子牛等に給与するミルクを殺菌する装置及び方法
本発明は、子牛等への給与のために、ミルクや初乳を殺菌する処理システム及び方法に関する。このミルク処理システム(20)は、ミルク又は初乳を貯蔵するタンク(34)と、循環ポンプ及び配管系(24,26,28,29)と、ミルク温度を調節して維持する熱交換器と、重要な免疫グロブリンを損なわないでミルクを処理する紫外線ミルク処理ユニット（紫外線反応器）(30)と、ポンプ及び熱交換器と接続された制御装置(22)を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、液体殺菌システムに関し、特に、ミルク（milk）や初乳（colostrum）を子牛等（calf）への給与のために殺菌する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酪農収穫施設の子牛等は、医学的又はその他の理由で、主要な群れから移動させられている牛等から集められた市販できないミルク（「不用乳」）が給与される。酪農用子牛等への市販できないミルクの給与は、酪農作業者にとって経済的であるようにみえるが、伝染性病原体が、ミルクを介して運ばれたり、牛等の乳腺から直接流れ出たりする危険がある。他の病原体は、糞尿又は汚物からミルク中に沈殿したり、適切に冷蔵又は貯蔵されないミルク中の増殖に起因していたりすることがある。
【０００３】
この危険を減少させるため、ミルク又は初乳を、子牛等への給与前に殺菌することが好ましい。既知のプロセスにおける殺菌は、ミルクを、標的病原菌を死滅させる標的温度まで加熱するステップと、この温度を所与の期間にわたって維持するステップを含む。殺菌ミルクに関する法令は、２つの異なる殺菌方法を定め、第１の方法は、バッチ式殺菌（低温長時間（ＬＴＬＴ）殺菌）を１４５°Ｆ（６２．８℃）で３０分間行う方法であり、第２の方法は、高温短時間殺菌（ＨＴＳＴ殺菌）を１６１°Ｆ（７１．７℃）で１５秒間行う方法であり、第２の方法は、通常、連続流れプロセスを用いる。熱を加えて、標的温度よりも高く維持すると、生存能力がある細菌の濃度が対数的に減少する。しかしながら、いくらかの耐熱性の細菌は、このプロセスを生き残る場合がある。さらに、細菌の濃度が非常に高い低品質ミルク中において、いくらかの病原菌は、殺菌プロセスを生き残る場合がある。
【０００４】
殺菌は、望ましいことであり、子牛等にとって有害な細菌を死滅させるのにときどき必要であり、かかる有害な細菌は、例えば、大腸菌、セレウス菌、ブタコレラ菌である。ミルクを１４５°Ｆ（６２．８℃）よりも高い温度で少なくとも３０分間維持すれば、１４５°Ｆへの加熱殺菌は、上記細菌のほぼ１００％を死滅させるのに成功している。１つの研究は、１２０°Ｆ（４８．９℃）の低温を使用してもよいことを提案するが、この温度は、少なくとも６０分間維持されなければならない。
【０００５】
ミルクをいったん殺菌したら、それを瓶詰めし、冷蔵し、貯蔵し、次いで、１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度まで再加熱する。殺菌したミルクを貯蔵する必要がない場合があり、その理由は、ミルクが容易に入手可能であり、それを加熱殺菌して給与温度まで冷却した後、子牛等に直接給与できるからである。
【０００６】
また、初乳が、産まれたばかりの子牛等に産後２時間以内に、そして産後１２時間以内に再び給与される。初乳は、産後直後の牛から集められ、比較的高い濃度の炭水化物、タンパク質及び抗体を含む。初乳はまた、高濃度の免疫グロブリンと成長因子を含み、免疫グロブリンは、例えば、ＩｇＧである。初乳を殺菌すると、免疫グロブリンを凝固させ、それを失う場合がある。初乳内のＩｇＧの濃度の約２５％〜３０％は、初乳及びミルクの加熱殺菌中に破壊される。かくして、加熱殺菌は、全体的には有益であるが、ミルク及び初乳に対して不利益な影響を及ぼす。通常、初乳を冷蔵し、瓶詰めし、貯蔵した後、再加熱して、給与する。
【０００７】
紫外線殺菌装置を、ミルクを処理するために使用してもよい。リックス等に付与された米国特許第６，９１６，４５２号明細書は、ミルクの温度を８２．４°Ｆ（２８℃）よりも高く維持した状態で、１つ又は２つ以上の紫外線滅菌装置ユニットを用いてミルクを酪農場において滅菌した後、ミルクを冷蔵室及び大きいミルク貯蔵タンクに移送することを開示している。かかる殺菌装置は、概念的には十分な根拠があるが、それ自体酪農施設内では使用することができず、その理由は、かかる殺菌装置は、ミルク及び初乳を子牛等に分配し且つ給与する準備をするのに必要な重要な特徴を欠いているからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，９１６，４５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
有害な細菌を死滅させるが、子牛等の最適な健康のための免疫グロブリンの破壊を少なくし又はなくす改良された殺菌システムが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、子牛等への給与のためにミルク及び／又は初乳を殺菌するシステム及び方法に関する。本明細書で用いる用語「ミルク」は、乳（ミルク）、初乳、その他の子牛等への給与物、及び任意の関連サプリメントを含むと理解すべきである。本明細書で用いる「子牛等」という用語は、任意の酪農用の動物、例えば牛、山羊、及び羊を含む。
【００１１】
このシステムは、ミルク又は初乳を貯蔵するタンク又はバットと、循環ポンプ及び配管系と、ミルク温度を調節すると共に／或いは維持する熱交換器と、紫外線殺菌ユニット（「紫外線反応器」）とを含む。制御装置がポンプを作動させてミルクを熱交換器に循環させ、ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）まで上昇させ、次いで、温めたミルクを、有害な細菌を死滅させるのに適当な速度及び周回数で紫外線反応器の中を循環させる。次いで、ミルクを冷蔵して貯蔵してもよいし、子牛等に直接給与してもよい。ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に過ぎない範囲に上昇させることによって、免疫グロブリンの破壊が極めて少なくなり、ミルクは、紫外線反応器からの紫外線によって依然として安全に殺菌される。
【００１２】
バッチ式殺菌装置と異なり、紫外線反応器は、細菌を死滅させるのにミルクの温度に依存しない。その代わり、２００ナノメートル〜２８０ナノメートルの範囲、即ちＵＶＣ範囲（殺菌範囲）の紫外線だけが、細菌を死滅させる。それにもかかわらず、ミルク温度は重要であり、その理由は、低温ミルクがポンプ及び配管系によって撹拌され、紫外線によって適切に処理されにくいバター片が生じることがあるからである。ミルク温度を８５°Ｆ（２９．４℃）以上に上昇させることは、バター片を溶かし又はバター片のサイズを減少させるのに十分であり、その結果、ミルクは、紫外線反応器によって適切に処理されるようになる。バター濃度を最小にする適正なミルク粘度を確保するために、ミルク温度を、好ましくは９５°Ｆ（３５℃）よりも高い温度まで、より好ましくは１００°Ｆ（３７．８℃）よりも高い温度まで上昇させる。他方、ミルクを高すぎる温度まで加熱すると、有益な免疫グロブリンを破壊することがある。免疫グロブリンの破壊を最小にする温度範囲の上限は、１２０°Ｆ（４８．９℃）であり、好ましくは１１５°Ｆ（４６．１℃）であり、より好ましくは１１０°Ｆ（４３．３℃）である。
【００１３】
約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の温度範囲は、約１００°Ｆ〜約１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲を含む。ミルクを子牛等に直接給与すべきならば、殺菌のために約１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲に加熱することが適切である。
【００１４】
ミルクを殺菌した後にそれを冷蔵して貯蔵すべきならば、８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の範囲の下限のミルク温度は、本発明により適切な結果を生じさせ、必要なエネルギーを減少させる。注目すべきことは、処理済みの不用乳を、子牛等が飼育されている酪農施設内の場所まで運ぶ必要がある場合があることである。この状況において、ミルクを給与温度範囲よりも高い温度まで加熱することにより、ミルクを運ぶときのミルクの冷却を補償することができる。熱損失は、周囲条件、殺菌と給与の間の時間、及びその他の要因の関数である。かくして、本発明を利用すると、任意特定の酪農状況における上記要因及びその他の要因を補償するように、ミルク温度を調節することができる。
【００１５】
本発明による装置は、１つ又は２つ以上の紫外線ミルク殺菌装置（反応器）、流れ制御装置、温度制御装置、及びミルク温度を設定及び調節する装置を含むのがよく、ミルク温度を設定及び調節する装置は、子牛等の要望やミルクを子牛等まで運ぶための時間、距離及び手法に起因する温度低下に順応するように、本発明による装置から出て行くミルクに最適なミルク温度を設定及び調節する。
【００１６】
本発明に利用される紫外線ミルク殺菌装置は、リックス等の米国特許第６，９１６，４５２号明細書に開示された種類の紫外線ミルク殺菌装置であるのがよく、上記米国特許を本明細書に援用する。多数の殺菌装置を直列に使用して、ミルクを紫外線反応器の中に通して循環させる回数を減少させるのがよい。
【００１７】
好ましくは、本発明の制御装置は、紫外線反応器の構成要素をモニタし、処理時間を、欠陥のある紫外線管、安定器又はそれに関連した構成要素に順応するように調節する。
【００１８】
本発明に用いられる流れ制御装置は、計器付きポンプを含み、ポンプは、ミルクを紫外線反応器の中で、ミルク及び／又は初乳の最適な滅菌を確保し且つ紫外線反応器に関連した配管、連結部及び制御システム内の淀みを防止する流量でポンプ送りする。好ましくは、流量は、毎分約１７ガロン（６４．４リットル）であるが、紫外線反応器の数、サイズ及び効率を変えた場合、その他の流量を使用してもよい。
【００１９】
本発明に用いられる温度制御装置は、センサと熱交換器を有するのがよく、熱交換器は、ミルクが殺菌装置から直接給与されるべき子牛等のために、または、殺菌装置と子牛等との間に配置されたミルクライン、容器又は装置における温度損失に順応するために、ミルクを冷却及び貯蔵に最適な温度範囲に温め又は冷やす。それに応じて、殺菌温度を調節するのがよく、これは、本発明では、ミルク温度が殺菌に寄与しないからである。
【００２０】
本発明はまた、貯蔵タンク内のミルクの量を測定するミルク量検出器を備えた直立管を有するのがよく、ミルク量検出器は、ミルクの量に基づいて、処理時間を計算し且つ制御する。例えば、１００ガロン（３７８．５リットル）のタンクを、１００ガロンのミルクで満たしてもよいし、５ガロン（１８．９リットル）のミルクで部分的に満たしてもよく、本発明は、おおよその処理時間を自動的に設定する。
【００２１】
本発明の装置はまた、殺菌済みのミルクを遠隔場所の子牛等まで運ぶための可動貯蔵タンクを有するのがよい。可動貯蔵タンクは、断熱され、それを洗浄するスプレーボール又は装置を含むのがよい。可動プラットホームは、殺菌中にミルクが貯蔵されていたタンクを単に運んでもよい。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、本願の詳細な説明及び図面から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるミルク処理システムの概略図である。
【図２】本発明によるミルク処理システムの斜視図である。
【図３】制御装置を省略した図２のミルク処理装置の斜視図である。
【図４】ミルク用貯蔵タンクを含む、本発明による図２のミルク処理装置の正面図である。
【図５】貯蔵タンクを運ぶ可動プラットホームを有する、本発明によるミルク処理システムの概略図である。
【図６】本発明による貯蔵タンク及び直立管の部分的な正面断面図である。
【図７】紫外線反応器を断面で示す、図１に示すミルク処理装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の以下の説明において、同一の参照番号を、各図の同一又は類似の要素を特定するために用いる。図１〜図５及び図７は、本発明による不用乳処理システム２０を示し、この不用乳処理システムは、制御装置２２と、ミルクポンプ２４と、入口導管２６と、出口導管２８と、ポンプ入口導管２９と、紫外線ミルク処理装置３０（本明細書において、「紫外線反応器」という。）と、出口導管３２を含む。貯蔵タンク３４及び可動プラットホーム３６（図５）が、ミルク処理システム２０と関連して用いられる。
【００２５】
概略的には、図示のミルク処理システム２０は、ミルクを、入口導管２６を通して紫外線反応器３０内にポンプ送りするミルクポンプ２４を用いている。ミルクを紫外線反応器３０内で処理している間、ミルクを熱交換器内で加熱又は冷却して、子牛等の健康に重要である免疫グロブリンを破壊することなしに、細菌の成長を最小にする温度範囲にする。処理済みのミルクを、出口導管２８を通して移動させ、貯蔵タンク３４内で温度調節して貯蔵する。ミルクを子牛等まで運ぶために、ミルク貯蔵タンク３４を可動プラットホーム３６に支持した後、処理済みのミルクを所定の温度範囲よりも低い温度まで下げるのがよい。可動プラットホーム３６はまた、ミルクを、供給管４１を通して子牛等まで圧送するミルク分配ポンプ３９を有するのがよい。
【００２６】
具体的に説明すると、制御装置２２がポンプ２４を作動させ、ミルクを、好ましくは熱交換器３８によって包囲された紫外線反応器３０に循環させ、ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に上昇させ、次いで、温められたミルクを、有害な細菌を死滅させるのに適当な速度及び周回数で、紫外線反応器３０の中を循環させる。次いで、ミルクを冷蔵して貯蔵してもよいし、ミルクを子牛等に直接給与してもよい。ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に過ぎない範囲に上昇させることによって、免疫グロブリンの破壊が極めて小さくなると共に、ミルクは、紫外線反応器３０からの紫外線によって依然として安全に殺菌される。
【００２７】
バッチ式殺菌装置と異なり、紫外線反応器３０は、細菌を死滅させるのにミルクの温度に依存しない。その代わり、２００ナノメートル〜２８０ナノメートルの範囲、即ちＵＶＣ範囲（殺菌範囲）の紫外線だけが、細菌を死滅させる。それにもかかわらず、ミルク温度は重要であり、その理由は、低温ミルクがポンプ及び配管系によって撹拌され、紫外線によって適切に処理されにくいバター片が生じることがあるからである。ミルク温度を８５°Ｆ（２９．４℃）以上に上昇させることは、バター片を溶かし又はバター片のサイズを減少させるのに十分であり、その結果、ミルクは、紫外線反応器３０によって適切に処理されるようになる。バター濃度を最小にする適正なミルク粘度を確保するために、ミルク温度を、好ましくは９５°Ｆ（３５℃）よりも高い温度まで、より好ましくは１００°Ｆ（３７．８℃）よりも高い温度まで上昇させる。他方、ミルクを高すぎる温度まで加熱すると、有益な免疫グロブリンを破壊することがある。免疫グロブリンの破壊を最小にする温度範囲の上限は、１２０°Ｆ（４８．９℃）である。
【００２８】
約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の温度範囲は、約１００°Ｆ〜約１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲を含む。ミルクを子牛等に直接給与すべきならば、殺菌のために約１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲に加熱することが適切である。
【００２９】
ミルクを殺菌した後にそれを冷蔵して貯蔵すべきならば、８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の範囲の下限のミルク温度は、本発明により適切な結果を生じさせ、必要なエネルギーを減少させる。注目すべきことは、処理済みの不用乳を、子牛等が飼育されている酪農施設内の場所まで運ぶ必要がある場合があることである。この状況において、ミルクを給与温度範囲よりも高い温度まで加熱することにより、ミルクが運ばれているときのミルクの冷却を補償することができる。熱損失は、周囲条件、殺菌と給与の間の時間、及びその他の要因の関数である。かくして、本発明を利用すると、任意特定の酪農状況における上記要因及びその他の要因を補償するように、ミルク温度を調節することができる。
【００３０】
本発明に用いられる好ましい熱交換器３８が、紫外線反応器３０の周りに配置されている。図７に示す熱交換器３８は、入口６２と、水ジャケット６４と、出口６６を有している。水ジャケット６４は、環状空間を構成するように紫外線反応器３０を包囲し且つそれと実質的に同軸に位置し、水、空気又は他の熱交換流体が上記環状空間の中を流れ、紫外線反応器３０及びその中で殺菌されるミルクの温度を調節する。好ましくは、水ジャケット６４は、ステンレス鋼で作られるが、他の材料を使用してもよい。入口６２は、水又はその他の流体の供給源と連通し、流体供給源は、例えば、温水ヒーターである。好ましくは、温水ヒーターは、熱交換器３８のための専用ユニットであり、熱交換器３８と閉ループを構成している。
【００３１】
他の種類の熱交換器を本発明に用いて、ミルク流路の任意の箇所に配置してもよい。
【００３２】
殺菌プロセス全体にわたるミルク温度を測定する温度センサ４４が用いられる。好ましくは、温度センサ４４は、ナショナルセミコンダクタ社から入手できる精密華氏温度センサモデルＬＭ３４である。殺菌プロセスを完了して、所望のミルク温度に達していない場合、所望の温度に達するまで、ミルクを循環させ続ける。
【００３３】
さらに、制御装置２２は、好ましくは、ミルク量センサ４３と連通し、ミルク量センサ４３は、好ましくは、フリースケールセミコンダクタ社（www.frescale.com）から入手できる集積シリコン圧力センサ（ＭＰＸ５０１０ＧＰ，Ｃａｓｅ８６７ｂ−０４）であり、この圧力センサは、タンク３４の液体レベルが高くなると空気を捕捉する長い直立管４２を用いている。タンク３４内のミルクレベルが上昇するとき、長い直立管４２内の圧力が増大する。ミルク量センサ４３は、電圧読出し信号を発生させ、この電圧読出し信号は、ミルクの任意のバッチサイズの実行時間を自動的に測定するために制御装置２２に送られる。
【００３４】
好ましくは、制御装置２２は、熟練した設定者又は技術者によって最初に設定される。殺菌プロセスにおける温度、流量、処理時間又はその他任意の条件を調節するために、酪農作業者が作業者インターフェース４５のところで調節を行なう。
【００３５】
制御装置２２はまた、殺菌プロセスが完了してから経過した時間、及び、ミルクの現在の温度を示すディスプレイ４２を有し、ミルク温度を、熱交換器３８の中を通る再循環によって所望の範囲内に戻すことができる。ディスプレイ４２は、任意の関連情報を酪農作業者に提供することができ、かかる情報は、作動時間、流量、ミルク温度、構成要素の故障、メンテナンスの要求等を含む。
【００３６】
最後に、殺菌済みのミルクを子牛等又は可動プラットホーム３６に分配した後、ミルク処理システム２０を、次の殺菌サイクルのための自動洗浄及び準備のために、洗浄システム（図示せず）に結合するのがよい。
【００３７】
ミルク処理システム２０は、１つ又は２つ以上の紫外線ミルク殺菌装置（反応器）３０を含むのがよい。図示の実施形態では、３つの紫外線反応器３０が用いられている。本発明において用いられる紫外線ミルク殺菌装置は、リックス等の米国特許第６，９１６，４５２号明細書に開示された種類の殺菌装置であるのがよく、上記米国特許を本明細書に援用する。図７に示す紫外線反応器３０は、入口５０と、出口６０と、石英管５２と、紫外線管５６を有し、紫外線管５６は、ミルクが紫外線管５６に接触することを防止するために、石英管５２の内部に配置されている。他の種類の管を用いて、紫外線管５６がミルクによって損傷しないように保護してもよい。外側管５８が、石英管５２を包囲し、好ましくはステンレス鋼で作られ、石英管５２と一緒に、環状ミルク流チャネルを構成する。熱交換器３８は、外側管５８を包囲している。ミルクは、入口５０、環状ミルク流チャネル５８を通って流れ、環状ミルク流チャネルのところで紫外線によって殺菌され、出口６０から出る。
【００３８】
紫外線管５６は、好ましくは、バーモント州０５７６４ポールトニーアイディールウェイ２１２ピーオーボックス１９１所在のファーストライトテクノロジーズ社（First Light Technologies, Inc.）から入手できるＧＩＡ９７２Ｔ５ＬＣＡ／２Ｓ０７／ＰＴ−１８″／４Ｗ／Ｎ／ＣＢ−０６１（紫外線 Pure）である。紫外線反応器３０に用いられる安定器は、好ましくは、ＺＥＤジエグラーエレクトリックデバイス社（ZED-Ziegler Electronic Devices GmbH）から入手できる電子安定器（Electronic Ballast）ＥＶＧ１００．．．２００Ｗ／２３０Ｖ・ＡＣである。石英管５２は、外径が約１インチ（２．５４ｃｍ）であり、外側管５８の内径は、約１．３７インチ（３．４８ｃｍ）である。さらに、外側管５８の外径は、約１．５０インチ（３．８１ｃｍ）であり、水ジャケット６４の内径は、約２．３７インチ（６．０１ｃｍ）であるが、水ジャケット６４の他の寸法も可能である。
【００３９】
紫外線管と安定器の他の組合せが可能であり、この組合せは、ＵＬ規格であることが望ましい。紫外線反応器３０は、ミルクを紫外線反応器の中で循環させる回数を少なくするのに直列で使用されてもよいし、並列で使用されてもよい。好ましくは、本発明の制御装置２２は、紫外線反応器３０の構成要素にそれをモニタできるように接続され、欠陥のある紫外線管５６、安定器、関連した構成要素に順応するように処理時間を調節する。上記構成要素をモニタする１つの方法は、例えば、電球を通る電流をモニタすることである。電球が点灯していない場合、電流が電球を通るように流れていない。
【００４０】
ポンプ２４は、ミルクを紫外線反応器３０の中で、ミルク及び／又は初乳の最適な滅菌を確保し且つ紫外線反応器に関連した配管、連結部及び制御システムに内の淀みを防止する流量でポンプ送りする。好ましくは、流量は、毎分約１７ガロン（６４．４リットル）であるが、システムのその他の構成要素のサイズ又は種類を変えた場合、その他の流量を使用してもよい。
【００４１】
好ましくは、制御装置２２は、ミルクポンプ２４を毎分約１７ガロン（６４．４リットル）の流量で作動させるようにプログラムされている。１つの紫外線反応器３０だけを用いるとき、ミルクは、紫外線反応器３０の中を約４０回通過した後、殺菌済みになる。２つの紫外線反応器３０を直列で用いるとき、紫外線反応器３０の中を約２０回通過させることが必要になり、３つの紫外線反応器３０を直列で用いるとき、紫外線反応器３０の中を約１３．４回通過させることが必要になる。
【００４２】
５０ガロン（１８９．３リットル）の不用乳の１回の通過が２．９分であれば、紫外線殺菌プロセスにかかる時間は、約５９分である。これは、バッチ式で殺菌、加熱、処理及び冷却する時間に対する改善である。さらに、本発明は、主として、時間及びエネルギーを節約し、その理由は、ミルクがそれほど高温までの加熱を必要としないからである。試験結果は、本発明について、バッチ式殺菌プロセスに対する３０％〜７０％の時間の節約を示した。
【００４３】
さらに、本発明は、酪農における効率を促進し、その理由は、子牛等への搬送のために可動プラットホーム３６上で、ミルクが必要になる前にミルクタンク３４を数時間で満たすことができ、殺菌プロセスを、ミルクを温め、ポンプ送りし、殺菌し、貯蔵するのに適した時間で、制御装置２２によって自動的に開始することができるからである。この機能は、好ましくは、作業者インターフェース４５のところで操作可能な殺菌開始タイマによって設定される。
【００４４】
図６に示すように、本発明はまた、貯蔵タンク３４内のミルクの量を測定するミルク量検出器３８を備えた直立管４２を含むのがよい。制御装置２２は、貯蔵タンク３４内のミルクの量に基づいて、処理時間を計算し且つ制御する。例えば、１００ガロン（３７８．５リットル）の貯蔵タンクを、１００ガロンのミルクで満たしてもよいし、５ガロン（１８．９リットル）のミルクで部分的に満たしてもよく、本発明は、おおよその処理時間を自動的に設定する。
【００４５】
本発明の装置はまた、ミルクを殺菌装置から遠隔の場所の子牛等まで運ぶための可動プラットホーム３６又は可動貯蔵タンク（図５参照）を有するのがよい。可動貯蔵タンク３６は、断熱され、それを洗浄するスプレーボール又は装置を含むのがよい。可動プラットホーム３６は、殺菌中にミルクが貯蔵されていた貯蔵タンク３６を運ぶ簡単なフレーム及び車輪であってもよい。
【００４６】
本発明と先行技術のバッチ式殺菌装置の比較により、不用乳及び初乳に用いられる本発明の有効性を示す。
【００４７】
〔実験例Ａ〕
実験例Ａにおいて、標準的なバッチ式殺菌装置は、有害な細菌を死滅させる際に試験された生命体（菌）の全てについて、紫外線殺菌装置よりも有効であり、ミルクを用いるとき、本発明は、試験した３種類全ての生命体について有効である（大腸菌（E.coli）では９９．９８％、セレウス菌（Bacillus cereus）では１００％、ブタコレラ菌（Salmonella cholerasuis）では９９．９９２％）。しかしながら、初乳が用いられるとき、本発明は、３種類全てについて、本発明が十分に有効ではないという程度まで、有効性が確実に低い。微生命体が初乳中に存在しているときの微生命体に対する効果的な殺菌作用の最大の有効性を、処理時間を増大させる観点で判定するためのさらなる研究が必要である。
【００４８】
さらに、これらのサンプルについて、牛のＩｇＧ（免疫グロブリンＧ）の単一半径方向免疫拡散検査も行った。バッチ式殺菌装置用のサンプルでは、ＩｇＧの大幅な減少を示したのに対し（約４３％）、紫外線殺菌装置用のサンプルは、ＩｇＧの減少を全く示さなかった。かくして、実験例Ａに示すように、本発明は、不用乳に対して健全であるが、初乳に対して健全ではない可能性があるという結果になった。
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
上記表１−１〜表３−２で、上付き符号ａは、加熱前における基材（ミルク又は初乳）を示し、上付き符号ｂは、殺菌温度まで上昇した直後（時間＝０）の基材（ミルク又は初乳）を示し、これには、約３０分かかる。
【００５６】
〔実験例Ｂ〕
実験例Ｂでは、ミルクについての紫外線殺菌試験を繰返し、紫外線へのミルクの露出時間２２分を追加した。これらの結果は、実験例Ａと非常に類似し、試験した３種類の細菌全てについて、１０ガロンのミルクの時間１５分の露出後、満足できる死滅レベルになった。
【００５７】
研究の第２の部分は、実験例Ａにおいて試験した生命体について時間１５分後の死滅レベルが効果的ではなかった初乳を利用した。実験例Ｂでは、露出時間３０分及び露出時間４５分を利用した。実験例Ｂの結果は、時間１５分の時点で、３種類の生命体のうちの２種類について、実験例Ａよりも良好な有効性を示した。実験例Ａは、時間１５分における有効性が、２種類の生命体について不十分であり、第３の生命体（セレウス菌）について許容できないことを示している。しかしながら、３種類全ての生命体について、時間３０分と時間４５分の露出における本発明の殺菌装置の有効性は、適当乃至非常に良好であった。
【００５８】
さらに、３つのサンプルについて、牛のＩｇＧの単一半径方向免疫拡散試験も行った。結果は、時間１５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少はないこと、及び、時間３０分後及び時間４５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少は比較的小さいことを示した。かくして、本発明は、実験例Ｂに反映されているように、ミルク及び初乳が、従来技術のバッチ式殺菌装置よりも健全であった。
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
〔実験例Ｃ〕
実験例Ｃは、初乳を利用し、実験例Ｂのように、時間１５分、時間３０分、及び時間４５分の露出を行った。実験例Ｃの結果は、本発明の紫外線殺菌装置が全体的に、時間３０分及び時間４５分において依然として有効であり、特に後者において有効であることを示した。可能性がある唯一の例外は、セレウス菌であり、露出時間４５分だけが安定した結果を示した。この結果は、概略的に、同一の露出時間において、前の試験よりも死滅パーセントが少ないことを示したが、時間０分における濃度が比較的高く、このことは、死滅の減少の原因である可能性がある。実際に現場で使用するとき、これら病原体の濃度は、この実験例で試験されている場所の近くの任意の箇所である可能性はほとんどない。したがって、死滅率は、時間３０分及び時間４５分の両方において満足できると結論づけることができる。
【００６３】
さらに、これらのサンプルについて、牛のＩｇＧの単一半径方向免疫拡散試験も行った。試験は、時間１５分後、時間３０分後、及び時間４５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少は、最小又はゼロであることを示した。したがって、これは、バッチ式殺菌方法に優る明確な改善である。
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
上記表において、ＣＦＵ／ｍｌは、１ｍｌ当たりのコロニー形成ユニットである。
【００６８】
上記実験例は、ミルク及び初乳中の免疫グロブリンの本質的に全てを保ちながら、３種類の病原体を死滅させる際の本発明の有効性を示している。
【００６９】
本発明の好ましい実施形態についての先の詳細な説明は、理解を明確にするために提供されており、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものではない。さらに、特許請求の範囲において用いられている「ミルク」という用語は、牛乳、不用乳、市販できないミルク、初乳又は子牛等への給与前の殺菌から恩恵を受ける任意他の子牛等供給サプリメントを含むのに足る広い概念である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、液体殺菌システムに関し、特に、ミルク（milk）や初乳（colostrum）を子牛等（calf）への給与のために殺菌する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酪農収穫施設の子牛等は、医学的又はその他の理由で、主要な群れから移動させられている牛等から集められた市販できないミルク（「不用乳」）が給与される。酪農用子牛等への市販できないミルクの給与は、酪農作業者にとって経済的であるようにみえるが、伝染性病原体が、ミルクを介して運ばれたり、牛等の乳腺から直接流れ出たりする危険がある。他の病原体は、糞尿又は汚物からミルク中に沈殿したり、適切に冷蔵又は貯蔵されないミルク中の増殖に起因していたりすることがある。
【０００３】
この危険を減少させるため、ミルク又は初乳を、子牛等への給与前に殺菌することが好ましい。既知のプロセスにおける殺菌は、ミルクを、標的病原菌を死滅させる標的温度まで加熱するステップと、この温度を所与の期間にわたって維持するステップを含む。殺菌ミルクに関する法令は、２つの異なる殺菌方法を定め、第１の方法は、バッチ式殺菌（低温長時間（ＬＴＬＴ）殺菌）を１４５°Ｆ（６２．８℃）で３０分間行う方法であり、第２の方法は、高温短時間殺菌（ＨＴＳＴ殺菌）を１６１°Ｆ（７１．７℃）で１５秒間行う方法であり、第２の方法は、通常、連続流れプロセスを用いる。熱を加えて、標的温度よりも高く維持すると、生存能力がある細菌の濃度が対数的に減少する。しかしながら、いくらかの耐熱性の細菌は、このプロセスを生き残る場合がある。さらに、細菌の濃度が非常に高い低品質ミルク中において、いくらかの病原菌は、殺菌プロセスを生き残る場合がある。
【０００４】
殺菌は、望ましいことであり、子牛等にとって有害な細菌を死滅させるのにときどき必要であり、かかる有害な細菌は、例えば、大腸菌、セレウス菌、ブタコレラ菌である。ミルクを１４５°Ｆ（６２．８℃）よりも高い温度で少なくとも３０分間維持すれば、１４５°Ｆへの加熱殺菌は、上記細菌のほぼ１００％を死滅させるのに成功している。１つの研究は、１２０°Ｆ（４８．９℃）の低温を使用してもよいことを提案するが、この温度は、少なくとも６０分間維持されなければならない。
【０００５】
ミルクをいったん殺菌したら、それを瓶詰めし、冷蔵し、貯蔵し、次いで、１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度まで再加熱する。殺菌したミルクを貯蔵する必要がない場合があり、その理由は、ミルクが容易に入手可能であり、それを加熱殺菌して給与温度まで冷却した後、子牛等に直接給与できるからである。
【０００６】
また、初乳が、産まれたばかりの子牛等に産後２時間以内に、そして産後１２時間以内に再び給与される。初乳は、産後直後の牛から集められ、比較的高い濃度の炭水化物、タンパク質及び抗体を含む。初乳はまた、高濃度の免疫グロブリンと成長因子を含み、免疫グロブリンは、例えば、ＩｇＧである。初乳を殺菌すると、免疫グロブリンを凝固させ、それを失う場合がある。初乳内のＩｇＧの濃度の約２５％〜３０％は、初乳及びミルクの加熱殺菌中に破壊される。かくして、加熱殺菌は、全体的には有益であるが、ミルク及び初乳に対して不利益な影響を及ぼす。通常、初乳を冷蔵し、瓶詰めし、貯蔵した後、再加熱して、給与する。
【０００７】
紫外線殺菌装置を、ミルクを処理するために使用してもよい。リックス等に付与された米国特許第６，９１６，４５２号明細書は、ミルクの温度を８２．４°Ｆ（２８℃）よりも高く維持した状態で、１つ又は２つ以上の紫外線滅菌装置ユニットを用いてミルクを酪農場において滅菌した後、ミルクを冷蔵室及び大きいミルク貯蔵タンクに移送することを開示している。かかる殺菌装置は、概念的には十分な根拠があるが、それ自体酪農施設内では使用することができず、その理由は、かかる殺菌装置は、ミルク及び初乳を子牛等に分配し且つ給与する準備をするのに必要な重要な特徴を欠いているからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，９１６，４５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
有害な細菌を死滅させるが、子牛等の最適な健康のための免疫グロブリンの破壊を少なくし又はなくす改良された殺菌システムが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、子牛等への給与のためにミルク及び／又は初乳を殺菌するシステム及び方法に関する。本明細書で用いる用語「ミルク」は、乳（ミルク）、初乳、その他の子牛等への給与物、及び任意の関連サプリメントを含むと理解すべきである。本明細書で用いる「子牛等」という用語は、任意の酪農用の動物、例えば牛、山羊、及び羊を含む。
【００１１】
このシステムは、ミルク又は初乳を貯蔵するタンク又はバットと、循環ポンプ及び配管系と、ミルク温度を調節すると共に／或いは維持する熱交換器と、紫外線殺菌ユニット（「紫外線反応器」）とを含む。制御装置がポンプを作動させてミルクを熱交換器に循環させ、ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）まで上昇させ、次いで、温めたミルクを、有害な細菌を死滅させるのに適当な速度及び周回数で紫外線反応器の中を循環させる。次いで、ミルクを冷蔵して貯蔵してもよいし、子牛等に直接給与してもよい。ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に過ぎない範囲に上昇させることによって、免疫グロブリンの破壊が極めて少なくなり、ミルクは、紫外線反応器からの紫外線によって依然として安全に殺菌される。
【００１２】
バッチ式殺菌装置と異なり、紫外線反応器は、細菌を死滅させるのにミルクの温度に依存しない。その代わり、２００ナノメートル〜２８０ナノメートルの範囲、即ちＵＶＣ範囲（殺菌範囲）の紫外線だけが、細菌を死滅させる。それにもかかわらず、ミルク温度は重要であり、その理由は、低温ミルクがポンプ及び配管系によって撹拌され、紫外線によって適切に処理されにくいバター片が生じることがあるからである。ミルク温度を８５°Ｆ（２９．４℃）以上に上昇させることは、バター片を溶かし又はバター片のサイズを減少させるのに十分であり、その結果、ミルクは、紫外線反応器によって適切に処理されるようになる。バター濃度を最小にする適正なミルク粘度を確保するために、ミルク温度を、好ましくは９５°Ｆ（３５℃）よりも高い温度まで、より好ましくは１００°Ｆ（３７．８℃）よりも高い温度まで上昇させる。他方、ミルクを高すぎる温度まで加熱すると、有益な免疫グロブリンを破壊することがある。免疫グロブリンの破壊を最小にする温度範囲の上限は、１２０°Ｆ（４８．９℃）であり、好ましくは１１５°Ｆ（４６．１℃）であり、より好ましくは１１０°Ｆ（４３．３℃）である。
【００１３】
約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の温度範囲は、約１００°Ｆ〜約１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲を含む。ミルクを子牛等に直接給与すべきならば、殺菌のために約１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲に加熱することが適切である。
【００１４】
ミルクを殺菌した後にそれを冷蔵して貯蔵すべきならば、８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の範囲の下限のミルク温度は、本発明により適切な結果を生じさせ、必要なエネルギーを減少させる。注目すべきことは、処理済みの不用乳を、子牛等が飼育されている酪農施設内の場所まで運ぶ必要がある場合があることである。この状況において、ミルクを給与温度範囲よりも高い温度まで加熱することにより、ミルクを運ぶときのミルクの冷却を補償することができる。熱損失は、周囲条件、殺菌と給与の間の時間、及びその他の要因の関数である。かくして、本発明を利用すると、任意特定の酪農状況における上記要因及びその他の要因を補償するように、ミルク温度を調節することができる。
【００１５】
本発明による装置は、１つ又は２つ以上の紫外線ミルク殺菌装置（反応器）、流れ制御装置、温度制御装置、及びミルク温度を設定及び調節する装置を含むのがよく、ミルク温度を設定及び調節する装置は、子牛等の要望やミルクを子牛等まで運ぶための時間、距離及び手法に起因する温度低下に順応するように、本発明による装置から出て行くミルクに最適なミルク温度を設定及び調節する。
【００１６】
本発明に利用される紫外線ミルク殺菌装置は、リックス等の米国特許第６，９１６，４５２号明細書に開示された種類の紫外線ミルク殺菌装置であるのがよく、上記米国特許を本明細書に援用する。多数の殺菌装置を直列に使用して、ミルクを紫外線反応器の中に通して循環させる回数を減少させるのがよい。
【００１７】
好ましくは、本発明の制御装置は、紫外線反応器の構成要素をモニタし、処理時間を、欠陥のある紫外線管、安定器又はそれに関連した構成要素に順応するように調節する。
【００１８】
本発明に用いられる流れ制御装置は、計器付きポンプを含み、ポンプは、ミルクを紫外線反応器の中で、ミルク及び／又は初乳の最適な滅菌を確保し且つ紫外線反応器に関連した配管、連結部及び制御システム内の淀みを防止する流量でポンプ送りする。好ましくは、流量は、毎分約１７ガロン（６４．４リットル）であるが、紫外線反応器の数、サイズ及び効率を変えた場合、その他の流量を使用してもよい。
【００１９】
本発明に用いられる温度制御装置は、センサと熱交換器を有するのがよく、熱交換器は、ミルクが殺菌装置から直接給与されるべき子牛等のために、または、殺菌装置と子牛等との間に配置されたミルクライン、容器又は装置における温度損失に順応するために、ミルクを冷却及び貯蔵に最適な温度範囲に温め又は冷やす。それに応じて、殺菌温度を調節するのがよく、これは、本発明では、ミルク温度が殺菌に寄与しないからである。
【００２０】
本発明はまた、貯蔵タンク内のミルクの量を測定するミルク量検出器を備えた直立管を有するのがよく、ミルク量検出器は、ミルクの量に基づいて、処理時間を計算し且つ制御する。例えば、１００ガロン（３７８．５リットル）のタンクを、１００ガロンのミルクで満たしてもよいし、５ガロン（１８．９リットル）のミルクで部分的に満たしてもよく、本発明は、おおよその処理時間を自動的に設定する。
【００２１】
本発明の装置はまた、殺菌済みのミルクを遠隔場所の子牛等まで運ぶための可動貯蔵タンクを有するのがよい。可動貯蔵タンクは、断熱され、それを洗浄するスプレーボール又は装置を含むのがよい。可動プラットホームは、殺菌中にミルクが貯蔵されていたタンクを単に運んでもよい。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、本願の詳細な説明及び図面から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるミルク処理システムの概略図である。
【図２】本発明によるミルク処理システムの斜視図である。
【図３】制御装置を省略した図２のミルク処理装置の斜視図である。
【図４】ミルク用貯蔵タンクを含む、本発明による図２のミルク処理装置の正面図である。
【図５】貯蔵タンクを運ぶ可動プラットホームを有する、本発明によるミルク処理システムの概略図である。
【図６】本発明による貯蔵タンク及び直立管の部分的な正面断面図である。
【図７】紫外線反応器を断面で示す、図１に示すミルク処理装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の以下の説明において、同一の参照番号を、各図の同一又は類似の要素を特定するために用いる。図１〜図５及び図７は、本発明による不用乳処理システム２０を示し、この不用乳処理システムは、制御装置２２と、ミルクポンプ２４と、入口導管２６と、出口導管２８と、ポンプ入口導管２９と、紫外線ミルク処理装置３０（本明細書において、「紫外線反応器」という。）と、出口導管３２を含む。貯蔵タンク３４及び可動プラットホーム３６（図５）が、ミルク処理システム２０と関連して用いられる。
【００２５】
概略的には、図示のミルク処理システム２０は、ミルクを、入口導管２６を通して紫外線反応器３０内にポンプ送りするミルクポンプ２４を用いている。ミルクを紫外線反応器３０内で処理している間、ミルクを熱交換器内で加熱又は冷却して、子牛等の健康に重要である免疫グロブリンを破壊することなしに、細菌の成長を最小にする温度範囲にする。処理済みのミルクを、出口導管２８を通して移動させ、貯蔵タンク３４内で温度調節して貯蔵する。ミルクを子牛等まで運ぶために、ミルク貯蔵タンク３４を可動プラットホーム３６に支持した後、処理済みのミルクを所定の温度範囲よりも低い温度まで下げるのがよい。可動プラットホーム３６はまた、ミルクを、供給管４１を通して子牛等まで圧送するミルク分配ポンプ３９を有するのがよい。
【００２６】
具体的に説明すると、制御装置２２がポンプ２４を作動させ、ミルクを、好ましくは熱交換器３８によって包囲された紫外線反応器３０に循環させ、ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に上昇させ、次いで、温められたミルクを、有害な細菌を死滅させるのに適当な速度及び周回数で、紫外線反応器３０の中を循環させる。次いで、ミルクを冷蔵して貯蔵してもよいし、ミルクを子牛等に直接給与してもよい。ミルク温度を８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）に過ぎない範囲に上昇させることによって、免疫グロブリンの破壊が極めて小さくなると共に、ミルクは、紫外線反応器３０からの紫外線によって依然として安全に殺菌される。
【００２７】
バッチ式殺菌装置と異なり、紫外線反応器３０は、細菌を死滅させるのにミルクの温度に依存しない。その代わり、２００ナノメートル〜２８０ナノメートルの範囲、即ちＵＶＣ範囲（殺菌範囲）の紫外線だけが、細菌を死滅させる。それにもかかわらず、ミルク温度は重要であり、その理由は、低温ミルクがポンプ及び配管系によって撹拌され、紫外線によって適切に処理されにくいバター片が生じることがあるからである。ミルク温度を８５°Ｆ（２９．４℃）以上に上昇させることは、バター片を溶かし又はバター片のサイズを減少させるのに十分であり、その結果、ミルクは、紫外線反応器３０によって適切に処理されるようになる。バター濃度を最小にする適正なミルク粘度を確保するために、ミルク温度を、好ましくは９５°Ｆ（３５℃）よりも高い温度まで、より好ましくは１００°Ｆ（３７．８℃）よりも高い温度まで上昇させる。他方、ミルクを高すぎる温度まで加熱すると、有益な免疫グロブリンを破壊することがある。免疫グロブリンの破壊を最小にする温度範囲の上限は、１２０°Ｆ（４８．９℃）である。
【００２８】
約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の温度範囲は、約１００°Ｆ〜約１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲を含む。ミルクを子牛等に直接給与すべきならば、殺菌のために約１００°Ｆ〜１１０°Ｆ（３７．８℃〜４３．３℃）の給与温度範囲に加熱することが適切である。
【００２９】
ミルクを殺菌した後にそれを冷蔵して貯蔵すべきならば、８５°Ｆ〜１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）の範囲の下限のミルク温度は、本発明により適切な結果を生じさせ、必要なエネルギーを減少させる。注目すべきことは、処理済みの不用乳を、子牛等が飼育されている酪農施設内の場所まで運ぶ必要がある場合があることである。この状況において、ミルクを給与温度範囲よりも高い温度まで加熱することにより、ミルクが運ばれているときのミルクの冷却を補償することができる。熱損失は、周囲条件、殺菌と給与の間の時間、及びその他の要因の関数である。かくして、本発明を利用すると、任意特定の酪農状況における上記要因及びその他の要因を補償するように、ミルク温度を調節することができる。
【００３０】
本発明に用いられる好ましい熱交換器３８が、紫外線反応器３０の周りに配置されている。図７に示す熱交換器３８は、入口６２と、水ジャケット６４と、出口６６を有している。水ジャケット６４は、環状空間を構成するように紫外線反応器３０を包囲し且つそれと実質的に同軸に位置し、水、空気又は他の熱交換流体が上記環状空間の中を流れ、紫外線反応器３０及びその中で殺菌されるミルクの温度を調節する。好ましくは、水ジャケット６４は、ステンレス鋼で作られるが、他の材料を使用してもよい。入口６２は、水又はその他の流体の供給源と連通し、流体供給源は、例えば、温水ヒーターである。好ましくは、温水ヒーターは、熱交換器３８のための専用ユニットであり、熱交換器３８と閉ループを構成している。
【００３１】
他の種類の熱交換器を本発明に用いて、ミルク流路の任意の箇所に配置してもよい。
【００３２】
殺菌プロセス全体にわたるミルク温度を測定する温度センサ４４が用いられる。好ましくは、温度センサ４４は、ナショナルセミコンダクタ社から入手できる精密華氏温度センサモデルＬＭ３４である。殺菌プロセスを完了して、所望のミルク温度に達していない場合、所望の温度に達するまで、ミルクを循環させ続ける。
【００３３】
さらに、制御装置２２は、好ましくは、ミルク量センサ４３と連通し、ミルク量センサ４３は、好ましくは、フリースケールセミコンダクタ社（www.frescale.com）から入手できる集積シリコン圧力センサ（ＭＰＸ５０１０ＧＰ，Ｃａｓｅ８６７ｂ−０４）であり、この圧力センサは、タンク３４の液体レベルが高くなると空気を捕捉する長い直立管４２を用いている。タンク３４内のミルクレベルが上昇するとき、長い直立管４２内の圧力が増大する。ミルク量センサ４３は、電圧読出し信号を発生させ、この電圧読出し信号は、ミルクの任意のバッチサイズの実行時間を自動的に測定するために制御装置２２に送られる。
【００３４】
好ましくは、制御装置２２は、熟練した設定者又は技術者によって最初に設定される。殺菌プロセスにおける温度、流量、処理時間又はその他任意の条件を調節するために、酪農作業者が作業者インターフェース４５のところで調節を行なう。
【００３５】
制御装置２２はまた、殺菌プロセスが完了してから経過した時間、及び、ミルクの現在の温度を示すディスプレイ４２を有し、ミルク温度を、熱交換器３８の中を通る再循環によって所望の範囲内に戻すことができる。ディスプレイ４２は、任意の関連情報を酪農作業者に提供することができ、かかる情報は、作動時間、流量、ミルク温度、構成要素の故障、メンテナンスの要求等を含む。
【００３６】
最後に、殺菌済みのミルクを子牛等又は可動プラットホーム３６に分配した後、ミルク処理システム２０を、次の殺菌サイクルのための自動洗浄及び準備のために、洗浄システム（図示せず）に結合するのがよい。
【００３７】
ミルク処理システム２０は、１つ又は２つ以上の紫外線ミルク殺菌装置（反応器）３０を含むのがよい。図示の実施形態では、３つの紫外線反応器３０が用いられている。本発明において用いられる紫外線ミルク殺菌装置は、リックス等の米国特許第６，９１６，４５２号明細書に開示された種類の殺菌装置であるのがよく、上記米国特許を本明細書に援用する。図７に示す紫外線反応器３０は、入口５０と、出口６０と、石英管５２と、紫外線管５６を有し、紫外線管５６は、ミルクが紫外線管５６に接触することを防止するために、石英管５２の内部に配置されている。他の種類の管を用いて、紫外線管５６がミルクによって損傷しないように保護してもよい。外側管５８が、石英管５２を包囲し、好ましくはステンレス鋼で作られ、石英管５２と一緒に、環状ミルク流チャネルを構成する。熱交換器３８は、外側管５８を包囲している。ミルクは、入口５０、環状ミルク流チャネル５８を通って流れ、環状ミルク流チャネルのところで紫外線によって殺菌され、出口６０から出る。
【００３８】
紫外線管５６は、好ましくは、バーモント州０５７６４ポールトニーアイディールウェイ２１２ピーオーボックス１９１所在のファーストライトテクノロジーズ社（First Light Technologies, Inc.）から入手できるＧＩＡ９７２Ｔ５ＬＣＡ／２Ｓ０７／ＰＴ−１８″／４Ｗ／Ｎ／ＣＢ−０６１（紫外線 Pure）である。紫外線反応器３０に用いられる安定器は、好ましくは、ＺＥＤジエグラーエレクトリックデバイス社（ZED-Ziegler Electronic Devices GmbH）から入手できる電子安定器（Electronic Ballast）ＥＶＧ１００．．．２００Ｗ／２３０Ｖ・ＡＣである。石英管５２は、外径が約１インチ（２．５４ｃｍ）であり、外側管５８の内径は、約１．３７インチ（３．４８ｃｍ）である。さらに、外側管５８の外径は、約１．５０インチ（３．８１ｃｍ）であり、水ジャケット６４の内径は、約２．３７インチ（６．０１ｃｍ）であるが、水ジャケット６４の他の寸法も可能である。
【００３９】
紫外線管と安定器の他の組合せが可能であり、この組合せは、ＵＬ規格であることが望ましい。紫外線反応器３０は、ミルクを紫外線反応器の中で循環させる回数を少なくするのに直列で使用されてもよいし、並列で使用されてもよい。好ましくは、本発明の制御装置２２は、紫外線反応器３０の構成要素にそれをモニタできるように接続され、欠陥のある紫外線管５６、安定器、関連した構成要素に順応するように処理時間を調節する。上記構成要素をモニタする１つの方法は、例えば、電球を通る電流をモニタすることである。電球が点灯していない場合、電流が電球を通るように流れていない。
【００４０】
ポンプ２４は、ミルクを紫外線反応器３０の中で、ミルク及び／又は初乳の最適な滅菌を確保し且つ紫外線反応器に関連した配管、連結部及び制御システムに内の淀みを防止する流量でポンプ送りする。好ましくは、流量は、毎分約１７ガロン（６４．４リットル）であるが、システムのその他の構成要素のサイズ又は種類を変えた場合、その他の流量を使用してもよい。
【００４１】
好ましくは、制御装置２２は、ミルクポンプ２４を毎分約１７ガロン（６４．４リットル）の流量で作動させるようにプログラムされている。１つの紫外線反応器３０だけを用いるとき、ミルクは、紫外線反応器３０の中を約４０回通過した後、殺菌済みになる。２つの紫外線反応器３０を直列で用いるとき、紫外線反応器３０の中を約２０回通過させることが必要になり、３つの紫外線反応器３０を直列で用いるとき、紫外線反応器３０の中を約１３．４回通過させることが必要になる。
【００４２】
５０ガロン（１８９．３リットル）の不用乳の１回の通過が２．９分であれば、紫外線殺菌プロセスにかかる時間は、約５９分である。これは、バッチ式で殺菌、加熱、処理及び冷却する時間に対する改善である。さらに、本発明は、主として、時間及びエネルギーを節約し、その理由は、ミルクがそれほど高温までの加熱を必要としないからである。試験結果は、本発明について、バッチ式殺菌プロセスに対する３０％〜７０％の時間の節約を示した。
【００４３】
さらに、本発明は、酪農における効率を促進し、その理由は、子牛等への搬送のために可動プラットホーム３６上で、ミルクが必要になる前にミルクタンク３４を数時間で満たすことができ、殺菌プロセスを、ミルクを温め、ポンプ送りし、殺菌し、貯蔵するのに適した時間で、制御装置２２によって自動的に開始することができるからである。この機能は、好ましくは、作業者インターフェース４５のところで操作可能な殺菌開始タイマによって設定される。
【００４４】
図６に示すように、本発明はまた、貯蔵タンク３４内のミルクの量を測定するミルク量検出器３８を備えた直立管４２を含むのがよい。制御装置２２は、貯蔵タンク３４内のミルクの量に基づいて、処理時間を計算し且つ制御する。例えば、１００ガロン（３７８．５リットル）の貯蔵タンクを、１００ガロンのミルクで満たしてもよいし、５ガロン（１８．９リットル）のミルクで部分的に満たしてもよく、本発明は、おおよその処理時間を自動的に設定する。
【００４５】
本発明の装置はまた、ミルクを殺菌装置から遠隔の場所の子牛等まで運ぶための可動プラットホーム３６又は可動貯蔵タンク（図５参照）を有するのがよい。可動貯蔵タンク３６は、断熱され、それを洗浄するスプレーボール又は装置を含むのがよい。可動プラットホーム３６は、殺菌中にミルクが貯蔵されていた貯蔵タンク３６を運ぶ簡単なフレーム及び車輪であってもよい。
【００４６】
本発明と先行技術のバッチ式殺菌装置の比較により、不用乳及び初乳に用いられる本発明の有効性を示す。
【００４７】
〔実験例Ａ〕
実験例Ａにおいて、標準的なバッチ式殺菌装置は、有害な細菌を死滅させる際に試験された生命体（菌）の全てについて、紫外線殺菌装置よりも有効であり、ミルクを用いるとき、本発明は、試験した３種類全ての生命体について有効である（大腸菌（E.coli）では９９．９８％、セレウス菌（Bacillus cereus）では１００％、ブタコレラ菌（Salmonella cholerasuis）では９９．９９２％）。しかしながら、初乳が用いられるとき、本発明は、３種類全てについて、本発明が十分に有効ではないという程度まで、有効性が確実に低い。微生命体が初乳中に存在しているときの微生命体に対する効果的な殺菌作用の最大の有効性を、処理時間を増大させる観点で判定するためのさらなる研究が必要である。
【００４８】
さらに、これらのサンプルについて、牛のＩｇＧ（免疫グロブリンＧ）の単一半径方向免疫拡散検査も行った。バッチ式殺菌装置用のサンプルでは、ＩｇＧの大幅な減少を示したのに対し（約４３％）、紫外線殺菌装置用のサンプルは、ＩｇＧの減少を全く示さなかった。かくして、実験例Ａに示すように、本発明は、不用乳に対して健全であるが、初乳に対して健全ではない可能性があるという結果になった。
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
上記表１−１〜表３−２で、上付き符号ａは、加熱前における基材（ミルク又は初乳）を示し、上付き符号ｂは、殺菌温度まで上昇した直後（時間＝０）の基材（ミルク又は初乳）を示し、これには、約３０分かかる。
【００５６】
〔実験例Ｂ〕
実験例Ｂでは、ミルクについての紫外線殺菌試験を繰返し、紫外線へのミルクの露出時間２２分を追加した。これらの結果は、実験例Ａと非常に類似し、試験した３種類の細菌全てについて、１０ガロンのミルクの時間１５分の露出後、満足できる死滅レベルになった。
【００５７】
研究の第２の部分は、実験例Ａにおいて試験した生命体について時間１５分後の死滅レベルが効果的ではなかった初乳を利用した。実験例Ｂでは、露出時間３０分及び露出時間４５分を利用した。実験例Ｂの結果は、時間１５分の時点で、３種類の生命体のうちの２種類について、実験例Ａよりも良好な有効性を示した。実験例Ａは、時間１５分における有効性が、２種類の生命体について不十分であり、第３の生命体（セレウス菌）について許容できないことを示している。しかしながら、３種類全ての生命体について、時間３０分と時間４５分の露出における本発明の殺菌装置の有効性は、適当乃至非常に良好であった。
【００５８】
さらに、３つのサンプルについて、牛のＩｇＧの単一半径方向免疫拡散試験も行った。結果は、時間１５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少はないこと、及び、時間３０分後及び時間４５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少は比較的小さいことを示した。かくして、本発明は、実験例Ｂに反映されているように、ミルク及び初乳が、従来技術のバッチ式殺菌装置よりも健全であった。
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
〔実験例Ｃ〕
実験例Ｃは、初乳を利用し、実験例Ｂのように、時間１５分、時間３０分、及び時間４５分の露出を行った。実験例Ｃの結果は、本発明の紫外線殺菌装置が全体的に、時間３０分及び時間４５分において依然として有効であり、特に後者において有効であることを示した。可能性がある唯一の例外は、セレウス菌であり、露出時間４５分だけが安定した結果を示した。この結果は、概略的に、同一の露出時間において、前の試験よりも死滅パーセントが少ないことを示したが、時間０分における濃度が比較的高く、このことは、死滅の減少の原因である可能性がある。実際に現場で使用するとき、これら病原体の濃度は、この実験例で試験されている場所の近くの任意の箇所である可能性はほとんどない。したがって、死滅率は、時間３０分及び時間４５分の両方において満足できると結論づけることができる。
【００６３】
さらに、これらのサンプルについて、牛のＩｇＧの単一半径方向免疫拡散試験も行った。試験は、時間１５分後、時間３０分後、及び時間４５分後における免疫グロブリン（ＩｇＧ）の減少は、最小又はゼロであることを示した。したがって、これは、バッチ式殺菌方法に優る明確な改善である。
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
上記表において、ＣＦＵ／ｍｌは、１ｍｌ当たりのコロニー形成ユニットである。
【００６８】
上記実験例は、ミルク及び初乳中の免疫グロブリンの本質的に全てを保ちながら、３種類の病原体を死滅させる際の本発明の有効性を示している。
【００６９】
本発明の好ましい実施形態についての先の詳細な説明は、理解を明確にするために提供されており、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものではない。さらに、特許請求の範囲において用いられている「ミルク」という用語は、牛乳、不用乳、市販できないミルク、初乳又は子牛等への給与前の殺菌から恩恵を受ける任意他の子牛等供給サプリメントを含むのに足る広い概念である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミルク処理システムであって、
入口及び出口を備えた紫外線ミルク処理装置と、
前記紫外線ミルク処理装置と流体的に連通するミルク貯蔵タンクと、
前記ミルク貯蔵タンクと流体的に連通するポンプと、
ミルク熱交換器と、
前記ポンプ及び前記ミルク熱交換器と接続された制御装置と、を有するミルク処理システム。
【請求項２】
前記紫外線ミルク処理装置は、複数の紫外線ミルク殺菌反応器を有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項３】
更に、前記ミルク貯蔵タンクを支持する可動プラットホームを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項４】
更に、前記ミルク貯蔵タンクを支持する可動プラットホームを有し、
前記制御装置は、ミルク温度調節装置を有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項５】
前記ミルク熱交換器は、前記紫外線ミルク処理装置の少なくとも一部分を包囲する水ジャケットを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項６】
前記紫外線ミルク処理装置は、少なくとも部分的に前記ミルク熱交換器内に配置される、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記紫外線ミルク処理装置に、それをモニタ可能に接続される、請求項１に記載の処理ミルクシステム。
【請求項８】
更に、前記ミルク貯蔵タンク及び前記制御装置と流体的に連通するミルク量センサを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項９】
前記制御装置は、それを調節する作業者インターフェースを含む、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、殺菌開始タイマを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記ミルク熱交換器を約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）のミルク温度範囲に調節する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項１】
ミルク処理システムであって、
入口及び出口を備えた紫外線ミルク処理装置と、
前記紫外線ミルク処理装置と流体的に連通するミルク貯蔵タンクと、
前記ミルク貯蔵タンクと流体的に連通するポンプと、
ミルク熱交換器と、
前記ポンプ及び前記ミルク熱交換器と接続された制御装置と、を有するミルク処理システム。
【請求項２】
前記紫外線ミルク処理装置は、複数の紫外線ミルク殺菌反応器を有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項３】
更に、前記ミルク貯蔵タンクを支持する可動プラットホームを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項４】
更に、前記ミルク貯蔵タンクを支持する可動プラットホームを有し、
前記制御装置は、ミルク温度調節装置を有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項５】
前記ミルク熱交換器は、前記紫外線ミルク処理装置の少なくとも一部分を包囲する水ジャケットを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項６】
前記紫外線ミルク処理装置は、少なくとも部分的に前記ミルク熱交換器内に配置される、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記紫外線ミルク処理装置に、それをモニタ可能に接続される、請求項１に記載の処理ミルクシステム。
【請求項８】
更に、前記ミルク貯蔵タンク及び前記制御装置と流体的に連通するミルク量センサを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項９】
前記制御装置は、それを調節する作業者インターフェースを含む、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、殺菌開始タイマを有する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記ミルク熱交換器を約８５°Ｆ〜約１２０°Ｆ（２９．４℃〜４８．９℃）のミルク温度範囲に調節する、請求項１に記載のミルク処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５２１７５６（Ｐ２０１２−５２１７５６Ａ）
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０１９９３（Ｐ２０１２−５０１９９３）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００８３０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１０８５３
【国際公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０１４９４１１５）ジィーア ファーム テクノロジーズ インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０００８３０
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１０８５３
【国際公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０１４９４１１５）ジィーア ファーム テクノロジーズ インコーポレイテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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