CN101549162B - 一种多级微波连续加热灭菌固态物料的方法及专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波连续加热灭菌固态物料的方法及其专用装置，通过使用加热的带压无菌空气，其压力在0.2063MPa-0.3653MPa之间维持微波加热环境的工作气压，采用旋塞式连续进料密封阀和旋塞式连续出料密封阀带压运行和进出固态物料操作，采用空气压缩机向螺旋推进器内持续提供加热的恒压无菌空气，经多级微波连续加热灭菌固态物料的装置，将固态物料的温度用微波加热到120℃以上，物料的热解或焦化温度以下，能把含水固态物料连续进行加热灭菌处理。本发明广泛应用于食品、酿酒、果品加工、中草药提取及有机肥料生产领域。

Description

一种多级微波连续加热灭菌固态物料的方法及专用装置

技术领域

本发明涉及固态物料的灭菌工业领域。具体的说，本发明涉及一种微波连续加热灭菌固态物料的方法及其专用装置的技术领域。

背景技术

当前，在食品、制药、农副产品加工、酿造、有机废物处理、固态发酵、化工、制造业等诸多领域，经常会遇到固态物料的加热与灭菌处理问题。颗粒、粉粒状等含水固态物料采用微波加热及灭菌与传统的蒸汽加热及灭菌相比，可以明显缩短灭菌时间，具有设备简单、能耗低、容易操作和容易实现自动化的许多优点，不存在环境污染问题。而微波处理各类含水固态物料时，需要加压才能使物料的的温度达到120℃以上，才能达到杀灭细菌芽胞的温度。目前受现有设备制作材料强度、耐热性、耐腐蚀性、耐磨性、电磁特性等的影响与限制，在加热与灭菌处理要求较高或相关工艺较为复杂的情况下，现有技术方法有一定的局限性。

发明内容

针对在加热与灭菌处理要求较高或相关工艺较为复杂的情况下，现有技术方法有一定的局限性。为克服上述问题，本发明采用多级微波连续加热灭菌固态物料的方法，该技术方法可以解决各类情况较为复杂的固态物料，尤其是固态发酵物料的加热灭菌问题。

本发明的目的在于提供一种微波连续加热灭菌固态物料的方法及其专用装置，通过采用加热的带压无菌空气来维持微波加热环境的气压，能利用微波加热将固态物料中的细菌芽胞杀灭，实现固态物料彻底被灭菌的目的。

本发明具体提供了一种微波连续加热灭菌固态物料的方法，使用加热的带压无菌空气，其压力在0.1017Mpa-1.0015Mpa之间用于维持微波加热环境的工作气压，无菌空气压力优选0.2063Mpa-0.3653Mpa之间，采用旋塞式连续进料密封阀和旋塞式连续出料密封阀带压运行和进出固态物料操作，采用空气压缩机向螺旋推进器内持续提供加热的恒压无菌空气，经多级微波连续加热灭菌固态物料的装置，将固态物料的温度用微波加热到120℃以上，物料的热解或焦化温度以下，把含水固态物料连续进行加热灭菌处理。

同时，本发明具体提供了一种微波连续加热灭菌固态物料的专用装置，由多个单级装置和带压无菌空气系统组成，其中，固态物料的微波连续灭菌的单级装置由进料口、旋塞式连续进料密封阀、管式螺旋推进器、微波加热室、出料口、旋塞式连续出料密封阀、温度传感器、压力传感器组成；加热的无菌空气系统由空气压缩机、细砂过滤罐、活性炭过滤罐、空气干燥罐、空气加热器、空气精滤器、细菌过滤器组成；压力与温度传感器安装在微波加热室外管式螺旋推进器的级与级之间的连接处。

旋塞式连续进、出料密封阀的进料口与出料口在开启时，相互不连通，可以在维持装置内有效工作气压的情况下，同时完成固态物料的连续进出。

管式螺旋推进器由进料口、内衬聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的搅拌推进器、轴封、连轴法兰、驱动器、搅拌推进器轴承、轴承密封法兰、出料口组成。

微波加热室一般根据所需微波的功率、固态物料的微波吸收特征及加热效果设计，一般设计成圆柱形或多棱柱形，也可以由多个微波加热谐振腔串联使用，具体的微波加热室设计以相关工艺参数决定。此外加热室必须能够长时间连续工作，其功率可以在线准确调节。

无菌压缩空气是利用普通空压机将空气压缩，被压缩空气首先经过细砂过滤处理，吸附滤除油渍和污物，再经活性炭过滤和吸附处理，然后在干燥罐进行空气干燥处理，干燥剂采用可重复使用的变色硅胶干燥剂、氯化钙等，将经处理后的压缩空气在空气加热器中加热后通过精滤器及细菌滤器，成为加热的带压无菌空气。

本发明采用空压机向管状螺旋推进器中充入加热的带压无菌空气，用以调控管状螺旋推进器内部的工作压力，采用旋塞式连续进料或出料密封阀解决了整套微波加热装置的带压运行和进出料操作，利用机械密封解决了管式螺旋推进器，在搅拌和推进物料的同时维持管式螺旋推进器内部的工作气压问题，实现了微波对固态物料的连续加热灭菌处理。

为了适应不同固态物料的微波加热灭菌工艺要求，本发明将固态物料的微波加热灭菌工艺过程分成多个阶段，即分级进行；一般分三级，即预热级段、主加热灭菌级段、保温保压级段。也可以根据被加热灭菌的固态物料性质及相关工艺要求，增减预热级段或保温保压级段，将固态物料的微波加热灭菌工艺过程分成多级进行，以适应一些特殊的工艺过程要求。

本发明设计的多级微波连续加热灭菌固态物料的装置，是将压力与温度传感器安装在微波加热室外管式螺旋推进器的级与级之间的连接处，解决了目前工业中常用的压力与温度传感器不能在复杂的电磁环境中如微波环境中使用的技术局限性，有效的在线测控装置内固态物料的温度和压力，精确控制整个加热灭菌过程。

对固态物料的微波加热灭菌工艺过程分级后，单级的管式螺旋推进器长度不会超过5米，能在微波辐射的环境中保持应有的机械强度及其材料的相关技术指标。同时在级间安置压力和温度传感器，以保证固态物料的微波加热灭菌工艺全过程的准确测控。这也是单级微波加热灭菌处理装置所难以实现的。

本发明中，单级装置间通过进、出料口的法兰进行连接，可以根据灭菌工艺要求组装成不同的多级微波连续加热灭菌固态物料的装置，多级微波连续加热灭菌固态物料的装置仅在第一级进料口和最后一级出料口处安装旋塞式连续进料或出料密封阀。

单级微波加热灭菌处理装置之间可以根据生产场地或工艺流程的实际需要以不同的方位角进行连接，本发明优选以90度角进行连接的三级微波连续加热灭菌固态物料的装置。

本发明采用耐压、耐热、微波通透率高的工程材料制备管式螺旋推进器。通常采用聚四氟乙烯、工程陶瓷、钢化玻璃、耐热工程塑料、玻璃钢制备或耐火材料粘合或烧制而成。制备飞机雷达罩的材料是制备管式螺旋推进器的最好材料，但制作工艺一般要求较高且价格昂贵，在一定程度上限制了该类材料的应用；性价比较好的材料首推聚四氟乙烯。为了将该设备用于食品工业，可以用聚碳酸酯对管式螺旋推进器进行内衬外覆，管式螺旋推进器伸出在微波加热室外的其他部分可以采用不锈钢、铝合金等金属材料制作。

被加热灭菌后的固态物料一般要及时冷却，通常采用风冷，冷风源是由增压风机提供，带压的冷风要经过过滤除菌；该风源的风压并不高，但风量较大，加热灭菌后的固态物料经过风冷，其温度迅速降低，能达到相关工艺要求。被加热的热风则可以通过热交换，用来预热需加热灭菌的固态物料；这样能够大幅降低能量的无效损耗，提高能量的有效利用率。

附图说明

图1显示为多级微波连续加热灭菌固态物料的装置示意图。

图2显示为旋塞式连续进、出料密封阀沿A-A剖视图。

图1-图2中：

1-进料口；2-旋塞式连续进料密封阀；3-驱动器；4-旋塞式连续进料密封阀出料口；5-驱动器；6-连轴法兰；7-轴封；8-管式螺旋推进器；9-内衬聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的搅拌推进器；10-微波加热室；11-压力传感器；12-轴承密封法兰；13-搅拌推进器轴承；14-单级管式螺旋推进器进、出料口连接；15-温度传感器；16-旋塞式连续出料密封阀；17-出料口；18-空气压缩机；19-细砂过滤罐；20-活性炭过滤罐；21-空气干燥罐；22-空气精滤器；23-空气加热器；24-细菌过滤器；25-旋塞式连续进、出料密封阀进料口；26-旋塞式连续进、出料密封阀进料仓；27-旋塞式连续进、出料密封阀出料仓。

具体实施方式

下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。

实施例一：

微波连续加热灭菌固态物料的专用装置，由多个单级装置和带压无菌空气系统组成，其中，固态物料的微波连续灭菌的单级装置由进料口(1)、旋塞式连续进料密封阀(2)、管式螺旋推进器(8)、微波加热室(10)、出料口(14)、旋塞式连续出料密封阀(16)、温度传感器(15)、压力传感器(11)组成；加热的无菌空气系统由空气压缩机(18)、细砂过滤罐(19)、活性炭过滤罐(20)、空气干燥罐(21)、空气加热器(22)、空气精滤器(23)、细菌过滤器(24)组成；压力与温度传感器安装在微波加热室外管式螺旋推进器的级与级之间的连接处。

旋塞式连续进、出料密封阀(2)的进料口与出料口在开启时，相互不连通，可以在维持装置内有效工作气压的情况下，同时完成固态物料的连续进出。

管式螺旋推进器(8)由进料端口(4)内衬聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的搅拌推进器(9)、轴封(7)、连轴法兰(6)、驱动器(5)、搅拌推进器轴承(13)、轴承密封法兰(12)、出料端口(14)组成。

微波加热室(10)为圆柱形或多棱柱形，此外加热室必须能够长时间连续工作，其功率可以在线准确调节。

无菌压缩空气是利用普通空压机将空气压缩(18)，被压缩空气首先经过细砂过滤处理(19)，吸附滤除油渍和污物，再经活性炭过滤和吸附处理(20)，然后在干燥罐进行空气干燥处理(21)，干燥剂采用可重复使用的变色硅胶干燥剂、氯化钙等，将经处理后的压缩空气在空气加热器中加热(22)后通过精滤器(23)及细菌滤器(24)，成为带压无菌空气。

实施例二：

微波连续加热灭菌固态物料的专用装置，由多个单级装置和带压无菌空气系统组成，具体与上述实施例相同，其中，微波加热室可由多个低功率的谐振腔串联使用，具体的微波加热室设计以相关工艺参数决定。此外加热室必须能够长时间连续工作，其功率可以在线准确调节。

实施例三：

将需灭菌的固态物料用热风预热后由进料口(1)通过旋塞式连续进料密封阀(2)连续加入螺旋推进器(8)中，沿着螺旋推进器长轴方向被搅拌并推向前方，途径微波加热室(10)时物料被按工艺要求加热，物料温度和环境压力在级间由温度传感器(11)与压力传感器(15)在线测控，压力与温度传感器安装在微波加热室外管式螺旋推进器的级与级之间的连接处。物料被螺旋推进器从前一级输送到下一级，物料在下一级被微波进一步加热到灭菌温度，该阶段的物料温度和环境压力也是在级间由温度传感器与压力传感器在线测控。物料被螺旋推进器进一步输送到下一级，在这一级，微波加热功率降低，主要是使物料保持灭菌的温度和压力，通过这一级，物料到达出料端(14)，通过旋塞式连续出料密封阀(16)经出料口(17)排出。

被加热灭菌后的固态物料被排出后，立即经过风冷冷却，固态物料的整个加热灭菌过程结束。

以上过程利用温度和压力传感器在线进行工艺参数监测，通过微型计算机在线控制微波加热功率，容易实现自动化连续操作。

实施例四：

在固态发酵生产红曲、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、柠檬酸、乙醇、乳酸、赤霉素、维生素、酱油、食醋、白酒、蛋白饲料、b.t制剂、食用菌等的生产过程中，固态发酵用的培养基需要进行灭菌处理。采用本发明，将需灭菌处理的固态物料，由进料口(1)旋塞式连续进、出料密封阀(2)加入螺旋推进器(8)，沿着螺旋推进器长轴方向再搅拌状况下被推向前方出料口(17)，固态物料在移动过程中，经微波加热室(10)被加热灭菌，灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料推进速度与无菌空气的工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃-140℃的范围，无菌空气的工作压力一般选择在0.2063Mpa-0.3653Mpa之间，时间2-30分钟。被加热灭菌后的固态物料被排出后，立即经过风冷冷却，固态物料的整个加热灭菌过程结束。利用该工艺可以实现对上述发酵料的灭菌处理，达到相关工艺要求。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。

实施例五：

在食品加工过程中，采用本发明，通过对干果、蜜饯、酱菜、各种调味粉等进行连续加热灭菌处理；经灭菌处理后的相应产品食用更卫生、更安全，其产品的货架寿命和保值期更有保障。

实施例六：

采用本发明，在中草药有效成分提取过程中，如白藜芦醇、人参皂甙、麻黄素、甘草酸、紫草素等的提取时，先将原料草粉进行喷水预湿后放置5～30分钟，喷水量根椐相关提取工艺而定，喷水预湿可以使草粉经微波处理时被快速加热，同时也使草粉组织结构被微波进行了破损处理。

将需微波处理的中草药药粉固态物料，由进料口(1)旋塞式连续进、出料密封阀(2)加入螺旋推进器(8)，沿着螺旋推进器长轴方向再搅拌状况下被推向前方出料口(17)，固态物料在移动过程中，经微波加热室(10)被加热灭菌，处理温度和处理时间可由微波加热功率和物料推进速度与无菌空气的工作压力调节，无菌空气的工作压力一般选择在0.020Mpa-0.365Mpa之间，时间1-30分钟。被灭菌后的固态物料通过旋塞式连续出料密封阀从出料口(16)排出。

经以上高温瞬间微波处理，能使中草药有效成分的提取率有显著的提高。除此之外，该方法在植物色素、香精、激素、等有效成分的提取时，对提取率同样有显著的提高。

实施例七：

在有机肥生产领域，通常采用建堆发酵腐熟的生产工艺，所生产的有机肥中难免残存有害微生物和有害小动物，蒸汽灭菌法由于需要锅炉等大型设备，蒸汽灭菌法工艺实施难度较大；采用本发明，对有机肥产品进行灭菌消毒处理，可提高堆肥的堆制质量，可杀灭料堆中的有害微生物及害虫，确保腐熟的有机肥达到国家规定的相关卫生标准，这类有机肥除常规使用外，更适宜用于家庭、宾馆、餐厅的观赏花卉养殖中

Claims (5)

1.一种微波连续加热灭菌固态物料的专用装置，其特征在于，由多个单级装置和带压无菌空气系统组成，单级装置间通过进、出料口的法兰进行连接，连接后的多级装置仅在第一级进料口和最后一级出料口处安装旋塞式连续进料或出料密封阀，压力与温度传感器安装在微波加热室外管式螺旋推进器的级与级之间的连接处；固态物料的微波连续灭菌的单级装置由进料口、旋塞式连续进料密封阀、管式螺旋推进器、微波加热室、出料口、旋塞式连续出料密封阀、温度传感器、压力传感器组成；加热的无菌空气系统由空气压缩机、细砂过滤罐、活性炭过滤罐、空气干燥罐、空气加热器、空气精滤器、细菌过滤器组成；

单级微波加热灭菌处理装置之间以90度角进行连接的三级微波连续加热灭菌固态物料的装置；

微波加热室呈多棱柱形由多个微波加热谐振腔串联使用；

管式螺旋推进器采用聚碳酸酯对管式螺旋推进器进行内衬外覆，管式螺旋推进器伸出在微波加热室外的其他部分采用不锈钢、铝合金材料制作。

2.一种如权利要求1所述的专用装置微波连续加热灭菌固态物料的方法，其特征在于，使用加热的带压无菌空气，其压力在大于0.21MPa，小于0.3653MPa之间维持微波加热环境的工作气压，采用旋塞式连续进料密封阀和旋塞式连续出料密封阀带压运行和进出固态物料操作，采用空气压缩机向螺旋推进器内持续提供恒压无菌空气，经多级微波连续加热灭菌固态物料的装置，将固态物料的温度用微波加热到120℃以上，物料的热解或焦化温度以下，把含水固态物料连续进行加热灭菌处理。

3.如权利要求2所述的专用装置微波连续加热灭菌固态物料的方法在红曲、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、柠檬酸、乙醇、乳酸、赤霉素、维生素、酱油、食醋、白酒、蛋白饲料、Bt制剂、食用菌的生产过程中培养基进行灭菌处理中应用。

4.如权利要求2所述的专用装置微波连续加热灭菌固态物料的方法在白藜芦醇、人参皂甙、麻黄素、甘草酸、紫草素中草药有效成分提取过程中的应用。

5.如权利要求2所述的专用装置微波连续加热灭菌固态物料的方法在有机肥产品灭菌消毒处理中的应用。

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