの特定の用途は、ボトルに入れられた水の滅菌である。そのようなシステム５１０の一例が図９に示されている。図９に示すように、川、湖、小川、または好適な他の供給源などの供給源５１２から生じる水は、最初に逆浸透、ＵＶ処理、蒸留、ミクロン濾過、またはオゾン処理を受けることなく複数のボトルを充填するのに使用できる。いくつかの用途では、水は最初に任意の濾過ゾーン５１４に導入されてもよい。溶解または懸濁した固形物を除去するためにそれを濾過してもよく、および／または、例えば一つまたは複数の他の望ましくない物質を除去するためのカーボンブラックを含む、一つまたは複数の濾過床を通過させてもよい。次に、図９に示すように、水はマイクロ波加熱システム５１６に導入されてもよく、マイクロ波加熱システム５１６は、本明細書に記載のシステムと同様に、特に図１ａおよび図１ｂに関して説明したように構成することができる。
【００９１】
ある場合には、本明細書に記載のように、実質的に未処理の水をマイクロ波加熱システム５１６内で滅菌および／または殺菌することができ、得られるボトルは、ボトルに入れられる前に広範囲に処理を受けたボトル入り飲料水に見合った全体的汚染レベルを有し得る。滅菌されたボトル入り飲料水を調製するための本発明のシステムおよび方法の使用は、飲料水が乏しい世界の地域にきれいな飲料水を提供するのを助け得る。
【００９２】
本発明のマイクロ波加熱システムは、比較的短時間で大量の容器を処理することができる商業規模の加熱システムであり得る。マイクロ波エネルギーを利用して複数の容器を加熱する従来のレトルトおよび他の小規模システムとは対照的に、本明細書に記載のマイクロ波加熱システムは、’５１６出願に記載されているように測定すると、１コンベアラインあたり少なくとも毎分約１５パッケージ、１コンベアラインあたり少なくとも毎分約２０パッケージ、１コンベアラインあたり少なくとも毎分約２５パッケージ、１コンベアラインあたり少なくとも毎分約３０パッケージ、の総生産速度を達成するように構成され得る。
【００９３】
容器がボトルを含む場合、本発明のマイクロ波加熱システムは、ボトルの総生産速度が、少なくとも毎分５ボトル、少なくとも毎分約１０ボトル、少なくとも毎分約２５ボトル、少なくとも毎分約５０ボトル、または少なくとも毎分約１００ボトル、および／または、毎分約１５００ボトル以下、毎分約１２５０ボトル以下、毎分約１０００ボトル以下、毎分約９００ボトル以下、毎分約７５０ボトル以下、毎分約５００ボトル以下、毎分約３５０ボトル以下、毎分約２００ボトル以下、毎分約１５０ボトル以下、毎分約１００ボトル以下、または毎分約７５ボトル以下であってもよい。より繊細または特殊な品目にはより低い生産率が使用され得、一般的な商品の処置には、より高い生産率が使用され得る。
【００９４】
上記の本発明の好ましい形態は例示としてのみ使用されるべきであり、本発明の範囲を解釈するために限定的な意味で使用されるべきではない。上記の例示的な一実施形態に対する明らかな修正は、本発明の精神から逸脱することなく当業者によって容易になされ得る。
【００９５】
本発明者らはここで、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質的に逸脱しないが文字通りの範囲外の装置に関する本発明の合理的に公正な範囲を決定し評価するための均等論に頼る意図を述べる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2020503922.tif 000018
2020503922.tif 000019
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