CN109527328A - 一种用于酱油的灭菌装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于食品灭菌技术领域，具体涉及一种用于酱油的灭菌装置、系统及方法。上述灭菌装置包括：灭菌室和高压脉冲电源。灭菌室包括：第一组件、第二组件，以及绝缘固定架。高压脉冲电源包括：连接导电杆的电压输出端，电压输出端输出的电压波形为脉冲前沿为50‑200ns，脉冲宽度为1‑5μs的脉冲波形。本发明能够在不改变酱油中蛋白质特性的前提下，有效杀灭其中微生物，从而实现延长酱油保质期，并长期保持其口感、风味不变的目的。

Description

一种用于酱油的灭菌装置、系统及方法

技术领域

本发明属于食品灭菌技术领域，具体涉及一种高电导率的酱油的灭菌装置、一种高电导率的酱油的灭菌系统，以及一种高电导率的酱油的灭菌方法。

背景技术

酱油是一种通过益生菌发酵而获得的常用调味品。在完成酱油的酿造过程后，需要通过去除其中的微生物，以达到稳定酱油口感、风味，并延长酱油保质期的效果，具有重大的经济效益。

通过有效的酱油灭菌技术，更可以降低酱油中有害细菌的存活数量，从而进一步避免活菌摄入而引起的人体（通常是肠道）感染，或细菌毒素中毒的风险，具有重大的社会效益。

现有的酱油杀菌方法包括：加热处理法、超高压杀菌法、微波杀菌法、紫外线杀菌法、超声波杀菌法等。

加热处理法，容易导致蛋白质变性，从而破坏酱油中的热敏性物质。超高压杀菌法，需要在100-1000MPa的超高压环境下进行，灭菌能耗过大，且对灭菌设备的机械强度要求很高，不利于工业化的应用。微波杀菌法，容易导致蛋白质变性，破坏酱油中的营养成分。紫外线杀菌法，受限于紫外线的穿透能力弱，无法有效地在深褐色的酱油中灭菌。超声波杀菌法，灭菌率较低，无法充分地杀灭酱油中的微生物，容易导致酱油的保质期缩短，且风味随时间而发生变化的问题。

因此，本领域亟需一种能够在不改变酱油中蛋白质特性的前提下，有效杀灭其中微生物的技术，从而实现延长酱油保质期，并长期保持其口感、风味不变的目的。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了解决现有技术存在的上述问题，在不改变酱油中蛋白质特性的前提下，有效杀灭其中微生物，从而实现延长酱油保质期，并长期保持其口感、风味不变的目的，本发明提供了一种用于酱油的灭菌装置、一种用于酱油的灭菌系统，以及一种用于酱油的灭菌方法。

本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置，包括：灭菌室和高压脉冲电源，

上述灭菌室，包括：第一组件、第二组件，以及绝缘固定架，

上述第一组件，包括：若干导电的筒状过流管道；

上述第二组件，包括：设于上述第二组件外壁的进/出样口；以及数量对应于上述过流管道的若干柱状导电杆，上述导电杆与对应的上述过流管道构成同轴结构；

上述绝缘固定架，与上述第二组件密闭连接以构成进/出样腔，上述进/出样口位于上述进/出样腔的外壁上，

上述绝缘固定架，还包括：数量对应于上述过流管道的若干过流通孔， 上述过流通孔的直径对应于上述过流管道，

上述绝缘固定架，通过上述过流通孔与上述过流管道密闭连接，以连通上述过流管道与上述进/出样腔；

上述高压脉冲电源，包括：电压输出端，上述电压输出端连接上述过流管道，或上述导电杆，

上述电压输出端输出的电压波形为脉冲波形，上述脉冲波形的脉冲前沿为50-200ns，从而利用酱油的电容性负载效应，在其上产生强电场，以实现高效灭菌的效果；上述脉冲波形的脉冲宽度为1-5μs，从而降低消耗在酱油中的热损耗，以实现非热灭菌的效果。

优选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述灭菌室还可以包括：绝缘外壳，上述绝缘外壳的下端连接上述第一组件，上述绝缘外壳的上端连接上述第二组件，从而加强上述第一组件和上述第二组件之间的连接强度和绝缘性；

上述第一组件和上述第二组件为导电材料制成，从而为上述过流管道和导电杆提供引线接点，上述第一组件接地，上述第二组件连接上述电压输出端；

上述第一组件还包括：连通上述过流管道的进样腔，上述进样腔的外壁上设有进样口；

上述第二组件的上述进/出样腔为出样腔，上述进/出样口为出样口。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述导电杆与对应的过流管道内壁的间距可以为2-4cm；相应地，上述电压输出端输出的电压峰值可以为10-100kV，从而在酱油上形成范围在5-50kv/cm的电场强度。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述柱状导电杆的表面可以为光滑曲面结构，上述光滑曲面结构可以包括多个突起部和多个凹陷部，上述突起部和上述凹陷部都为光滑曲面，

在上述突起部处的上述导电杆与对应的过流管道内壁的间距，小于在上述凹陷部处的上述导电杆与对应的过流管道内壁的间距。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述导电杆在远离上述第二组件的一端可以短于上述过流管道，上述导电杆在远离上述第二组件的一端的末端可以为向内收敛的光滑曲面；上述过流管道在靠近上述第二组件的一端的末端可以为向外收敛的光滑曲面。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述导电杆可以为可拆卸结构，上述导电杆可以包括多组不同粗细的若干替换导电杆，

上述第二组件，可拆卸地设有任一组相同粗细的上述若干替换导电杆。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述高压脉冲电源还可以包括：

电压叠加模块，包括：多个升压电容，每个上述升压电容分别连接一个充电开关、一个放电开关，以及一个定向设置的二极管，

上述充电开关和上述放电开关可以为绝缘栅双极型晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，

响应于充电信号，上述多个升压电容的充电开关同步导通，而放电开关同步关断，上述多个升压电容通过上述二极管构成并联结构；

响应于放电信号，上述多个升压电容的充电开关同步关断，而放电开关同步关断，上述多个升压电容构成串联结构；

能量压缩模块，可以包括：并联于上述电压叠加模块的储能电容或锐化电容，以及串联于上述电压叠加模块的磁开关，

上述高压脉冲电源以上述磁开关的输出端为电压输出端。

优选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述高压脉冲电源还可以包括：驱动模块，上述驱动模块分别连接每个上述充电开关的驱动端，以及每个上述放电开关的驱动端，

上述驱动模块，可以响应于脉冲波形参数，输出相应的驱动信号，上述驱动信号可以包括：上述充电信号和上述放电信号。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于酱油的灭菌系统。

本发明提供的上述用于酱油的灭菌系统，包括：上述任意一种用于酱油的灭菌装置、原料罐、水泵、管道，以及收集罐，

上述原料罐，用于存放未经灭菌的酱油，上述原料罐可以通过上述管道和上述水泵，连通上述灭菌装置的进样口；

上述水泵，用于驱动酱油在上述管道中流动；

上述收集罐，用于存放经过灭菌的酱油，上述收集罐可以通过上述管道连通上述灭菌装置的出样口。

优选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌系统中，还可以包括：控制器、温度传感器，以及细菌检测装置，

上述温度传感器，通讯连接上述控制器，用于感测上述灭菌装置出样口的酱油温度；

上述细菌检测装置，通讯连接上述控制器，用于检测上述灭菌装置出样口的酱油中的细菌数量；

上述水泵，通讯连接上述控制器，还用于检测酱油的流量；

上述控制器，通讯连接上述高压脉冲电源的驱动模块，响应于接收到的上述酱油的流量、上述酱油温度，以及上述酱油中的细菌数量，输出控制上述水泵流量的控制信号，以及相应的脉冲波形参数。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于酱油的灭菌方法。

本发明提供的上述用于酱油的灭菌方法，包括步骤：

对灭菌装置进行消毒处理；

将带菌酱油通入灭菌装置的过流管道；以及

以脉冲前沿为50-200ns，脉充宽度为1-5μs的脉冲电场，对上述带菌酱油进行灭菌处理。

优选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌方法中，上述对灭菌装置进行消毒处理，还可以进一步包括：

使75%的乙醇溶液通过上述灭菌装置的灭菌室和酱油管道，再使无菌蒸馏水通过上述灭菌室和上述酱油管道；和/或

将上述灭菌室和上述酱油管道，在0.1-0.2MPa的高压环境下加热到121-134℃，并持续处理20-40分钟。

可选地，在本发明提供的上述用于酱油的灭菌方法中，还可以包括：

测量管道中的酱油流量、上述灭菌装置出样口的酱油温度，和/或上述灭菌装置出样口的酱油中的细菌数量；

响应于上述酱油温度高于标准温度，增大上述酱油流量，或减小脉冲电场的脉冲占空比；

响应于上述灭菌装置出样口的酱油中的细菌数量高于标准数量，减小上述酱油流量，或增大脉冲电场的脉冲占空比。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为本发明一实施例提供的灭菌室的结构示意图。

图2为本发明一实施例提供的灭菌室的立体剖面结构示意图。

图3为本发明一实施例提供的导电杆的结构示意图。

图4为本发明一实施例提供的过流管道末端的剖面示意图。

图5为本发明一实施例提供的高压脉冲电源的电路示意图。

图6为本发明一实施例提供的灭菌系统的连接示意图。

图7A为本发明一实施例提供的灭菌前酱油原样的细菌分布示意图。

图7B为本发明一实施例提供的灭菌后酱油试样的细菌分布示意图。

图8A为本发明一实施例提供的枯草芽苞杆菌的死亡率-电压的曲线图。

图8B为本发明一实施例提供的乳酸菌的死亡率-电压的曲线图。

图9A为本发明一实施例提供的枯草芽苞杆菌的死亡率-流量的曲线图。

图9B为本发明一实施例提供的乳酸菌的死亡率-流量的曲线图。

附图标记：

10 灭菌室；

11 第一组件；

111 过流管道；

1111 过流管道的末端；

112 进样腔；

113 进样口；

12 第二组件；

121 导电杆；

1211 突起部；

1212 凹陷部；

1213 导电杆的末端；

122 出样腔；

123 出样口；

13 绝缘固定架；

131 过流通孔；

14 绝缘外壳；

15 螺钉；

20 高压脉冲电源；

21 电压叠加模块；

211 升压电容；

212 充电开关；

213 放电开关；

214 二极管；

22 能量压缩模块；

221 锐化电容；

222 磁开关；

23 电压输出端；

DS 驱动信号；

30 原料罐；

40 水泵；

50 收集罐；

60 控制器；

70 温度传感器；

80 细菌检测装置。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本发明的限制。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

为了解决现有技术存在的上述问题，在不改变酱油中蛋白质特性的前提下，有效杀灭其中微生物，从而实现延长酱油保质期，并长期保持其口感、风味不变的目的，本发明提供了一种用于酱油的灭菌装置的实施例、一种用于酱油的灭菌系统的实施例，以及一种用于酱油的灭菌方法的实施例。

本实施例提供的上述用于酱油的灭菌装置，可以包括：灭菌室10和高压脉冲电源20。

如图1所示，在本实施例提供的上述用于酱油的灭菌装置中，上述灭菌室10可以包括：第一组件11、第二组件12、绝缘固定架13，以及绝缘外壳14。

上述第一组件11可以包括：多条导电的筒状过流管道111，以及连通上述过流管道111的进样腔112，上述进样腔112的外壁上设有进样口113。上述导电的筒状过流管道111可以由不锈钢、铜等导电金属材料，或石墨等导电非金属材料制成。

本领域的技术人员可以理解，采用上述多条导电的筒状过流管道111，只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于提高上述过流管道111的通流能力，从而提升上述灭菌装置的灭菌效率。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以只采用一条导电的筒状过流管道111来实现小量的灭菌处理。

相应地，设置上述进样腔112，也只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于均匀地为上述多条过流管道111供应待灭菌处理的酱油，从而提升灭菌效果的一致性；并防止局部打火，以提升上述高压脉冲电源20安全工作的稳定性。采用导电材料制成的上述进样腔112，还可以为上述多条导电的筒状过流管道111提供一个统一的电路接点，以便于连接上述高压脉冲电源20,或接地。

如图1所示，上述第二组件12可以包括：设于上述第二组件12外壁的出样口123，以及数量对应于上述过流管道111的多根柱状导电杆121。上述柱状导电杆121可以由不锈钢、铜等导电金属材料，或石墨等导电非金属材料制成。上述导电杆121可以与对应的上述过流管道111构成如图1所示的同轴结构。

在上述同轴结构中，上述导电杆121与对应的过流管道111内壁的间距可以为2-4cm。相应地，上述高压脉冲电源20的电压输出端24输出的电压峰值可以在10-100kV的范围内，从而在酱油上形成范围在5-50kv/cm的电场强度。

上述导电杆121可以通过螺纹等方式，可拆卸地固定于上述第二组件12。上述导电杆121可以有多组不同粗细的替换导电杆。当上述第二组件12安装最粗的一组替换导电杆121时，上述内壁的间距为2cm。当安装最细的一组替换导电杆121时，上述内壁的间距为4cm。因此，上述内壁的间距可以通过拆卸和替换不同粗细的上述导电杆121来实现。

本领域的技术人员可以理解，采用上述多根柱状导电杆121只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于相应于上述采用多条过流管道111的方案，使上述导电杆121与上述过流管道111一一对应地构成如图1所示的同轴关系，从而在每条上述过流管道111中进行灭菌处理。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以仅采用一根柱状导电杆121，从而在一条上述过流管道111中进行灭菌处理。

本领域的技术人员还可以理解，采用上述2-4cm的内壁间距，只是本实施例在兼顾了上述高压脉冲电源20的具体参数后提供的一种优选方案，其主要目的在于在上述高压脉冲电源20的输出脉冲许可的前提下，尽可能地提高上述过流管道111的通流能力，从而提升上述灭菌装置的灭菌效率，使其能够真正地应对实际的工业化应用。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用一个更小的内壁间距来实现小量的灭菌处理；或在电源参数许可的前提下，适当地扩大上述内壁间距来进一步提升灭菌处理的效率。

相应地，上述可拆卸替换的导电杆121结构，也只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于为本实施例的上述灭菌装置提供不同的内壁间距，以扩大上述灭菌装置的适用范围。

如图1所示，上述绝缘固定架13可以与上述第二组件12密闭连接，以构成出样腔122。上述出样口123位于上述出样腔122的外壁上。

如图2所示，上述绝缘固定架13还可以包括：数量对应于上述过流管道111的多个过流通孔131，上述过流通孔131的直径对应于上述过流管道111。上述绝缘固定架13可以通过上述过流通孔131与上述过流管道111密闭连接，以连通上述过流管道111与上述出样腔122。

为了进一步加强上述过流管道111内壁与上述导电杆121之间的电场强度，上述导电杆121还可以设置成如图3所示的光滑曲面结构。上述光滑曲面结构可以包括多个突起部1211和多个凹陷部1212，上述突起部1211和上述凹陷部1212都为光滑曲面。

在上述突起部1211的位置，上述导电杆121与对应的过流管道111内壁的间距，小于在上述凹陷部1212位置的上述导电杆121与对应的过流管道111内壁的间距。

具有如图3所示的光滑曲面结构的上述导电杆121，一方面可以在上述突起部1211处，增强施加在酱油上的电场强度；另一方面又可以阻碍酱油在上述过流管道111和上述导电杆121之间的流动，以减小酱油流速，从而延长酱油在上述灭菌室10中的停留时间。

相应地，如图1和图2所示，为了进一步防止上述过流管道111和上述导电杆121末端，在上述强电场中引发局部打火的隐患，上述导电杆121在远离上述第二组件12的一端可以短于上述过流管道111。

如图3所示，上述导电杆121在远离上述第二组件的一端的末端1213可以进一步地设置为向内收敛的光滑曲面。

如图4所示，上述过流管道111在靠近上述第二组件12的一端的末端1111可以进一步地设置为向外收敛的光滑曲面。

这种光滑的曲面结构，有助于避免容易在电极边缘产生的电场畸变现象，从而有效地避免了击穿打火的现象，进一步提升了上述灭菌装置的可靠性。

本领域的技术人员可以理解，对上述过流管道111和上述导电杆121具体结构的改进，只是本实施例提供的一种优选方案。在其他实施例中，本领域的技术人员即使不采用上述具有光滑曲面结构的导电杆121、光滑向内收敛的导电杆末端1213，以及光滑向外收敛的过流管道末端1111的结构，也能实现采用上述灭菌装置为酱油灭菌的基本目的。

如图1所示，上述绝缘外壳14的下端通过螺钉15连接上述第一组件11，上述绝缘外壳的上端通过螺钉15连接上述第二组件12，从而起到加强上述第一组件11和上述第二组件12之间的连接强度，并提升上述灭菌室10的绝缘性的效果。

本领域的技术人员可以理解，采用上述绝缘外壳14只是本实施例提供的一种优选方案。在其他实施例中，本领域的技术人员即使采用不具有绝缘外壳14的上述灭菌室，也能实现为酱油灭菌的基本目的。

本领域的技术人员还可以理解，将上述进样口113设于上述灭菌室10的下方，而将上述出样口123设于上述灭菌室10的上方，只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于引导酱油从上述灭菌室10的下方流入，由下至上地通过上述过流管道111后，再从上述灭菌室10的上方流出。在重力的作用下，这种由下至上的过流方向，能够有效地提升上述过流管道111中酱油流动的均匀性，并能有效地防止上述过流管道111中产生的气泡所引发的局部打火隐患。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以在排除气泡隐患的前提下，采用由上至下或横向的过流方向来进行酱油的灭菌处理。

如图5所示，上述高压脉冲电源20可以包括：电压叠加模块21、能量压缩模块22、驱动模块（未绘示），以及电压输出端23。

上述电压叠加模块21可以包括：多个升压电容211。每个上述升压电容211分别连接一个充电开关212、一个放电开关213，以及一个定向设置的二极管214。上述充电开关212和上述放电开关213可以为绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）或金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET）。

响应于驱动端接收到充电信号，与上述多个升压电容211相连的上述充电开关212同步导通，而上述放电开关213同步关断，上述多个升压电容211通过上述二极管214构成并联结构。

响应于驱动端接收到放电信号，与上述多个升压电容211相连的上述充电开关212同步关断，而上述放电开关213同步关断，上述多个升压电容211构成串联结构。

上述能量压缩模块22可以包括：并联于上述电压叠加模块21的锐化电容221，以及串联于上述电压叠加模块21的磁开关222。

上述锐化电容221的电容量远小于上述各升压电容211串联之后的等效电容量，因此只能存储上述各升压电容211中的部分能量。

当充电进行到某一时刻，与上述锐化电容221连接的上述磁开关222的可饱和电抗器由不饱状态和变为饱和状态，从而完成上述磁开关22从断开到接通的转变。上述锐化电容221可以通过已经接通的上述磁开关222对上述灭菌室10供电。

由于上述锐化电容221只能存储上述各升压电容211中的部分能量，无法完整地供应整个脉冲所需要的能量，需要和上述各升压电容211一起对上述灭菌室10供电。因此，在上述高压脉冲电源20中，上述脉冲波形的脉冲前沿由上述能量压缩模块22决定，而上述脉冲波形的脉冲宽度由上述电压叠加模块21决定。

由于上述磁开关222的开通速度，比相同电压等级下串联使用的半导体开关快很多，通过采用上述磁开关222可以有效地缩短上述电压叠加模块21输出电压的脉冲前沿，从而产生100ns以内的脉冲前沿。另外，上述磁开关22具有较高的通流能力和电压承受能力，因此也能进一步地提升上述高压脉冲电源20的电压、电流的输出能力。

本领域的技术人员可以理解，采用上述电容量远小于上述各升压电容211串联之后的等效电容量的锐化电容221，只是本实施例的一种优选方案，用于进一步加快脉冲前沿。

在不违背本发明构思的前提下，在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用电容量接近于上述各升压电容211串联之后的等效电容量的储能电容，以产生相应的脉冲波形。

上述储能电容的电容量可以等于上述各升压电容211串联之后的等效电容量，因此能够存储上述各升压电容211中的全部能量。

当充电进行到某一时刻，与上述储能电容连接的上述磁开关222的可饱和电抗器由不饱状态和变为饱和状态，从而完成上述磁开关22从断开到接通的转变。上述储能电容通过已经接通的上述磁开关222对上述灭菌室10供电。

由于上述储能电容221可以释放掉存储的全部能量，以完整地供应整个脉冲所需要的能量。因此，在该实施例提供的上述高压脉冲电源20中，上述脉冲波形的脉冲宽度可以由上述能量压缩模块22和上述灭菌室10的负载特性共同决定。

由于上述磁开关222的开通速度，比相同电压等级下串联使用的半导体开关快很多，在上述采用储能电容的实施例中，同样也可以通过采用上述磁开关222来有效地缩短上述电压叠加模块21输出电压的脉冲前沿，从而产生100ns以内的脉冲脉冲前沿。

如图5所示，上述驱动模块（未绘示）可以分别连接每个上述充电开关212的驱动端，以及每个上述放电开关213的驱动端。上述驱动模块可以响应于脉冲波形参数，输出相应的驱动信号DS。上述驱动信号DS可以包括：由一个低压脉冲上升沿构成的上述充电信号，以及由一个低压脉冲下降沿构成的上述放电信号。

上述高压脉冲电源20以上述磁开关222的输出端为电压输出端23。上述电压输出端23可以连接上述导电杆121，以输出脉冲波形。上述脉冲波形的脉冲前沿为50-200ns，从而利用酱油的电容性负载效应，在其上产生强电场，以实现高效灭菌的效果。上述脉冲波形的脉冲宽度为1-5μs，从而降低消耗在酱油中的热损耗，以实现非热灭菌的效果。

上述50-200ns还具体包括100ns和150ns。上述1-5μs还具体包括2μs、3μs，以及4μs。

本领域的技术人员可以理解，如图5所示的高压脉冲电源20的电路结构，只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于产生上述脉冲前沿为50-200ns、脉冲宽度为1-5μs，以及电压峰值可以为10-100kV的脉冲输出波形。

由于酱油是一种富含盐分的高电导率溶液，上述过流管道111中酱油的等效电阻非常低。在一般情况下，即使向上述灭菌室10施加千伏量级以上的电压，其中大部分的分电压也会反向地耦合回高压电源，上述酱油分配到的实际分电压往往不超过百伏量级，根本无法实现在酱油中灭菌的作用。

因此，必须采用脉冲前沿在200ns以下的快脉冲强电场，对上述过流管道111中酱油进行处理，才能激发酱油的电容性负载特性，从而在上述过流管道111中酱油上产生5kV/cm以上的强脉冲电场，以实现在酱油中灭菌的目的。

此外，由于更多的能量被应用到酱油灭菌中，酱油的发热情况明显减弱，从而有效避地免了酱油中的蛋白质及热敏性物质的变异，并有效地降低了上述灭菌装置的能耗。

而本实施例提供的上述2-4cm的内壁间距的优选方案，更是仅能在本发明限定的上述脉冲波形的脉冲前沿为50-200ns的条件下实现，从而将利用强电场对酱油灭菌的方法，从理论探究投入到实际的工业应用中去。

在不违背本发明构思的前提下，在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他高电压脉冲电源的电路结构，以实现为酱油灭菌的目的。

本领域的技术人员还可以理解，将上述筒状的过流管道111接地，而将上述导电杆121连接上述电压输出端23，只是本实施例的一种优选方案，其主要目的在于利用上述接地的过流管道111，为上述连接高压的导电杆121提供电磁屏蔽，以防止电磁辐射，并防止高电压伤人。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以将上述导电杆121接地，而将上述过流管道111连接上述电压输出端23，以实现相同的为酱油灭菌的效果。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种用于酱油的灭菌系统的实施例。

如图6所示，本实施例提供的上述用于酱油的灭菌系统，可以包括：上述任意一种用于酱油的灭菌装置、原料罐30、水泵40、管道、收集罐50、控制器60、温度传感器70，以及细菌检测装置80。

上述原料罐30，用于存放未经灭菌的酱油。上述原料罐30可以通过上述管道和上述水泵40，连通上述灭菌装置的进样口113。

上述水泵40，用于驱动酱油在上述管道中流动。上述水泵40通讯连接上述控制器60，还用以检测酱油的流量。

上述收集罐50，用于存放经过灭菌的酱油。上述收集罐可以通过上述管道连通上述灭菌装置的出样口123。

上述温度传感器70，通讯连接上述控制器60，用于感测上述灭菌装置出样口123的酱油温度。

上述细菌检测装置80，通讯连接上述控制器60，用于检测上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量。

上述控制器60，通讯连接上述高压脉冲电源20的驱动模块。响应于接收到的上述酱油的流量、上述酱油温度，以及上述酱油中的细菌数量，上述控制器60输出控制上述水泵40流量的控制信号，以及相应的脉冲波形参数。

本领域的技术人员可以理解，将上述控制器60通讯连接上述水泵40、上述温度传感器70，以及细菌检测装置80，只是本实施例的一种优选方案，主要用于根据上述酱油温度和上述酱油中的细菌数量，在线闭环控制上述水泵40的功率，以及上述高压脉冲电源输出的脉冲波形。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以仅采用上述任意一种用于酱油的灭菌装置、上述原料罐30、上述水泵40、上述管道，以及上述收集罐50，以实现基本的酱油灭菌的目的。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种用于酱油的灭菌方法的实施例。

如图7所示，本实施例提供的上述用于酱油的灭菌方法，可以在上述实施例提供的灭菌装置或灭菌系统中进行，具体可以包括步骤：

701：对灭菌装置进行消毒处理；

702：将带菌酱油通入灭菌装置的上述过流管道111；以及

703：以脉冲前沿为50-200ns，脉充宽度为1-5μs的脉冲电场，对上述带菌酱油进行灭菌处理。

在上述灭菌处理的过程中，微生物细胞膜两侧的离子呈不均衡分布。细胞膜内的钾离子高于膜外，而细胞膜内的钠离子和氯离子低于膜内，即细胞内呈现高钾、低钠、低氯的环境。

在安静状态下，细胞膜对钾离子通透性很大，对钠离子通透性很小，对氯离子几乎没有通透性。因此，钾离子的外流容易导致静息电位的形成，从而产生一个大约为10mV的跨膜电压（Transmembrane Potential, TMP）。上述跨膜电压的大小，与细胞的尺寸和外加电场强度有关。

当向上述微生物细胞施加一个额外电压时，细胞膜内外表面附加的自由电荷的积累，会使跨膜电压增加。这种电荷的相反互相吸引会产生静电力，挤压细胞膜，以减小细胞膜的厚度。

而另一方面，细胞膜的弹力又会阻碍静电力对细胞膜的挤压。随着外加电场增加，当上述跨膜电压接近于1V时，静电力就会超过膜特有的弹力，从而导致细胞膜的破损，细胞膜出现微孔，即发生电穿孔（Electroporation）现象。上述电穿孔现象，即是导致酱油中细菌死亡的主要原因。

上述步骤701对灭菌装置进行消毒处理，可以具体为通过以下步骤进行：

使75%的乙醇溶液通过上述灭菌装置的灭菌室10和酱油管道，并重复两次；以及使无菌蒸馏水通过上述灭菌室10和上述酱油管道并重复五次；以及

将上述灭菌室10和上述酱油管道，在0.1-0.2MPa的高压环境下加热到121-134℃，并持续处理20-40分钟。

本领域的技术人员可以理解，重复向上述灭菌室10通入上述75%的乙醇溶液和上述无菌蒸馏水，只是本实施例的一种优选方案，主要用于进一步地对上述灭菌装置和酱油管道进行消毒。

相应地，将上述灭菌室10和上述酱油管道，在0.1-0.2MPa的高压环境下加热到121-134℃，并持续处理20-40分钟，也只是本实施例提供的另一种进一步消毒优选方案，通过将两种消毒方法叠加使用，可以进一步确保不会向经过灭菌处理的酱油引入其他细菌。

在不违背本发明构思的前提下，在其他实施例中，本领域的技术人员也可以仅采用通入上述75%的乙醇溶液和上述无菌蒸馏水的方案，或仅采用在0.1-0.2MPa的高压环境下加热到121-134℃，并持续处理20-40分钟的方案，对上述灭菌装置，以及其前后端的酱油管道进行消毒。

为了进一步提升本实施例提供的上述灭菌方法的灭菌效果，并更好地兼顾酱油的发热情况，上述灭菌方法还可以包括步骤：

测量管道中的酱油流量、上述灭菌装置出样口123的酱油温度，和/或上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量；

响应于上述酱油温度高于标准温度，增大上述酱油流量，或减小脉冲电场的脉冲占空比；

响应于上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量高于标准数量，减小上述酱油流量，或增大脉冲电场的脉冲占空比。

上述脉冲电场的脉冲占空比可以通过调节上述高压脉冲电源20的脉冲频率和脉冲宽度来实现。

测量上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量的具体步骤可以如下：

取待计数的酱油样品25ml和无菌蒸馏水225ml，并进行均质处理；

按10倍系列等梯度稀释，并选择2-3个适宜稀释度的样品匀液；

各取1mL上述样品匀液，分别加入无菌培养皿内；

向每培养皿内加入12ml-20ml相应的培养基，并在30℃的条件下，培养1-2天；

选取菌落数在10CFU~150CFU的平板，并根据菌落的形态进行计数。

本领域的技术人员可以理解，测量管道中的酱油流量，只是本实施例的一种优选方案，其主要目的在于对酱油的流量形成更精确的闭环控制。测量上述灭菌装置出样口123的酱油温度，也只是本实施例的一种优选方案，其主要目的在于抑制酱油的发热情况。测量上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量也只是本实施例提供的一种优选方案，其主要目的在于监控上述酱油灭菌方法的灭菌效果。

在不违背本发明构思的前提下，在其他实施例中，本领域的技术人员也可以仅采用其中的任意一种优选方法，以取得相应的有益效果；或不采用上述优选方案，以实现基础的为酱油灭菌的目的。

基于以上描述，本领域的技术人员可以理解，上述实施例提供的用于酱油的灭菌技术的有益效果在于：具有处理时间短、处理后酱油温升低、不会导致蛋白质变性、能够最大限度保存酱油原有风味、灭菌效率高和节能显著等优点。

为了进一步地验证本发明提供的上述用于酱油的灭菌技术的有益效果，本文还提供了以下实验记录，以证明其真实的灭菌效果。

实验记录1：

将培养好的枯草芽苞杆菌接种到500ml的酱油样品中，使样品中的枯草芽苞杆菌达到10⁷CFU/ml（CFU /ml，指示每毫升样品溶液中细菌的群落数）；

将接种好的酱油原样放置在上述原料罐30中以等待处理，并取样拍摄其细菌分布示意图（图7A）；

启动上述高压脉冲电源20，并设置电源参数：脉冲电压峰值40kV；脉冲频率1Hz；脉冲前沿100ns；脉冲宽度5μs；

打开上述水泵40，并设定流量为9ml/min；

将酱油样品连续泵入上述灭菌室10的进样口113，从而在上述过流管道111中进行灭菌处理；

将经过脉冲电场的灭菌处理后的酱油试样排入上述收集罐50中，并取样拍摄其细菌分布示意图（图7B）；

对处理后的酱油样品进行细菌计数处理，以测量上述灭菌装置出样口123的酱油试样中的细菌数量。

如图7A和图7B所示，经过本实验的上述脉冲电场的灭菌处理后，酱油原样中的枯草芽苞杆菌的死亡率达到90%，而酱油试样与酱油原样间的温升仅有1℃。

实验记录2：

将培养好的枯草芽苞杆菌接种到500ml的酱油样品中，使样品中的枯草芽苞杆菌达到10⁷CFU/ml；

将接种好的酱油原样放置在上述原料罐30中，以等待处理；

启动上述高压脉冲电源20，并设置电源参数：脉冲电压峰值40kV；脉冲频率1Hz；脉冲前沿200ns；脉冲宽度20μs；

打开上述水泵40，并设定流量为9ml/min；

将酱油样品连续泵入上述灭菌室10的进样口113，从而在上述过流管道111中进行灭菌处理（电场间隙2cm）；

将经过脉冲电场的灭菌处理后的酱油试样，排入上述收集罐50中；

对处理后的酱油样品进行细菌计数处理，以测量上述灭菌装置出样口123的酱油中的细菌数量。

实验数据表明，经过本实验的上述脉冲电场的灭菌处理后，酱油原样中的枯草芽苞杆菌的死亡率达到91%，而上述酱油试样与上述酱油原样之间的温升却高达11℃。

因此可以认为，虽然在脉冲前沿为200ns、脉冲宽度为20μs的实验条件下，本发明提供的上述灭菌方法，仍能对酱油进行高效的灭菌处理，但是却无法控制其温升，从而无法保证酱油中的蛋白质特性不被改变。

值得注意的是，由于酱油样品的含盐量过高，其等效电阻极低。在脉冲前沿大于1μs的其他实验中，脉冲电场无法引发酱油样品的电容负载效应，实际施加在酱油样品上的分电压基本不超过100V，完全没有灭菌的效果。

实验记录3：

根据上述实验记录1的步骤，进一步调整上述高压脉冲电源20的脉冲电压峰值，可以获得如图8A所示的枯草芽苞杆菌的死亡率-电压的曲线图。

实验数据表明，枯草芽苞杆菌的死亡率会随脉冲电压的升高而上升，并在脉冲电压接近100V（即电场强度接近50kV/cm）处，获得最优的灭菌效果。

实验记录4：

根据上述实验记录3的步骤，进一步将上述枯草芽苞杆菌，替换为另一种酱油中常见的乳酸菌，并调整上述高压脉冲电源20的脉冲电压峰值，可以获得如图8B所示的乳酸菌的死亡率-电压的曲线图。

实验数据表明，乳酸菌的死亡率也会随脉冲电压的升高而上升，并在脉冲电压接近100V（即电场强度接近50kV/cm）处，获得最优的灭菌效果。

实验记录5：

根据上述实验记录1的步骤，进一步调整上述水泵40的流量，可以获得如图9A所示的枯草芽苞杆菌的死亡率-流量的曲线图，以及如图9B所示的乳酸菌的死亡率-流量的曲线图。

实验数据表明，枯草芽苞杆菌和乳酸菌的死亡率，都会随水泵40流量的增大而下降。在水泵40的流量最小时，酱油样品在脉冲电场中的停留时间最长，因此可以获得最优的灭菌效果。

实验记录6：

将培养好的枯草芽苞杆菌、乳酸菌混合接种到500ml的酱油中，使样品中的枯草芽苞杆菌、乳酸菌分别达到10⁷CFU/ml；

将接种好的酱油原样放置在上述原料罐30中，以等待处理；

启动上述高压脉冲电源20，并设置电源参数：脉冲电压峰值40kV；脉冲频率1Hz；脉冲前沿100ns；脉冲宽度1μs；

打开上述水泵40，并设定流量为9ml/min；

将酱油样品连续泵入上述灭菌室10的进样口113，从而在上述过流管道111中进行灭菌处理；

将经过脉冲电场的灭菌处理后的酱油试样排入上述收集罐50中；

对处理后的酱油样品进行计数处理，以测量上述灭菌装置出样口123的酱油试样中的细菌数量。

实验数据表明，在上述酱油样品中，上述草芽苞杆菌的死亡率达到88%，而上述乳酸菌的死亡率达到95%。

通过上述实验数据可以确认，本发明提供的上述灭菌方法，不仅对上述枯草芽苞杆菌和上述乳酸菌1分别具有优异的灭菌效果，对其混合溶液也具有同样优异的灭菌效果。

此外，申请人还对酱油中其他菌种逐一地进行了实验验证，在此不再赘述。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种用于酱油的灭菌装置，包括：灭菌室和高压脉冲电源，

所述灭菌室，包括：第一组件、第二组件，以及绝缘固定架，

所述第一组件，包括：若干导电的筒状过流管道；

所述第二组件，包括：设于所述第二组件外壁的进/出样口；以及数量对应于所述过流管道的若干柱状导电杆，所述导电杆与对应的所述过流管道构成同轴结构；

所述绝缘固定架，与所述第二组件密闭连接以构成进/出样腔，所述进/出样口位于所述进/出样腔的外壁上，

所述绝缘固定架，还包括：数量对应于所述过流管道的若干过流通孔， 所述过流通孔的直径对应于所述过流管道，

所述绝缘固定架，通过所述过流通孔与所述过流管道密闭连接，以连通所述过流管道与所述进/出样腔；

所述高压脉冲电源，包括：电压输出端，所述电压输出端连接所述过流管道，或所述导电杆，

所述电压输出端输出的电压波形为脉冲波形，所述脉冲波形的脉冲前沿为50-200ns，所述脉冲波形的脉冲宽度为1-5μs。

2.如权利要求1所述的用于酱油的灭菌装置，其特征在于，所述灭菌室还包括：绝缘外壳，所述绝缘外壳的下端连接所述第一组件，所述绝缘外壳的上端连接所述第二组件；

所述第一组件和所述第二组件为导电材料制成，所述第一组件接地，所述第二组件连接所述电压输出端；

所述第一组件还包括：连通所述过流管道的进样腔，所述进样腔的外壁上设有进样口；

所述第二组件的所述进/出样腔为出样腔，所述进/出样口为出样口。

3.如权利要求1所述的用于酱油的灭菌装置，其特征在于，所述导电杆与对应的过流管道内壁的间距为2-4cm；所述电压输出端输出的电压峰值为10-100kV。

4.如权利要求1所述的用于酱油的灭菌装置，其特征在于，所述柱状导电杆的表面为光滑曲面结构，所述光滑曲面结构包括多个突起部和多个凹陷部，所述突起部和所述凹陷部都为光滑曲面，

在所述突起部处的所述导电杆与对应的过流管道内壁的间距，小于在所述凹陷部处的所述导电杆与对应的过流管道内壁的间距；

所述导电杆在远离所述第二组件的一端短于所述过流管道，所述导电杆在远离所述第二组件的一端的末端为向内收敛的光滑曲面；

所述过流管道在靠近所述第二组件的一端的末端为向外收敛的光滑曲面。

5.如权利要求1-4中任一项所述的用于酱油的灭菌装置，其特征在于，所述高压脉冲电源还包括：

电压叠加模块，包括：多个升压电容，每个所述升压电容分别连接一个充电开关、一个放电开关，以及一个定向设置的二极管，

所述充电开关和所述放电开关为绝缘栅双极型晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，

响应于充电信号，所述多个升压电容的充电开关同步导通，而放电开关同步关断，所述多个升压电容通过所述二极管构成并联结构；

响应于放电信号，所述多个升压电容的充电开关同步关断，而放电开关同步关断，所述多个升压电容构成串联结构；

能量压缩模块，包括：并联于所述电压叠加模块的储能电容或锐化电容，以及串联于所述电压叠加模块的磁开关，所述高压脉冲电源以所述磁开关的输出端为电压输出端；

驱动模块，所述驱动模块分别连接每个所述充电开关的驱动端，以及每个所述放电开关的驱动端，

响应于脉冲波形参数，所述驱动模块输出相应的驱动信号，所述驱动信号包括：所述充电信号和所述放电信号。

6.一种用于酱油的灭菌系统，包括：如权利要求1-5中任一项所述的用于酱油的灭菌装置、原料罐、水泵、管道，以及收集罐，

所述原料罐，用于存放未经灭菌的酱油，所述原料罐通过所述管道和所述水泵，连通所述灭菌装置的进样口；

所述水泵，用于驱动酱油在所述管道中流动；

所述收集罐，用于存放经过灭菌的酱油，所述收集罐通过所述管道连通所述灭菌装置的出样口。

7.如权利要求6所述的用于酱油的灭菌系统，其特征在于，还包括：控制器、温度传感器，以及细菌检测装置，

所述温度传感器，通讯连接所述控制器，用于感测所述灭菌装置出样口的酱油温度；

所述细菌检测装置，通讯连接所述控制器，用于检测所述灭菌装置出样口的酱油中的细菌数量；

所述水泵，通讯连接所述控制器，还用于检测酱油的流量；

所述控制器，通讯连接所述高压脉冲电源的驱动模块，响应于接收到的所述酱油的流量、所述酱油温度，以及所述酱油中的细菌数量，输出控制所述水泵流量的控制信号，以及相应的脉冲波形参数。

8.一种用于酱油的灭菌方法，包括：

对灭菌装置进行消毒处理；

将带菌酱油通入灭菌装置的过流管道；以及

以脉冲前沿为50-200ns，脉充宽度为1-5μs的脉冲电场，对所述带菌酱油进行灭菌处理。

9.如权利要求8所述的用于酱油的灭菌方法，其特征在于，所述对灭菌装置进行消毒处理，还包括：

使75%的乙醇溶液通过所述灭菌装置的灭菌室和酱油管道，再使无菌蒸馏水通过所述灭菌室和所述酱油管道；和/或

将所述灭菌室和所述酱油管道，在0.1-0.2MPa的高压环境下加热到121-134℃，并持续处理20-40分钟。

10.如权利要求9所述的用于酱油的灭菌方法，其特征在于，还包括：

测量管道中的酱油流量、所述灭菌装置的出样口的酱油温度，和/或所述灭菌装置的出样口的酱油中的细菌数量；

响应于所述酱油温度高于标准温度，增大所述酱油流量，或减小脉冲电场的脉冲占空比；

响应于所述灭菌装置的出样口的酱油中的细菌数量高于标准数量，减小所述酱油流量，或增大脉冲电场的脉冲占空比。