CN101422624A - 一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备 - Google Patents

Abstract

用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯或聚丙烯材料做内衬的复合管材制作微波加热管，该加热管对微波的通透率很高，能长期耐受120℃－140℃的灭菌温度和0.199Mpa－0.5MPa的液压环境。用该复合管材，在微波场中用于液态食品和药物的加热或灭菌处理，在处理过程中不会产生有毒物质，能满足食品、药品等液态物料的加热与快速灭菌要求及卫生安全要求。该方法可应用于食品、制药、酿造、有机废物处理、化工等诸多技术领域。

Description

一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备

一、涉及技术领域

“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”涉及生物工程、化工、食品和环境工程领域。

二、背景技术

微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，最早被用于军用雷达及通讯领域；后来人们发现，利用微波辐照物体会产生热效应，使被辐照物的温度迅速升高。微波的这一特性目前已被广泛应用于食品及医药等行业，并且大量进入了家庭，微波发生器及相应控制技术已比较成熟和完善，工业和日常使用设备的固定专用微波频率为两种，即915MHz和2450MHz；近期科学研究表明，2450MHz的微波对微生物的杀灭效果十分显著，因此人们又开辟了一条消毒灭菌的新途径。

在食品、制药、农副产品加工、酿造、有机废物处理、发酵工业、化工、制造业等诸多领域，经常会遇到液态物料的加热与灭菌处理问题，采用微波加热及杀菌是一个非常好的选择，具有设备简单、操作容易、能耗低、热敏性物质损失少、容易实现自动化连续操作等诸多优点。微波杀菌工艺过程，不需要锅炉及其附属设备，没有蒸汽传输中的热损耗，不产生废气与废渣，符合当今国家努力倡导的节能减排要求和产业化技术改造升级的相关政策要求。

目前在微波炉内装盛食品与药品进行加热的容器材料最常见的主要是聚丙烯(P·P)和聚碳酸酯(P·C)材料，两者均有较高的微波通透率。聚丙烯(P·P)材料可以长时间耐受120℃的高温不变形，不产生有毒物质；聚碳酸酯材料可以长期经受140℃的高温不变形，不产生有毒物质，材质密度大，电荷堆积现象不明显，优点较多。但用上述材料制作的管材，在120℃或140℃的温度条件下，无法经受0.5MPa左右的液压。因此，利用微波加热处理及灭菌处理液态食品及药品物料时，选择微波通透率高，能在120℃—140℃温度时耐受0.5MPa的液压环境，不产生任何有毒物质的微波加热管，在功率可调的微波场中对微波加热管中通过的液态物料进行辐射处理，实现利用微波将液态物料进行连续加热及灭菌处理的目的是技术关键。

三、发明内容

用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做内衬的管材，是解决利用微波对液态食品、药品等物料进行加热和灭菌的技术关键。聚四氟乙烯和聚碳酸酯均是微波通透率很高的材料，用聚四氟乙烯制作的管材在260℃以下具有足够的机械强度，已被广泛应用于化工设备的制做中；以聚碳酸酯材料制备的微波加热容器，能耐受140℃以下的温度，在对食品、药品的加热过程中不会释放任何有毒物质；用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做内衬的复合管材制做微波加热管，该加热管对微波的通透率很高，能长期耐受120℃—140℃的灭菌温度和0.199Mpa—0.5MPa的液压环境。用该复合管材，在微波场中用于液态食品和药物的加热或灭菌处理，在处理过程中不会产生有毒物质，能满足食品、药品等液态物料的加热与快速灭菌要求及卫生安全要求。

用聚四氟乙烯制作外壁，聚丙烯材料做内衬的复合管材制做微波加热管，该加热管对微波的通透率也很高，能长期耐受120℃的灭菌温度和0.199Mpa的液压环境。用该复合管材，在微波场中用于液态食品和药物的加热或常规灭菌处理，在处理过程中不会产生有毒物质，也能满足食品、药品等液态物料的加热与常规灭菌要求及卫生安全要求。

基于上述原理制作的液态物料的微波连续灭菌设备由贮料罐(1)、液压泵(2)、加热管(5)、微波加热室(6)、冷却器(7)、控制柜(9)、压力表(4)、安全阀(10)、温度测量头(3)、设备支架(8)组成。其加热管(5)贯穿通过微波加热室(6)。

液态物料的微波连续加热灭菌的目标是这样实现的：将贮料罐(1)内需灭菌的液态物料由液压泵(2)、压入加热管(5)中，经微波加热室(6)被加热灭菌，灭菌温度和灭菌时间由微波加热功率温度测控仪和液压及液态物料流动速度调节控制，灭菌后的物料由冷却器(7)迅速冷却，整个冷却过程可以分级进行，部分冷却媒介可以是需要加热灭菌的液态物料，这样可在冷却过程中对需杀菌的液态物料进行预热，对杀菌后的物料进行冷却，减少能量损耗。杀菌后的液态物料进行无菌包装。

以上过程中，在微波加热室外，采用温度与液压探测装置在微波加热管上进行在线测控。能够实现不同液态物料的加热与灭菌的工艺过程要求；对温度、压力、微波加热功率、液体物料流量采用微机编程进行综合测控，容易实现上述全过程的自动化连续操作。

以上设备的微波加热管(用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做内衬的复合管材或聚丙烯材料做内衬的复合管制做)可以是单管、列管、多管散状组合、多管环状排列组合、多管蜂窝状组合等多种组合，可视被加热灭菌液态物料的灭菌工艺要求进行选择。

以上设备的微波加热室设计成圆筒状，根据固态物料的加热要求进行微波发生器如磁控管的叠加(微波加热功率叠加)，叠加原理与方式如下：

方式一、可在圆形谐振腔的等分圆周的相应位点上进行磁控管的安装，如2等分圆周上2管安装、3等分圆周上3管安装、4等分圆周上4管安装、5等分圆周上的5管安装……。

方式二、可在圆形谐振腔的等分圆周的相应位点上进行磁控管的分组安装，如在4等分圆周上2管一组，两组4管安装、6等分圆周上2管一组，三组6管安装；3管一组，两组6管安装；12等分圆周上6管一组，两组12管安装；4管一组，三组12管安装；3管一组，四组12管安装；2管一组，六组12管安装……。

方式三、可在圆筒状谐振腔壁沿长轴方向按一定长度单位在等分圆周上进行相应组数的磁控管的安装。

采用上述方式安装磁控管，可以实现用较小功率磁控管形成较大的微波加热功率，并在一定区域内实现较为均匀的微波加热区，通过分组安装磁控管，可以实现磁控管工作时间的组间切换，能有效保证磁控管的使用寿命。

采用以上多组磁控管安装技术有以下优点：

1、可实现较大输出功率的微波加热器；

2、可实现功率可调的微波加热过程；

3、可以利用目前生产工艺十分成熟、性价比较高的900W磁控管及其控制电路；

4、单个磁控管及其控制电路性能一致，可以互换，方便维修，配件充足，易购置。

四、附图说明

图1：一种液态物料的微波加热与灭菌设备示意图

1、贮料罐，2、液压泵，5、加热管，6、微波加热室，7、冷却器，9、控制柜、4、压力表、3、温度测量头、8、设备支架、10、安全阀。

五、具体实施方式

1、在酱油、食醋的生产过程中，瓶装和袋装酱油、食醋在包装前需要进行灭菌处理。将贮料罐(1)内需灭菌的酱油或食醋由液压泵(2)压入加热管(5)中，经微波加热室(6)被加热灭菌，灭菌温度和灭菌时间由微波加热功率、温度测控仪和液压及液态物料流动速度调节控制，灭菌后的物料由冷却器(7)迅速冷却，整个冷却过程可以分级进行，部分冷却媒介可以是需要加热灭菌的液态物料，这样可在冷却过程中对需杀菌的液态物料进行预热，对杀菌后的物料进行冷却，减少能量损耗。杀菌后的液态物料进行无菌包装。

采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃—140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa—0.37Mpa之间，时间0.1—20分钟，可以实现高温瞬时灭菌操作。该方法与传统蒸汽灭菌工艺相比，灭菌时间短，对物料的营养成分破坏程度小，同时可以不需要蒸汽锅炉，明显地简化了处理设备、降低了运行成本及管理成本、减少了对环境的污染与影响，容易实现自动化操作，具有实际应用价值。

2、在乳品加工过程中，采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，可以对液态奶及其乳品饮料等进行连续加热灭菌处理；灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃—140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa—0.37Mpa之间，时间0.1—20分钟，可以实现高温瞬时灭菌操作。杀菌后的液态物料进行无菌包装。用该方法处理液态奶及相关产品，热敏成分的损失较蒸汽灭菌方法少。

3、在营养饮料、口服液、药液的生产过程中，采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，可以对营养饮料、口服液、药液实现连续加热灭菌处理；灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃—140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa—0.37Mpa之间，时间0.1—20分钟，可以实现高温瞬时灭菌操作。对含热敏物质较多的物料进行灭菌，采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，其优势更为明显。

4、在发酵生产过程中，采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，可以对液态培养基实现连续加热灭菌处理；灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃—140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa—0.37Mpa之间，时间0.1—20分钟，可以实现高温瞬时灭菌操作。该方法与传统蒸汽灭菌工艺相比，灭菌时间短，对培养基的营养成分破坏程度小，同时可以不需要蒸汽锅炉，明显地简化了处理设备、降低了运行成本及管理成本、减少了对环境的污染与影响，容易实现自动化操作，是替代传统培养基“连消塔”的首选工艺与设备。

Claims (6)

1、选择微波通透率高，能在120℃—140℃温度时耐受0.5MPa的液压环境，不产生任何有毒物质的微波加热管，在功率可调的微波场中对微波加热管中通过的液态物料进行辐射处理，实现利用微波将液态物料进行连续加热及灭菌处理的目的。

2、液态物料的微波加热与灭菌设备由贮料罐(1)、液压泵(2)、加热管(5)、微波加热室(6)、冷却器(7)、控制柜(9)、压力表(4)、安全阀(10)、温度测量头(3)、设备支架(8)组成；其加热管(5)贯穿通过微波加热室(6)。

3、根据权利要求1所述的液态物料灭菌方法，其特征在于：微波加热管用聚四氟乙烯做外壁，聚碳酸酯做内衬的复合管材或聚四氟乙烯制作外壁，聚丙烯做内衬的复合管材制作。

4、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：该设备中贯穿通过微波加热室的微波加热管可以是单管、列管、多管散状组合、多管环状排列组合、多管蜂窝状组合等多种组合。

5、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：该设备的微波加热室被设计成圆筒形，微波发生器按一定长度和圆周等分点位，分组安装在加热室的圆筒形谐振腔内，并可分组切换交替工作；该装置连续工作时，微波加热功率可按微波发生器的功率叠加原理，在线调整。

6、根据权利要求2所述的设备，其特征在于：该设备在微波加热管上采用温度与液压探测装置在微波加热室外，进行在线测控。

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