CN102910701A - 水的加热灭菌 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对液体进行灭菌的方法，所述液体具体指水，包含以下步骤：首先，至少使一部分液体汽化，然后将汽化后的液体暴露在电离辐射中，具体指电子辐射。本发明还涉及一种对液体进行灭菌的仪器，所述液体具体指水，该仪器包括：用于接收液体汽化部分的一个灭菌室，以及一个使液体汽化部分暴露在辐射中的电离辐射源，所述电离辐射源具体指电子辐射源。

Description

水的加热灭菌

技术领域

本发明涉及一种对液体进行灭菌的方法，所述液体具体为水。本发明还涉及一种用于对液体进行灭菌的仪器，所述液体具体为水。

背景技术

在食品工业中对液体灭菌非常重要。常用的方法包括，例如，将液体加热到一个很高的温度，从而杀灭液体中含有的细菌。这种方法的缺点是需要较高的温度和较长的时间（例如：在121℃保持几分钟）。其它的灭菌方法，如蒸汽灭菌法和干热灭菌法都不适用于对液体的灭菌。还有一种灭菌方法是暴露在电离辐射中进行灭菌，要么在紫外线、X射线、伽马射线中，要么在电子碰撞射线中。然而暴露在电离辐射中需要高辐射能，才能使射线足够深入介质进行灭菌。

从文献WO02/058742A1获知一种对活体生物的表面进行灭菌的方法，该方法在操作中使用较低能量的电子，例如：在40kV~60kV的能量范围内，通过破坏其细胞结构从而杀灭存在于生物体表面的细菌，而不破坏活体生物的表面（或表皮）。

鉴于这些现有技术的缺点，本发明的目的是克服这些缺陷并提供一种方法和一种仪器，使其能在较低的能耗条件下对液体进行灭菌。

发明内容

上述目标的实现借助于一种对液体（具体指水）灭菌的方法。该方法包括以下步骤：至少使一部分液体汽化，并使汽化的液体暴露在电离辐射中，具体指暴露在电子中。通过蒸发作用使液体转变成蒸汽形式，然后暴露在电离辐射中（例如：电子束照射）。由于待灭菌的介质/液体转变成了蒸汽状态，电离辐射的范围较液体状态时变大了。因此该方法降低了辐射能量的需求（例如：一个电子的能量），以及灭菌所需的总能耗。液体的汽化例如可以通过一个下流式蒸发器实现。

这种方法的优点是灭菌速度快，因为待灭菌的液体不需要加热，再加上该方法使用的是电离辐射灭菌，例如：由电子发射器产生的电子，所以这种方法能在较低的能耗条件下实现灭菌。

根据本发明中这种方法的改进办法，液体蒸发的步骤可以包括一个闪蒸的过程。闪蒸为蒸发的实现提供了一个简单的方法。将液体引入一个低压空间，例如：将一个大气压下的液体引入气压低于一个大气压的空间，使至少一部分的液体由液相转变成气相。

根据改进办法，这种方法可以包括另外一个步骤，即将蒸发后的液体引入灭菌室，或者闪蒸的步骤可以包括将蒸发后的液体引入一个灭菌室的过程。因此，这个步骤提供了用于灭菌的汽化后的液体，或是将液体扩展到一个预先确定的体积，使其能在一种控制方式下灭菌。

灭菌室压力的减小可以在液体引入灭菌室之前完成。例如，灭菌室压力的减小可以通过一个泵实现，其抽出灭菌室中存在的部分空气，由此产生一个负压。若在引入液体后减小灭菌室的压力，也可以，例如，通过突然的体积扩大来实现，例如，拔出一个可移动的柱塞或活塞。通过减小灭菌室压力在液体引入过程中灭菌过程可以持续进行。

根据改进办法，灭菌室的压力可以低于大气压，最好在20mbar至80mbar范围内，而液体在一个大气压下被引入灭菌室。因此，在进入灭菌室时，大部分水会以体积扩大的形式汽化。低压的因素，以及水从液相转变成气相的因素，使得发射电子的范围比在大气压条件下更大。此外，产生的臭氧也比在大气压条件下少。

根据改进办法，这种方法可以包括另外一个步骤，即：液化经过电离辐射后的水蒸汽，具体是通过增加灭菌室的压力来实现。因此，灭菌室的压力重新恢复到正常大气压，水蒸汽凝结成液态水。

根据该方法的改进办法，液体可以在闪蒸前加热，具体是加至20℃-60℃。轻微加热可以减小灭菌室内闪蒸所需要的压力差，也就是说，灭菌室内所需的压力可以提高。

根据备选的改进方法，灭菌室内的压力可以与大气压相同，液体则在一个高于大气压的气压下引入。在这种情况下，闪蒸也发生。然而，灭菌室内的大气压以及与之相应的空气密度会影响电离辐射的范围。

另一个根据本发明方法的改进方法及进一步的改进为附加的通过向灭菌室内注入无菌空气的步骤可以被实施，从而排出臭氧，确切的说是在电离辐射之后。因此，由电子和空气分子碰撞所产生的臭氧可以被重新排出。

该方法可以间断地重复各个步骤，也可以连续地进行。

上述目标的进一步实现需要用到一种对液体（具体指水）灭菌的仪器，它包括一个用于接收液体闪蒸部分的灭菌室，以及一个使液体闪蒸部分暴露在辐射中的电离辐射源（确切的说是电子辐射源）。与背景技术中提到的一种对液体灭菌的仪器相比，这种仪器的优点已经在本发明的方法中一同提出，因此不再重复。

根据改进办法，本发明中的这种仪器可以包含使灭菌室内压力减小的设备，具体指一个液体环式泵。因此提供了一个减小压力的有效设备。

另一项改进是，这种仪器可以包含一个用于容纳未灭菌液体的第一容器，以及一个用于输送未灭菌液体至灭菌室的泵。因此提供了一个未灭菌液体的接收箱。

这种仪器的另一项改进是，它可以包含一个用于容纳灭菌液体的第二容器，以及一个将灭菌液体从灭菌室输送至第二容器的泵。因此提供了一个灭菌液体的接收箱，从接收箱中可以取回灭菌后的液体进行后续处理。

这种仪器的还有一项改进是，它提供了加热未灭菌液体的方法，使未灭菌的液体得到加热，例如：加热至20℃-60℃，以便闪蒸的过程能够更有效地进行。

本发明的其它特征、示范实施例以及优点将在下面借助附图详细讲解。需要注意的是，本发明的范围不局限于实施例。还需要注意的是，下面描述的部分或全部特征还可以通过不同的方式相互结合。

附图说明

图1表示本发明中仪器的第一个实施例

图2表示本发明中仪器的第二个实施例

具体实施方式

图1显示了本发明中对液体（这里指水）灭菌的仪器的第一个实施例。本实施例中的仪器适用于在一个低压空间里通过液体的扩张使液体汽化，例如：通过闪蒸的方法。

仪器100包含用于接收闪蒸的那一部分水的灭菌室110，以及用于将水的闪蒸部分暴露在辐射中的电离辐射源120（这里为电子121）。在这种情况下，水在大气压下通过进水口115被引入灭菌室110中。灭菌室110中主要是负压，因此水通过扩张而汽化。如果水是在一个大气压下及一个特定温度（如30℃）下引入灭菌室，那么灭菌室中大约需要40mbar的压力，才能使水的闪蒸尽量完全。灭菌室中水的温度和所需压力的关系由本领域技术人员通过其熟知的气压图来确定。

电子束121杀死存在于水中的微生物。由于灭菌室内压力的减小及空气密度相应的减小，这些电子具有足够大的自由之径。所需的电子能量在10keV-100keV范围内（与电子需要的加速电压相对应）。

图2显示的是本发明中仪器的第二个实施例，在这个实施例中，除了灭菌室210之外，还提供了容纳未灭菌水的第一容器270或容纳灭菌水的第二容器280。未灭菌的水由泵271通过进水口215从第一容器270输送到灭菌室中，灭菌室中主要的气压大约为0.1bar。这个气压或者负压是由泵230产生。此外，灭菌室210中还设有电子束发生器220。经过灭菌和凝结的水由泵281通过出水口216输送至第二个容器280。在灭菌后的水蒸汽凝结时，灭菌室内的压力又升至大气压；当无菌水输出时，灭菌室内的压力再次减小，接着进入下一次循环。

本发明中涉及的方法和仪器适用于输入少量热能并使用电子发射器对工艺用水的灭菌。待灭菌的水经过加热（例如：加热至40℃），从环境压力到大约40mbar的相对负压中进行体积扩张。压力变化的结果导致水的蒸发，其中负压的产生可以通过液体环式泵在节能模式下实现。这个过程没有涉及化学物质，是一个纯物理性质的过程。当辐射完成后，灭菌后的水蒸汽重新回到一个正常压力，然后立即进行水蒸汽凝结。由于灭菌室内氧气的缺乏，灭菌后可能产生低浓度的臭氧，可以通过注入无菌空气将臭氧排出。此外，可以回收水蒸汽凝结所释放的热，用作蒸发焓。

经过处理后温度达到20℃-60℃的水被注入到图2右边所示的容器中。高一些的温度也可以。水通过泵输送至负压室内进行处理。温度致使主要的压力在20mbar-800mbar范围内，在水进入灭菌室后便以一个闪蒸的形式产生最大程度的汽化。同时或者紧接着，水蒸汽暴露在由电子发射器产生的辐射中。低压的因素，以及水从液相转变成气相的因素，使得发射电子的作用范围比在大气压条件下以及水为液态时更大。此外，产生的臭氧也比在大气压条件下少。另外，产生的臭氧也最少。

作为备选方案，还可以使水从一个正压状态下进入大气压下进行体积扩张。为此，水必须过度加热。与前面所述的实施例相比，这种方法的一个缺点是较高的大气压会缩小电子束的作用范围。

本发明中这种方法的一个优点是速度快，因为操作过程中不需要加热，并且该方法使用的电子发射器可能只需要较低的能耗。这种方法可以在多个阶段进行，间断的或连续的都行。

此外，含有微生物的带电荷的水可以通过检测气态和液态中分别含有的微生物量，从而达到检测灭菌程度的目的。

Claims (15)

1.对液体灭菌的方法，具体指水，包括以下步骤：至少使一部分液体汽化；然后将汽化的液体暴露在电离辐射中，具体指电子辐射。

2.根据权利要求1中所述的方法，所述汽化的步骤包括闪蒸过程。

3.根据权利要求1中所述的方法，包括另一步骤：将汽化的液体引入一个灭菌室中；或者根据权利要求2，其中闪蒸的步骤包括将液体引入到一个灭菌室的过程。

4.根据权利要求3中所述的方法，还包括如下步骤：减小灭菌室内的压力，其中压力的减小在引入液体之前和/或引入液体时和/或引入液体后。

5.根据权利要求4中所述的方法，其中灭菌室内的压力低于大气压，最好在20mbar-800mbar范围内，并且液体在大气压下引入灭菌室。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，还包括如下步骤：凝结经过辐射的水蒸汽，具体通过提高灭菌室内的压力。

7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，还包括如下步骤：在汽化之前加热液体，确切的说是将温度加热至20℃-60℃。

8.根据权利要求3中所述的方法，其中灭菌室内的压力与大气压一致，并且液体在一个高于大气压的压力下引入灭菌室。

9.根据权利要求3中所述的方法，或者根据权利要求3结合权利要求4-8中任一所述的方法，还包括如下步骤：向灭菌室内注入无菌空气，从而排出臭氧。

10.根据权利要求1-9中任一所述的方法，其中的方法可以间断地重复各个步骤，也可以连续地进行。

11.对一种液体进行灭菌的仪器，该液体具体指水，包括：用于接收液体汽化的，尤其是闪蒸的部分的灭菌室；以及一个电离辐射源，具体指电子辐射源，用于使液体汽化的，尤其是闪蒸的部分暴露在辐射中。

12.根据权利要求11中所述的仪器，该仪器还包括：使灭菌室内的压力减小的设备，具体指一个液体环式泵。

13.根据权利要求11或12所述的仪器，该仪器还包括：用于容纳未灭菌液体的第一容器；以及将未灭菌液体输送至灭菌室的泵。

14.根据权利要求11-13中任一所述的仪器，该仪器还包括：用于容纳灭菌液体的第二容器；以及将灭菌液体从灭菌室输送至第二容器的泵。

15.根据权利要求11-14中任一所述的仪器，该仪器还包括：对未灭菌液体进行加热的设备。

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