用于食品和其它生物材料的热处理的方法和设备，以及由此获得的产品技术

本发明专利技术提供了使用电磁辐射对可流动材料进行热处理的方法和设备，以及由此获得的食品和材料。本发明专利技术还提供了生物材料的连续流热处理的方法、用于进行该方法的设备、以及使用所述方法和／或设备所制得的产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请基于并要求于2004年11月12日提交的美国临时申请序列号60/627,499和2005年3月24日提交的美国临时申请序列号60/664,762的优先权，所述每一申请的公开内容在此全文并入作为参考。
本文公开的主题涉及通过使用电磁辐射来对可流动材料进行热处理的方法和设备，并涉及由此获得的食品和材料。更特别地，本文公开的主题涉及生物材料的连续流动热处理的方法、用于进行该方法的设备以及使用所述方法和/或设备制备的产品。
技术介绍
为了出售给公众，常常需要对食品进行处理以最小化微生物的生长，而所述微生物的生长可能在粮食的收割时期直至它们被消费者购买之间发生。为此目的，存在数种可以商业获得的通用方法，其中最普及的是将原料加热至适当的温度足够长的时间以杀死可能存在于食品中的任何微生物和/或可能在储存温度下发育和生长的孢子或者使其失活。例如为了降低通常存在于牛奶中的细菌的含量，通常对牛奶进行巴氏灭菌，这使得牛奶能够被安全地储存比未使用巴氏方法的情况下更长的时间。一般地，使用间接加热法，其中使生物材料通过被加热至超过-->60℃(对于一些热敏感的巴氏灭菌加热至100℃)并不超过150℃的腔室以使得材料为商业无菌(commercially sterile)的。加热腔室中生物材料的存在导致生物材料的温度升高，直至其达到与周围腔室基本相同的温度。但是，许多食品和其它生物材料在味道、美观、营养水平或者其它特性方面往往受到加热的负面影响，使得该材料能够接受的加热方式受到限制。此外，很多生物材料暴露于加热表面将烧焦表面，引起降低的热流、增加的运行时间并可能在产品中产生臭味，这是由于运行时间增加以及被加热的材料增加并剥落进入产品。例如在食品工业中甘薯的利用常常包括将根加工成泥状物(puree)，该泥状物能够随后被冷冻或罐装以使得产物能够全年均可使用。甘薯泥(SPP)可以用作多种产品的成分，其包括婴儿食品、砂锅菜、布丁、派、蛋糕、面包、重构油炸食品、小馅饼、汤和饮料(Truong，1992；Truong et al.，1995；Woolfe，1992)。通过冷冻对SPP进行保存是广为接受的方法，但是冷冻的泥需要冷冻分配和储存上相当可观的投入，以及在使用前漫长且难以控制的解冻处理。罐装的泥典型地需要过量的热处理，尤其是当在规定尺寸的包装物中进行加工时，其提供了不良的储存空间利用，并造成了产品的处理、开启和分配以及空包装物的丢弃的困难。由于泥状物差的热透过特性，将罐装的甘薯在121℃下蒸煮超过2小时，导致罐内产品的质量从罐中心到壁边缘发生剧烈的变化。特别是在边缘处，产品常常被严重地过度加工，导致发黑并产生焦味。因此，适用的罐头尺寸常常被限制为10号罐尺寸(即约13杯的容量)，并且这一尺寸限制是罐装甘薯泥在食品加工工业中得到更广泛使用的主要限制。其它热加工技术例如刮面热交换器或瞬间消毒处理也受到SPP以低热扩散性为特征的限制(Smith et al.，1982)。Fasina et al.(2003年)报道SPP具有3×10-7m2/S级别的热扩散率和0.54W/m·K级别的热传导率。SPP低的热扩散率导致在使用常规热处理方法来达到所-->需的灭菌水平时，非常长时间的加热，这又引起SPP中的营养损失和差的产品质量。因此，本领域对于有效进行食品和其它生物材料的热处理存在早已有之并持续存在的需求。本文公开的主题正是针对于这一需求以及本领域中的其它需求。
技术实现思路
本
技术实现思路
列举了本文公开的主题的数种实施方案，并且在很多情况下列举了这些实施方案的变化及取代。本
技术实现思路
仅仅是多种且可变化的实施方案的示例。对于某一给定实施方案所提及的一项或多项代表性特征同样是示例性的。这样的实施方案可以典型地具有或不具有所提及的一项或多项特征；同样，那些特征可以被应用于本申请所公开主题的其它实施方案，而无论其是否列举于本
技术实现思路
。为了避免过多的重复，本
技术实现思路
没有列举或暗示这些特征的所有可能的组合。本文公开的主题提供了在使可流动的材料以连续物流通过热处理设备时对可流动材料进行热处理的方法。在某些实施方案中，所述方法包括(a)使可流动材料连续通过导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；(b)通过暴露对于电磁辐射为可穿透的所述导管的至少一部分来加热所述可流动的材料；和(c)在导管中混合所述可流动材料以在至少一部分的可流动材料中提供热平衡。在一些实施方案中，流动在恒定流速下发生。在一些实施方案中，流动在恒定的加热量输入或者在流动生物材料的加热出口于恒定的质量平均温度下发生。在一些实施方案中，可流动的材料基于可流动材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。在一些实施方案中，可流动材料是生物材料。在一些实施方案中，所述生物材料-->是食品生物材料。在一些实施方案中，所述食品生物材料基于食品生物材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。在本申请所公开主题的一些实施方案中，加热导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率。在一些实施方案中，采用一个或多个额外的加热步骤。在一些实施方案中，所述一个或多个额外的加热步骤在进行所述导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率的加热之前、期间或之后进行。在一些实施方案中，所述加热基本上不通过使可流动材料与具有超过可流动材料自身最大温度水平的温度的表面接触而加热。在本申请所公开主题的一些实施方案中，所述电磁辐射具有约1×10-4米或更大的波长。在一些实施方案中，所述电磁辐射具有约3×1012波/秒或更低的频率。在本申请所公开主题的一些实施方案中，在加热之前、期间或之后进行混合。在一些实施方案中，所述混合通过改变流动的横截面几何形状而完成。在一些实施方案中，所述混合被动地、主动地、或者主动和被动兼有地发生。在一些实施方案中，所述混合通过使用被动的、主动的、或者被动和主动兼有的混合设备完成，其中所述混合设备用于增加具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换，这在没有所述混合设备时不会发生。在一些实施方案中，与没有所述混合设备时的跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)相比，所述混合导致跨越可流动材料的温度分布变化性(标准偏差)降低至少10％。在一些实施方案中，所述方法包括将混合设备放置于选自暴露于电磁辐射的导管部分的入口的一个或多个位点、内部的一个或多个位点、出口的一个或多个位点及其组合的位置处。-->在本申请所公开主题的一些实施方案中，可流动生物材料未经受加热的表面，由此提供不会烧焦生物材料的较热部分，并获得相对于间接加热系统来说有利的加工运行时间。在一些实施方案中，所述加热和混合在足以对可流动生物材料完成灭菌(sterilization)和巴氏灭菌(pasteurization)之一的时间内提供足够的温度。在一些实施方案中，所述方法还包括包装可流动材料以用于冷冻储存。在一些实施方案中，所述方法还包括无菌地包装所述可流动材料。在本申请所公开主题的一些实施方案中，在引入可流动生物材料之前对可流动生物材料接触表面进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在可流动材料以连续物流通过热处理设备时对可流动材料进行热处理的方法，该方法包括：（ａ）使可流动材料连续地通过导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；（ｂ）通过暴露对于电磁辐射为可穿透的所述导管的至少一部分来加热所述可流动的材料；和（ｃ）在导管中混合所述可流动材料以在至少一部分的可流动材料中提供热平衡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-12 60/627,499;US 2005-3-24 60/664,7621.一种在可流动材料以连续物流通过热处理设备时对可流动材料进行热处理的方法，该方法包括：(a)使可流动材料连续地通过导管，其中所述导管的至少一部分对于电磁辐射来说是可穿透的；(b)通过暴露对于电磁辐射为可穿透的所述导管的至少一部分来加热所述可流动的材料；和(c)在导管中混合所述可流动材料以在至少一部分的可流动材料中提供热平衡。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流动以恒定流速发生。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述流动在恒定的加热量输入下发生或者在流动生物材料的加热出口于恒定的质量平均温度下发生。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可流动材料基于可流动材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。5.根据权利要求1所述的方法，其中可流动材料是生物材料。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述生物材料是食品生物材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述食品生物材料基于食品生物材料的流变性、介电性和热物理性能中的至少一种或它们的组合进行选择。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率。9.根据权利要求8所述的方法，其包括一个或多个额外的加热步骤。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个额外的加热步骤在所述导致可流动材料中至少1华氏度/秒或0.5摄氏度/秒的平均主体温度增加速率的加热之前、期间或之后进行。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热基本上不通过使可流动材料与具有超过可流动材料自身最大温度水平的温度的表面接触而加热。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有约1×10-4米或更大的波长。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射具有约3×1012波/秒或更低的频率。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合发生在加热之前、期间或之后或者三者的组合。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合通过改变流动的横截面几何形状而完成。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合被动地、主动地、或者主动和被动兼有地发生。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述可流动生物材料没有经受加热的表面。18.根据权利要求16所述的方法，其中所述混合通过使用被动的、主动的、或者被动和主动兼有的混合设备完成，所述混合设备用于增加具有较高温度水平的可流动材料区域与具有较低温度水平的可流动材料区域之间的物理接触和热交换，这在没有所述混合设备时不会发生。19.根据权利要求18所述的方法，其中与没有所述混合设备时的跨越可流动材料的温度分布变化性相比，所述混合使跨越可流动材料的温度分布变化性降低至少10％。20.根据权利要求18所述的方法，其包括将混合设备放置在选自暴露于电磁辐射的导管部分的入口的一个或多个位点、暴露于电磁辐射的导管部分的内部的一个或多个位点、暴露于电磁辐射的导管部分的出口的一个或多个位点及其组合的位置处。21.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括包装可流动材料以用于冷冻储存。22.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热和混合在足以对可流动生物材料完成灭菌和巴氏灭菌之一的时间内提供足够的温度。23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括无菌地包装所述可流动材料。24.根据权利要求1所述的方法，其中在引入可流动生物材料之前对可流动生物材料接触表面进行灭菌。25.根据权利要求23所述的方法，其包括使可流动材料在预定的温度下保持预定长的时间，并于无菌条件下在无菌包装物中冷却、包装和气密封装所述可流动材料。26.根据权利要求22所述的方法，其中可流动材料于预定温度水平下在大气压力或提高的压力下被装入非无菌包装物中，以同时完成对包装物表面及与之接触的可流动材料的灭菌，并随后气密封装所述包装物。27.一种通过权利要求1所述的方法制造的产品。28.具有一种或多种质量属性的商业无菌生物材料，相对于参照生物材料来说其能够被保存更长的期限，其中所述参照生物材料已经使用包括使参照生物材料与温度始终高于用于参照生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌。29.根据权利要求28所述的商业无菌食品生物材料，其中所述一种或多种质量属性为在约25℃下储存至少12星期。30.根据权利要求28所述的食品生物材料，其中所述一种或多种质量属性选自营养含量、颜色、质地、风味和总体外观。31.根据权利要求28所述的食品生物材料，其中所述生物材料是气密包装的、耐贮存的、以及既气密包装又耐贮存中的一种。32.根据权利要求28或31所述的食品生物材料，其中所述食品生物材料是甘薯。33.具有一种或多种质量属性的商业无菌食品生物材料，相对于参照生物材料来说其能够被保存更长的期限，其中所述参照食品生物材料已经使用包括使参照食品生物材料与温度始终高于用于参照食品生物材料的预定处理温度的表面接触在内的热处理方法进行灭菌，其中：(i)所述食品生物材料是用于冷藏的包装的、气密包装的、可稳定储存的、既用于冷藏的包装的又可稳定储存的、以及既气密包装又可稳定储存中的一种；(ii)所述食品生物材料是甘薯或者土豆(例如爱尔兰土豆)...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思R斯瓦特泽尔，约瑟普西穆诺维奇，文登张，加里迪安卡特赖特，巴勃罗科罗内尔，坎迪扬普塔拉桑迪普，戴维L帕罗特，
申请(专利权)人：北卡罗来纳州大学，以农业部为代表的美国，工业微波系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]