СТЕРИЛИЗАЦИЯ В УПАКОВКЕ НЕИОНИЗИРУЮЩИМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
STERILISATION IN PACKAGE WITH NONIONISING ELECTROMAGNETIC RADIATION

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей обычной патентной заявке, которая испрашивает приоритет по предварительной патентной заявке США № 61/561467, поданной 18 ноября 2011, содержание которой во всей целостности введено в настоящий документ в качестве его части посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к способам неионизирующей электромагнитной стерилизации, включая микроволновую и радиочастотную стерилизацию, пищевых продуктов или напитков в контейнере.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Множество типов пищевых продуктов, включая напитки, упакованы в контейнеры, включая жестяные банки, стеклянные бутылки или бутылки из полиэтилентерефталата (PET). Пищевые продукты необходимо множество раз нагревать для приготовления и/или необходимо проводить их пастеризацию, а также необходимо стерилизовать внутренности контейнеры. Были разработаны различные способы, чтобы сократить или избежать потребности в консервантах для консервирования пищевых продуктов и продления срока годности.
Стерилизация горячим розливом контейнеров, таких как бутылки, содержащие напитки, является хорошо известным способом стерилизации контейнеров, чтобы сделать контейнер по существу свободным от микроорганизмов и роста микробов. Как правило, стерилизация горячим розливом достигается посредством нагревания жидкости до температуры, по меньшей мере, около 185 градусов по Фаренгейту (85 градусов по Цельсию) при использовании термического процесса, например посредством компоновки электронагрева сопротивления или теплообменника. После такого нагревания жидкости нагретую жидкость помещают в трубчатый выдерживатель для поддержания температуры текучей среды в течение достаточного количества времени, так что жидкость стерилизуется от широко распространенных микроорганизмов. Затем нагретую жидкость разливают в контейнеры. До охлаждения контейнеров контейнеры часто подвергаются манипулированию для гарантированного обеспечения того, что горячая жидкость приходит в контакт со всеми внутренними поверхностями контейнеров, включая любые контейнерные закупоривающие устройства (например, крышки). Как правило, такая манипуляция включает в себя наклонение или переворачивание контейнеров для контакта горячей жидкости со всеми внутренними поверхностями контейнера в течение времени, достаточного для стерилизации внутренности контейнеров и их соответствующих закупоривающих устройств. Как только контейнеры полностью стерилизованы, они могут быть охлаждены и безопасно храниться в качестве продукта, устойчивого при хранении, без искусственного холода, как правило, в течение, по меньшей мере, трех месяцев.
При традиционной стерилизации горячим розливом имеются недостатки. Некоторые жидкости, например напитки, содержат твердые включения (например, частицы), а также жидкие. Однако включения могут агломерировать в пределах малых частей контейнера, таких как горлышко и/или крышка бутылки. Во время манипуляции агломерация включений может препятствовать попаданию горячей жидкости в эти части контейнера, и в результате контейнер не будет полностью стерилизован. Например, один переворотных способ, который показал, что его результатом является агломерация включений в горлышке, является так называемым «способом с укладкой». Способ с укладкой включает в себя наклонение наполняемой при горячем розливе бутылки из вертикального стоячего положения в горизонтальное лежачее положение за период времени около 1-2 секунд. Бутылка остается в этом положении в течение конкретного количества времени и затем поднимается обратно в вертикальное стоячее положение. Другой переворотный способ, который показал наличие агломерации включений в горлышке, является так называемым «переворотным устройством в форме верблюжьего горба (camel hump inverter)». Способ с переворотным устройством в форме верблюжьего горба включает в себя захватывание вертикальной стоящей вверх бутылки, резиновыми клещами и наклонение бутылки до тех пор, пока ее кончик не повернется на 90 градусов на бок. Бутылка передается до вертикального стоящего вверх положения, когда она достигает верха переворотного устройства, а затем наклоняется на 90 градусов на бок в противоположном направлении. Соответственно, желательно предотвращать агломерацию включений в частях контейнера, чтобы гарантированно обеспечить должную стерилизацию внутренней части контейнера.
Другой способ стерилизации иногда называется туннельной стерилизацией или туннельной пастеризацией. Традиционная туннельная стерилизация, как правило, включает в себя заполнение контейнера, такого как бутылка, пищевым продуктом, таким как напиток, и последующее закупоривание, такое, как закупоривание бутылки крышкой. Контейнеры, или бутылки, загружаются на одном конце туннеля и пропускаются под струями горячей воды по мере их продвижения вдоль конвейера. Струи скомпонованы так, что бутылки подвергаются воздействию горячей воды до тех пор, пока не достигнут температуры пастеризации напитка. Это также имеет эффект стерилизации контейнера. Затем бутылки охлаждаются струями холодной воды до их отправления с другого конца туннеля. Традиционная туннельная стерилизация, как правило, включает в себя применение топливосжигающего бойлера для получения пара, затем пар охлаждается для получения горячей воды и затем горячая вода подается струями на закупоренные крышками бутылки по мере их продвижения вдоль конвейера. Традиционная туннельная стерилизация имеет энергоэффективность около 30-50%, то есть около 30-50% количества тепла (которое может быть выражено в Британских тепловых единицах (British Thermal Units), то есть BTU), сгенерированного топливосжигающим бойлером, фактически доставляется в продукт. Для традиционной туннельной стерилизации, как правило, требуется 10 минут или более и часто, по меньшей мере, 20 минут или более для достижения достаточной пастеризации напитка и стерилизации внутренних поверхностей контейнера. Например, как правило, при традиционной туннельной стерилизации требуется, чтобы продукт был нагрет струями горячей воды за 10-12 минут в «зоне предварительного нагрева (come up)» туннеля до достижения продуктом температуры около 160 градусов по Фаренгейту (71°C) с последующей выдержкой при этой целевой температуре в течение следующих около 10 минут. Чем дольше продукт и контейнер подвергаются воздействию высокой температуры, тем больше риск нарушения температурного режима продукта и контейнера, что ведет к более высокому риску плохого вкуса и деградации продукта и контейнера. Для некоторых продуктов и/или контейнеров может быть невозможной традиционная туннельная стерилизация, или может требоваться увеличение толщины контейнеров, например, увеличение толщины PET бутылок для достижения стерилизации PET бутылок, заполненных пивом, чтобы гарантировано обеспечить достаточную прочность бутылок после стерилизации
2
2
Асептическая стерилизация является другим способом стерилизации внутренних поверхностей контейнеров. При типичной асептической стерилизации контейнер стерилизуют водным раствором перекиси водорода (HO) для достижения эффекта уничтожения микробов, и затем пастеризованный продукт разливается в стерилизованные бутылки. Как правило, пастеризованный продукт нагревается при использовании термического процесса нагревания и выдерживается при температуре пастеризации в течение достаточного периода времени, например, в центральном резервуаре и/или трубчатом выдерживателе (аналогично выдерживателю, используемому при стерилизации горячим розливом) и затем охлаждают перед помещением в стерилизованную бутылку. Оборудование, используемое для асептической стерилизации, как правило, стоит миллионы долларов и гораздо дороже устройства для туннельной стерилизации. Изменение производственной линии со стерилизации горячим розливом или туннельной стерилизации на асептическую стерилизацию влечет за собой высокие конверсионные затраты.
Указанные выше способы, как правило, имеют большой углеродный след, поскольку обычно они требуют нагрева продукта при использовании термического процесса, например, нагрева продукта посредством компоновки электронагрева сопротивления или теплообменника (такого как для традиционной стерилизации горячим розливом и асептической стерилизации), или, в случае традиционной туннельной стерилизации, нагрева продукта горячей водой, которая генерируется из пара топливосжигающего бойлера. Было бы желательно достичь стерилизации продукта и внутренних поверхностей контейнеров, заполненных продуктом, которая имела бы меньший углеродный след и большую энергоэффективность, чем способы стерилизации, использующие нагрев посредством термического процесса. Также было бы желательно достичь стерилизации продукта и внутренних поверхностей контейнеров, заполненных продуктом, при использовании способов, при которых увеличены темпы производства по сравнению с традиционными способами.
Микроволновая энергия или излучение используется для нагрева продукта для обеспечения более длительного срока хранения, таким образом, делая возможным централизованную подготовку продукта для отгрузки. Однако обработчики (предприятия), занятые в подготовке и упаковке коммерческого пищевого продукта, нашли затруднительным использование микроволновой энергии для увеличения темпов производства.
Известны различные способы увеличения темпа нагрева с целью увеличения темпов производства. Один известный способ заключается в использовании импульсного излучения микроволновой энергии; другой заключается в одновременном использовании множества источников микроволновой энергии, как, например, облучение с нескольких направлений. В этих различных способах микроволновая энергия используется как перед тем, так и после того, как продукт упакован. Однако часто контейнеры повреждаются из-за превышения локальной температуры продукта над эксплуатационной температурой контейнера, при этом часто органолептические свойства и характеристики продукта являются деградированными из-за длительных периодов подверженности локально высокой температуре в продукте.
Следовательно, ни один из этих известных способов использования микроволновой энергии не является удовлетворительным. Известные способы использования микроволновой энергии в результате приводят к неравномерному нагреву продукта, что не обеспечивает гарантированно достаточного срока годности. Также известные способы использования микроволновой энергии оказались безуспешными с точки зрения значительного сокращения времени обработки, при этом органолептические свойства продукта часто являются деградированными, а контейнеры часто являются поврежденными.
Следовательно, продолжает существовать потребность в способе стерилизации продукта, в частности пищевого продукта, который сокращает время обработки без повреждения контейнеров и без деградации органолептических свойств и характеристик продукта, а также не имеет недостатков способов предшествующего уровня техники. Было бы также желательно достичь стерилизации продукта и внутренних поверхностей контейнеров для продуктов и контейнеров, которая не достижима при использовании традиционных способов, и/или обладающую более низкой стоимостью, чем традиционные способы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты воплощения настоящего изобретения относятся к способам снижения числа микроорганизмов для получения коммерчески стерильного продукта в контейнере.
В одном аспекте упомянутый способ может содержать обеспечение закупоренного контейнера, в котором закупоренный контейнер содержит свободно текущий продукт, помещенный в закупоренный контейнер, и конвейерную подачу закупоренного контейнера через установку неионизирующего электромагнитного излучения в течение периода времени конвейерной подачи. Способ включает в себя передачу неионизирующего электромагнитного излучения от установки неионизирующего электромагнитного излучения в свободно текущий продукт для достижения температуры стерилизации в течение периода времени передачи, при этом, по меньшей мере, часть периода времени передачи совпадает с, по меньшей мере, частью периода времени конвейерной подачи. Способ включает в себя манипулирование закупоренным контейнером в течение периода времени манипулирования для достижения стерилизации всей целостности продукта в пределах закупоренного контейнера и всей целостности внутренних поверхностей закупоренного контейнера, при этом, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи.
В одном варианте воплощения настоящего изобретения способ может включать в себя обеспечение закупоренного контейнера, при этом закупоренный контейнер содержит свободно текущий продукт, размещенный в пределах закупоренного контейнера, при этом контейнер содержит основание; размещение закупоренного контейнера вертикально вверх на основании контейнера и подвергание закупоренного контейнера неионизирующему электромагнитному излучению, достаточному для достижения коммерческой температуры стерилизации. Способ может подвергание закупоренного контейнера переворотной последовательности, при этом переворотная последовательность содержит первый переворот контейнера до тех пор, пока основание контейнера не будет расположено под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, при этом первый переворот происходит за период времени, по меньшей мере, в три секунды, и при этом переворотная последовательность позволяет стерилизовать внутренние поверхности контейнера.
Другой аспект включает в себя систему стерилизации контейнеров. Система включает в себя конвейер, выполненный с возможностью подавать на конвейере множество закупоренных контейнеров, содержащих свободно текущий продукт, помещенный в пределах закупоренных контейнеров. Система содержит устройство неионизирующего электромагнитного излучения, выполненное с возможностью передачи неионизирующего электромагнитного излучения в свободно текущий продукт для достижения температуры стерилизации в течение периода времени передачи. Конвейер выполнен с возможностью подавать на нем множество закупоренных контейнеров через устройство неионизирующего электромагнитного излучения в течение периода времени конвейерной подачи, при этом, по меньшей мере, часть периода времени конвейерной подачи совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи. По меньшей мере часть конвейера выполнена с возможностью манипулирования множеством закупоренных контейнеров в течение периода времени манипулирования для достижения стерилизации всей целостности продукта в каждом из множества закупоренных контейнеров и всей целостности внутренних поверхностей каждого из множества закупоренных контейнеров. По меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 является примером графика последовательности манипуляций, показывающей угол переворота во времени.
Фиг. 2 иллюстрирует контейнеры A-G, расположенные под различными углами переворота относительно вертикали.
Фиг. 3 иллюстрирует конвейер для установки для манипулирования контейнерами и настроенной для конкретной последовательности манипуляций, используемой в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 4 иллюстрирует вид в перспективе части конвейера, содержащего карманы для контейнеров.
Фиг. 5 иллюстрирует часть конвейера с Фиг. 4 и вид сверху ограждения по варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 6 иллюстрирует вид сбоку установки для манипулирования контейнерами по другому варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 7a изображает профиль температуры карбонизированного высоко-кислотного продукта, подвергаемого обработке при традиционной туннельной пастеризации.
Фиг. 7b изображает профиль температуры карбонизированного высоко-кислотного продукта, подвергаемого обработке микроволновым излучением, после помещения в бутылку и в закупоренной крышкой бутылке.
Фиг. 8 иллюстрирует в перспективе установки по варианту воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 9 иллюстрирует установку с Фиг. 8, показанный в другом виде в перспективе, чем вид в перспективе, приведенный на Фиг. 8.
Фиг. 10 иллюстрирует вид в перспективе части конвейера и части устройства неионизирующего электромагнитного излучения, используемого в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 11 показывает вид в перспективе конвейера, используемого в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения.
Фиг. 12 показывает - вид в перспективе части конвейера, используемого в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Варианты воплощения настоящего изобретения направлены на способ коммерческой стерилизации продукта в контейнере. Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают промышленные стандарты и нормативы по промышленной стерилизации. Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают, что закон в отношении соков FDA Juice HACCP, опубликованный в 2001, устанавливает минимальное пятикратное логарифмическое (5 log) уменьшение, нацеленное на специфические патогенные микроорганизмы в соке, а также, что для получения стабильного при хранении продукта изготовителям желательно проводить обработку, минимизирующую наличие организмов, вызывающих порчу. Например, стерилизация упаковки может обеспечить шестикратное (6 log) уменьшение количества спор бактерий Bacillus subtillis var. globigii. Смотрите, например, патент США № 6752959, принадлежащий PepsiCo, Inc. Также, как изложено в части 110 Главы 1 Раздела 21 Федерального свода законов США, изданного Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA CFR Title 21 Chapter 1 part 110), действующие добросовестные практики изготовления в области изготовления, упаковки и выдержки пищевых продуктов для потребления человеком должны соблюдаться. Неионизирующее электромагнитное излучение разрешено FDA, смотрите, например, 21 CFR Section 179.30.
В частности, варианты воплощения настоящего изобретения относятся к способу коммерческой стерилизации продукта, включая пищевой продукт (например, напитки), в контейнере при использовании неионизирующего электромагнитного излучения для нагревания продукта, включая микроволновое (MW) и радиочастотное (RF) излучение. Частоты энергии, рассматриваемой в вариантах воплощения настоящего изобретения, включают в себя радиочастоты (RF), как правило, или в килогерцовом (кГц) диапазоне (3 кГц<f<1 МГц), или в мегагерцовом (МГц) диапазоне (1 МГц<f<300 МГц), и микроволновые частоты (MW), как правило, в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц. Следовательно, RF и MW частоты, разрешенные для домашних, промышленных, научных и медицинских применений, также могут быть использованы согласно раскрытым вариантам воплощения настоящего изобретения, включая без ограничения частоты 13,56 МГц, 27,12 МГц, и 40,68 МГц (каждая из которых является радиочастотой (RF)), и 915 МГц, 2,450 МГц, 5,8 ГГц, и 24,124 ГГц (микроволновые (MW)).
Другие варианты воплощения настоящего изобретения относятся к способу коммерческой стерилизации свободно текущего пищевого продукта в контейнере при использовании неионизирующего электромагнитного излучения и манипулирования контейнером для гарантированного обеспечения достаточного нагревания всей целостности продукта и контейнера для осуществления коммерческой стерилизации без повреждения контейнера и деградации органолептических свойств и характеристик пищевого продукта.
В других вариантах воплощения настоящее изобретение относится к способу быстрой коммерческой стерилизации свободно текущих пищевых продуктов в контейнере при использовании неионизирующего электромагнитного излучения и манипулирования контейнером для гарантированного обеспечения достаточного нагревания всей целостности продукта и контейнера для осуществления коммерческой стерилизации без повреждения контейнера и деградации органолептических свойств и характеристик пищевого продукта.
Известные способы нагревания продукта для продления его срока годности при использовании неионизирующей электромагнитной энергии или излучения незначительно сокращают время, требуемое для достижения коммерческой стерилизации, по сравнению, например с традиционными способами нагревания. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что достаточная неионизирующая электромагнитная энергия или излучение может быть придана продукту в контейнере в пределах около 30 секунд для достижения температуры коммерческой стерилизации, и если облученный контейнер является манипулируемым образом приводящим к смешиванию продукта и распределению тепла по всему продукту и внутренним поверхностям контейнера, может быть достигнута коммерческая стерилизация всей целостности продукта и внутренних поверхностей контейнера за менее чем три минуты, и может быть достигнута за менее чем около 1-2 минут.
В вариантах воплощения способа продукт подвергается обработке неионизирующим электромагнитным излучением после его упаковки. Упаковка, или контейнер, может быть открыта или закупорена, подвергается обработке неионизирующим электромагнитным излучением достаточной для достижения коммерческой стерилизации. Как правило, энергия, достаточная для достижения температуры коммерческой стерилизации даже продукта с низким содержанием кислоты, может быть придана продукту за менее чем около 30 секунд.
Специалист-практик в области техники, к которой относится настоящее изобретение, знает, что жесткость тепловой обработки, требуемой для достижения коммерческой стерилизации пищевого продукта, связана с уровнем кислоты в пищевом продукте. Высоко-кислотные пищевые продукты, то есть пищевые продукты с pH менее чем около 4,0, требуют более низких температур и более короткого времени при температуре, чем среднекислотные пищевые продукты, имеющие pH более чем от около 4,0 до 4,6, и низко-кислотные пищевые продукты, имеющие pH 4,6 и более, для достижения коммерческой стерилизации. Как использовано здесь, высоко-кислотные пищевые продукты включают в себя подкисленные пищевые продукты, содержащие среднекислотные и низко-кислотные пищевые продукты, в которые добавлена кислота(ы) или кислый пищевой продукт(ы), и имеющие конечный равновесный pH около 4,0 или менее, а также среднекислотные пищевые продукты, содержащие среднекислотные и низко-кислотные пищевые продукты, в которые добавлена кислота(ы) или кислый пищевой продукт(ы), и имеющие конечный равновесный pH от около 4,0 до 4,6.
В вариантах воплощения настоящего изобретения температура пищевого продукта поднимается, по меньшей мере, до целевой температуры, таким образом, что по существу вся целостность пищевого продукта и внутренность контейнера могут удерживаться при целевой температуре за время, достаточное для достижения коммерческой стерилизации. Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают, что коммерческая стерилизация, как используется здесь, включает в себя, но не ограничивается ею, стерилизацию, которая может быть идентифицирована в государственных регулирующих документах и/или нормативах, например в нормативах Управления по контролю за продуктами и лекарствами США («FDA») (в качестве дополнительного примера, смотрите, Guidance for Industry, Acidified Foods, Draft Guidance, документ приведен только для целей пояснения, сентябрь 2010 (доступен на http://www.fda.gov/Food/GuidanceComplianceRegulatoryInformation/GuidanceDocuments/AcidifiedandLow-AcidCannedFoods/ucm222618.htm, которые идентифицируют летальности термического процесса для подкисленных пищевых продуктов, выраженные как Fz/Ref, где F представляет собой время разрушения, z представляет собой повышение температуры, которое в результате приводит 90-процентному снижению величины D, и Ref представляет собой контрольную температуру; время, требуемое для разрушения 90 процентов растительных клеток или спор при заданной температуре, называется десятичным сокращением и как правило, упоминается как «величина D». Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают, что время, достаточное для достижения коммерческой стерилизации в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, может быть определено для конкретного применения, т.е. конкретного контейнера, наполненного конкретным продуктом, без проведения ненужных экспериментов.
В других вариантах воплощения настоящего изобретения температура высоко-кислотного пищевого продукта поднимается по меньшей мере до около 85°C (185°F), и предпочтительно по меньшей мере до около 90°C (194°F) за период времени, достаточный для достижения коммерческой стерилизации. Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают, что время, достаточное для достижения коммерческой стерилизации в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, может быть определено для конкретного применения, например, конкретного контейнера, заполненный конкретным продуктом, без проведения ненужных экспериментов. Для карбонизированного высоко-кислотного напитка время, за которое этап коммерческой стерилизации выдерживается при температуре, как правило, составляет менее чем около 3 минут, как правило, по меньшей мере от около одной до двух минут.
Специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признают, что период, в течение которого удерживается температура коммерческой стерилизации дольше при более низкой температуре, как для низко-кислотного продукта, так и для среднекислотного продукта, так и для высоко-кислотного продукта. Эти взаимосвязи температуры и времени для низко-кислотного продукта, среднекислотного продукта и для высоко-кислотного продукта хорошо известны и, как правило, не меняются, в то время, как источник энергии для коммерческой стерилизации меняется. Руководствуясь приведенным описанием, специалист-практик в области техники, к которой относится настоящее изобретение, может определить как, соответствующую температуру, так и период, требуемый для достижения коммерческой стерилизации при упомянутой температуре для любого продукта и контейнера без проведения ненужных экспериментов.
Термин «коммерческая стерилизация», как он используется в отношении вариантов воплощения настоящего раскрытия, означает, что условия, при которых патогены и другие портящие продукт агенты, снижены до уровня, при котором можно проводить хранение, как правило, при температуре окружающей среды («комнатной температуре»), в течение «срока годности» продукта, то есть периода, достаточного для доставки благоприятного, безопасного пищевого продукта потребителю для дальнейшего использования. Следовательно, стерилизация представляет термическую обработку, достаточную для обеспечения продукта с приемлемым сроком годности.
Способ по вариантам воплощения настоящего изобретения применим к пищевым продуктам со всеми указанными выше уровнями кислотности. Обработанный таким образом продукт остается безопасным для потребления, по меньшей мере, в течение периода, равного сроку годности. Продленный срок годности позволяет обеспечивать продукты по разумной цене. Способ по вариантам воплощения настоящего изобретения дает возможность значительно снизить или избежать потребности в традиционных химических консервантах (например, бензоатах, сорбатах и других известных консервантах).
Часто коммерческой стерилизации подвергаются жидкости всех типов, включая напитки всех типов, продукты-заменители еды, прозрачные бульоны и энергетические напитки. Также должны быть стерильными медицинские растворы, такие как соляной раствор или раствор глюкозы. Эти различные продукты или их компоненты могут быть подвергнуты коммерческой стерилизации при использовании микроволновой энергии. Аналогично пищевые продукты, содержащие твердые вещества, также могут быть подвергнуты коммерческой стерилизации при использовании неионизирующей электромагнитной энергии или излучения.
В вариантах воплощения настоящего изобретения пищевые продукты, содержащие твердые вещества, обрабатываются, чтобы добиться промышленной стерилизации. Такие пищевые продукты, как правило, являются «свободно текущими» продуктами, то есть продукт течет в контейнере таким образом, что дает возможность продукту при температуре коммерческой стерилизации контактировать со всей целостностью внутренности контейнера. Специалист-практик в области техники, к которой относится настоящее изобретение, признает, что необходимо гарантированно обеспечить контакт продукта при температуре коммерческой стерилизации полностью со всей целостностью внутренности контейнера, чтобы гарантированно обеспечить, что температуры вступивших, таким образом, в контакт поверхностей поднялись до соответствующей температуры за время, достаточное для достижения коммерческой стерилизации.
Следовательно, варианты воплощения настоящего изобретения направлены на коммерческую стерилизацию продуктов, содержащих твердые вещества и обладающих свойствами и характеристиками, которые дают возможность продукту контактировать со всей целостностью внутренности контейнера. Как используется здесь, такие продукты идентифицируются как «свободно текущие». Продукт может содержать твердые е вещества, но твердые вещества в свободно текущем продукте не препятствуют продукту контактировать со всей целостностью внутренности контейнера.
Типичные свободно текущие продукты включают в себя соусы, которые содержат, например кусочки трав и специй или маленькие кусочки овощей или другие включения; как кремообразные, так и бульонообразные супы; тушеные блюда; и напитки, содержащие твердых кусочки, такие, как фруктовые соки и фруктовые пюре. Эти и другие продукты, как правило, представляют собой свободно текущие продукты, которые могут быть подвергнуты коммерческой стерилизации в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения.
Также в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, коммерческой стерилизации могут быть подвергнуты продукты, представляющие собой полутвердые продукты, гелеподобные или вязкие продукты, такие как, например сырный соус. Такие продукты часто эффективно поглощают неионизирующую электромагнитную энергию или излучение и становятся менее вязкими при нагревании. Следовательно, такие продукты могут рассматриваться, как свободно текущие продукты, и подвергаться коммерческой стерилизации в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения.
В вариантах воплощения настоящего изобретения контейнер заполняется продуктом при любой температуре и нагревается до температуры коммерческой стерилизации посредством облучения неионизирующим электромагнитным излучением. Авторы настоящего изобретения открыли, что ввод неионизирующей электромагнитной энергии или излучения может быть выше и/или осуществляться за более короткий период времени, чем достижимо для известных способов, в частности известных способов при использовании облучения неионизирующей электромагнитной энергией или излучением, если контейнер, содержащий продукт, подвергнуть манипулированию для эффективного распределения приданного продукту тепла. Авторы настоящего изобретения открыли, что посредством манипулирования контейнером, заполненным продуктом, коммерческая стерилизация достигается без повреждения контейнеров и деградации органолептических свойств и характеристик продукта из-за локального превышения температуры продукта над эксплуатационной температурой контейнера и/или длительного периода подверженности локально высокой температуре в продукте, что проистекает из известных способов.
В вариантах воплощения настоящего изобретения температура продукта может быть, как правило, поднята с температуры производства продукта при комнатной температуре до температуры коммерческой стерилизации в пределах около 30 секунд посредством облучения неионизирующим электромагнитным излучением при достаточно высокой плотности энергии с последующим закупориванием контейнера, если требуется, и манипуляции с контейнером. Для перераспределения тепла в контейнере может еще потребоваться от около 30 до около 90 секунд. Затем контейнер охлаждается. Следовательно, варианты воплощения настоящего изобретения являются гораздо более быстрыми, чем традиционная ретортная дистилляция, и по существу такими же быстрыми, как асептический розлив. Следовательно, экономится время по сравнению с традиционной ретортной дистилляцией и экономятся деньги по сравнению с асептическим розливом, т.к. ни предварительно заполненные контейнеры, ни части заполнения производственной линии не нуждаются в поддержании коммерчески стерильных условий.
В соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, короткий период нагревания осуществляется посредством ввода высокой энергии. Период перераспределения тепла устраняет горячие точки и гарантированно обеспечивает то, что тепло распределено по всему содержимому контейнера таким образом, что достигается требуемая температура промышленной стерилизации во всем продукте. В частности, упомянутое перераспределение выполняется посредством наклонения или переворачивания контейнера от вертикальной оси. Изменение ориентации вызывает смешивание продукта и достижение однородной температуры во всем продукте, посредством как механического перемешивания, так и конвекции.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что манипуляция с продуктом таким образом, когда используется как конвекция, так и механическое перемешивание для распределения тепла в жидком или свободно текущем продукте, дает возможность внедрить количество тепла, достаточное для достижения температуры коммерческой стерилизации, за более короткий период, чем облучение микроволновой энергией с дополнительной обычной транспортировкой бутылки. Следовательно, экономится время по сравнению с традиционным нагреванием и ретортной дистилляцией, а также традиционными способами нагревания микроволновой энергией.
Авторы настоящего изобретения также открыли, что соответствующая установка для облучения неионизирующим электромагнитным излучением и манипулирование контейнером просто может быть добавлено к линии изготовления продукта. Продукт необходимо только упаковать, нагреть посредством облучения неионизирующим электромагнитным излучением или энергией, осуществить манипулирование им и охладить. Следовательно, упомянутая установка является значительно более простой, чем линия по асептической упаковке, которая должна быть закрытой и коммерчески стерильной, но однако позволяет получить промышленно стерильный продукт по существу за такое же короткое время.
В соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, продукт нагревают в контейнере. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения контейнер открыт до момента, после которого продукт нагревается. В других вариантах воплощения настоящего изобретения продукт загружается в контейнер, и контейнер герметизируется перед облучением. Нагревание проводится облучением неионизирующей электромагнитной энергией или излучением для достижения ввода энергии, достаточного для получения температуры коммерческой стерилизации во всем продукте за период менее чем около 30 секунд. Как указано выше, температура коммерческой стерилизации зависит от уровня кислотности продукта в контейнере.
Количество тепла, которое внедряется, достаточно для повышения температуры продукта в контейнере с комнатной температуры до температуры коммерческой стерилизации.
В предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения контейнер закупорен или герметизирован перед подверганием продукта обработке неионизирующей электромагнитной энергией или излучением. Затем герметизированный контейнер с нагретым продуктом подвергается манипулированию для распределения тепла во всем продукте до достижения температуры коммерческой стерилизации во всем продукте и внутренности контейнера за времени, достаточное для коммерческой стерилизации как продукта, так и контейнера. Манипуляция в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения изменяет ориентацию контейнера с вертикального или по существу вертикального через различные градусы наклона от вертикали или по существу вертикали и может пройти горизонталь. В вариантах воплощения настоящего изобретения контейнер поворачивается или по существу поворачивается, а затем возвращается через наклонное положение до по существу вертикали. Эта последовательность может быть повторена для распределения тепла посредством конвекции в продукте. В соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, знающий специалист-практик в данной области техники, признает, что контейнеры могут быть наклонены для гарантированного обеспечения того, что продукт нагревает всю целостность внутренних поверхностей контейнеров. Следовательно, в вариантах воплощения настоящего изобретения манипуляция с контейнерами может быть проведена согласно технологиям наклонения, используемых при традиционной стерилизации горячим розливом, или при использовании технологиями манипуляции, раскрытыми в заявке США, серийный №12/879611, которая в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки. Например, в соответствии с настоящим раскрытием, манипуляция включает в себя наклонение или переворачивание контейнеров для контактирования горячей жидкости со всеми внутренними поверхностями контейнера за временя, достаточное для стерилизации с внутренней стороны контейнеров и их соответствующих закупоривающих устройств. Как только контейнеры полностью простерилизованы, они могут быть охлаждены и безопасно храниться в качестве устойчивых при хранении продуктов без искусственного охлаждения, как правило, в течение, по меньшей мере, трех месяцев. Специалисты в данной области техники признают, что согласно описанию настоящего раскрытия, если заполненные контейнеры должны храниться при искусственном охлаждении, то обработку электромагнитным излучением можно проводить при более низкой температуре и/или в течение более короткого времени. Манипуляция может включать наклонение около вертикальной оси в комбинации с вращением около продольной оси контейнера. В предпочтительных вариантах воплощения настоящего изобретения манипуляция содержит более чем один переворот около вертикальной оси или вращение относительно продольной оси контейнера, чтобы гарантированно обеспечить достаточное распределение тепла в продукте, избегая, таким образом, деградации органолептических свойств и характеристик и возможного повреждения контейнера из-за локального перегрева продукта.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что свободно текущий продукт также может быть упакован и коммерчески стерилизован в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения.
Для удобства в вариантах воплощения настоящего изобретения будет описан по существу способ, который является наиболее эффективным для распределения в контейнере свободно текущего продукта, который содержит агломерирующие включения, такие как фрагменты фруктов, которые могут мешать течению продукта в пределах контейнере. Этот вариант воплощения настоящего изобретения гарантировано обеспечивает нагревание внутренности контейнера до температуры коммерческой стерилизации. Этот способ по существу эффективен для улучшения с точки зрения агломерации включений, чтобы сделать продукт свободно текущим. Однако другие способы манипулирования контейнером, включающие в себя достаточную ре-ориентацию контейнера, включающие в себя по существу переворачивание контейнера, чтобы иметь преимущество как механического, так и конвекционного перемешивания в пределах контейнера, подходящим образом используются в вариантах воплощения настоящего изобретения. Руководствуясь предоставленным в настоящем документе, опытный специалист-практик в данной области техники, способен установить подходящую манипуляционную процедуру без проведения ненужных экспериментов.
В соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения контейнер, содержащий нагретый продукт, подвергается манипулированию в конкретной переворотной последовательности, которая по существу эффективна при манипуляции с контейнером, содержащим жидкость, имеющую множество агломерирующих включений. В соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения нагревание продукта достигается посредством передачи неионизирующего электромагнитного излучения в продукт. Переворотная последовательность может содержать, по меньшей мере, первый переворот контейнера до тех пор, пока основание не будет расположено под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали и который может происходить за период времени, по меньшей мере, в три секунды. Переворотная последовательность позволяет распределение теплу во всем продукте, а также позволяет продукту контактировать с внутренними поверхностями контейнера в ходе периода времени, достаточного для коммерческой стерилизации продукта и внутренних поверхностей контейнера.
Варианты воплощения настоящего изобретения могут содержать переворотную последовательность, включающую в себя более чем один переворот, и могут содержать вплоть до восьми переворачиваний. Эти перевороты могут происходить за период, по меньшей мере, около тридцати секунд. В других вариантах воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность повторяется во всей целостности, по меньшей мере, однократно, и в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения дважды.
В вариантах воплощения настоящего изобретения установка для переворачивания контейнеров содержит конвейер для множества контейнеров и ограждение для предотвращения множества контейнеров от падения с конвейера. Конвейер сконфигурирован с возможностью подвергания множества контейнеров серии углов по мере того, как множество контейнеров подается на конвейере. Конвейер конфигурирован с возможностью подвергания множества контейнеров одной или более переворотным последовательностям, содержащим первый переворот контейнеров под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, происходящий за период времени, меньшей мере, в три секунды. Переворотная последовательность смешивает продукт посредством встряхивания и конвекции, по существу, мешая включениям агломерировать в закупоривающем устройстве контейнера, а также позволяя горячему продукту перемешиваться и контактировать с внутренностью контейнера в течение времени, достаточного для стерилизации внутренних поверхностей контейнера.
Специалист-практик в данной области техники, признает, что включения могут иметь тенденцию к соединению вместе в части горлышка бутылки для напитка, которая, как правило, включают часть основания, часть корпуса, часть горлышка и отдельное закупоривающее устройство. В отношении таких бутылок, варианты воплощения настоящего раскрытия, подробно описанные здесь, помогают воспрепятствовать включениям собираться в части горлышка или внутренности крышки, тем самым позволяя разливаемой горячей жидкости стерилизовать часть горлышка и внутренность крышки, наряду со всем остальным контейнером.
Авторы настоящего изобретения открыли, что возможно уменьшить время, требуемое для коммерческой стерилизации жидкостей и свободно текущего продукта в контейнере посредством облучения заполненного контейнера неионизирующим излучением с высокой плотностью энергии за более короткий период с последующим манипулированием для изменения ориентации контейнера, включая переворот. Эта манипуляция с нагретым заполненным контейнером распределяет тепло посредством механического перемешивания и посредством реализации преимущества конвекции, например, тенденции горячей текучей среде подниматься в более холодную текучую среду и устанавливать циркуляцию в контейнере. Перемешивание в контейнере, индуцированное в контейнере посредством пост-нагревательной манипуляции быстро улучшает ситуацию с «горячими точками», то есть локализованными карманами текучей среды с температурой выше температуры окружающей текучей среды, и гарантированно обеспечивает то, что температура во всей текучей среде быстро достигает коммерческой стерилизации. Это снижение температуры позволяет быстро поднять температуру до более высокой, чем типичная температура, зная, что технология манипуляции быстро распределит тепло во всем продукте. Следовательно, тепло при высокой плотности энергии может быть придано посредством облучения неионизирующим электромагнитным излучением или энергией с высокой плотностью энергии. Облучение может быть одновременным и/или последовательным для манипуляции, включая переворот, как указано далее.
Следовательно, варианты воплощения настоящего изобретения направлены на нагревание продуктов в контейнерах при использовании высокой плотности энергии, такой как у неионизирующего электромагнитного излучения, до тех пор, пока в продукт не будет внедрено достаточно тепла для достижения температуры коммерческой стерилизации. Если требуется, контейнер герметизируется и подвергается манипуляции, чтобы, среди прочего, переворачивать контейнер для перемешивания продукта в нем посредством как механического перемешивания, так и конвекционного перемешивания. Следовательно, контейнер нагревается, подвергается манипулированию и охлаждается.
В вариантах воплощения настоящего изобретения темп, с которым контейнеры подвергаются манипулированию, и в частности переворачиванию, зависит, среди прочего, от вязкости продукта. Все специалисты-практики в данной области техники признают, что более вязкий продукт будет течь более медленно, чем менее вязкий продукт. Следовательно, во время манипуляции должны осуществляться этапы, чтобы гарантированно обеспечить нагревание всех поверхностей контейнера, как это требуется. Для вязкого материала требуется более длительное время, чтобы течь, по сравнению с периодом для менее вязкого продукта. Следует уделить внимание гарантированному обеспечению того, что тепло распределено, а также того, что включения (если присутствуют) не скапливались или не агломерировали во время манипуляции. Руководствуясь приведенным описанием, специалист-практик в данной области техники сможет соответствующим образом манипулировать контейнером без проведения ненужных экспериментов.
В других вариантах воплощения настоящего изобретения используется манипуляционная последовательность, которая как распределяет тепло, так и гарантировано обеспечивает то, что включения не скапливаются или не агломерируют, если продукт представляет собой не только жидкость, а является свободно текущим продуктом, содержащим включения.
Следовательно, некоторые варианты воплощения настоящего изобретения направлены на переворотную последовательность, которая обеспечивает серию углов, которые приводят жидкость в контакт со всеми внутренними поверхностями контейнера, при этом препятствуя включениям агломерировать в любых частях контейнера в такой степени, что внутренний контейнер или закупоривающего устройство не будет заблокировано от стерилизации жидкостью. Специфические углы и темп, при котором контейнер переворачивается для достижения этих углов, используется для достижения полной стерилизации продукта и внутренности или внутренних поверхностей контейнера.
На Фиг. 1 приведен график, показывающий примерную переворотную последовательность для манипуляций в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения. В частности, эта последовательность особенно эффективна для предотвращения агломерации включений, таких как фрагменты цитрусовых фруктов в жидкости. Также эта последовательность эффективна при распределении тепла по всей целостности продукта в контейнере, такого, как тепло сгенерированное посредством подвергания продукта неионизирующему электромагнитному излучению. Также эта последовательность эффективна в том, чтобы позволить нагретому продукту контактировать и стерилизовать внутренние поверхности контейнера, включая любую закупоривающую крышку или герметизирующую пломбу. График показывает, что контейнер сначала перевернут на ноль градусов, что соответствует стоящему вверх положению контейнера, как правило, на основании контейнера. Когда контейнер представляет собой бутылку для напитка, угол переворота ноль градусов означает, что контейнер расположен на основании, и его крышка указывает вертикально вверх от основания. Далее, согласно Фиг. 1 контейнер переворачивается на 30 градусов, 60 градусов, 90 градусов, 120 градусов и 135 градусов относительно вертикали. Этот переворот на 135 градусов, как правило, происходит за период времени более чем три секунды. Как только контейнер был перевернут на 135 градусов, он, как правило, остается при таком угле переворота в течение трех секунд. Далее контейнер переворачивается обратно только на 60 градусов относительно вертикали за период времени около двух секунд и затем возвращается опять в угол переворота 135 градусов за, приблизительно, две секунды, и затем выдерживается под углом 135 градусов относительно вертикали в ходе более чем около трех секунд. Как показано на графике Фиг. 1, контейнер переворачивается между 135 градусами и 60 градусами много раз, чтобы гарантированно обеспечить достаточный контакт между нагретой жидкостью и верхними частями контейнера, таким образом препятствуя включениям блокировать внутреннюю поверхность верхних частей контейнера. Этот переворот также эффективен при распределении тепла по всей целостности продукта в контейнере, при этом тепло сгенерировано посредством подвергания продукта неионизирующему электромагнитному излучению в то время, как он находится в контейнере. Эта последовательность также эффективна, чтобы позволять нагретому продукту контактировать и стерилизовать внутренние поверхности контейнера, включая внутренние поверхности крышки.
На Фиг. 2 приведены контейнеры A-G, контейнер A стоящий прямо вверх, расположен под углом ноль градусов относительно вертикали. Каждый из контейнеров B и C расположены под углами от нуля до 90 градусов относительно вертикали, при этом контейнер D расположен под углом 90 градусов относительно вертикали. Аналогично, каждый из контейнеров E и F расположены под углами от 90 до 180 градусов относительно вертикали, при этом контейнер G расположен под углом 180 градусов относительно вертикали.
Переворот контейнеров под углом более чем около 90 градусов относительно вертикали, способствует вызыванию течения жидкости к верхнему концу контейнера, а выдерживание под этим углом обеспечивает время для того, чтобы горячая жидкость стерилизовала контейнер. Дополнительно, переворот от выбранного угла обратно к углу менее чем около 90 градусов, приводит к тому, что включения перетекают от верхнего конца контейнера, предотвращая, таким образом, агломерацию включений в верхнем конце. При этом для стерилизации контейнера, имеющего форму, отличающуюся от типичной бутылки для напитка, описанной здесь, углы переворота выбираются так, чтобы препятствовать включениям агломерировать в любой  области контейнера, являющейся узкой или маленькой. Аналогично, углы переворота или скорость переворота могут быть отрегулированы, чтобы быть приспособленными для более вязкого материала, т.к. знающий специалист-практик в данной области техники признает, что более вязкий материал будет течь медленнее, и гораздо вероятнее будет улавливать пузырек газа в контейнере.
В варианте воплощения настоящего изобретения контейнер представляет собой закупоренную бутылку для напитка, и сначала она расположена стоящей прямо вверх на своем основании под углом ноль градусов относительно вертикали. Затем бутылка подвергается переворотной последовательности, в которой бутылка переворачивается между 45 до 140 градусов относительно вертикали. В альтернативных вариантах воплощения настоящего изобретения прошедшие горячий розлив бутылки переворачиваются между 0 и 180 градусами относительно вертикали, так же как между 30 и 180 градусами относительно вертикали, или же между 60 и до 135 градусами относительно вертикали.
Аналогично последовательности, проиллюстрированной на Фиг. 1, переворотная последовательность в соответствии с некоторыми вариантам воплощения настоящего изобретения включает в себя повторяющееся переворачивание назад и вперед между несколькими выбранными углами. По меньшей мере, один из углов составляет менее чем 90 относительно вертикали, при этом, по меньшей мере, один из углов составляет более чем 90 градусов относительно вертикали. Иначе говоря, по меньшей мере, один из углов составляет более чем ноль градусов, но менее чем 90 градусов относительно вертикали, при этом, по меньшей мере, один из углов составляет более чем 90 градусов, но менее чем 180 градусов относительно вертикали.
Чередование между переворотом контейнера под углом более чем 90 градусов и менее чем 90 градусов инициирует течение жидкости и включений по направлению к верхнему концу контейнера и затем обратно от верхнего конца контейнера, соответственно. В варианте воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность включает в себя переворачивание контейнера между углами переворота более чем, 90 градусов и менее чем 90 градусов относительно вертикали, по меньшей мере, три раза. В другом варианте воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность включает в себя чередование углов переворота, по меньшей мере, четыре раза, или же, по меньшей мере, пять раз. В некотором варианте воплощения настоящего изобретения вся переворотная последовательность полностью повторяют однократно или дважды. В зависимости от типа контейнера и характеристик продукта, включая любые присутствующие включения, переворотная последовательность может быть повторена так много раз, как требуется для достижения стерилизации контейнера, прошедшего горячий розлив. В качестве альтернативы, за первой переворотной последовательностью может следовать вторая переворотная последовательность, которая включает в себя углы переворота, отличающиеся от углов переворота первой последовательности.
Количество времени, необходимое, чтобы перевернуть контейнер, очень важно для достижения стерилизации контейнера за более короткое время и для успешного предотвращения агломерации включений, таких как кусочки фруктов, если они есть. Манипуляция с контейнером позволяет сократить общее время обработки по сравнению с традиционным процессом ретортной дистилляции или уменьшает сложность обработки по сравнению с асептической упаковкой. Общее время, требуемое для нагревания и манипуляции, составляет около времени, требуемого для асептической упаковки и короче времени известных способов облучения микроволновой энергией.
Дополнительно, в других вариантах воплощения настоящее изобретение относится к упаковыванию и стерилизации свободно текущего продукта, такого как жидкость с включениями, такими как кусочки цитрусовых фруктов, и аналогичное им. В этих вариантах воплощения настоящего изобретения и в вариантах воплощения настоящего изобретения, относящихся к более вязким материалам, скорость манипуляции снижена, поскольку, если контейнер переворачивать слишком быстро, включения будут вынуждены быстро направиться к верхней части контейнера и, таким образом, возникнет более высокий риск забивания верхней части контейнера. В противоположность, медленное переворачивание контейнера аналогично декантированию раствора, и жидкость имеет тенденцию течь в верхнюю часть контейнера перед движением включений к верхней части контейнера.
В варианте воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность включает в себя начальный переворот контейнера под углом более чем 90 градусов относительно вертикали в течение периода от 0,5 до 6,5 секунд или от 1,0 до 6,0 секунд, или от 1,5 до 5,5 секунд, или от 2,0 до 5,0 секунд, или от 2,5 до 4,5 секунд, или от 3,0 до 4,0 секунд. Время, в течение которого контейнер выдерживается под максимальным углом переворота в переворотной последовательности, может составлять от 0,5 до 8,5 секунд или от 1,0 до 8,0 секунд, или от 1,5 до 7,5 секунд, или от 2,0 до 7,0 секунд, или от 2,5 до 6,5 секунд, или от 3,0 до 6,0 секунд, или от 3,5 до 5,5 секунд. Аналогично период для возвращения контейнера к более маленькому углу переворота, такому как угол менее чем 90 градусов, относительно вертикали, происходит за период времени от 0,5 до 6,5 секунд или от 1,0 до 6,0 секунд, или от 1,5 до 5,5 секунд, или от 2,0 до 5,0 секунд, или от 2,5 до 4,5 секунды, или от 3,0 до 4,0 секунды. Дополнительно, каждый отдельный переворот контейнера под отличающимся углом переворота может быть выполнен в течение раскрытых выше периодов времени.
Как указано выше относительно Фиг. 1, в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения, как только контейнер перевернут до максимального угла переворотной последовательности, он остается при таком угле переворота в течение некоторого количества времени, такого, как три секунды. В частности, выдержка контейнера в перевернутом положении в ходе некоторого периода позволяет осуществиться конвекционному перемешиванию и позволяет горячей жидкости стерилизовать внутренность верхней части контейнера. В варианте воплощения настоящего изобретения контейнер выдерживается под углом более чем 90 градусов в течение по меньшей мере одной секунды или по меньшей мере двух секунд, или по меньшей мере трех секунд, или по меньшей мере четырех секунд перед возвращением контейнера к углу переворота менее чем 90 градусов.
В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения полное время для подвергания контейнера одной переворотной последовательности составляет, по меньшей, около 30 секунд, такое как от около 15 до около 50 секунд, или от около 20 до около 45 секунд, или от около 25 до около 40 секунд, или от около 30 до около 35 секунд. Соответственно, когда контейнер подвергается множеству переворотных последовательностей, контейнер может быть подвергнут перевороту для процесса стерилизации в течение вплоть до нескольких минут, так, как вплоть до двух минут, или вплоть до трех минут, или вплоть до четырех минут, или вплоть до пяти минут. Как правило, достаточно около двух минут.
Переворотная последовательность и выбор время зависят от нескольких факторов, таких как форма и размер контейнера, подвергаемого процессу стерилизации, вид жидкости и тип включений, если они присутствуют в жидкости. В варианте воплощения настоящего изобретения контейнер представляет собой бутылку для напитка, такую как бутылка 420 мл или 1000 мл из полиэтилентерефталата (PET). В альтернативных вариантах воплощения настоящего изобретения контейнер представляет 355 мл PET бутылку или 240 мл стеклянную бутылку. Как правило, в вариантах воплощения настоящего изобретения может быть использована почти любая PET или стеклянная бутылка, или конечно, любой контейнер, прозрачный для микроволновой энергии, то есть позволяющий по существу всей микроволновой энергии проходить через контейнер и поглощаться продуктом в нем.
Множество жидкостей может быть подвергнуто коммерческой стерилизации при использовании процесса стерилизации по вариантам воплощения настоящего изобретения, таких как водосодержащие жидкости. Например, без ограничения, жидкость может представлять собой напиток, выбираемый из группы, состоящей из некарбонизированных безалкогольных напитков, готовых к потреблению напитков, кофейных напитков, чайных напитков, молочных напитков, наряду с жидкими концентратами, ароматизированными водами, обогащенными водами, соковыми напитками и напитками со вкусом и ароматом сока, спортивными напитками и алкогольными продуктами. Процесс стерилизации может быть использован для жидкостей с вязкостью, настолько низкой, как от около 0,2 сантипуаз вплоть до около 200 сантипуаз, или вплоть до 100 сантипуаз, или вплоть до 50 сантипуаз, или вплоть до 25 сантипуаз. Как правило, чем гуще жидкость, тем медленнее требуется более переворачивать контейнера во время одной или более переворотной последовательности для того, чтобы позволить жидкости течь в верхний конец контейнера при перевороте. Подходящим типом оборудования, используемого для измерения вязкости жидкости, по вариантам воплощения настоящего изобретения является вискозиметр Brookficld или реометр HAAKE.
Присутствующие в жидкости включения по существу не ограничены. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения включения могут представлять фруктовые компоненты, например, фруктовую пульпу, везикулы плодов и/или кусочки фруктов. Также включения могут представлять собой кусочки овощей, кусочки мяса, желатинизированные частицы, травы и специи.
В приведенных в качестве примера вариантах воплощения настоящего изобретения включения включают широкий диапазон форм, размеров частиц и плотностей. Опытный специалист-практик в данной области техники признает, что время, выбранное для каждого переворота в переворотной последовательности, зависит от темпа, при котором конкретные включения протекают в пределах жидкости при перевороте контейнера. Например, включения с высокой плотностью (то есть, массой на единицу объема) будут передвигаться быстрее в жидкости и достигать верхнего конца контейнера при перевороте более быстро, чем включения с более низкой плотностью. Соответственно, период времени, выбранный для подвергания контейнера максимальному углу переворота, будет более длительным для жидкости, содержащей частицы с более высокой плотностью по сравнению с периодом времени для жидкости, содержащей частицы с более низкой плотностью.
Варианты воплощения настоящего изобретения направлены на свободно текущий продукт. Однако твердые вещества в некоторых свободно текущих продуктах могут агломерировать или иным образом слипаться вместе с образованием скоплений, которые препятствуют свободному течению продукта по всем площадям внутренности контейнера. Способ манипуляции в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, как правило, позволяет размельчить такие скопления, как описано в находящейся на одновременном рассмотрении патентной заявке с серийным №12/879611, которая во всей целостности включена сюда посредством ссылки. В этой находящейся на одновременном рассмотрении патентной заявке описывается то обстоятельство, при котором включения из фруктовых частиц агломерируют и препятствуют течению продукта по всем площадям контейнера.
Варианты воплощения настоящего изобретения могут быть применены с любым типом упаковки, которая пропускает к продукту достаточно неионизирующей электромагнитной энергии или излучения. Следовательно, для использования в этом способе и установке подходящими являются стекло и множество пластиков. Контейнер также должен уменьшать повышенные температуры и не должен становиться бесформенным при температуре коммерческой стерилизации.
Подходящая установка для использования в выбранных вариантах воплощения настоящего изобретения проиллюстрирована на рисунках в чертежах. Как правило, установка содержит конвейер для множества контейнеров. Конвейер выполнен с возможностью подвергать множество контейнеров серии углов во время подачи контейнеров на конвейере. Конвейер 30 проиллюстрирован на Фиг. 3. Конвейер 30 содержит конвейерную ленту 32, выполненную с возможностью фиксации к раме и движения вдоль рамы (не показана), имеющей специфическую конструкцию. Например, согласно варианту воплощения настоящего изобретения Фиг. 3, конструкция, вдоль которой движется конвейерная лента 32, имеет вид «S» формы. Форма выполнена с возможностью того, что каждый из множества контейнеров 34, помещенный на конвейерную ленту 32, подвергается переворотной последовательности. Проиллюстрированная переворотная последовательность начинается с контейнеров, помещенных на конвейерную ленту 32 стоящими вверх под углом ноль градусов относительно вертикали. Во время движения конвейерной ленты 32 в направлении, указанном стрелками на Фиг. 3, контейнеры 34 подвергаются первому перевороту от нуля градусов относительно вертикали до угла от 90 до 180 градусов, около 135 градусов. Как указано выше, время, требуемое для проведения первого переворота контейнеров, выбирается согласно характеристикам контейнеров и как текучей среды, так и включений, присутствующих в контейнерах.
Рама конвейера выполнена с возможностью далее заставлять конвейерную ленту 32 продолжать двигаться под тем же самым углом переворота в течение заранее заданного периода времени, чтобы позволять текучей среде в контейнерах сохранять контакт с верхними частями контейнера и стерилизовать верхние части контейнера. Контейнеры 34, приведенные на Фиг. 3, представляют собой контейнеры, каждый из которых включает в себя корпус 31 и горлышко 33, где горлышко 33 имеет меньший диаметр по сравнению с корпусом 31. Соответственно, горлышко 33 контейнера 34, в частности подвергается стерилизации, в то время как контейнеры 34 выдерживают под углом переворота от 90 до 180 градусов относительно вертикали.
Для того чтобы гарантированно обеспечить механическое перемешивание и использовать преимущества конвекции, конвейерная лента 32 искривляется по мере ее движения, передвигая контейнеры 34, так, что контейнеры 34 пропускаются через меньшие углы переворота, такие как вниз до между 0 и 90 градусов относительно вертикали. Эта манипуляция также служит для выталкивания включений из горлышек 33 контейнеров 34. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, затем конвейерная лента 32 продолжает движение через несколько дополнительных переворотов, включая выдержку контейнеров 34 под углом переворота между 90 и 180 градусов относительно вертикали. Как правило, установка в соответствии с некоторыми вариантами воплощения настоящего изобретения выполнена с возможностью обеспечения переворотной последовательности, содержащей, по меньшей мере, пересечение 90-градусной линии относительной вертикали (то есть, перпендикулярной к вертикали). В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения установка похожа на американские горки, в которой контейнеры аналогичны пассажирам, а конвейер аналогичен вагонам американских горок.
Часть конвейера проиллюстрирована на Фиг. 4. Конвейер 40 включает в себя множество карманов 42, 44, 46, и так далее, в котором каждый из множества карманов выполнен с возможностью содержать один или более контейнер 41. Включение карманов в конвейер позволяет изолировать контейнеры друг от друга и/или способствует стабилизации контейнеров на конвейере при подвергании перевороту во время стерилизации контейнеров.
В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения ограждение расположено поверх конвейера для предотвращения множества контейнеров от падения с конвейера. В одном аспекте настоящего изобретения ограждение содержит покрышку для конвейера, таким образом, что сила тяжести не вызывает падения с или выпадения контейнеров за пределы конвейера, когда контейнеры переворачиваются до угла 90 градусов или более относительно вертикали. Необязательно покрышка содержит металлическую пластину. В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения установка содержит изоляцию, расположенную вокруг, по меньшей мере, части конвейера и ограждения, чтобы способствовать поддержанию температуры жидкости в контейнерах во время манипуляции. Например, изоляция может быть расположена вокруг конвейера и ограждения по всей длине установки или поверх части длины устройства.
Конвейер выполнен с возможностью подвергания множества контейнеров одной или более переворотным последовательностям, содержащим первый переворот контейнера до тех пор, пока его основание не будет расположено под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, при этом первый переворот происходит в течение периода времени, по меньшей мере, в три секунды, и при этом переворотная последовательность предотвращает агломерацию любых включений во множестве контейнеров, а также позволяет жидкости стерилизовать множество контейнеров.
На Фиг. 5 ограждение 52 расположено поверх конвейера 50 для предотвращения множества контейнеров от падения с конвейера, в то время, как контейнеры подвергаются углам переворота. В частности, ограждение 52 на Фиг. 5 содержит покрышку, выполненную с возможностью фиксации на верхней части конвейера 50. Соответственно, когда ограждение 52 используется вместе с конвейером 50, любой из контейнеров, расположенных в пределах конвейера 50, будет защищен от вываливания с конвейера 50, когда контейнеры расположены под углами более чем 90 градусов относительно вертикали. Основная характеристика ограждения согласно вариантам воплощения настоящего изобретения состоит в том, что оно удерживает каждый контейнер достаточно жестко на месте, таким образом, что он не падает с конвейера или сдвигается во время процесса переворота.
Со ссылкой на Фиг. 6, обеспечена альтернативная установка 60 для манипулирования контейнерами. В выбранных вариантах воплощения настоящего изобретения установка 60 содержит корпус 62 и множество кронштейнов 64, расположенных на корпусе 62 и выдающихся оттуда перпендикулярно корпусу 62. Дополнительно, установка 60 содержит множество зажимов 66, и каждый зажим 66 выполнен с возможностью быть прикрепленным к дистальному концу одного из кронштейнов 64 установки 60. При этом один контейнер 61 удерживается в пределах одного зажима 66. Установка 60 манипулирует контейнерами 61 посредством принуждения множества зажимов 66 вращаться, тем самым переворачивая множество контейнеров 61. Установка 60 может содержать мотор (не показан), выполненный с возможность приводить в движение множество зажимов 66 на протяжении одной или более переворотных последовательностей, как указано выше для проведения стерилизации контейнеров.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Был приготовлен соковый напиток, включающий в себя кусочки мандарина благородного, содержащий ингредиенты, приведенные в Таблице 1.
<b>Таблица 1</b>
Ингредиент
Метрический объем
Метрическая масса
Безводная лимонная кислота
7,154 кг
Аскорбиновая кислота
1,021 кг
Бета-каротин 10% CWS
0,229 кг
Витаминный премикс (A@E)
0,680 кг
Апельсиновый сок H D Orange Juice 17M14HDO
57,020 л
74,950 кг
Апельсиновый ароматизатор
3,8 л
3,987 кг
Ксантановая камедь Keltrol
1,533 кг
Пульпа апельсина с цельными кусочками
201,700 л
209,200 кг
Гранулированная сахароза
345,900 кг
Обработанная вода (рассчитанная)
2,924000 л
2,916000 кг
Выход конечного напитка
3,4060 л (то есть, 900 галлонов)
3,5608 кг
Девятьсот галлонов напитка были нагреты до средней температуры 85°C (185°F) при использовании термического процесса, то есть нагревателя, и выдержаны при этой температуре 30 секунд. Далее горячий напиток был разлит в 420 мл PET бутылки и закупорен крышками. Перед охлаждением бутылки были помещены в установку и подвергнуты трем переворотным последовательностям. Каждая переворотная последовательность содержит переворачивание контейнеров до углов, показанных на графике Фиг. 1. Каждая последовательность выполняется за период времени 36,7 секунд, в ходе полного времени 110,1 секунд всех трех переворотных последовательностей. Способ стерилизации был протестирован посредством измерения температуры внутри крышек бутылок, наряду с выполнением исследования микро инкубации 30000 бутылок с продуктом. Анализ микро инкубации бутылок показал достижение стерильности 100% бутылок.
Сравнительный пример 2
Был приготовлен соковый напиток, содержащий кусочки мандарина благородного, и разлит в 420 мл PET бутылки способом по Примеру 1. Перед охлаждением заполненные горячим продуктом бутылки были подвергнуты переворотному процессу конфигурации «верблюжьего горба» в течение шести секунд. Переворотный способ конфигурации верблюжьего горба содержит захватывание вертикально стоящей бутылки резиновыми клещами и наклонение бутылки до тех пор, пока ее кончик не будет повернут на 90 градусов на ее бок. Бутылка была передана в стоящее вверх положение, когда она достигла верха, а затем наклонена на 90 градусов на противоположный бок. Анализ микро инкубации бутылок показал, что бутылки показали нестерилизованность 10% бутылок.
В то время как Пример 1 включал в себя нагревание продукта перед розливом в контейнеры при использовании термического процесса, то есть нагревания посредством нагревателя, согласно вариантам воплощения настоящего изобретения, продукт мог быть разлит в 420 мл PET бутылки, и температура продукта может быть поднята посредством облучения продукта неионизирующим электромагнитным излучением из устройства неионизирующего электромагнитного излучения в течение около 30 секунд для доведения средней температуры продукта до около 85°C (185°F). В варианте воплощения настоящего изобретения бутылки могут быть закупорены крышками после розлива продукта и перед облучением продукта. Специалисты в данной области техники признают, что в соответствии с настоящей патентной заявкой, что для достижения коммерческой стерилизации продукта с pH выше по сравнению с продуктом с более низким pH потребуются более высокие температуры и/или большая продолжительность времени при повышенной температуре. Например, продукт с pH выше 3,8 может нуждаться в облучении неионизирующим электромагнитным излучением так, чтобы повысить температуру продукта до более высокой повышенной температуры и/или сохранять продукт при повышенной температуре в течение более длительного периода времени, чем продукт с pH ниже 3,8 для достижения коммерческой стерилизации.
Способ может содержать обеспечение закупоренного контейнера, при этом закупоренный контейнер содержит свободно текущий продукт, помещенный в пределах закупоренного контейнера; конвейерную подачу закупоренного контейнера через устройство неионизирующего электромагнитного излучения в течение периода времени конвейерной подачи; передачу неионизирующего электромагнитного излучения от устройства неионизирующего электромагнитного излучения в свободно текущий продукт для достижения температуры стерилизации в течение периода времени передачи, при этом, по меньшей мере, часть периода времени передачи излучения совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени конвейерной подачи, а также манипулирование закупоренным контейнером в течение периода времени манипулирования, чтобы достичь стерилизации всей целостности продукта в закупоренном контейнере и всей целостности внутренних поверхностей закупоренного контейнера, при этом, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей, с частью периода времени передачи.
В варианте воплощения настоящего изобретения, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования может совпадать, по меньшей мере, с частью периода времени конвейерной подачи. В варианте воплощения настоящего изобретения, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи, а также, по меньшей мере, с частью периода времени конвейерной подачи. В варианте воплощения настоящего изобретения передача содержит неионизирующего электромагнитного излучения, выбранного из группы, состоящей из микроволнового излучения и радиочастотного излучения. В варианте воплощения настоящего изобретения, неионизирующее электромагнитное излучение имеет частоту, выбранную из группы, состоящей из 3кГц< f<1 МГц, 1МГц≤f<300 МГц, а также от 300 МГц до 300 ГГц.
В варианте воплощения настоящего изобретения период времени передачи составляет менее чем около трех минут. В варианте воплощения настоящего изобретения период времени конвейерной подачи, период времени передачи и период времени манипулирования имеют место за совокупный период времени, причем совокупный период времени составляет менее чем около трех минут.
В варианте воплощения настоящего изобретения манипулирование содержит манипулирование закупоренным контейнером, чтобы позволить свободно текущему продукту контактировать с внутренними поверхностями закупоренного контейнера.
В варианте воплощения настоящего изобретения манипулирование содержит подвергание закупоренного контейнера переворотной последовательности, при этом переворотная последовательность содержит первый переворот закупоренного контейнера до тех пор, пока основание закупоренного контейнера не будет расположено под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, при этом первый переворот происходит за период времени, по меньшей мере, в три секунды. В варианте воплощения настоящего изобретения при первом перевороте происходит переворот закупоренного контейнера до тех пор, пока основание закупоренного контейнера не будет расположено под углом вплоть до 135 градусов относительно вертикали.
В варианте воплощения настоящего изобретения свободно текущий продукт содержит пищевой продукт, например, напиток. В варианте воплощения настоящего изобретения свободно текущий продукт содержит, по меньшей мере, одну водосодержащую жидкость. В варианте воплощения настоящего изобретения свободно текущий продукт содержит карбонизированный напиток. В варианте воплощения настоящего изобретения свободно текущий продукт содержит некарбонизированный напиток. В варианте воплощения настоящего изобретения свободно текущий продукт содержит жидкость, выбранную из группы, состоящей из воды, почти воды (near water), спортивного напитка, сока, безалкогольного напитка, алкогольного напитка (например, пиво), напитка из вина с содовой (spritzer) и тоника.
В варианте воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность дополнительно содержит второй переворот закупоренного контейнера обратно до угла около 60 градусов относительно вертикали. Второй переворот может происходить за период времени около двух секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения, переворотная последовательность содержит третий переворот закупоренного контейнера между углом около 60 градусов от вертикали и углом около 135 градусов от вертикали. Третий переворот может происходить за период времени около двух секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения переворотная последовательность содержит, по меньшей мере, восемь переворотов и происходит за период времени, по меньшей мере, в тридцать секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения способ может содержать подвергание закупоренного контейнера переворотной последовательностью, по меньшей мере, два раза.
В варианте воплощения настоящего изобретения первый переворот содержит выдержку закупоренного контейнера под углом около 135 градусов относительно вертикали, по меньшей мере, в течение около трех секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения обеспечена установка для стерилизации контейнеров. Установка может содержать конвейер, выполненный с возможностью подавать на конвейере множество закупоренных контейнеров за период времени конвейерной подачи, при этом множество закупоренных контейнеров содержат свободно текущий продукт, помещенный в пределах закупоренных контейнеров, а также устройство неионизирующего электромагнитного излучения, выполненное с возможностью передачи неионизирующего электромагнитного излучения в свободно текущий продукту, чтобы достичь температуры стерилизации в течение периода времени передачи. Конвейер может быть выполнен с возможностью подачи на конвейере множества закупоренных контейнеров через устройство неионизирующего электромагнитного излучения в течение периода времени конвейерной подачи, при этом, по меньшей мере, часть периода времени конвейерной подачи совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи. По меньшей мере, часть конвейера может быть выполнена с возможностью манипулирования множеством закупоренных контейнеров в течение периода время манипулирования для достижения стерилизации всей целостности продукта в каждом из множества закупоренных контейнеров и всей целостности внутренних поверхностей каждого из множества закупоренных контейнеров, при этом, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени передачи.
В варианте воплощения настоящего изобретения, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования совпадает, по меньшей мере, с частью периода времени конвейерной подачи. В варианте воплощения настоящего изобретения, по меньшей мере, часть периода времени манипулирования, по меньшей мере часть периода времени передачи и по меньшей мере часть периода времени конвейерной подачи совпадают.
В варианте воплощения настоящего изобретения устройство неионизирующего электромагнитного излучения выполнено с возможностью передачи неионизирующего электромагнитного излучения в свободно текущий продукт, выбранный из группы, состоящей из микроволнового излучения и радиочастотного излучения. В варианте воплощения настоящего изобретения устройство неионизирующего электромагнитного излучения передает неионизирующее электромагнитное излучение с частотой, выбранной из группы, состоящей из 3 кГц<f<1 МГц, 1 МГц ≤  f<300 МГц, и 300 МГц и 300 ГГц.
В варианте воплощения настоящего изобретения период времени передачи составляет менее чем около трех минут. В варианте воплощения настоящего изобретения период времени конвейерной подачи, период времени передачи и период времени манипулирования имеют место за совокупный период времени, при этом совокупный период времени составляет менее чем около трех минут.
В варианте воплощения настоящего изобретения конвейер выполнен с возможностью манипулирования множеством закупоренных контейнеров, чтобы позволить свободно текущему продукту контактировать с внутренними поверхностями множества закупоренных контейнеров.
В варианте воплощения настоящего изобретения каждый из множества закупоренных контейнеров содержит соответствующее основание, при этом конвейер выполнен с возможностью манипулирования каждым из множества закупоренных контейнеров, подвергая их одной или более переворотным последовательностям, содержащим первый переворот каждого из множества закупоренных контейнеров до тех пор, пока соответствующее основание не будет расположено под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, при этом первый переворот происходит за период времени, по меньшей мере, в три секунды.
В варианте воплощения настоящего изобретения каждая из одной или более переворотных последовательностей содержит переворачивание каждого из множества закупоренных контейнеров до тех пор, пока соответствующее основание закупоренного контейнере не будет расположено между углом около 60 градусов относительно вертикали углом около 135 градусов относительно вертикали, и при этом каждая из одной или более переворотных последовательностей происходит за период времени, по меньшей мере, в 30 секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения закупоренный контейнер, содержащий свободно текущий материал, содержит пузырек газа, который также называется газовым карманом. Газ может представлять собой воздух. Специалисты в данной области техники признают, что пузырек газа в контейнере позволяет улучшить перемешивание материала в контейнере во время манипулирования контейнером. Объем пузырька газа для оптимального перемешивания зависит от размеров контейнера и объема материала в контейнере. Следовательно, по мере увеличения размера контейнера и/или объема материала в контейнере, объем пузырька газа может увеличиться, чтобы улучшить перемешивание по мере манипулирования контейнером, предполагая, что манипулирование контейнером является тем же самым.
В варианте воплощения настоящего изобретения каждая из одной или более переворотных последовательностей содержит выдержку множества закупоренных контейнеров под одним или более углами, по меньшей мере, в ходе полсекунды при каждом угле.
В варианте воплощения настоящего изобретения конвейер выполнен с возможностью подачи бутылок с объемом, выбранным из группы, состоящей из 240 мл, 355 мл, 420 мл и 1000 мл.
В варианте воплощения настоящего изобретения обеспечен способ стерилизации внутренности, при этом способ содержит помещение контейнера вертикально вверх на основание контейнера, при этом контейнер заключает в себе свободно текущий продукт. Контейнер подвергается неионизирующему электромагнитному излучению, достаточному для достижения температуры коммерческой стерилизации в пределах около 30 секунд. Контейнер подвергается переворотной последовательности, при этом переворотная последовательность содержит первый переворот контейнера до тех пор, пока основание контейнера не будет расположено располагается под углом вплоть до 180 градусов относительно вертикали, при этом первый переворот происходит в течение периода времени, по меньшей мере, в три секунд, и при этом переворотная последовательность позволяет стерилизовать внутренние поверхности контейнера. В варианте воплощения настоящего изобретения контейнер выдерживается под углом вплоть до 140 градусов относительно вертикали в течение, по меньшей мере, трех секунд.
В варианте воплощения настоящего изобретения, переворотная последовательность содержит переворачивание контейнера между углом около 60 градусов относительно вертикали и углом около 135 градусов относительно вертикали, и при этом переворотная последовательность происходит за период времени, по меньшей мере, в 30 секунд.
Пример 3
Был приготовлен апельсиновый напиток, содержащий ингредиенты, приведенные в Таблице 2. Показатель pH апельсинового напитка составил менее чем 3,8.
<b>Таблица 2</b>
Описание
Целевой Показатель Брикса (Brix)
Целевая кислота
Количество
Ед. изм.
Литры
% по весу
Апельсиновый концентрат, бразильский с низким содержанием масел
66,0
3,57
187,57
кг
141,939
18,7570
Натуральный апельсиновый ароматизатор
70,0
нет
0,07
кг
0,091
0,0078
Аскорбиновая кислота, номера Кодекса пищевых химикатов и Универсального товарного кода, кошерные(USP FCC Kosher)
100,0
36,40
0,04
кг
0,067
0,0049
Антивспенивающий агент Calgene
нет
нет
0,01
кг
0,010
0,0010
Фильтрованная вода
нет
нет
812,29
кг
814,556
81,2293
На Фиг. 7a приведен профиль температуры карбонизированного высоко-кислотного продукта с pH менее чем 3,8, как указано в Таблице 2, при обработке традиционной туннельной пастеризацией, то есть продукт помещен в бутылку, бутылку закупорена крышкой, бутылку направлена через установку туннельной пастеризации, где она была нагрета посредством распыленной на бутылки струями горячей воды и затем охлаждена. В этом Примере продукт нагревался в «зоне предварительного нагрева (come up)», то есть около 13 минут, до достижения продуктом температуры около 160 градусов по Фаренгейту (71°C). Затем продукт сохранялся при целевой температуре в течение около 10 минут для гарантированного обеспечения стерилизации продукта и внутренних поверхностей контейнера. Затем продукту и бутылке было позволено охладиться.
Пример 4
На Фиг. 7b приведено изображение профиля температуры того же самого карбонизированного высоко-кислотного продукта, что и в Примере 3, только на этот раз продукт был подвергнут микроволновому излучению после помещения в бутылку и закупоривания бутылки крышкой. В этом Примере «зона предварительного нагрева», чтобы температура поднялась до 173°F (~78°C), находилась при использовании микроволнового излучения в течение около 60 секунд, и продукт сохранялся при целевой температуре около 172,5°F (78°C) в течение около 1 минуты. Затем продукту и бутылке было позволено охладиться.
Логарифмическое уменьшение (LR) патогенов является экспоненциальным зависимости при температуре и линейным по времени. Логарифмическое уменьшение может быть выражено следующим образом:
Ref
Ref
Ref
где D представляет собой время, требуемое для одного десятичного сокращения патогенов при эталонной температуре T, величина z представляет собой приращение температуры, необходимое для десятикратного уменьшения D, T(t′) представляет собой температуру при времени t, t представляет собой время, dt′ представляет мгновенное изменение времени, D и Z представляют собой микробиологические параметры для конкретных микроорганизмов, и T представляет собой температуру начала гибели микроорганизмов.
Сравнение Фиг. 7a и 7b показывает, что время в «зоне предварительного нагрева» и время сохранения продукта при целевой температуре значительно дольше, чем при традиционной туннельной пастеризации, то есть, когда продукт термически нагревается распылением горячей воды струями на бутылки с разлитым продуктом, по сравнению с технологией нагревания продукта микроволновым излучением. Также сравнение профилей температуры показало, что время нахождения продукта в зоне с нарушения теплового режима (то есть зоне, где температура в результате может привести к деградации органолептических свойств продукта) является гораздо более длительным в Примере 3, чем в Примере 4.
Пример 5
Карбонизированная вода с начальной температурой около 67°F (19,4°C) плюс-минус 1°F (0,2°C) была разлита в бутылки и затем закупорена крышками. После закупоривания крышками бутылки в стоящем прямо положении отправили через установку, приведенную на Фиг. 8-10. Во время отправления через эту установку бутылки были подвергнуты микроволновому излучению за время около 1 минуты. Микроволновое излучение составило 50 киловатт, класс радиационной защиты (RP) 1-1/2. После первого отправления через установку для этого первого прохождения микроволнового излучения с бутылок были удалены крышки и была измерена температура карбонизированной воды верха, центра и дна бутылок. Затем бутылки были снова закупорены крышками и подвергнуты встряхиванию, то есть были поворачиваемыми вверх-вниз в течение около 3 секунд, и затем были повернуты правильной стороной вверх. С бутылок были удалены крышки и была измерена температура карбонизированной воды была затем измерена в центре каждой бутылки. В Таблицах 3A, 3B, и 3C приведены данные температуры для бутылок с номерами 1-24 в верху, в центре части и у дна бутылок. Как приведено в Таблицах 3A, 3B, и 3C, температура карбонизированной воды в центре бутылок была в диапазоне от 168 (75,56) до 155°F (68,3°C) после подверганию микроволновому излучению, как указано выше, перед встряхиванием. Температура карбонизированной воды в центре бутылок была в диапазоне от 157 (69,4) до 151°F (66,1°C) после подвергания микроволновому излучению и после встряхивания, как описано выше. Следовательно, при встряхивании, как описано выше, температура центра варьировалась в диапазоне 6°F (°C) по сравнению с 13°F (°C) без встряхивания. Специалистам в данной области техники признают, что встряхивание во время облучения, такое, как постепенное поворачивание бутылок сверху вниз и затем обратно правильной стороной вверх в результате приводит к тому, что в центре диапазон температуры составил менее чем и/или не более чем 6°F (°C).
<b>Таблица 3A</b>Температуры в °F бутылок с номерами 1-8
1
2
3
4
5
6
7
8
Верх
165 (73,8°C)
168 (75,5°C)
168 (75,5°C)
168 (75,5°C)
167 (75°C)
172 (77,7°C)
167 (75°C)
164 (73,3°C)
Центр перед встряхиванием
163 (72,7°C)
165 (73,8°C)
163 (72,7°C)
165 (73,8°C)
166 (74,4°C)
168 (75,5°C)
163 (72,7°C)
162 (72,2°C)
Дно
152 (66,6°C)
153 (67,2°C)
150 (65,5°C)
155 (68,3°C)
155 (68,3°C)
152 (66,6°C)
151 (66,1°C)
150 (65,5°C)
Центр после встряхивания
153 (67,2°C)
154 (67,7°C)
152 (66,6°C)
155 (68,3°C)
156 (68,8°C)
157 (69,4°C)
155 (68,3°C)
152 (66,6°C)
<b>Таблица 3B</b>Температуры в °F бутылок с номерами 9-16
9
10
11
12
13
14
15
16
Верх
172 (77,7°C)
165 (73,8°C)
163 (72,7°C)
168 (75,5°C)
158 (70°C)
163 (72,7°C)
164 (73,3°C)
163 (72,7°C)
Центр перед встряхиванием
167 (75°C)
161 (71,6°C)
160 (71,1°C)
163 (72,7°C)
155 (68,3°C)
160 (71,1°C)
160 (71,1°C)
163 (72,7°C)
Дно
152 (66,6°C)
152 (66,6°C)
149 (65°C)
152 (66,6°C)
151 (66,1°C)
150 (65,5°C)
146 (63,3°C)
149 (65°C)
Центр после встряхивания
157 (69,4°C)
153 (67,2°C)
151 (66,1°C)
155 (68,3°C)
151 (66,1°C
150 (65,5°C)
154 (67,7°C)
157 (69,4°C)
<b>Таблица 3C</b>Температуры в °F бутылок с номерами 17-24
17
18
19
20
21
22
23
24
Верх
161 (71,6°C)
162 (72,2°C)
159 (70,5°C)
163 (72,7°C)
158 (70°C)
166 (74,4°C)
163 (72,7°C)
164 (73,3°C)
Центр перед встряхиванием
159  (70,5°C)
158 (70°C)
157 (69,4°C)
161 (71,6°C)
156 (68,8°C)
161 (71,6°C)
158 (70°C)
160 (71,1°C)
Дно
149 (65°C)
147 (63,8°C)
149 (65°C)
146 (63,3°C)
143 (61,6°C)
149 (65°C)
146 (63,3°C)
148 (64,4°C)
Центр после встряхивания
155 (68,3°C)
154 (67,7°C)
154 (67,7°C)
157 (69,4°C)
154 (67,7°C)
156 (68,8°C)
154 (67,7°C)
156 (68,8°C)
На Фиг. 8-10 проиллюстрированы виды установки согласно варианту воплощения настоящего изобретения. Установка 800 содержит конвейер 802, выполненный с возможностью подачи на конвейере множества закупоренных контейнеров за период времени конвейерной подачи, при этом множество контейнеров содержат свободно текущий продукт, находящийся в закупоренных контейнерах. Конвейер 802 может содержать первую часть 804, в которой закупоренные контейнеры расположены в вертикальном положении перед тем, как будут подающимися на конвейере через устройство 806 неионизирующего электромагнитного излучения (например, микроволнового). Устройство 806 может содержать волновой генератор 808 неионизирующего электромагнитного излучения, удлиненное ограждение или туннель 810, множество отверстий 812, разнесенных вдоль секции 814 туннеля 810, и, по меньшей мере, один трубопровод 816. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения обеспечены, по меньшей мере, два трубопровода (816 и 816′) для доставки излучения с двух противоположно обращенных сторон 818 и 818′ секции 814 и в туннель 810. Трубопроводы 816 и 816′ выполнены с возможностью доставки излучения, сгенерированного генератором 808 через отверстия 812 и в продукт в закупоренных контейнерах, подающихся на конвейере 802 через туннель 810.
На Фиг. 10 показан вид в перспективе одного из вариантов воплощения настоящего изобретения с удаленным верхом туннеля 810 для целей иллюстрации. Как приведено на Фиг. 10, закупоренные крышками бутылки 820, заполненные продуктом 822, подаются на конвейере посредством второй части 824 конвейера 802 через первую подсекцию 826 секции 814.
На Фиг. 11 показан вид в перспективе туннеля 810, панель туннеля 810 удалена. Как приведено на Фиг. 11, конвейер 802 содержит третью часть 828 для манипулирования контейнерами или бутылками 820. Третья часть 828 обеспечивает подходящую манипуляцию, полезную в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения. Третья часть 828 может содержать конвейер 30 или секцию(и) конвейера 30, показанного на Фиг. 3.
На Фиг. 12 показан вид в перспективе части 1201 конвейера 1200, полезной в некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения. На Фиг. 11, закупоренные крышками бутылки 1202 заключают в себе сок 1204. Сок 1204 может заключать в себе включения, например, кусочки мандарина благородного. Как приведено на Фиг. 12, закупоренные крышками бутылки 1202 являются манипулируемыми посредством конвейера 1200 из вертикального положения в невертикальное положение в то время, как закупоренные крышками бутылки 1202 подаются на конвейере в продольном направлении вдоль конвейера 1200. Конвейер 1200 может содержать конвейер 30 или секцию(и) конвейера 30, показанного на Фиг. 3, или третью часть 828, показанную на Фиг. 11.
Специалисты в данной области техники признают, что способы, раскрытые здесь, могут быть приспособлены, как может быть надлежаще, чтобы достичь коммерческой стерилизации. В качестве примера без ограничения способ достижения коммерческой стерилизации может содержать подвергание закупоренных контейнеров, содержащих карбонизированный апельсиновый сок, неионизирующему электромагнитному излучению для доведения температуры сока, по меньшей мере, до около 172,5 градусов по Фаренгейту (78°C), и манипулирование контейнерами, таким образом, чтобы позволить соку перемешиваться и контактировать с внутренними поверхностями контейнеров. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения закупоренные контейнеры содержат пузырек газа, который облегчает перемешивание сока и контакт сока с внутренними поверхностями контейнеров.
В варианте воплощения настоящего изобретения карбонизированный апельсиновый сок, имеющий pH 3,6, может быть помещен в PET бутылки и затем закупорен крышками таким образом, что существует пузырек газа поверх сока в каждой бутылке. Затем закупоренные крышками бутылки могут быть подвергнуты неионизирующему электромагнитному излучению, чтобы повысить температуру сока до 172,5 градусов по Фаренгейту (78°C) и сохранить сок при упомянутой повышенной температуре в течение около 1 минуты, и в течение этого периода времени бутылки могут быть подвергнуты одному или более переворотам в соответствии с углами, приведенными на графике Фиг. 1, для достижения коммерческой стерилизации.
В варианте воплощения настоящего изобретения карбонизированный апельсиновый сок с pH 3,6 может быть помещен в PET бутылки и затем закупорен крышками, так, что в каждой бутылке присутствует пузырек воздуха поверх сока. Затем закупоренные крышками бутылки могут быть подвергнуты неионизирующему электромагнитному излучению для повышения температуры сока до около 168-169 градусов по Фаренгейту и сохранить сок при повышенной температуре в течение около 2 минут, и в течение этого периода времени бутылки могут быть подвергнуты одному или более переворотам согласно углам, приведенным на графике Фиг. 1, для достижения коммерческой стерилизации. Согласно описанию настоящей патентной заявки для коммерческой стерилизации могут быть достигнуты более короткие времена, если температура «предварительного нагрева» напитка поднимается до более чем 168-169 градусов по Фаренгейту. Например, в варианте воплощения настоящего изобретения закупоренные крышками бутылки могут быть подвергнуты неионизирующему электромагнитному излучению для подъема температуры сока до около 172,5 градусов по Фаренгейту и сохранения сока при повышенной температуре в течение около 1 минуты, и в течение этого периода времени бутылки могут быть подвергнуты одному или более переворотам согласно углам, приведенным на графике Фиг. 1, для достижения коммерческой стерилизации.
Указанные выше периоды времени согласно описанию настоящей патентной заявки значительно короче, чем при традиционном процессе туннельной пастеризации. Традиционная туннельная пастеризация, как правило, занимает, по меньшей мере, около 10 минут, чтобы нагреть контейнеры и продукт струей горячей воды, чтобы поднять температуру контейнеров и продукта до около 160-165 градусов, и еще около 10 минут, чтобы сохранить контейнеры и продукт при упомянутой повышенной температуре, чтобы достичь коммерческой стерилизации.
Специалисты в данной области техники признают, что в соответствии с настоящей патентной заявкой любая подходящая манипуляция с контейнерами может быть использована, чтобы достичь в результате стерилизации всей целостности продукта и стерилизации всей целостности внутренних поверхностей контейнеров, заключающих в себе продукт.
Преимущества вариантов воплощения настоящего изобретения включают в себя осуществление возможности инновации и изготовление напитков со сроком годности, по меньшей мере, три месяца и не заключают в себе консервантов, которые в противном случае были бы необходимы при использовании традиционных технологий для достижения того же самого срока годности. Также преимущества включают в себя обеспечение пути для простого и экономически эффективного превращения или модернизации существующих  изготовительных линий, использующих традиционные технологии горячего розлива или традиционных технологий туннельной пастеризации, чтобы достичь более эффективной стерилизации продукта и контейнеров, и сократить углеродный след и/или пространственный след, требуемый при традиционных технологиях. Также преимущества включают в себя, по меньшей мере, паритетный или улучшенный термический профиль или профиль температуры, чем традиционные технологии стерилизации горячим розливом, и по существу улучшенный термические профиль или профиль температуры, чем традиционные технологии туннельной пастеризации. Также преимущества включают в себя возможность достижения стерилизации продуктов, имеющих включения, и контейнеров, заключающих в себе продукты, имеющие включения. Преимущества вариантов воплощения настоящего изобретения включают в себя минимизацию нарушения нагрузки продукта и контейнера, улучшение туннельной пастеризации PET, обеспечение более короткого времени изготовления, обеспечение продуктов, упакованных в контейнеры и имеющих этикетку чистого консерванта, обеспечение более эффективного нагревания по сравнению с традиционным термическим нагреванием (таким, как распыление горячей воды струями на закупоренные крышками бутылки), и обеспечение возможности изготовления и упаковки продуктов, которые не могут быть изготовлены и упакованы при использовании традиционных технологий. Преимущества включают в себя возможность использования контейнеров, которые не могут быть использованы при использовании традиционных технологий. Преимущества включают в себя улучшенное изготовление и бутилирование широкого разнообразия напитков, в частности, при использовании PET бутилирования. Преимущества включают в себя возможность использования электричества, которое может быть сгенерировано посредством ресурсосберегающих и/или не топливосжигающих генераторов, в отличие от топливосжигающих генераторов, используемых в некоторых традиционных технологиях.
Как замечено выше, традиционная туннельная стерилизация имеет энергоэффективность около 30-50%, то есть около 30-50% количества тепла (которое может быть выражено в Британских тепловых единицах (British Thermal Units, то есть BTU), генерируемого топливосжигающим бойлером, фактически доставляется в продукт. Преимущества настоящего изобретения включают в себя стерилизацию с более высокой энергоэффективностью 70%, то есть, вплоть до около 70% количества тепла, генерируемого, чтобы обеспечить неионизирующее электромагнитное излучение, доставляется в продукт.
Учитывая, что приведенное раскрытие описано применительно к конкретным примерам, включающим в себя в настоящем предпочтительные режимы реализации раскрытия, специалисты в данной области техники принимают, что существуют многочисленные вариации и комбинации указанных выше способов и структур, которые подпадают под суть и объем настоящего изобретения. Следует понимать, что настоящее раскрытие не ограничивается в своем применении деталями конструкции и компоновками компонентов, изложенными здесь. Вариации и модификации указанного выше также входят в объем настоящего изобретения. Также понятно, что раскрытие, раскрытое и определенное здесь распространяется на все альтернативные комбинации двух или более индивидуальных признаков, упомянутых или очевидных из текста. Все эти различные комбинации составляют различные альтернативные аспекты настоящего изобретения. Варианты воплощения, описанные здесь, поясняют наилучшие режимы, известные для практики настоящего изобретения, и дадут возможность другим специалистам в данной области техники использовать упомянутое раскрытие. Формула изобретения составлена так, что включает в себя альтернативные варианты воплощения настоящего изобретения в степени, допускаемой посредством предшествующего уровня техники. В частности, предполагается использовать варианты воплощения упомянутого раскрытия для стерилизации свободно текущего продукта, такого как соки, прозрачный бульон и суп, имеющие включения. Следовательно, предполагается, что такие модификации могут быть сделаны без отступления от сути и объема настоящего раскрытия, как определено в приложенной формуле изобретения.