CN113907239B - 一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统及灭菌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统及灭菌方法，属于材料的灭菌消杀装置和方法，包括过热蒸汽发生系统、蒸汽压力流速调控系统、定量投喂系统、瞬间压差灭菌系统、抑制粉尘爆炸系统、无菌降温系统、一级气固分离系统、二级气固分离系统、无菌贮藏系统、蒸汽回收再加热系统、冷凝水回收系统。本发明蒸汽压差灭菌技术的热接触时间短，主要热量存在于粉体表面，中心热量少，对粉体的营养品质损害相对较小；采用了过热蒸汽、温度补偿及内衬不粘性材质等综合处理手段减少粉料在系统中的粘结成块甚至堵塞管道问题；带有自动式抑制粉尘爆炸系统，安全性更高；对蒸汽进行冷凝回收处理，回收的冷凝水经纯化后作为水源供给蒸汽发生器使用，节能环保。

Description

一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统及灭菌方法
技术领域
本发明属于灭菌消杀技术领域，具体而言涉及一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统及灭菌方法。
背景技术
谷物粉、茶粉、中药材粉、奶粉等是方便食品、功能性食品和药品等的主要加工原料，应用前景十分广阔。随着我国居民生活水平的不断提高，人们对于谷物冲调粉、果蔬粉、茶粉、蛋白粉、中药材粉等产品的需求量逐年增加。然而，粉体食品药品因富含多种营养成分而容易受到微生物污染，如芽孢杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌、黄曲霉属等。即使是少量的微生物也会导致食品腐败和食源性疾病，此外，在药品生产过程中往往因中药粉体含有超标的细菌和霉菌, 造成生产返工, 严重时甚至导致停产, 企业损失严重。因此，为了满足消费者和工业生产的需要，对粉体食品药品进行灭菌处理是非常有必要的。
目前常用于粉体食品药品灭菌处理的技术手段主要有辐照灭菌法、微波灭菌法、臭氧灭菌法、微生物抑制剂法等。辐照处理可能会使物料产生令人不愉悦的感官变化，另外辐照食品标签也常常受到消费者排斥；微波处理的致命缺陷是受热不均匀，容易产生局部过热变质；臭氧处理的灭菌效果不显著不彻底；微生物抑制剂则容易引起食用品质的下降且抑制作用非常有限。
国内亦有利用蒸汽作为杀菌介质对粉体食品药品料进行处理的研究及应用。蒸汽灭菌是一种清洁高效的灭菌方法，其按蒸汽类型可分为湿法饱和蒸汽灭菌和干法过热蒸汽灭菌两种，湿法灭菌容易使物料水分增加，改变其干燥的状态；而以过热蒸汽为介质的灭菌设备主要又分为搅拌式和气流式两大类，该技术设备的应用问题在于高强度的蒸汽处理容易使物料的品质下降，主要表现为风味劣变、色泽加深、有效活性成分降低等；低强度的蒸汽处理则无法保证灭菌效果。当前蒸汽灭菌设备的热处理时间往往超过5秒，有的甚至达到5～10分钟，引起粉粒体的品质严重下降。因此有必要针对上述问题加以优化改进。
例如，在专利CN201710684514中所述的进料系统中以非冷凝气体作为输送动力，与加热性非冷凝气体混合通过加热管和减压部，实际上会使得加热性非冷凝气体温度降低从而产生冷凝水的风险，由于粉粒体的特性，吸水受潮容易结块，因此在细管窄喉处会有堵塞的风险。另外减压部若不经过专门的不粘性材质加工，也同样会增加堵塞管道的风险，这是系统运行的关键性问题。
此外，在专利CN201710684514中所述的降温部可将温度降至80℃以下，这同样会引起加热性非冷凝气体温度降低从而产生冷凝水的风险，在气固分离系统中仍然会有物料结块受潮粘结的现象，而且所得灭菌后的成品需进一步干燥，这样所得的粉体物料的灭菌效果就无法保证，其营养品质也可能在干燥中进一步下降，而因此增加的能耗也不利于工业化应用。
再者，在专利CN201710684514中所述的非冷凝性气体通过降温后直接由气固分离系统分离后直接排放，在工业化应用中会造成巨大的资源浪费。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明的目的在于提供一种针对粉体食品药品微生物和虫卵杀灭的方法和装置，该装置杀灭微生物和虫卵安全快速，操作简单便捷，能够实现蒸汽的回收使用及冷凝水的收集，节能环保。此外，本发明的另一个目的是在有效杀灭粉粒微生物的同时，把其对物料的营养品质、应用热性等的热损害降低。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，包括：
过热蒸汽发生装置，所述过热蒸汽发生系统包括依次连通的蒸汽发生器和蒸汽过热器；
蒸汽压力流速调控装置，所述蒸汽压力流速调控装置包括减压稳压机构、自动调节阀和流量计；所述过热蒸汽发生装置的产生的过热蒸汽依次流经减压稳压机构、自动调节阀和流量计；所述自动调节阀设置有流量阈值，控制系统根据流量计的数值调节所述自动调节阀的阀门开度大小；
第一螺旋闭风器，所述第一螺旋闭风器和所述自动调节阀的出口均与蒸汽物料混合管入口端连通，第一螺旋闭风器的壳体内设置有螺旋叶片以及驱动旋转叶片的电机，出口处设有密封压盖；
拉瓦尔喷管，所述拉瓦尔喷管的入口端与所述蒸汽物料混合管出口端连通，所述拉瓦尔喷管输出的物料经过无菌降温机构吹出无菌风作用下进行初步降温，然后处理后的物料依次流经一级气固分离系统和二级气固分离系统；
所述一级气固分离系统分离的蒸汽通过蒸汽加热器进行升温，然后进入蒸汽物料混合管加热管实现温度补偿，所述蒸汽物料混合管加热管包裹或缠绕或贴近所述蒸汽物料混合管。
本发明蒸汽压差灭菌技术结合蒸汽压力流速调控使得粉体热接触时间更短，主要热量存在于粉体表面，中心热量少，对粉体的营养品质损害相对较小，同时余热利用，降低能耗，节能减排。
螺旋闭风器下料通过转动螺旋叶片，粉料进入凹槽中，此时下游压力端蒸汽因其他叶片的阻挡下不能进入进料系统干扰投料，当装有粉料的凹槽转至垂直向下位置时，与压力端联通，同等压力下粉料受重力作用落入管道，从而实现向压力管道中安全连续输送粉料。
自动调节阀和流量计关联，通过控制系统设定好目标流量，蒸汽调节阀可以自动调节阀门开度以达到目标流量。
通过两级的气固分离系统可以逐级降低粉体温度，蒸汽不至于冷凝成水。
一级气固分离系统分离出来的蒸汽会经过蒸汽加热器再加热，然后进入蒸汽物料混合管加热管道实现温度补偿，目的是防止蒸汽遇到冷的物料后热量损失从而冷凝成水，使得物料结块成团甚至堵塞管道。
本申请的一种优先实施方式，所述减压稳压机构由依次连接的第一压力表、第一蒸汽阀、减压阀、第二蒸汽阀、第二压力表以及并联一个旁通阀构成；所述自动调节阀与流量计之间连接有汽水分离系统和排水排气阀。
排水排气阀和汽水分离系统作为辅助器件，在系统开车和停车时起到疏水作用，减少暖管过程中产生水击现象。
本申请的一种优先实施方式，还包括冷凝水回收系统，所述冷凝水回收系统包括回收蒸汽换热器、冷凝水回收管和冷凝水过滤器；所述蒸汽物料混合管加热管的出气端通过蒸汽物料混合管加热管出气阀与所述回收蒸汽换热器连接，所述回收蒸汽换热器经过冷凝水回收管返回至所述蒸汽发生器，所述冷凝水过滤器连接在冷凝水回收管上且位于所述回收蒸汽换热器与所述蒸汽发生器之间。
冷凝水回收系统温度补偿用的蒸汽从蒸汽物料混合管加热管出气阀出来并进入到回收蒸汽换热器中，冷凝成水，回收的冷凝水过滤经纯化后作为水源供给蒸汽发生器使用。
本申请的一种优先实施方式，还包括自动抑爆器，所述自动抑爆器安装在所述蒸汽物料混合管上，包括火焰传感器、压力传感器、自动阀门、控制器和抑爆剂；所述火焰传感器和压力传感器设置在所述蒸汽物料混合管与自动抑爆器的连接处；抑爆剂放置在自动抑爆器的腔体内，通过自动阀门与所述蒸汽物料混合管隔绝，所述控制器与所述火焰传感器、压力传感器和自动阀门均为信号连接。
带有自动式抑制粉尘爆炸系统，提高了系统安全性；当火焰传感器和压力传感器感应到异常时，控制系统会立即打开自动阀门，将抑爆剂氮气气体和碳酸钙粉末释放进入到管道内实现抑爆，避免管道内粉尘爆炸事故的发生或危害的进一步扩大。
本申请的一种优先实施方式，所述拉瓦尔喷管主体材质为食品级不锈钢，内衬为特氟龙或陶瓷材质。
喷管主体材质为食品级不锈钢，内衬特氟龙或陶瓷材质增加不粘性，减少粉体在窄喉处的粘结堆积堵塞风险。
本申请的一种优先实施方式，控制所述过热蒸汽发生装置和蒸汽压力流速调控装置，以使得产生的过热蒸汽温度为180～210℃，过热蒸汽压力为0.2～0.6Mpa，所述蒸汽流量阈值为流速20～30m/s，蒸汽物料混合管长度为150～300cm，以使得物料与过热蒸汽通过混合管道的时间控制在0.05～0.15s，所述拉瓦尔喷管的瞬间压差为0.15～0.5Mpa。
热接触时间更短，粉体持续高温时间小于0.15秒，且主要热量存在于粉体表面，中心热量少，对粉体的营养品质损害相对较小。过热温度的控制可以保证瞬间杀菌的同时不破快粉体营养。瞬间压差处理会使附着在粉粒表面的细菌或虫卵胞内水分子汽化而发生炸裂。
本申请的一种优先实施方式，所述一级气固分离系统和二级气固分离系统内设置有第一离心室和多个第二离心室，所述第一离心室设置于分离系统的腔体中心，所述第二离心室设置于腔体的侧壁且围绕第一离心室布置，流体经由第一流体入口进入所述第一离心室，所述第一离心室的顶部流体出口经由流体汇聚腔经多分支管路进入通过第二流体入口进入第二离心室，所述第二离心室的顶部流体出口与腔体内部连通。
本发明中分离系统内部经过中心离心室和多个二级离心室使得提高了流体的分离效率，中心离心室初级分离颗粒相对较大的粉体后，由于自重的作用落入腔体底部，上部的气流分流进入多个二级离心室进行再次细小粉体的分离后，整体的气流进入整个腔室，使得腔室具有一定的压力便于后续压力气体的分流。
本申请的一种优先实施方式，所述第一流体入口位置相对于第一离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2；所述第二流体入口相对于第二离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2。
流体入口的位置设置优先保证流体进入后直接产生旋风，同时排出的流体在中心位置上升不会对旋风的流体产生扰动，以使得流体在离心室内是自由的流动。
本申请的一种优先实施方式，一级气固分离系统的出口处设置有第二螺旋闭风器，所述第二螺旋闭风器入口位置处设置有接触式传感器，所述接触式传感器与所述第二螺旋闭风器的电机控制器连接。
一级气固分离系统的出口处设置有第二螺旋闭风器可以进一步减少二级分离系统对一级分离系统的影响，防止冷凝水产生，同时为了保证均匀出料，同时接触式传感器的设置可以在感测到叶轮的储存区域粉体到达传感器位置时控制叶轮传动，接触式传感器在粉体空间内不会被容易干扰，提高检测精度。
本申请还涉及一种粉体连续式蒸汽压差灭菌方法，其包括所述的系统，包括如下步骤：
（1）系统灭菌消杀：利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀5～10分钟，蒸汽通过排水排气阀和二级气固分离系统的排气口排出;
（2）调节蒸汽参数：过热蒸汽温度为180～210℃，过热蒸汽压力为：0.2～0.6Mpa，蒸汽流速为20～30m/s；
（3）投料：向投料槽投入粉料，开启螺旋定量投喂器以及第一螺旋闭风器，使粉料进入系统管道内；
（4）粉料与蒸汽混合：粉料进入管道后与过热蒸汽混合，使得物料与过热蒸汽通过混合管道的时间控制在0.05～0.15s，粉料表面迅速升温；
（5）压差灭菌：粉料在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管，此时管压瞬间降低，瞬间压差为0.15～0.5Mpa，瞬间压差处理会使附着在粉粒表面的细菌或虫卵胞内水分子汽化而发生炸裂，巨大的膨化压力破坏了微生物或虫卵的蛋白质空间结构；
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的粉料在无菌冷风的推动下进入一级气固分离系统，此时管内温度初步下降至125-155℃，蒸汽不至于冷凝成水，同时也能将粉体中心温度降低；
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统分离的蒸汽通过蒸汽加热器进行升温达到185～230℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管实现温度补偿；
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的粉体通过第二螺旋闭风器进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降至50～60℃，粉体中心温度会比管温更低，达到一个安全温度状态，减少热损害；
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的粉体，存放于无菌贮罐。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1.与其他的灭菌方式如辐照、化学抑制剂等相比，本发明蒸汽压差灭菌更为绿色清洁；
2.与传统气流式和搅拌式蒸汽灭菌相比，本发明蒸汽压差灭菌技术的热接触时间更短，粉体持续高温时间小于0.15秒，且主要热量存在于粉体表面，中心热量少，对粉体的营养品质损害相对较小；
3.采用了过热蒸汽、温度补偿及内衬不粘性材质等综合处理手段减少粉料在系统中的粘结成块甚至堵塞管道问题；
4.带有自动式抑制粉尘爆炸系统，安全性更高；
5.对蒸汽进行冷凝回收处理，回收的冷凝水经纯化后作为水源供给蒸汽发生器使用，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明粉体专用连续式蒸汽压差灭菌装置工艺结构图。
图2 为气固分离系统的结构图；
其中的附图标记为：
11 蒸汽发生器
12 蒸汽过热器
13 减压稳压机构（由2个压力表，2个蒸汽阀，减压阀，1个旁通阀构成）
14 自动调节阀
15 排水排气阀
16 驱动蒸汽温度计
17 汽水分离系统（由汽水分离器，截止阀和疏水阀构成）
18 流量计
21 投料槽
22 螺旋定量投喂器
23 缓冲罐
24 第一螺旋闭风器
31 蒸汽物料混合管温度计
32 自动抑爆器
33 蒸汽物料混合管
34 蒸汽物料混合管加热管
4 拉瓦尔喷管
51 无菌降温机构（由鼓风机、精密过滤器和空气过滤器构成）
52 无菌风出气阀
53 一级冷却管温度计
54 一级冷却管压力表
55 一级气固分离系统进料阀
56 二级冷却管进气阀
57 二级冷却管温度计
58 二级气固分离系统进料阀
61 一级气固分离系统
62 第二螺旋闭风器
63 第一离心室
64 第二离心室
65 流体汇聚腔
66 过滤件
71 二级气固分离系统
72 二级气固分离系统出料阀
81 无菌贮罐
82 贮罐呼吸阀
91 蒸汽加热器
92 回收蒸汽温度计
93 蒸汽物料混合管加热管进气阀
94 蒸汽物料混合管加热管出气阀
95 回收蒸汽换热器冷凝水进水阀
96 回收蒸汽换热器冷凝水出水阀
97 回收蒸汽换热器
98 冷凝水回收管
99 冷凝水过滤器
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。
如图1所示，本发明提供了一种连续式过热蒸汽压差灭菌处理装置，能够针对大部分粉粒食品药品的灭菌处理，系统包括：过热蒸汽发生系统、蒸汽压力流速调控系统、定量投喂系统、瞬间压差灭菌系统、抑制粉尘爆炸系统、无菌降温机构、一级气固分离系统、二级气固分离系统、无菌贮藏系统、蒸汽回收再加热系统、冷凝水回收系统。
其中，蒸汽发生器11和蒸汽过热器12构成过热蒸汽发生系统。
减压稳压机构13、自动调节阀14以及流量计18构成了蒸汽压力流速调控系统，上述的自动调节阀14和流量计18关联，通过控制系统设定好目标流量，蒸汽调节阀可以自动调节阀门开度以达到目标流量。此外，还有排水排气阀15和汽水分离系统17作为辅助器件，在系统开车和停车时起到疏水作用，减少暖管过程中产生水击现象。
投料槽21、螺旋定量投喂器22、缓冲罐23、第一螺旋闭风器24构成了定量投喂系统。其中螺旋闭风器包括电机和传动轴，电机的输出轴与传动轴连接，传动轴的端部设有螺旋叶片设在闭风器壳体内，在闭风器的出口处设有密封压盖。通过转动螺旋叶片，粉料进入凹槽中，此时下游压力端蒸汽因其他叶片的阻挡下不能进入进料系统干扰投料，当装有粉料的凹槽转至垂直向下位置时，与压力端联通，同等压力下粉料受重力作用落入管道，从而实现向压力管道中安全连续输送粉料。
拉瓦尔喷管4是主要的瞬间压差灭菌系统。拉瓦尔喷管通过变径节流实现瞬间减压的目的，其外形为两头大中间小的典型变径结构，喷管主体材质为食品级不锈钢，内衬特氟龙或陶瓷材质增加不粘性，减少粉体在窄喉处的粘结堆积堵塞风险。
自动抑爆器32是所述的抑制粉尘爆炸系统。自动抑爆器里包含火焰传感器、压力传感器、自动阀门、小型控制系统以及抑爆剂等，火焰、压力传感器放置在粉体和蒸汽加热管与自动抑爆器的连接处；抑爆剂放置在自动抑爆器的顶部中心位置，被自动阀门与外界所隔绝。当火焰传感器和压力传感器感应到异常时，控制系统会立即打开自动阀门，将抑爆剂氮气气体和碳酸钙粉末释放进入到管道内实现抑爆，避免管道内粉尘爆炸事故的发生或危害的进一步扩大。
由鼓风机和空气过滤器、精密过滤器组成的是无菌降温机构51。其中过滤器的作用是防止空气中的微生物对灭菌后的粉体产生二次污染。
一级离心分离器和第二螺旋闭风器62构成了一级气固分离系统61。
二级离心分离器和二级气固分离系统出料阀72构成了二级气固分离系统71。
参见图2，一级气固分离系统61和二级气固分离系统71内设置有第一离心室63和多个第二离心室64，所述第一离心室设置于分离系统的腔体中心，所述第二离心室设置于腔体的侧壁且围绕第一离心室布置，所述第一离心室的顶部流体出口经由流体汇聚腔65经多分支管路进入通过第二流体入口进入第二离心室，所述第二旋室的顶部流体出口与腔体内部连通。
最后经由过滤件66过滤后统一排出分离系统。
本发明中分离系统内部经过中心离心室和多个二级离心室使得提高了流体的分离效率，中心离心室初级分离颗粒相对较大的粉体后，由于自重的作用落入腔体底部，上部的气流分流进入多个二级离心室进行再次细小粉体的分离后，整体的气流进入整个腔室，使得腔室具有一定的压力便于后续压力气体的分流。
第一流体入口位置相对于第一离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2；所述第二流体入口相对于第二离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2。
流体入口的位置设置优先保证流体进入后直接产生旋风，同时排出的流体在中心位置上升不会对旋风的流体产生扰动，以使得流体在离心室内是自由的流动。
一级气固分离系统的出口处设置有第二螺旋闭风器62，所述第二螺旋闭风器入口位置处设置有接触式传感器，所述接触式传感器与所述第二螺旋闭风器的电机控制器连接。
一级气固分离系统的出口处设置有第二螺旋闭风器可以进一步减少二级分析系统对一级系统的影响，防止冷凝水产生，同时为了保证均匀出料，同时接触式传感器的设置可以在感测到叶轮的储存区域粉体到达传感器位置时控制叶轮传动，接触式传感器在粉体空间内不会被容易干扰，提高检测精度。
无菌贮罐81和贮罐呼吸阀82构成了无菌贮藏系统。
蒸气加热器91、回收蒸汽温度计92构成了蒸汽回收再加热系统。一级气固分离系统会将粉体和蒸汽分离，分离出来的蒸汽会经过蒸汽加热器再加热，然后进入蒸汽物料混合管加热管道34实现温度补偿，目的是防止蒸汽遇到冷的物料后热量损失从而冷凝成水，使得物料结块成团甚至堵塞管道。
回收蒸汽换热器冷凝水进水阀95、回收蒸汽换热器冷凝水出水阀96、回收蒸汽换热器97、冷凝水回收管98以及冷凝水过滤器99构成了冷凝水回收系统。温度补偿用的蒸汽从蒸汽物料混合管加热管出气阀94出来并进入到回收蒸汽换热器97中，冷凝成水，回收的冷凝水过滤经纯化后作为水源供给蒸汽发生器使用。
具体而言还涉及一种粉体连续式蒸汽压差灭菌方法，包括所述系统。
包括以下步骤：
（1）系统灭菌消杀：开启蒸汽发生器11和蒸汽过热器12，开启阀门管道联通系统，利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀5～10分钟，蒸汽通过排水排气阀15和二级气固分离系统71的排气口排出。
（2）调节蒸汽参数：通过调节蒸汽过热器12、自动调节阀14、减压稳压机构13以获得目标的蒸汽参数：过热蒸汽温度为180～210℃，过热蒸汽压力为：0.2～0.6Mpa，蒸汽流速为20～30m/s。
（3）投料：向投料槽21投入粉料，开启螺旋定量投喂器22以及第一螺旋闭风器24，使粉料进入系统管道内。
（4）粉料与蒸汽混合：粉料进入管道后与过热蒸汽混合，蒸汽和粉料的混合管道长度为150～300cm，使得物料与过热蒸汽通过混合管道的时间控制在0.05～0.15s，粉料表面迅速升温。
（5）压差灭菌：粉料在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管4，此时管压瞬间降低，瞬间压差处理会使附着在粉粒表面的细菌或虫卵胞内水分子汽化而发生炸裂，巨大的膨化压力破坏了微生物或虫卵的蛋白质空间结构。瞬间压差为0.15Mpa-0.5Mpa。
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的粉料在无菌冷风的推动下进入一级离心分离器，此时管内温度初步下降至125-155℃，蒸汽不至于冷凝成水，同时也能将粉体中心温度降低。一级冷却管道管长为50cm～200cm。
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统61分离的蒸汽通过蒸汽加热器91进行升温达到185～230℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管34实现温度补偿。
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的粉体通过第二螺旋闭风器62进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降至50～60℃，粉体中心温度会比管温更低，达到一个安全温度状态，减少热损害。
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的粉体，存放于无菌贮罐81。
下面用三组实施例说明本发明的效果：
实施例1
（1）系统灭菌消杀：开启蒸汽发生器11和蒸汽过热器12，开启阀门管道联通系统，利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀5分钟，蒸汽通过排水排气阀15和二级气固分离系统71的排气口排出。
（2）调节蒸汽参数：通过调节蒸汽过热器12、自动调节阀14、减压稳压机构13以获得目标的蒸汽参数：过热蒸汽温度为190℃，过热蒸汽压力为：0.3Mpa，蒸汽流速为20m/s。
（3）投料：向投料槽21投入小麦粉，开启螺旋定量投喂器22以及第一螺旋闭风器24，使小麦粉进入系统管道内。
（4）粉料与蒸汽混合：小麦粉进入管道后与过热蒸汽混合，蒸汽和小麦粉的混合管道长度为200cm，小麦粉与过热蒸汽通过混合管道的时间为0.1s，小麦粉表面迅速升温，蒸汽物料混合管道温度为185℃。
（5）压差灭菌：小麦粉在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管4，此时管压瞬间降低，瞬间压差为0.25Mpa。
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的小麦粉在无菌冷风的推动下进入一级离心分离器，此时管内温度下降至130℃，一级冷却管道管长为150cm。
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统61分离的蒸汽通过蒸汽加热器91进行升温达到200℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管34实现温度补偿。
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的小麦粉通过第二螺旋闭风器62进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降到58℃。
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的小麦粉，存放于无菌贮罐81。
实施例1获取灭菌后的小麦粉品质检测如表1：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1数据可以看出，应用本发明蒸汽压差灭菌技术及其装置对小麦粉进行处理能够达到有效灭菌的效果，同时又能够保留小麦粉气味及外观正常品质；而作为对比例1的微波灭菌则使得小麦粉在气味和外观上发生劣变；对比例2的电子束辐照处理则无法使小麦粉达到良好的灭菌效果。
实施例2
（1）系统灭菌消杀：开启蒸汽发生器11和蒸汽过热器12，开启阀门管道联通系统，利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀8分钟，蒸汽通过排水排气阀15和二级气固分离系统71的排气口排出。
（2）调节蒸汽参数：通过调节蒸汽过热器12、自动调节阀14、减压稳压机构13以获得目标的蒸汽参数：过热蒸汽温度为180℃，过热蒸汽压力为：0.25Mpa，蒸汽流速为25m/s。
（3）投料：向投料槽21投入川芎生药粉，开启螺旋定量投喂器22以及第一螺旋闭风器24，使川芎生药粉进入系统管道内。
（4）粉料与蒸汽混合：川芎生药粉进入管道后与过热蒸汽混合，蒸汽和川芎生药粉的混合管道长度为200cm，川芎生药粉与过热蒸汽通过混合管道的时间为0.08s，川芎生药粉表面迅速升温，蒸汽物料混合管道温度为177℃。
（5）压差灭菌：川芎生药粉在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管4，此时管压瞬间降低，瞬间压差为0.2Mpa。
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的川芎生药粉在无菌冷风的推动下进入一级离心分离器，此时管内温度下降至125℃，一级冷却管道管长为150cm。
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统61分离的蒸汽通过蒸汽加热器91进行升温达到195℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管34实现温度补偿。
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的川芎生药粉通过第二螺旋闭风器62进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降到56℃。
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的川芎生药粉，存放于无菌贮罐81。
实施例2获取灭菌后的川芎生药粉品质检测如表2：
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从表2数据可以看出，应用本发明蒸汽压差灭菌技术及其装置对川芎生药粉进行处理能够达到有效灭菌的效果，其阿魏酸含量损失较小，损失率为9.17%；而作为对比例3的湿热蒸汽灭菌虽然能够有效灭菌，但经湿热处理后的川芎生药粉颜色加深，生药粉结块成团影响使用性，阿魏酸含量下降至0.1518mg/g，损失率较高为85.82%。
实施例3
（1）系统灭菌消杀：开启蒸汽发生器11和蒸汽过热器12，开启阀门管道联通系统，利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀10分钟，蒸汽通过排水排气阀15和二级气固分离系统71的排气口排出。
（2）调节蒸汽参数：通过调节蒸汽过热器12、自动调节阀14、减压稳压机构13以获得目标的蒸汽参数：过热蒸汽温度为205℃，过热蒸汽压力为：0.45Mpa，蒸汽流速为30m/s。
（3）投料：向投料槽21投入马铃薯淀粉，开启螺旋定量投喂器22以及第一螺旋闭风器24，使马铃薯淀粉进入系统管道内。
（4）粉料与蒸汽混合：马铃薯淀粉进入管道后与过热蒸汽混合，蒸汽和马铃薯淀粉的混合管道长度为200cm，马铃薯淀粉与过热蒸汽通过混合管道的时间为0.067s，马铃薯淀粉表面迅速升温，蒸汽物料混合管道温度为200℃。
（5）压差灭菌：马铃薯淀粉在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管4，此时管压瞬间降低，瞬间压差为0.35Mpa。
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的马铃薯淀粉在无菌冷风的推动下进入一级离心分离器，此时管内温度下降至132℃，一级冷却管道管长为150cm。
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统61分离的蒸汽通过蒸汽加热器91进行升温达到220℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管34实现温度补偿。
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的马铃薯淀粉通过第二螺旋闭风器62进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降到59℃。
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的马铃薯淀粉，存放于无菌贮罐81。
实施例3获取灭菌后的马铃薯淀粉品质检测如表3：
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE006
从表3数据可以看出，应用本发明蒸汽压差灭菌技术及其装置对马铃薯淀粉进行处理能够达到有效灭菌的效果，其淀粉浆粘度灭菌前后差异不大；而作为对比例4的臭氧处理后的马铃薯淀粉能除去一定的微生物，但杀菌效果不如实施例3。且经臭氧处理后的淀粉浆粘度略微下降，影响了应用特性。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，其特征在于，包括：过热蒸汽发生装置，所述过热蒸汽发生装置包括依次连通的蒸汽发生器（11）和蒸汽过热器（12）；
蒸汽压力流速调控装置，所述蒸汽压力流速调控装置包括减压稳压机构（13）、自动调节阀（14）和流量计（18）；所述过热蒸汽发生装置产生的过热蒸汽依次流经减压稳压机构（13）、自动调节阀（14）和流量计（18）；所述自动调节阀（14）设置有流量阈值，控制系统根据流量计（18）的数值调节所述自动调节阀（14）的阀门开度大小；
第一螺旋闭风器（24），所述第一螺旋闭风器（24）和所述自动调节阀（14）的出口均与蒸汽物料混合管（33）入口端连通，第一螺旋闭风器（24）的壳体内设置有螺旋叶片以及驱动旋转叶片的电机，出口处设有密封压盖；
拉瓦尔喷管（4），所述拉瓦尔喷管（4）的入口端与所述蒸汽物料混合管（33）出口端连通，所述拉瓦尔喷管（4）输出的物料经过无菌降温机构（51）吹出无菌风作用下进行初步降温，然后处理后的物料依次流经一级气固分离系统（61）和二级气固分离系统（71）；
所述一级气固分离系统分离的蒸汽通过蒸汽加热器（91）进行升温，然后进入蒸汽物料混合管加热管（34）实现温度补偿，所述蒸汽物料混合管加热管（34）包裹所述蒸汽物料混合管（33）；
控制所述过热蒸汽发生装置和蒸汽压力流速调控装置，以使得产生的过热蒸汽温度为180～210℃，过热蒸汽压力为0.2～0.6Mpa，所述蒸汽流量阈值为流速20～30m/s，蒸汽物料混合管（33）长度为150～300cm，以使得物料与过热蒸汽通过混合管道的时间控制在0.05～0.15s，所述拉瓦尔喷管（4）的瞬间压差为0.15～0.5Mpa；
所述一级气固分离系统（61）和二级气固分离系统（71）内设置有第一离心室（63）和多个第二离心室（64），所述第一离心室（63）设置于分离系统的腔体中心，所述第二离心室（64）设置于腔体的侧壁且围绕第一离心室（63）布置，流体经由第一流体入口进入所述第一离心室（63），所述第一离心室（63）的顶部流体出口经由流体汇聚腔（65）经多分支管路通过第二流体入口进入第二离心室（64），所述第二离心室（64）的顶部流体出口与腔体内部连通；
所述第一流体入口位置相对于第一离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2；所述第二流体入口相对于第二离心室顶部距离是相对于底部距离的1/2。
2.根据权利要求1所述的粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，其特征在于，所述减压稳压机构（13）由依次连接的第一压力表、第一蒸汽阀、减压阀、第二蒸汽阀、第二压力表以及并联1个旁通阀构成；所述自动调节阀（14）与流量计（18）之间连接有汽水分离系统（17）和排水排气阀（15）。
3.根据权利要求 1 所述的粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，其特征在于，还包括冷凝水回收系统，所述冷凝水回收系统包括回收蒸汽换热器（97）、冷凝水回收管（98）和冷凝水过滤器（99）；所述蒸汽物料混合管加热管（34）的出气端通过蒸汽物料混合管加热管出气阀（94）与所述回收蒸汽换热器（97）连接，所述回收蒸汽换热器（97）经过冷凝水回收管（98）返回至所述蒸汽发生器（11），所述冷凝水过滤器（99）连接在冷凝水回收管（98）上且位于所述回收蒸汽换热器（97）与所述蒸汽发生器（11）之间。
4.根据权利要求1所述的粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，其特征在于，所述拉瓦尔喷管（4）主体材质为食品级不锈钢，内衬为特氟龙或陶瓷材质。
5.根据权利要求1所述的粉体连续式蒸汽压差灭菌系统，其特征在于，一级气固分离系统（61）的出口处设置有第二螺旋闭风器（62），所述第二螺旋闭风器（62）入口位置处设置有接触式传感器，所述接触式传感器与所述第二螺旋闭风器（62）的电机控制器连接。
6.一种粉体连续式蒸汽压差灭菌方法，其包括权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于，包括如下步骤：
（1）系统灭菌消杀：利用过热蒸汽对整个系统进行蒸汽消杀5～10分钟，蒸汽通过排水排气阀（15）和二级气固分离系统（71）的排气口排出；
（2）调节蒸汽参数：过热蒸汽温度为 180～210℃，过热蒸汽压力为：0.2～0.6Mpa，蒸汽流速为 20～30m/s；
（3）投料：向投料槽（21）投入粉料，开启螺旋定量投喂器（22）以及第一螺旋闭风器（24），使粉料进入系统管道内；
（4）粉料与蒸汽混合：粉料进入管道后与过热蒸汽混合，使得物料与过热蒸汽通过混合管道的时间控制在 0.05～0.15s，粉料表面迅速升温；
（5）压差灭菌：粉料在过热蒸汽的推动下进入拉瓦尔喷管（4），此时管压瞬间降低，瞬间压差为 0.15～0.5Mpa，瞬间压差处理会使附着在粉粒表面的细菌或虫卵胞内水分子汽化而发生炸裂，巨大的膨化压力破坏了微生物或虫卵的蛋白质空间结构；
（6）一级冷却及分离：瞬间压差灭菌后的粉料在无菌冷风的推动下进入一级气固分离系统（61），此时管内温度初步下降至 125-155℃，蒸汽不至于冷凝成水，同时也能将粉体中心温度降低；
（7）蒸汽回收及温度补偿：将一级气固分离系统（61）分离的蒸汽通过蒸汽加热器（91）进行升温达到185～230℃，然后进入蒸汽物料混合管加热管（34）实现温度补偿；
（8）二级冷却及分离：一级分离所得的粉体通过第二螺旋闭风器（62）进入到二级冷却管道，在无菌风的冷却下，管道温度降至50～60℃，粉体中心温度会比管温更低，达到一个安全温度状态，减少热损害；
（9）贮藏：二级冷却及分离得到灭菌后的粉体，存放于无菌贮罐（81）。
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