CN110037223A - 传压自降温式超高压杀菌的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传压自降温式超高压杀菌的装置：包括依次从内到外设置的半圆柱形料桶、滑盖和防水隔热套筒，半圆柱形料桶包括圆柱体侧面和设置在圆柱体侧面两端的两个圆柱体底面，圆柱体侧面内侧沿着其长度方向等距设置有至少三个分隔板卡槽，分隔板卡槽上设置有可拆卸的分隔板，半圆柱形料桶外侧设置有沿着其长度方向两个料桶滑槽，半圆柱形料桶通过料桶滑槽与防水隔热套筒滑动连接，滑盖包括滑盖滑槽和圆柱体侧面。本发明还提供一种传压自降温式超高压杀菌的方法，以快速填装的制冷物质对装置及内部待加工物进行自冷式杀菌的设计极大缩短了低温‑超高压协同杀菌处理所需要的时间。

Description

传压自降温式超高压杀菌的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于低温超高压杀菌的装置，具体地说涉及一种适用于超高压设备内，能够在超高压作用下以装置主体温度随处理压力增加而降低，同时使装置内非纯液体待处理物温度随之而降低，进而进行的自降温杀菌的装置及方法。

背景技术

在现在人们的生活中，对食品的品质要求越来越高。但由于传统热杀菌使食品中的营养价值损失，以及使食品色泽、风味和质地产生变化的局限性，使人们将目光投向非热杀菌方法。而现今已成功商品化的非热杀菌方法，至今只有超高压杀菌，其“快速、均匀、保质”的杀菌优势使其应用于多种食品生产，但超高压的单独杀菌效果有限，研究者发现低温-超高压协同作用下更能提升杀菌效果。但目前低温-超高压协同杀菌都是通过外置冷却液的方式对超高压腔体整体降温作用，使超高压腔体连同腔体内部物质逐渐降温至零下20摄氏度甚至更低温度。这使整个加工过程耗时长，加工效率低下；处理时装置内部容易出现温度差场，影响杀菌效果；同时低温极易损伤设备，降低了设备的使用寿命。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的传压自降温式超高压杀菌的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种传压自降温式超高压杀菌的装置：包括依次从内到外设置的半圆柱形料桶、滑盖和防水隔热套筒；

所述半圆柱形料桶包括圆柱体侧面和设置在圆柱体侧面两端的两个圆柱体底面；

所述圆柱体侧面内侧沿着其长度方向等距设置有至少三个分隔板卡槽，分隔板卡槽上设置有可拆卸的分隔板；

所述半圆柱形料桶外侧设置有沿着其长度方向两个料桶滑槽，半圆柱形料桶通过料桶滑槽与防水隔热套筒滑动连接；

所述滑盖包括滑盖滑槽和圆柱体侧面；所述半圆柱形料桶外侧通过滑盖滑槽滑动设置有两个圆柱体侧面，两个圆柱体侧面分别位于半圆柱形料桶的左右两端。

作为对本发明传压自降温式超高压杀菌的装置的改进：

所述防水隔热套筒包括圆柱形主体套筒、圆柱形底面固体密封封口和圆柱形侧面液体密封封口；所述圆柱形主体套筒一端底面开口且在开口一侧的侧壁上设置有小孔，圆柱形底面固体密封封口设置在圆柱形主体套筒的开口处，圆柱形侧面液体密封封口设置在圆柱形主体套筒的小孔上。

作为对本发明传压自降温式超高压杀菌的装置的进一步改进：

所述圆柱体侧面为半圆环柱形，圆柱体侧面的横截面为角度170-190°(优选180°)的圆弧；

所述圆柱体侧面为弧形柱，圆柱体侧面的横截面为角度45-65°(优选55°)的圆弧；

从半圆柱形料桶两端到相邻料桶滑槽之间的弧形角度为40-60°(优选50°)。

作为对本发明传压自降温式超高压杀菌的装置的进一步改进：

所述半圆柱形料桶和圆柱体侧面均为硬质金属制备；所述主体套筒由柔性绝热橡胶制备；所述圆柱形底面固体密封封口和圆柱形侧面液体密封封口两部分由绝热工程塑料制备。

本发明还提供一种传压自降温式超高压杀菌的方法：

1)、打开圆柱形底面固体密封封口和圆柱形侧面液体密封封口，通过料桶滑槽拉出半圆柱形料桶，顺着滑盖滑槽拉下圆柱体侧面使其上沿与半圆柱形料桶上沿位于同一水平线上；

2)、以分隔板卡槽的间隔为单位，对待加工固体向上取整得到加工时所需要的分隔板卡槽间隔数，按照此间隔数将分隔板插入分隔板卡槽，分隔板将半圆柱形料桶内部分隔一个个分隔仓；

3)、将待加工固体按照一放置一空置的顺序逐一放入半圆柱形料桶内部所形成的分隔仓内；即为每间隔一个分隔仓放置一个将待加工固体；

4)、在滑盖滑槽上滑动圆柱体侧面，使得圆柱体侧面的上沿高出半圆柱形料桶的上沿；

5)、向半圆柱形料桶中加入冰块，直至冰块填满半圆柱形料桶和圆柱体侧面形成的腔体为止；

6)、顺着料桶滑槽将半圆柱形料桶推入防水隔热套筒内，并旋上圆柱形底面固体密封封口；

7)、从防水隔热套筒的主体套筒的小孔往防水隔热套筒内腔加水，直至液面超出主体套筒的小孔后旋上圆柱形侧面液体密封封口；水与半圆柱形料桶内的冰块混合，成为冰水混合物；

8)、将防水隔热套筒放入超高压容腔中，充入超高压工作液，利用超高压工作液提高超高压容腔内工作压力，柔性绝热橡胶构成的套筒将其外部的压力传入其内部；防水隔热套筒内冰水混合物顺着冰-水二相平衡线随着压力的增大温度降低；半圆柱形料桶内待加工固体与冰水混合物通过热交换保持温度一致，然后泄压使半圆柱形料桶内的冰水混合物发生部分凝结的变化进行杀菌。

作为对本发明传压自降温式超高压杀菌的方法的改进：

步骤4)为：在滑盖滑槽上滑动圆柱体侧面，使圆柱体侧面与半圆柱形料桶的整体横截面为角度270°～290°(优选280°)的圆弧。

本发明传压自降温式超高压杀菌的装置及方法的技术优势为：

1、以快速填装的制冷物质对装置及内部待加工物进行自冷式杀菌的设计极大缩短了低温-超高压协同杀菌处理所需要的时间。

2、固液分批次装入的设计保证装置内物质混合均匀，温度区域平均，没有外置冷却液方式带来的温度差场，提升了杀菌效果。

3、防水隔热套筒的设计极大提升了超高设备的使用寿命，滑槽结构的设计提升了装置的自身的使用寿命，降低了生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为传压自降温式超高压杀菌的装置的整体结构示意图；

图2为图1中半圆柱形料桶1的结构示意图。

图3为图1中半圆柱形料桶1和圆柱体侧面9的结构示意图。

图4为图1中防水隔热套筒3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、传压自降温式超高压杀菌的装置，如图1-4所示，包括依次从内到外设置的半圆柱形料桶1、滑盖2和防水隔热套筒3。

半圆柱形料桶1由圆柱体侧面4和设置在圆柱体侧面4两端的两个圆柱体底面5组成。圆柱体侧面4为半圆环柱形，圆柱体侧面4的横截面为角度180°的圆弧；圆柱体底面5为圆盘型。两个圆柱体侧面9分别位于半圆柱形料桶1的左右两端。圆柱体侧面4内侧沿着其长度方向(圆柱体的高)等距设置(例如间隔1厘米)有若干与圆柱体底面5圆周平行的分隔板卡槽6，每个分隔板卡槽6都安装有一个分隔板7，分隔板7等距设置。分隔板卡槽6用于固定分隔板7的间隔长度。分隔板7可以将半圆柱形料桶1分隔成若干个分隔仓，使待加工固体能够按照分隔板7的固定间隔(分隔仓)，且平行于圆柱体底面5所在平面放置于半圆柱形料桶1内，在放置待加工固体完毕后将冰放入分隔板7的间隔(分隔仓)中，增大了热交换面积，提升处理效果。

在半圆柱形料桶1上设置有滑盖2，滑盖2由圆柱体侧面9和滑盖滑槽10组成：在半圆柱形料桶1外侧设置有两根与其长度方向平行的料桶滑槽8；对称附于半圆柱形料桶1两侧的一对圆柱体侧面9(圆柱体侧面9为弧形柱，圆柱体侧面9的横截面为角度55°的圆弧)。半圆柱形料桶1外表面沿着其长度方向设置有若干(根据实际超高压设备腔体内部长度确定)平行于圆柱体底面5圆周的滑盖滑槽10。两个圆柱体侧面9通过滑盖滑槽10分别与半圆柱形料桶1连接，并且圆柱体侧面9可以在滑盖滑槽10上滑动。圆柱体侧面9的滑动范围为0°至50°。

半圆柱形料桶1通过料桶滑槽8与防水隔热套筒3相滑动，防水隔热套筒3包括圆柱形主体套筒11、圆柱形底面固体密封封口12和圆柱形侧面液体密封封口13。圆柱形主体套筒11一端底面开口且在开口一侧的侧壁上设置有一个小孔(直径以1厘米为宜)，圆柱形底面固体密封封口12设置在圆柱形主体套筒11的开口处，圆柱形侧面液体密封封口13设置在圆柱形主体套筒11的小孔上。

半圆柱形料桶1装载待加工固体后拉起附于料桶外的一对圆柱体侧面9，再在半圆柱形料桶1内装满冰，圆柱体侧面9使半圆柱形料桶1能够装载物料之和接近半圆柱形料桶1的内部体积，提高了单次加工效率。

半圆柱形料桶1、圆柱体侧面9和分隔板7均为硬质金属制备，具有一定的机械性能，方便固体物料的放置，同时保证装置内部热传导迅速，进而使内部温度均一。同时圆柱体侧面4、圆柱体底面5、分隔板7和圆柱体侧面9上的小孔(直径为1毫米)，使整个装置在超高压作用下液体能够多通道流动，进而使内部压力均一。

防水隔热套筒3中主体套筒11由柔性绝热橡胶构成(如丁苯橡胶、丁基橡胶和硅橡胶等)，圆柱形底面固体密封封口12和圆柱形侧面液体密封封口13两部分由绝热工程塑料构成，保证了防水隔热套筒3能够使装置外侧的压力传入内部但同时隔绝了装置内与超高压腔体中传压介质的物质与热量的交换。

本发明传压自降温式超高压杀菌的方法为：

1)、打开圆柱形底面固体密封封口12和圆柱形侧面液体密封封口13，从料桶滑槽8中拉出半圆柱形料桶1，顺着滑盖滑槽10拉下圆柱体侧面9使其与半圆柱形料桶1重合(圆柱体侧面9的上沿与圆柱体侧面4的水平上沿重合)；

2)、以分隔板卡槽6的间隔为单位，对待加工固体向上取整得到加工时所需要的分隔板卡槽6间隔数(例如样品厚度为3cm，分隔板卡槽间隔为0.7cm，即为5个间隔数)，按照此间隔数将分隔板7插入分隔板卡槽6，分隔板7将半圆柱形料桶1内部分隔一个个分隔仓；

3)、将待加工固体按照一放置一空置的顺序逐一放入半圆柱形料桶1内部所形成的分隔仓内；即为每间隔一个分隔仓放置一个将待加工固体。

4)、在滑盖滑槽10上滑动圆柱体侧面9(保持两个圆柱体侧面9对称)，使圆柱体侧面9与半圆柱形料桶1的整体横截面，为角度280°的圆弧；

5)、通过半圆柱形料桶1顶部剩余的80°圆弧缺口向半圆柱形料桶1中加入冰块，直至冰块将半圆柱形料桶1和滑动圆柱体侧面9形成的腔体填满为止；

6)、顺着料桶滑槽8将半圆柱形料桶1推入防水隔热套筒3内，并旋上圆柱形底面固体密封封口12；

7)、从防水隔热套筒3的主体套筒11的小孔在防水隔热套筒3内腔加水，直至液面超出主体套筒11的小孔后旋上圆柱形侧面液体密封封口13。水与半圆柱形料桶1内的冰块混合，成为冰水混合物；

8)、将防水隔热套筒3放入超高压容腔中，充入超高压工作液，利用超高压工作液提高超高压容腔内工作压力，柔性绝热橡胶构成的套筒11将装置外的压力传入装置内部。防水隔热套筒3内冰水混合物顺着冰-水二相平衡线随着压力的增大温度降低(随着压力增加，冰-水的二相混合物受限于体系内相率规律，为保持冰-水的二相混合状态，其中冰融化成水，冰融化成水的相变吸热，进而使温度降低，达到随着压力的增大温度降低的效果)。半圆柱形料桶1内待加工固体与冰水混合物通过热交换保持温度一致，快速泄压使半圆柱形料桶1内的冰水混合物发生部分凝结的变化，这种相变产生的剪切力具有杀菌效果，进而使整个装置在超高压设备中达到自降温杀菌的效果。

9)、自降温杀菌完成后将本装置从超高压容腔中取出，旋开套筒11的小孔上的圆柱形底面固体密封封口12，顺着料桶滑槽8拉出半圆柱形料桶1，顺着滑盖滑槽10拉下圆柱体侧面9使其与半圆柱形料桶1重合，拿出待加工固体。

10)、顺着滑盖滑槽10拉起圆柱体侧面9使其与半圆柱形料桶1形成280°弧度的圆柱侧面，顺着料桶滑槽8将半圆柱形料桶1推入防水隔热套筒3，旋上圆柱形底面固体密封封口12和圆柱形侧面液体密封封口13，完成超高压作用下的自降温杀菌。

圆柱体侧面9使其与半圆柱形料桶1形成的280°，圆柱体侧面9保证了在1:1间隔放入物料后再进入冰块可以使冰块在装置内体积达到40％以上，根据实验获得数据，进行该方法处理过程中完全绝热处理需要冰含量在30％以上，而实际过程中防水隔热套筒3不能保证完全绝热，需要更多的冰通过相变融化吸收防水隔热套筒3传输的热量，故需要大角度来保证效果。

但由于半圆柱形料桶下侧料桶滑槽8需要一定角度分隔保证半圆柱形料桶1滑入防水隔热套筒3时的稳定性，且圆柱体侧面9需要置于半圆柱料桶1外侧保证能够最大程度利用半圆柱形料桶1的内部空间，且在装入冰矿过程中需要一定大小的开口，故设计为280°。

超高压自降温杀菌过程中由于是通过柔性绝热橡胶构成的套筒11将超高压设备中超高压工作液的压力传导至内部，且圆柱形底面固体密封封口12、液体密封封口13和柔性绝热橡胶构成的套筒11旋紧，在超高压作用下使防水隔热套筒3完全处于密封状态，使超高压自降温杀菌过程中超高压工作液与装置内部没有物质与热量交换。

对比例1：取消实施例1中的分隔板7插入分隔板卡槽6，其余等同于实施例1，进行对比例1。

取消分隔板7插入分隔板卡槽6，由于没有分隔板7对待加工固体与冰之间的分隔放置，在加压过程中热量交换不及时，容易形成温度梯度，影响自降温杀菌效果；

对比例2：取消实施例1中的滑盖滑槽10和圆柱体侧面9，其余等同于实施例1，进行对比例2。

取消滑盖滑槽10和圆柱体侧面9，由于没有圆柱体侧面9使半圆柱形料桶1内可装冰含量降低，影响自降温效应，影响自降温杀菌效果；或待加工物与冰比例不变情况下整体装置单次可加工待加工物量降低至实施例1的28.8％；

对比例3：取消实施例1中的料桶滑槽8，其余等同于实施例1，进行对比例3。

取消料桶滑槽8，由于没有料桶滑槽8使料桶在进出防水隔热套筒3时两者摩擦，降低防水隔热套筒3的使用寿命；

对比例4：取消实施例1中的圆柱形底面固体密封封口12，其余等同于实施例1，进行对比例4。

取消圆柱形底面固体密封封口12，由于没有圆柱形底面固体密封封口12使防水隔热套筒不能密封，高压自降温杀菌过程中超高压工作液将进入装置内，污染待加工固体，且带来超高压工作液与装置内的热量交换，有损伤超高压设备的风险；

对比例5：取消实施例1中的圆柱形侧面液体密封封口13，其余等同于实施例1，进行对比例5。

取消圆柱形侧面液体密封封口13，由于没有圆柱形侧面液体密封封口13使装置内不能正常加入水，装置在超高压处理过程中由于固体间内部空隙极易破坏待加工物与装置降低本发明整个装置的使用寿命；

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.传压自降温式超高压杀菌的装置，其特征在于：包括依次从内到外设置的半圆柱形料桶(1)、滑盖(2)和防水隔热套筒(3)；

所述半圆柱形料桶(1)包括圆柱体侧面(4)和设置在圆柱体侧面(4)两端的两个圆柱体底面(5)；

所述圆柱体侧面(4)内侧沿着其长度方向等距设置有至少三个分隔板卡槽(6)，分隔板卡槽(6)上设置有可拆卸的分隔板(7)；

所述半圆柱形料桶(1)外侧设置有沿着其长度方向两个料桶滑槽(8)，半圆柱形料桶(1)通过料桶滑槽(8)与防水隔热套筒(3)滑动连接；

所述滑盖(2)包括滑盖滑槽(10)和圆柱体侧面(9)；所述半圆柱形料桶(1)外侧通过滑盖滑槽(10)滑动设置有两个圆柱体侧面(9)，两个圆柱体侧面(9)分别位于半圆柱形料桶(1)的左右两端。

2.根据权利要求1所述的传压自降温式超高压杀菌的装置，其特征在于：

所述防水隔热套筒(3)包括圆柱形主体套筒(11)、圆柱形底面固体密封封口(12)和圆柱形侧面液体密封封口(13)；所述圆柱形主体套筒(11)一端底面开口且在开口一侧的侧壁上设置有小孔，圆柱形底面固体密封封口(12)设置在圆柱形主体套筒(11)的开口处，圆柱形侧面液体密封封口(13)设置在圆柱形主体套筒(11)的小孔上。

3.根据权利要求2所述的传压自降温式超高压杀菌的装置，其特征在于：

所述圆柱体侧面(4)为半圆环柱形，圆柱体侧面(4)的横截面为角度170-190°的圆弧；

所述圆柱体侧面(9)为弧形柱，圆柱体侧面(9)的横截面为角度45-65°的圆弧；

从半圆柱形料桶(1)两端到相邻料桶滑槽(8)之间的弧形角度为40-60°。

4.根据权利要求3所述的传压自降温式超高压杀菌的装置，其特征在于：

所述半圆柱形料桶(1)和圆柱体侧面(9)均为硬质金属制备；所述主体套筒(11)由柔性绝热橡胶制备；所述圆柱形底面固体密封封口(12)和圆柱形侧面液体密封封口(13)两部分由绝热工程塑料制备。

5.利用如权利要求1-4任一所述的装置的传压自降温式超高压杀菌的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、打开圆柱形底面固体密封封口(12)和圆柱形侧面液体密封封口(13)，通过料桶滑槽(8)拉出半圆柱形料桶(1)，顺着滑盖滑槽(10)拉下圆柱体侧面(9)使其上沿与半圆柱形料桶(1)上沿位于同一水平线上；

2)、以分隔板卡槽(6)的间隔为单位，对待加工固体向上取整得到加工时所需要的分隔板卡槽(6)间隔数，按照此间隔数将分隔板(7)插入分隔板卡槽(6)，分隔板(7)将半圆柱形料桶(1)内部分隔一个个分隔仓；

3)、将待加工固体按照一放置一空置的顺序逐一放入半圆柱形料桶(1)内部所形成的分隔仓内；即为每间隔一个分隔仓放置一个将待加工固体；

4)、在滑盖滑槽(10)上滑动圆柱体侧面(9)，使得圆柱体侧面(9)的上沿高出半圆柱形料桶(1)的上沿；

5)、向半圆柱形料桶(1)中加入冰块，直至冰块填满半圆柱形料桶(1)和圆柱体侧面(9)形成的腔体为止；

6)、顺着料桶滑槽(8)将半圆柱形料桶(1)推入防水隔热套筒(3)内，并旋上圆柱形底面固体密封封口(12)；

7)、从防水隔热套筒(3)的主体套筒(11)的小孔往防水隔热套筒(3)内腔加水，直至液面超出主体套筒(11)的小孔后旋上圆柱形侧面液体密封封口(13)；水与半圆柱形料桶(1)内的冰块混合，成为冰水混合物；

8)、将防水隔热套筒(3)放入超高压容腔中，充入超高压工作液，利用超高压工作液提高超高压容腔内工作压力，柔性绝热橡胶构成的套筒(11)将其外部的压力传入其内部；防水隔热套筒(3)内冰水混合物顺着冰-水二相平衡线随着压力的增大温度降低；半圆柱形料桶(1)内待加工固体与冰水混合物通过热交换保持温度一致，然后泄压使半圆柱形料桶(1)内的冰水混合物发生部分凝结的变化进行杀菌。

6.根据权利要求5所述的传压自降温式超高压杀菌的方法，其特征在于：

步骤4)为：在滑盖滑槽(10)上滑动圆柱体侧面(9)，使圆柱体侧面(9)与半圆柱形料桶(1)的整体横截面为角度270°～290°的圆弧。