本发明涉及一种处理基质的方法，其目的是减少与基质有关的有机体污染的程度;本发明特别涉及对用于兽医和医学上的食料及物品的处理。 对植物材料如水果、蔬菜和谷物进行的广泛的杀菌和杀虫处理是为了消除不需要的污染。这些处理通常对环境是不合适的，对产品的消费者存有潜在的危险，而且在根除某些寄生体生长特别是真菌生长方面，这种处理的效果较差。类似地，许多动物制品必须在销售之前预先处理以减少污染微生物到最后使用时可以接受的水平，例如鸡蛋和家禽制品通常浸泡在杀菌溶液里以消灭细菌，如沙门氏菌和李氏杆菌。
进一步地对于这些化学处理，物理消毒处理常规地应用在供消费者、兽医或医学上使用的制品中。例如，应用微波消毒处理蘑菇菌类植物，而高压蒸汽处理则构成了在高压灭菌器中对医疗器械处理的基础。这些处理都有潜在地危险和/或能量强度和/或需要足够的时间以达到最适宜的效果。而且，最终制品是食料或化学个体，其结构可能改变为有损于所希望的特性如风味和/或效力。
本发明提供了一个新的方法，该方法能应用于上面所提到的所有基质等等。使用该方法可使污染的有机体在短时间内得到无生存力的处理，而没有以前方法的不利影响，不影响最终制品要求的品质或者留下对环境或生理学损害的残余物。而且，在某些应用中，例如在抑制一些寄生体生长，如真菌生长方面，该方法比现有的方法更有效。
该方法依赖于这样的事实，当将污染有机体的温度升高到一临界温度之上并维持足够的时间时，该有机体会不再有生存力。此温度将随有机体的不同而不同，但对于很多细菌和真菌来说，此温度大约为45℃。然而，通过使用如过热蒸汽一样的热介质或使用如微波一样的辐射，基质的温度也将上升到一定值，而该温度值对最终制品的使用是完全不适当的。在本方法中，当基质表面的或以悬浮在基质中的液态形式存在的有机体被加热到失去如前所述的生存力时，基质（不是其表面）仍不受所述处理的影响。
从最大的方面来说，本发明提供了一个处理基质的方法，以减少污染有机体的水平。该方法包括在基质上直接激光辐射，激光辐射的型式和数量是可以选择的，只要使其能够处理与无生存力基质有关的有机体，而基质本身的性质实际上保持不变。
在本发明第一方面的优选方法中，基质和激光辐射线彼此相对运动以保证基质表面基本上暴露在辐射线中。优选地，基质的相对运动包含基质如食物单元相对于激光辐射线的转动，翻滚为更优选。因此，例如在常规的滚筒式传送带上实现的食物单元的连续滚动可以应用，其它方便的运动将会在本发明下面所描述的装置中举例说明。
激光辐射线可以由任何有能力达到要求加热有机体至无生存力而不永久改变基质所需性质的激光源来供给。典型的例子是热的激光，例如二氧化碳（CO2）和钇铝石榴石（YAG）激光源。这样的激光源有能力在功率输出约为30至50瓦特下方便地产生激光辐射线，但其它功率输出也是可应用的，特别是在比食料有更大恢复活力的成分的基质上。这将由熟练的技术人员来评价。
用于下面描述的例子和装置中的方便的YAG激光源是搀杂过钇铝石榴石的钕（Nd∶YAG）。CO2和YAG激光以不同的波长放射出光。CO2为10.6微米，YAG为1.06微米。由于被照射物体不同的吸收水平，所使用的激光型式需要就各个物体进行选择。例如，对块茎处理，优选的激光为Nd∶YAG，而对鸡蛋则为CO2。已经发现，这两种均便于在连续波CW方式下进行操作，但在适宜的激光源下，脉冲式也可以应用。
对于CW方式合适的激光例子有CO2激光和Nd∶YAG激光，其中CO2激光可从美国加利福尼亚Synrad公司买到，型号为D48/5（60瓦），Nd∶YAG激光可从英国Rugby的Spectron激光系统买到，型号为SL901（90瓦）。这些激光的功率密度近似为50瓦/厘米2。
激光辐射线的形状是可变的，但可便利地采用扇形发散光束或由一个或多个激光源提供的光束。这些光束方便地向着横过基质运输的路线，但基质可以安放成一个或多个激光源提供对整个表面进行辐照而不必使基质运动。当处理激光照射的液体时，激光辐射可安放成横过整个截面通过液体流。
激光束可以通过各种方法来使其成扇形，明显的是使用扫描镜或通过使用圆筒镜片。扫描镜是用来反射光束的。为了举例说明，激光为直径大约为5至6毫米平行光，它们绕中心轴旋转。这种操作可以由计算机控制以给出预先确定的扫描角度和速度。圆筒镜片的方法是在照射物体之前，放置一镜片在射线束中。因而引起射线束偏转以产生在一定角度下的扇形光，该角度通过镜片几何形状来控制。
激光源与被处理基质之间的放置距离是可以改变的，此距离是由两部分路线组成：（ⅰ）从激光源至扇形机构的距离及（ⅱ）扇形机构至物体的距离。对于（ⅰ），光束是平行的且可通过反射到扇形机构的远距离传送，这个距离可以从几厘米到数十米，但在本实施例中，此距离约为50厘米。对于（ⅱ），从扇形机构的距离以及所提供的扇形角确定了被扇形光束覆盖的范围，需要将基质完全暴露在激光之中。便利的距离和组成扇形的角度分别约为50厘米及20°。
处理装置的零件的结构用来安装基质，所有能够被激光照射到的支持零件均由能避免热产生的材料构成。因此，与合适的散热装置系统相连的部件建议使用金属，这样可避免通过运送和装配结构对基质的间接加热。否则，在所有可能的步骤中，除基质表面或有机体之外的任何物体都应避免加热。
这将会被评价，接触基质的所有表面的合适的温度控制将允许相对高的表面积收集有机体，特别是微生物;当允许基质具有相对低的表面积与体积之比时，有机体被处理为无生存力，基质维持该温度下，其所需性质大体上不会持久地受到影响。对那些控制温度的熟练技术人员来说将会产生适宜的冷却机构。
任何基质均可通过本发明的方法处理其表面，但处理的大多数基质若用别的方法处理则会有不利的影响。为此，对某些消毒后还要使用的热塑性且化学敏感的材料的处理将是有利的。然而，大多数合适的基质将是任何可消费的材料，它们可以通过已知的处理影响其味道或质地或其它所需性质。凡是能结合的作物（种子和谷类）、蔬菜、根块作物、水果、饲料、观赏植物、叶和豆（茶、烟草、咖啡）和牛奶厂及用激光传送液体产品的地方都可以进行处理，包括种植/播种之前或收获之后。
有机体被处理成无生存力或被消灭，典型的和最有效的是微生物，例如细菌、真菌、水藻和病毒。例如鸡蛋的基质易受细菌如沙门氏菌的影响，它能成功地被处理。
通过本发明的方法，本发明进一步提供了用于基质激光处理的装置，包括（a）一激光辐射源;（b）用于操作基质即物品和单元的装置，通过处理装置，激光辐射线可照射在被处理的基质上，污染有机体处理为无生存力而基质所需的性质保持不变。
优选的装置包括一用于影响基质相对运动的设备及用于照射每个单元表面主要部位的激光射线。
基质优选地作为物品如植物材料的单元被传输，沿着一条处理路径运动，典型地是在滚筒传送带上实现单元的相对运动和激光辐射，并能将其运输到连续处理区域。其它的路径也可以被提供，例如由通过激光照射的激光传送壁那部分所确定的流体路径;或者由一系列反射装置所确定的路径，这样，基质就会在激光辐射路径垂直方向上保证其主要面积暴露在激光的合适水平上，从而达到希望的效果。如果安装成这样，使一个或多个激光束能基本上覆盖其整个外部表面，那么单独的物品可以在没有相对运动下进行处理。
优选的是一系列激光束沿着传送带在各自接收点直线放射，典型的是如上面所描述的扇形光束。
因此，本发明的装置对处理基质是合适的。由于大多数基质仅仅需要处理其外表面，不允许激光照射贯穿，因此很多不同产品能用相同的装置进行处理，只要激光型式（CO2或YAG）、曝光时间及功率水平调整到处理污染物合适的数值，既要使污染有机体失去存活力，又不损伤基质。
冷却装置表面的机构与基质是相联系的，这是那些熟练的技术人员想得到的，但对特殊装置的最后使用需要进行专门培训。
下面将通过例子和附图对本发明的方法和装置进行说明，其它的实施例对熟练的技术人员来说将是想得到的。
附图
图1表示了本发明提供的装置的平面图，它适合于处理相对大的基质物品如马铃薯或鸡蛋。
图2表示了图1装置的激光处理单元内部透视图。表示了激光源的布置，纵向延伸的传递滚筒及基质物品。图2A表示了滚筒端部和基质物品的横截面。
图3表示了图2内部的不同情况，滚筒对物品运行方向横切，图3A表示了滚筒和基质物品的横截面。
图4表示了与用于处理马铃薯的外形图的图1装置不同的平面图，图4A表示了该装置的激光处理单元的内部透视图。
图5表示了由本发明提供的装置的横截面，对于流体的处理是合适的，尤其是液体。图5A表示了该装置的激光处理单元的操作元件透视图。
图6表示了本发明的装置的横截面，对处理可流动的基质是合适的，例如颗粒状物料如全部谷类。
例1：使用各种不同激光能的蛋壳的灭菌
人工地用沙门氏菌肠炎细菌和真菌曲霉属烟曲霉的孢子去污染母鸡鸡蛋，使其经受来自两个单独的光源的不同能量水平的激光照射，激光的消毒作用可以通过比较处理后污染的剩余水平来确定。
用沙门氏菌肠炎的悬浮液和真菌曲霉属烟曲霉的孢子去污染700个母鸡鸡蛋钝端的4平方厘米的面积。在缓冲胨水中制备沙门氏菌肠炎的过夜肉汤，在麦芽琼脂培养基培养皿上生长烟曲霉，直到多育的孢子形成。孢子的悬浮液是通过用最大恢复稀释剂（MRD）清洗盘而制备的。使用一种移植环状物和2×2厘米模板将10微升体积的悬浮液连续地涂敷在每个鸡蛋钝端的4厘米2上，在室温下贮藏鸡蛋一夜。
100个被污染的鸡蛋的6批经受消毒处理，在整个污染范围扫描激光束。扫描之前，用手给每个鸡蛋定位。每种激光（CO2源和YAG源）用三个能量水平。把能量传递给鸡蛋表面是通过改变激光功率和扫描速度两者来控制的。幸存的沙门氏菌肠炎和曲霉属烟曲霉孢子的数目在已处理的鸡蛋上及在100个未处理控制的鸡蛋被确定了。
通过在每个鸡蛋安放带有10毫升MRM的无菌的塑料袋以及通过袋逐渐摩擦被污染的表面两分钟，则细菌和真菌就从鸡蛋表面除去。十倍连续稀释液由洗涤液组成，为计数沙门氏菌，将适量的稀释液敷在琼脂培养基上，以及为计数曲霉属烟曲霉真菌，将适量的稀释液敷在OAES琼脂培养基上。XLD培养皿在37℃下经4天被孵化，计数两种有机体的可见菌落，计算每个鸡蛋中能存活的有机体数量。对平均值进行计算并用MINITAB计算机软件资料对结果进行分析，如下面表1和表2所示。
表1处理功率密度瓦特／厘米2参数瓦特／扫描速度毫米／秒平均计数／鸡旦沙门氏菌肠炎曲霉属烟曲霉Y10.41.85/193.5160003700Y22.712.5/193.5260004300Y327.023/60110002200C10.21.6/193.5290005400C21.6510.5/162.586006700C330.011/3481640控制29000540
经C3处理过的100个鸡蛋之中有57个不能回收到沙门氏菌。在类似能量水平下，二氧化碳（CO2）激光源证明比钇铝石榴石激光源更有效。在最高能量时，CO2激光减少沙门氏菌污染的平均数为99.7%，更大的曲霉属烟曲霉孢子抵抗力为86.9%。
表2处理存活有机体减少的百分数（四舍五入到最近的整数）沙门氏菌肠炎曲霉属烟曲霉Y144.8230.61Y262.0655.10C100C270.340C399.7286.9
不同数据分析表明，每种处理平均值的差别为5%，此差异不是由于每个样品内的变化，因此，证明了激光可以用于有效地减少基质尤其是蛋壳上的细菌和真菌。
例2：激光对鸡蛋内部的灭菌作用
采用激光对鸡蛋表面灭菌的适用性进行了评价，通过对小鸡胚胎早期生长影响的监控确定这种处理对鸡蛋内部的作用。为了这个评价，在5毫米宽的CO2源激光束的路径内使用了一个旋转平台，使鸡蛋的钝端安放在上面。
鸡蛋是从来自烤焙师傅、饲养员、库存品的450只母鸡中获得。150个鸡蛋的两批通过扫描其表面使其暴露到激光灭菌的步骤中。5毫米的光束连续地辐射，结果在每个鸡蛋旋转之后，光束下移，引起蛋壳在其圆周连续处理。激光的能量水平是表面经受相应的C2和C3处理的水平，这是在上面的实验要点下进行的。表3列出了扫描的参数。
表3鸡蛋旋转 转／分激光的输出功率 瓦C27810.6C31630
在“西方”孵卵器内孵化前，处理过的鸡蛋和150个未处理控制的鸡蛋过夜贮存。同等数量的未处理控制的鸡蛋及来自两批待处理的鸡蛋随便的安放在5个孵卵器浅盘中的每一个内。孵卵5天之后，打开所有的鸡蛋并熟练地对胚胎的生长状态进行评价，这些评价的结果在下面表4中给出。
表4处理孵卵器鸡蛋数不生育的死的细菌活的细菌C21901247326011346总计150237119C3190184682605847总计1502312115控制1901537226011247总计150265119
因此，处理C2和C3显示出在该方法下，由被处理鸡蛋产生的活胚胎数无重大的不利影响。
例3：用于鸡蛋表面灭菌处理的装置
如图1所示，沿着装置的运送方向彼此平行地安排了若干传送滚筒（1），螺旋形的夹紧元件（2）安排在滚筒的表面，这样就使位于邻近滚筒之间凹处的物品（3）旋转并向前推进。这些凹处（4）指的是在其中形成狭路，它们沿着传送路径延伸到进料口（5）、激光处理单元（6）及传送到分级和包装的出料口（7）。滚筒或至少是夹紧元件由弹性材料做成，例如橡胶。当物品向前运动时，物品绕横切于行进方向的轴旋转。
在采用基质物品如鸡蛋放在狭路时，滚筒被驱动绕其纵向轴旋转，这样，将物品向前推进，旋转着通过激光处理单元到达分级和包装区。
如图2所示，激光处理单元的内部有两个YAG或CO2激光源扇形装置（8），安装成向着相应狭路作激光辐射，激光照射外形为扇形（9）、（10），其平面平行于滚筒。这样，当它们旋转并向前运动通过该区域时，激光照射在物品上并被处理，但实际上不会照射到滚筒的任何部位。任何通过狭路的辐射都被滚筒下的散热片所抵消，例如，吸光材料的光束制动器放置在某一位置的对面，光束从该位置发射出去，能够捕捉住任何无用的激光。
传送机构的变化示于图3，若干动力滚筒（11）安排为横切于物品如鸡蛋行进的方向，保持在相邻滚筒上表面之间的凹处。当滚筒旋转时它们引起鸡蛋旋转，将早先的不暴露表面暴露到激光扇（9）、（10）中。滚筒本身被引起去行进通过激光处理单元，如滚筒携带物品通过激光处理单元。在这种情况，滚筒本身没有逗留在处理单元处，因此避免了过热的危险。在这两者情况下，激光扇形角均近似为20°、离物品大约50厘米。
例4：使用激光对马铃薯病原体的控制
马铃薯种子块茎是几种重要疾病的接种体的根源，这些疾病包括丝菌核病（Rhizoctonia Solani）、炭疽病（Colletotrichum coccodes）、银痂病（Helminthosporium Solani）、粉痂病（Spongospora subterranea）、表皮斑点病（Polyscytalum pustulans）、坏疽病（Phoma foveata）、干腐病（Fusarium caeruleum）以及黑胫病（Erwinia carotovora ssp atroseptica）。作物病原体块茎中疾病的控制主要依赖于抑制或杀死滞留在种子根株内的病原体。这是一个广阔的市场，为了生产健康作物，可将杀真菌剂应用于种子块茎，但是，大多数产品没有很宽阔范围的活性，通常需要应用更多的杀真菌剂。此外，对杀真菌剂的耐药性进一步变成了一个不好的问题，所有新药必定是已登记注册且在合法使用之前已在英国得到批准。减少对马铃薯作物使用农业化肥的用量和数量并使用可能的方法以减少这些疾病是一个不断发展的压力。
为了对激光处理进行评价，选择了表皮具有天然疾病的块茎。研究了通过适用于这种特定疾病的各种方法确定有机体的生存力的问题。研究块茎的这些变化，在暴露到激光之后改变了疾病造成的损害或改变了有机体。
在试验中，为了探测激光的能量，我们在很宽范围内改变穿过块茎表面的激光行进速度，而这种能量可能对表皮是有害的，那么那些能量是无效的。使用激光行进速度较小确定范围内的三个功率水平确定了这些激光参数的相互作用关系，结果表明30瓦是一个合适的功率水平。
在使用炭疽病作为指定病原体的最初试验中，马铃薯与光束之间的相对行进速度为612mm/sec，光束功率为30瓦，结果造成了将近50%的损伤片从块茎表皮中分离出来，当转移到琼脂培养基的培养皿中时，产生了真菌的生长。在相对速度为214毫米/秒时，控制是100%，当速度大于612毫米/秒（例如1010毫米/秒及以上）时得到不良的控制。
用不同的功率水平作试验，表明了用丝核菌病作为指定病原体时，其生存力没有差别。这些控制在较长的照射时间下是好的。值得重视的是孵卵以后，青霉属病生长的控制也作了记录。旋转台以各种转速转动，远离扫描镜片50厘米，扫描镜片在马铃薯的侧面中心线上，常常以垂直运动进行扫描。在表5中，扫描速度是以行进速度给定的，激光功率密度近似为50瓦/厘米2。
表5 激光 持续时间 回收百分数％ 回收百分数％功率 0－5 丝核菌病 青霉属病30 0 100 4930 1 79 4630 2 32 1330 3 11 030 4 5 5 30 5 0 0
表5（续）45 0 95 4445 1 19 1745 2 46 645 3 3 745 4 3 345 5 0 060 0 93 4760 1 46 1760 2 33 2060 3 26 1860 4 8 1460 5 5 8
持续时间/行进速度。0＝零，5＝最长，1＝最短。5＝106.7毫米/秒，4＝133.3毫米/秒，3＝160.0毫米/秒，2＝186.7毫米/秒，1大于186.7毫米/秒。
激光能量在不同有机体上应用的结果示于表6。
表5行进速度回收百分数％表皮炭疽病 银痂病 斑点病 坏疽病 干腐病 0123495 100 22 80 5676 90 6 62 051 38 0 20 09 6 0 0 06 0 0 0 0
此试验证明了控制Erwinia Carotovora ssp atroseptica以及上述疾病的有效性。使用这些试验条件证明易于使被处理的表皮面积坏死，但没有第二次腐烂发生，表明了贮藏和消费使用时可以保持所需的性质。然而，至少用YAG实验表明可以调节参数，当控制有机体时，可以避免这种影响。玫瑰花块茎眼状物的不活动状态和新芽籽苗的生长率不会受到影响而保持化合物的数量。
例5：适用于对近似球形产品如马铃薯的激光处理装置
适用于对处理近似球形物体如马铃薯块茎的处理装置示于图4。一台滚筒输送机（12）穿过进料漏斗、分级网、挑选台（14、15、16）和箱装填物（17）之间的激光处理单元（13）。图4A表示了激光处理单元的内部安排，其中有激光源，激光源离输送机上的物品约50厘米远，扫描镜或镜片到光束（9）、（10）装有扇形角为20°的激光扇。扇形激光照射在滚筒和物品（18）上，滚筒（19）被安排在横切行进方向，当它们通过处理单元时旋转，这样可引起物品旋转，从而将物品的整个表面基本暴露在光束之中。滚筒是由金属做的，因此，允许热很快传导，离开凹处携带的物品，该物品是在邻近上表面之间。滚筒的驱劝是被动的，当输送机绕着其路径被驱动时，由支承件引起滚筒的转动或通过作用在每个单独滚筒上的驱动装置而使滚筒活动。
例6：适用于处理液体如水、酒精饮料和果汁的激光处理装置
适用于处理无生存力有机体的处理液体的装置示于图5，其中，一导管（20）带着液体通过激光处理单元（21），在图5A中有更详细的描述。在图5A中，两个激光扇形装置近似离玻璃激光50厘米，传送液体包括板（22）、（23），如上所描述。产生激光（9）（10）的扇形角为20°。这些激光源的型式是上面所描述过的，可以是YAG或CO2型式，这取决于被处理液体的特性。液体在激光通过的板之间流动;与其激光扇维持不动不如扫描横过平板。在液体中存在的有机体通过激光处理变为无生存力，而液体可以很快地在和/或从有用的处理单元残留物的出口处冷却到所需的温度。
例7：适用于可流动物料如谷物的激光处理装置
适用于处理污染无生存力有机体、激光照射可流动物料如谷物的处理装置示于图6。在图6中谷物（24）由带式输送机（26）进入垂直定向的管形室（25），因此，灰尘和谷壳由提取装置（26）使其向上分离，而谷料在重力作用下掉到下面的激光处理区。偏导管（27）由合适的材料制成，作为散热片使谷粒连续地滚下和改变方向，而上面描述过的型式激光扇形（9）（10）从管形室的若干个点照射谷粒。扇形激光由远离谷粒路径50厘米的扇形机构通过槽（28）进入管形室内。在所有这些设备中，光源本身可以远离几厘米到几米的距离，但方便的是离扇形源50厘米。其它所有的参数如以前描述的一样。
在这种情况下，能够在整个安排的面积熟练地操作扇形激光束以便尽可能覆盖更多的谷粒。为了保持有效的持续时间及基本上能覆盖所有的谷粒平面，在谷粒从输送机流出之前可使用几个扇形激光。