CN110214887A - 针对液体自冷型超高压杀菌的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对液体自冷型超高压杀菌的装置，包括带有桶底和桶盖的防水隔热套桶；在防水隔热套桶的内腔设置导热膜层组件，从而使防水隔热套桶的内腔被分隔形成了导热膜腔和装料空间，在防水隔热套桶上设有与导热膜腔相连通的冷却液密封口，在防水隔热套桶上还设有均与装料空间相连通的进液密封口和出液密封口；导热膜腔用于装冷却液；装料空间用于装待杀菌处理的液体。本发明还同时公开了利用上述装置进行的针对液体自冷型超高压杀菌方法。本发明以装置内部自带的制冷物质(冷却液)对装置及内部待杀菌处理的液体进行自冷式杀菌，避免频繁更换冷却液，可使低温‑超高压协同杀菌处理所需要的时间大大缩短。
Description
技术领域
本发明属于超高压食品加工领域，具体涉及一种针对液体自冷型超高压杀菌的装置及方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，市场上出现越来越多的液态食品，如饮料、酒等；研究表明，液态食品较固态食品更容易被胃肠吸收。超高压杀菌作为一种非热杀菌方法，目前已经成功商品化应用，具有“快速、均匀、保质”的优势。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，整个加工过程耗时长，加工效率低下，同时低温极易损伤设备，降低了设备的使用寿命。因而迫切需要一种专门针对液态食品(液体)进行低温-超高压协同杀菌的装置与方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种针对液体自冷型超高压杀菌的装置及方法，从而实现以装置自降温的形式对待杀菌的液体进行低温超高压杀菌。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种针对液体自冷型超高压杀菌的装置，包括带有桶底和桶盖的防水隔热套桶；
在防水隔热套桶的内腔设置导热膜腔，导热膜腔包括至少两个的从上之下依次排列且保持间距Ⅰ的导热膜层组件；
每个导热膜层组件包括保持间距Ⅱ的上导热膜和下导热膜，上导热膜和下导热膜的大小相同，且上导热膜和下导热膜的中心均各自设有通孔，在上导热膜和下导热膜之间设置筒形内环，筒形内环的顶端与上层导热膜的通孔密封相连，筒形内环的底端与下层导热膜的通孔密封相连；
在两个相邻的导热膜层组件之间设置筒形外环，所述筒形外环的顶端与位于上方的导热膜层组件中的下导热膜密封相连，所述筒形外环的底端与位于下方的导热膜层组件中的上导热膜密封相连，
位于防水隔热套桶内腔最上端的导热膜层组件中的上导热膜通过上延伸环与防水隔热套桶侧壁密封相连；
位于防水隔热套桶内腔最下端的导热膜层组件中的下导热膜通过下延伸环与防水隔热套桶侧壁密封相连；
所述导热膜层组件、防水隔热套桶侧壁以及上延伸环、下延伸环围合形成导热膜腔；所述导热膜腔用于装冷却液；
筒形外环、筒形内环以及导热膜层组件围合形成装料空间；装料空间用于装待杀菌处理的液体；
即，防水隔热套桶的内腔被分隔形成了导热膜腔和装料空间；
在防水隔热套桶的侧壁上设有与导热膜腔相连通的冷却液密封口，
在防水隔热套桶的桶盖处设置进液密封口、桶底处设置出液密封口，所述进液密封口和出液密封口均与装料空间相连通。
作为本发明的针对液体自冷型超高压杀菌的装置的改进：
位于防水隔热套桶内腔最上端的导热膜层组件中的上导热膜与防水隔热套桶的桶盖密封贴合；
位于防水隔热套桶内腔最下端的导热膜层组件中的下导热膜与防水隔热套桶的桶底)密封贴合。
作为本发明的针对液体自冷型超高压杀菌的装置的进一步改进：
间距Ⅰ：间距Ⅱ＝1：(1±0.1)；
间距Ⅰ：筒形内环的直径：＝1：(1±0.1)。
作为本发明的针对液体自冷型超高压杀菌的装置的进一步改进：
上导热膜、下导热膜、上延伸环、下延伸环均为柔性高导热陶瓷膜，从而保证位于导热膜腔内的冷却液与位于装料空间内的待杀菌液体进行充分的热量交换。
柔性高导热陶瓷膜的导热系数≥200W/m·K，拉伸强度≥7Mpa。
在本发明中，防水隔热套桶由绝热系数为0.3～0.4W/m 2K、拉伸强度大于300MPa的柔性绝热橡胶(如丁苯橡胶)制成，保证未开始工作时该防水隔热套桶能保持其设定的形状。
本发明还同时公开了利用上述装置进行的针对液体自冷型超高压杀菌方法，以下步骤：
1)、打开冷却液密封口，向导热膜腔内装入冷却液，然后关闭此冷却液密封口；
2)、将完成步骤1)后的整个装置进行冷冻处理，直至导热膜腔内的冷却液形成固体；
3)、打开进液密封口，向装料空间内装入待杀菌处理的液体，然后关闭此进液密封口；
4)、将完成步骤3)后的整个装置置于超高压设备内，升压至(230±10)Mpa，保压时间(30±3)s；
6)、将超高压设备泄压(快速泄压，约3s左右)后取出装置，打开出液密封口，排出装料空间内的杀菌处理后液体。
实际使用时，将整个装置竖立放置，使得桶底朝下(即，出液密封口朝下)，先打开出液密封口，过约30s后再打开进液密封口，从出液密封口流出的即为杀菌处理后液体；杀菌处理后液体被排空后，可按照常规的水洗方式对装料空间进行冲洗，然后关闭进液密封口与出液密封口(也可不进行水洗，直接关闭进液密封口与出液密封口)；再将整个装置按照上述步骤2)进行冷冻处理，为下一次的杀菌做好准备。在本发明中，冷却液是可以反复使用的。
在本发明中：冷却液为水、酒精以任意比的混合液或者为盐类水溶液等相变热容较大的液体。
本发明的装置，内部设有自降温物质与待加工物质的分区装填，由外侧防水隔热套桶进行绝热传压，便于以自降温形式对液态待加工物(待杀菌处理的液体)进行低温超高压杀菌处理。
本发明具有以下技术优势：
1、以装置内部自带的制冷物质(冷却液)对装置及内部待杀菌处理的液体进行自冷式杀菌，避免频繁更换冷却液，可使低温-超高压协同杀菌处理所需要的时间大大缩短。
2、圆柱套筒隔层设计能在保证热量交换均匀的同时，最大限度的提高超高压设备内部容腔的使用率，提升杀菌效果。
3、防水隔热套桶的设计极大提升了超高压设备的使用寿命，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为针对液体自冷型超高压杀菌的装置的竖剖状态下的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖面示意图；
图3为图1的立体示意图。
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、一种针对液体自冷型超高压杀菌的装置，如图1～图3所述，包括带有桶底12和桶盖11的防水隔热套桶1；该防水隔热套桶1为圆桶(即，横截面为圆形)；
在防水隔热套桶1的内腔设置导热膜腔2，导热膜腔2包括至少两个的从上之下依次排列且保持间距Ⅰ的导热膜层组件；即，相邻的导热膜层组件之间的距离为间距Ⅰ。例如，如图1所述，导热膜层组件的数量为5个。
每个导热膜层组件包括保持间距Ⅱ的上导热膜21和下导热膜22，即，每个导热膜层组件中，上导热膜21和下导热膜22之间的距离为间距Ⅱ。上导热膜21和下导热膜22的大小相同，且上导热膜21和下导热膜22的中心均各自设有一个大小相同的通孔23。在上导热膜21和下导热膜22之间设置筒形内环24，筒形内环24的顶端与上层导热膜21的通孔23密封相连，筒形内环24的底端与下层导热膜22的通孔23密封相连。
在两个相邻的导热膜层组件之间设置筒形外环25，所述筒形外环25的顶端与位于上方的导热膜层组件中的下导热膜22的外沿密封相连，所述筒形外环25的底端与位于下方的导热膜层组件中的上导热膜密封21的外沿相连。筒形外环25与防水隔热套桶1侧壁之间保持一定的间隙。
位于防水隔热套桶1内腔最上端的导热膜层组件中的上导热膜21通过上延伸环26与防水隔热套桶1侧壁密封相连；实际中，该上导热膜21与上延伸环26设计成一体的形式(上延伸环26作为上导热膜21的外围延伸)；且，该一体件与防水隔热套桶1的桶盖11密封贴合；
位于防水隔热套桶1内腔最下端的导热膜层组件中的下导热膜22通过下延伸环27与防水隔热套桶1侧壁密封相连；实际中，该下导热膜22与下延伸环27设计成一体的形式(下延伸环27作为下导热膜22的外围延伸)；且，该一体件与防水隔热套桶1的桶底12密封贴合。
所述导热膜层组件、防水隔热套桶1侧壁以及上延伸环26、下延伸环27围合形成导热膜腔2；所述导热膜腔2用于装冷却液3；
筒形外环25、筒形内环24以及导热膜层组件围合形成装料空间4；装料空间4用于装待杀菌处理的液体；
即，防水隔热套桶1的内腔被分隔形成了导热膜腔2和装料空间4；
在防水隔热套桶1的侧壁上设有与导热膜腔2相连通的冷却液密封口6，
在防水隔热套桶1的桶盖11处设置进液密封口5、桶底12处设置出液密封口7，所述进液密封口5和出液密封口7均与装料空间4相连通。
实际使用时，间距Ⅰ：间距Ⅱ：筒形内环24的直径≈1:1:1。
上导热膜21、下导热膜22、上延伸环26、下延伸环27均为柔性高导热陶瓷膜，从而保证位于导热膜腔2内的冷却液3与位于装料空间4内的液体进行充分的热量交换。
柔性高导热陶瓷膜的导热系数≥200W/m·K，拉伸强度≥7Mpa。
防水隔热套桶1由绝热系数为0.3～0.4W/m 2K、拉伸强度大于300MPa的柔性绝热橡胶(如丁苯橡胶)制成，能保证未充入待杀菌液体时该装置仍能保持形状。
利用上述装置进行的针对液体自冷型超高压杀菌方法，包括以下步骤：
1)、打开冷却液密封口6，向导热膜腔2内装入冷却液，然后关闭此冷却液密封口6；
2)、将完成步骤1)后的整个装置进行冷冻处理(置于-4～-20℃冷冻)，直至导热膜腔2内的冷却液3形成固体；
3)、将整个装置竖立放置，即，进液密封口5朝上；打开进液密封口5，向装料空间4内装入待杀菌处理的液体，直至液面与进液密封口5平齐；然后关闭此进液密封口5；
4)、将完成步骤3)后的整个装置置于超高压设备内(即，放入设有超高压工作液的超高压容腔中，此为超高压设备的常规使用方式)，升压至230Mpa，保压时间30s；进行低温-超高压协同处理；
外部压力通过防水隔热套桶1传入装置内部，已凝固的冷却液3通过柔性高导热陶瓷膜与装料空间4内的待杀菌处理的液体进行充分热量交换，当压力增加时，该液体温度沿冰Ⅰ-水二相平衡线降低。此时快速泄压使装料空间4内的待杀菌处理的液体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，从而实现在超高压设备中达到自降温杀菌的效果；
5)、将超高压设备快速泄压(约3s左右)后取出装置，打开出液密封口7，排出装料空间4内的杀菌处理后液体。
实际使用时，将整个装置竖立放置，使得桶底12朝下(即，出液密封口7朝下)，先打开出液密封口7，过约30s后再打开进液密封口5，从出液密封口7流出的即为杀菌处理后液体，将其装入别的容器中；装料空间4内的杀菌处理后液体被排空后，可按照常规的水洗方式对装料空间4进行冲洗，然后关闭进液密封口5与出液密封口7(也可不进行水洗，直接关闭进液密封口5与出液密封口7)；再将整个装置按照上述步骤2)进行冷冻处理，为下一次的杀菌做好准备。在本发明中，冷却液是可以反复使用的。
当需要更换冷却液时，将整个装置横卧，使冷却液密封口6朝下，从而放空导热膜腔2内的冷却液，然后使冷却液密封口6朝上，通过此冷却液密封口6将新的冷却液加入至导热膜腔2内；然后关闭冷却液密封口6。
实验1、采用如实施例1所述的针对液体自冷型超高压杀菌的装置，整体装置直径为300mm，即，防水隔热套桶1的直径为300mm，桶底12和桶盖11的厚度均为20mm，防水隔热套桶1壁厚为5mm，通孔23直径为10mm，间距Ⅰ10mm，间距Ⅱ10mm，筒形外环25与防水隔热套桶1侧壁之间的距离为5mm。
以配置好的1×105CFU/g大肠杆菌菌液作为待杀菌处理的液体，采用水作为冷却液3，步骤2)中将装置置于冰柜内(-20℃)冷藏24小时。最终所得的杀菌后液体中大肠杆菌的浓度仅仅为2.9×101CFU/g。
对比试验1、将上导热膜21、下导热膜22、上延伸环26、下延伸环27的材料由柔性高导热陶瓷膜改成如同防水隔热套桶1相同的橡胶材料，最终所得的杀菌后液体中大肠杆菌的1.2×103CFU/g。
因此，取消实施例1中的柔性高导热陶瓷膜2，换用与防水隔热套桶1相同的橡胶材料，因橡胶材料导热系数远不及柔性高导热陶瓷膜2，装料空间4内的液体不能与冷却液3进行充分热量交换，杀菌效果不能得到保证。
对比例1：将上导热膜21、下导热膜22、上延伸环26、下延伸环27的材料由柔性高导热陶瓷膜改成其他非柔性材料(如钢化玻璃)，其余等同于实施例1。超高压加工过程所带来的巨大压力变化极易引起该材料破裂。因此无法实现本发明。
对比例2：取消实施例1中的冷却液密封口6，其余等同于实施例1。
取消冷却液密封口6，冷却液需在装置出厂前进行一次性封装，在超高压自降温杀菌过程中无法视实际情况进行更换，加工完成后也不能及时将冷却液取出，长期浸泡易导致橡胶制成的防水隔热套桶1失效。
对比例3：取消实施例1中的出液密封口7，其余等同于实施例1。
取消出液密封口7，待杀菌处理的液体以及杀菌后液体全部经密封口5进出，超高压自降温杀菌完成后需沿轴向旋转装置180°后才能放出液体，增加加工步骤的同时也带来额外能耗。且，该结构下，杀菌后液体容易排液不完全，即，在装料空间4内形成积液，这不但会降低产量，还会缩短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 (5)
1.针对液体自冷型超高压杀菌的装置，其特征在于：包括带有桶底(12)和桶盖(11)的防水隔热套桶(1)；
在防水隔热套桶(1)的内腔设置导热膜腔(2)，导热膜腔(2)包括至少两个的从上之下依次排列且保持间距Ⅰ的导热膜层组件；
每个导热膜层组件包括保持间距Ⅱ的上导热膜(21)和下导热膜(22)，上导热膜(21)和下导热膜(22)的大小相同，且上导热膜(21)和下导热膜(22)的中心均各自设有通孔(23)，在上导热膜(21)和下导热膜(22)之间设置筒形内环(24)，筒形内环(24)的顶端与上层导热膜(21)的通孔(23)密封相连，筒形内环(24)的底端与下层导热膜(22)的通孔(23)密封相连；
在两个相邻的导热膜层组件之间设置筒形外环(25)，所述筒形外环(25)的顶端与位于上方的导热膜层组件中的下导热膜(22)密封相连，所述筒形外环(25)的底端与位于下方的导热膜层组件中的上导热膜密封(21)相连，
位于防水隔热套桶(1)内腔最上端的导热膜层组件中的上导热膜(21)通过上延伸环(26)与防水隔热套桶(1)侧壁密封相连；
位于防水隔热套桶(1)内腔最下端的导热膜层组件中的下导热膜(22)通过下延伸环(27)与防水隔热套桶(1)侧壁密封相连；
所述导热膜层组件、防水隔热套桶(1)侧壁以及上延伸环(26)、下延伸环(27)围合形成导热膜腔(2)；所述导热膜腔(2)用于装冷却液(3)；
筒形外环(25)、筒形内环(24)以及导热膜层组件围合形成装料空间(4)；装料空间(4)用于装待杀菌处理的液体；
在防水隔热套桶(1)的侧壁上设有与导热膜腔(2)相连通的冷却液密封口(6)，
在防水隔热套桶(1)的桶盖(11)处设置进液密封口(5)、桶底(12)处设置出液密封口(7)，所述进液密封口(5)和出液密封口(7)均与装料空间(4)相连通。
2.根据权利要求1所述的针对液体自冷型超高压杀菌的装置，其特征在于：
位于防水隔热套桶(1)内腔最上端的导热膜层组件中的上导热膜(21)与防水隔热套桶(1)的桶盖(11)密封贴合；
位于防水隔热套桶(1)内腔最下端的导热膜层组件中的下导热膜(22)与防水隔热套桶(1)的桶底(12)密封贴合。
3.根据权利要求1或2所述的针对液体自冷型超高压杀菌的装置，其特征在于：
上导热膜(21)、下导热膜(22)、上延伸环(26)、下延伸环(27)均为柔性高导热陶瓷膜，从而保证位于导热膜腔(2)内的冷却液(3)与位于装料空间(4)内的液体进行充分的热量交换。
4.根据权利要求3所述的针对液体自冷型超高压杀菌的装置，其特征在于：
间距Ⅰ：间距Ⅱ＝1：(1±0.1)；
间距Ⅰ：筒形内环(24)的直径：＝1：(1±0.1)。
5.利用如权利要求1～4任一装置进行的针对液体自冷型超高压杀菌方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、打开冷却液密封口(6)，向导热膜腔(2)内装入冷却液，然后关闭此冷却液密封口(6)；
2)、将完成步骤1)后的整个装置进行冷冻处理，直至导热膜腔(2)内的冷却液(3)形成固体；
3)、打开进液密封口(5)，向装料空间(4)内装入待杀菌处理的液体，然后关闭此进液密封口(5)；
4)、将完成步骤3)后的整个装置置于超高压设备内，升压至(230±10)Mpa，保压(30±3)s；
5)、将超高压设备泄压后取出装置，打开出液密封口(7)，排出装料空间(4)内的杀菌处理后液体。
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