CN214802052U - 一种过热水辅助射频杀菌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过热水辅助射频杀菌装置，包括过热水杀菌辅助系统、射频加热系统和计算机光纤测温系统；过热水杀菌辅助系统包括第一控制面板、第一控制器、两个耐高温管、杀菌釜、纯水管、储水罐、冷水循环泵、热水循环泵、电加热器；射频加热系统包括箱体、射频发生器、上极板、下极板、第二控制面板和第二控制器，下极板安装在箱体底部，上极板平行安装在下极板上方，所述射频发生器与上极板和下极板连接；计算机光纤测温系统包括测温法兰盘、测温光纤探头、光纤测温装置和计算机。本实用新型将射频与过热水杀菌相结合，在保证加热均匀性的基础上，能够大大提升了加热效率，同时对物料并没有过多的限制。

Description

一种过热水辅助射频杀菌装置

技术领域

本实用新型属于食品杀菌技术领域，涉及一种杀菌装置，特别是一种过热水辅助射频杀菌装置。

背景技术

在食品领域常常提及“杀菌”这样的用语,但在卫生学中通常使用“消毒”、“灭菌”。前者是指杀灭耐热性差、对健康危险性高的微生物,后者是指对生存的微生物全部杀灭。现有对食品杀菌的方法很多，比如近年来，过热水、过热水蒸气、微波、射频等方式杀菌被广泛的应用于食品杀菌技术领域。其中，射频杀菌是利用射频(3KHz～300MHz的电磁波)引起被加热物料带电离子的振荡迁移和偶极子旋转而将电能转化为热能，提高物料温度，从而杀灭微生物的方法。相比传统如热水杀菌等方法，射频杀菌具有快速、均匀加热、物料温度低、能量穿透深度大、设备投资小等优势，与微波相比，具有更高的穿透能力和更好的加热均匀性，但射频加热方式的几何中心升温慢、杀菌效率较低；过热水杀菌则存在装置结构较复杂，操作繁琐，常需更换易耗损部件因此成本较高，尤其在固体食品如香肠类食品杀菌时，因其物料内部无法迅速达到目标杀菌温度从而造成能源浪费。

中国专利(公开号：CN 207822140 U)公开了一种新型节能过热水灭菌装置，包括灭菌室、热水储罐、冷却水储罐、加热设备、循环管道，具有结构简单、能够有效降低能源消耗、降低设备整体压力、灭菌效果好的优点。但该装置对液体杀菌有较好的效果，对固体食品具有较大的局限性。

中国专利(申请号：CN 201620191517.8)公开了一种微波干燥杀菌机,包括微波机本体和置于微波机本体内的物料输送带、隔板、干燥抽湿装置、微波装置和杀菌装置，隔板将其分成微波区和干燥杀菌区。杀菌的同时可对物料进行除湿干燥处理，解决了目前干燥机功能单一的问题。但由于微波穿透力较低，这类装置只适用于含水量较低的物料，不适用于含水量较高或者液体物料，干燥不均匀。

中国专利(申请号：CN201920514931.1)公开了一种带式无线射频杀菌装置，包括射频发生器，上下极板及极板间距调节机构，物料输送与传动机构，风机与辅助加热系统及排湿系统。与微波杀菌技术相比，射频的穿透能力比微波强，生产效率更高，尤其适合低水分以及尺寸较大物料的快速杀菌作业，但杀菌效果并非很理想，且处理的样品具有一定的局限性。

综上，现有技术存在的问题：1、杀菌效率低；2、杀菌方式单一，未见有组合杀菌方式；3、处理物料有局限。因此，研究一种实用性强、杀菌效率高、节能的组合杀菌装置是有必要的。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的1、杀菌效率低；2、杀菌方式单一；3、处理物料有局限的技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种过热水辅助射频杀菌装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以解决：

一种过热水辅助射频杀菌装置，包括过热水杀菌辅助系统、射频加热系统和计算机光纤测温系统；其中：

过热水杀菌辅助系统包括第一控制面板、第一控制器、两个耐高温管、杀菌釜、自来水管、纯水管、储水罐、冷水循环泵、热水循环泵、电加热器；所述杀菌釜内外壁之间为环形空腔，两个耐高温管分别连接该环形空腔，纯水管将储水罐和杀菌釜的环形空腔相连通形成一纯水管闭环，纯水管通过两个耐高温管连通杀菌釜的环形空腔；所述储水罐内设有用于加热纯水的电加热器；所述杀菌釜的环形空腔的入口处、出口处的纯水管上分别安装有热水循环泵和冷水循环泵；所述第一控制面板、冷水循环泵、热水循环泵、电加热器均连接第一控制器；

射频加热系统包括箱体、射频发生器、上极板、下极板、第二控制面板和第二控制器，所述下极板安装在箱体底部，所述上极板平行安装在下极板上方，所述射频发生器与上极板和下极板连接；下极板上放置所述杀菌釜；所述射频发生器、第二控制面板连接第二控制器；

计算机光纤测温系统包括测温法兰盘、测温光纤探头、光纤测温装置和计算机，测温法兰盘固定在杀菌釜上，测温光纤探头安装在测温法兰盘内且其探头穿过杀菌釜内壁；测温光纤探头的光纤连接光纤测温装置。

进一步的，所述过热水杀菌辅助系统中，在所述冷水循环泵与储水罐之间的纯水管上设有板式换热器，板式换热器的另一个通道连接自来水管；在板式换热器与杀菌釜之间的纯水管上设置有温度传感器，温度传感器和板式换热器均连接第一控制器。

进一步的，所述两个耐高温管还连通有压缩空气管，压缩空气管的输入端连接压缩机；在杀菌釜的环形空腔入口处的压缩空气管上设置有控制阀和压力传感器，控制阀和压力传感器分别连接第一控制器。

进一步的，所述杀菌釜为圆柱形容器，杀菌釜的上盖和底板均采用金属板，中部容器的材质优选聚四氟乙烯。

进一步的，所述在所述射频加热系统箱体底部设置电机，电机通过齿轮连接四个螺杆的下端，四个螺杆的上端分别通过螺纹连接上电极板；电机连接第二控制器，第二控制器控制电机启动带动螺杆转动，从而带动上电极板相对于下电极板上下移动。

进一步的，所述上极板和下极板采用铝合金板。

进一步的，所述耐高温连接管采用圆柱体增强钢丝硅胶软管。

进一步的，所述射频加热系统的箱体底部设置有电热风机，下电极板上均布多个鼓风口。

进一步的，所述纯水温度为110～120℃，加热时间为20～30min，杀菌釜压力为2～3bar，上极板和下级板间距为180～200mm，物料高度为80～90mm。

进一步的，所述过热水温度为120℃，加热时间为30min，极板间距为180mm，物料高度为85mm。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

(1)射频具有内热源加热特性，能够实现物料整体加热，与微波相比，具有更高的穿透能力和更好的加热均匀性；本实用新型将射频与过热水杀菌相结合，克服了传统过热水的几何中心升温慢、杀菌效率低的短板，从而在保证加热均匀性的基础上，能够在更短时间使物料内部温度达到预期目标，提升了加热效率，降低了物料变质的几率同时得到品质更加优良的产品，尤其适用于含水量较高的肉肠类食品。同时，由于其上述优点使其对于各种物料并没有过多的限制。

(2)杀菌过程中通过两个控制面板同时调节射频功率，从而控制提升过热水加热温度，操作简便且安全，提高了产品加工能力，解决了工作稳定性的问题。

(3)产品感官品质、微生物指标较佳：通过设置电机和螺杆调整两电极板间距来实现射频功率调节，从而能够控制合适的升温速率。同时，无需打开箱门，使得物料不易受二次污染。

附图说明

图1是本实用新型的过热水辅助射频杀菌装置的结构示意图。

图2是过热水杀菌辅助系统的示意图。

图3是杀菌釜在射频发生器下极板上放置的俯视图。

图4是杀菌釜与测温装置相连接的示意图。

图5是图4的俯视图。

图中各标号含义：

1、第一控制面板；2、耐高温管；3、通风口；4、上极板；5、螺杆；6、第二控制面板；7、测温光纤探头；8、光纤测温装置；9、计算机；10、下极板；11、电机；12、杀菌釜；13、电热风机；14、自来水管；15、纯水管；16、压缩空气管；17、控制阀；18、压力传感器；19、金属板；20、储水罐；21、板式换热器；22、冷水循环泵；23、热水循环泵；24、电加热器；25、测温法兰盘；26、鼓风口；A、过热水杀菌辅助系统；B：射频加热系统；C：计算机光纤测温系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1-图5所示，本实用新型提供一种过热水辅助射频杀菌装置，包括过热水杀菌辅助系统A、射频加热系统B和计算机光纤测温系统C。其中：

过热水杀菌辅助系统A包括第一控制面板1、第一控制器、两个耐高温管2、杀菌釜12、纯水管15、储水罐20、冷水循环泵22、热水循环泵23，其中：杀菌釜12内外壁之间为环形空腔，两个耐高温管2分别连接该环形空腔，作为该杀菌釜12环形空腔的介质输入管和介质输出管，纯水管15将储水罐20和杀菌釜12的环形空腔相连通形成一纯水管闭环，纯水管15通过两个耐高温管2连通杀菌釜12的环形空腔；储水罐20内设有用于加热纯水的电加热器24；杀菌釜12的环形空腔的入口处、出口处的纯水管15上分别安装有热水循环泵23和冷水循环泵22。其中，热水循环泵23用于输送储水罐20中的热水进入环形空腔，冷水循环泵用于输送环形空腔的出水至储水罐20，再次进行加热后可以送入杀菌釜12再次使用，从而形成纯水管闭环，实现持续不断地为杀菌釜12提供加热后的纯水。第一控制面板1、冷水循环泵22、热水循环泵23、电加热器24均连接第一控制器；第一控制面板1用于接收操作人员手动操作的控制指令，控制与第一控制器相连的各部件的启闭，从而控制过热水杀菌辅助系统A工作。

优选的，在冷水循环泵22与储水罐20之间的纯水管上设有板式换热器21，板式换热器的另一个通道连接自来水管14；在板式换热器21与杀菌釜12之间的纯水管15上设置有温度传感器，温度传感器和板式换热器21均连接第一控制器。当温度传感器检测到从杀菌釜12输出的纯水温度过高时，温度过高容易对储水罐20的入口造成破坏，此时第一控制器启动板式换热器，板式换热器利用自来水管14送入的自来水为杀菌釜12环形空腔输出的热的纯水降温。如果从杀菌釜12输出的纯水温度在设定阈值内，则无需启动板式换热器，纯水直接由冷水循环泵送入储水罐20，从而对储水罐20入口形成保护措施。

优选的，两个耐高温管2还连通有压缩空气管16，压缩空气管16的输入端连接压缩机，用于通入纯水杀菌之前对杀菌釜12的环形空腔的空气加压，加压后的环形空腔内的过热水不会快速降温，维持时间更长，能增强杀菌效果。在杀菌釜12的环形空腔入口处的压缩空气管16上设置有控制阀17和压力传感器18，控制阀17和压力传感器18分别连接第一控制器；其中，压力传感器18用于测量杀菌釜12的环形空腔的压力；控制阀17用于在杀菌完成后打开，使得杀菌釜12内的高压气体自然排出。压缩机可采用无油活塞空气压缩机，如ZB100压缩机，由山东宏润空压机科技有限公司出产。

优选的，杀菌釜12为圆柱形容器，能够提高杀菌均匀性、操作方便；杀菌釜12的上盖和底板均采用金属板19(优选铝合金板)，使得杀菌釜12在射频作用下具有更快的加热速率；杀菌釜12的中部容器的材质优选聚四氟乙烯，该材料耐高温高压、适于射频场且价格较低。

射频加热系统B包括箱体、射频发生器(即高频发生器，用于使上下级板工作产生高温)、上极板4、下极板10、第二控制面板6和第二控制器，其中，下极板8安装在箱体底部，上极板4平行安装在下极板10上方，射频发生器与上极板4和下极板10连接；下极板10上放置杀菌釜12。射频发生器、第二控制面板6分别连接第二控制器；第二控制面板6安装在箱体外壁；第二控制面板6接收用户的操作指令并发送给第二控制器，第二控制器控制射频发生器启动，使得射频加热系统B中的上极板4和下极板10之间产生高温，对杀菌釜12内部的物料进行干燥处理。

优选的，为了使物料的杀菌效果更好，通过调节间距来调节功率，从而根据需要提升物料的升温速率，在射频加热系统B箱体底部的下极板10下方设置电机11，电机11通过齿轮连接四个螺杆5的下端，四个螺杆5的上端分别通过螺纹连接上电极板4(或者通过螺纹连接吊装有上电极板4的支架)；电机11连接第二控制器，第二控制器根据第二控制面板6输入的用户指令或者预先设定的间距控制电机11启动带动螺杆5转动，从而带动上电极板4相对于下电极板10上下移动；这样，通过上电极板4和下电极板10之间距离可调，使得置于下电极板10上的杀菌釜12中的物料处于合适的加热位置，提升其升温速率，从而获得更好的杀菌效果。

优选的，上极板4和下极板8采用铝合金板，适用于射频场，使得杀菌釜12在射频作用下具有更快的加热速率。

优选的，耐高温连接管2采用圆柱体塑料通气管道，优选增强钢丝硅胶软管，该材质工作温度范围宽，为-60℃到200℃，且为食品和药典级，无味道、镜面光滑，不会产生任何残留，易于清洗。

优选的，箱体顶部设置有一通风口3，用于非工作状态时对箱体内部空气流通。

优选的，射频加热系统B的箱体底部的下极板10下方还设置有电热风机13，下电极板10上均布多个鼓风口26。通过电热风机13将外部空气自下而上经鼓风口最终由通风口3排出，能够降低射频加热系统B加热腔的整体温度，同时降低上电极板4因杀菌操作产生冷凝水的概率，增加过热水辅助射频杀菌过程的安全性。较优的，鼓风口26采用圆形，直径为20～30mm，利于空气通过且提高箱体内空气热量的均匀度从而快速排空热空气。

计算机光纤测温系统C包括测温法兰盘25、测温光纤探头7、光纤测温装置8和计算机9，测温法兰盘25固定在杀菌釜12上，测温光纤探头7安装在测温法兰盘25内且其探头穿过杀菌釜12内壁，用于测量杀菌釜12内的物料内部温度；测温光纤探头7的光纤连接光纤测温装置8，光纤测温装置连接计算机9，计算机9中加载有光纤测温装置8的相关软件，用于控制测温光纤探头7实时测量物料温度。

本实用新型的装置的工作过程：

(1)打开箱体，将物料放置于杀菌釜12中(如图4)，固定好杀菌釜12的上下两个金属板19后放置在射频加热系统B的下电极板10上，用两个耐高温连接管2将杀菌釜12环形空腔与过热水杀菌辅助系统A的纯水管15相连通；将测温光纤探头7插入物料，其光纤通过测温法兰盘25连接光纤测温装置8，将光纤测温装置8与计算机9相连接，关箱门。

(2)操作人员通过第一控制面板1启动过热水杀菌辅助系统A，压缩空气通过压缩空气管16对杀菌釜12进行加压处理。第一控制面板1显示杀菌釜12内压力达到要求，操作人员操作开启纯水管使得纯水流入储水罐20，纯水经电加热器24加热到设定温度后，操作人员开启热水循环泵23将加热后的纯水送入杀菌釜12的环形空腔；与此同时，操作人员通过第二控制面板6设置上下极板间距和处理时间，第二控制面板6控制电机11带动四个螺杆5转动调节上极板4和下极板10的间距，然后操作控制射频发生器启动进行过热水辅助的射频加热处理；同时，开启计算机9中光纤测温软件，控制计算机光纤测温系统C对物料进行实时测温。

(3)设定的处理时间到达后，杀菌完成，射频发生器关闭，热水循环泵关闭，冷水循环泵开启；操作人员通过第一控制面板1点击“下一步”，过热水杀菌辅助系统A中的第一控制器控制板式换热器21开启，采用自来水对纯水进行冷却，同时，开启压缩气管16上的控制阀17对杀菌釜12进行自动泄压，使整个系统恢复为常压，待达到常压后，系统自动停止；与此同时，停止计算机9中相关光纤测温软件，计算机9将自动记录实时测温数据；打开杀菌釜12并从中取出物料测定相关指标。

例如，采用上述过热水辅助射频杀菌装置对含水分较多的牛肉香肠杀菌时，包括如下操作：

将包装好的牛肉香肠放入杀菌釜12中，再将杀菌釜置于下电极板10上，通过第二控制面板6调节上、下电极板间距为165～200mm，香肠高度为65～85mm，香肠直径为25±1mm，物料高度需低于杀菌釜12内腔高度100mm，香肠批量杀菌时，数量5～8根；通过第一控制面板1调节温度范围为100～120℃,时间范围为0～30min，调节杀菌釜12压力1.5～3bar，冷却水温度设为30～40℃，获得牛肉香肠过热水辅助射频杀菌升温曲线。香肠过热水辅助射频加工杀菌动力学测定：根据上述步骤得到最优升温曲线并根据其条件在保温时间为0、10、20、30min，射频极板间距为180mm时进行杀菌试验；比较纯过热水杀菌与过热水辅助射频杀菌的效果，并测得其失活率。

实施例1、射频杀菌辅助系统纯水浴加热稳定性及升温速率测定

采用过热水辅助射频杀菌装置对牛肉香肠杀菌，杀菌过程不启动射频发生器，单纯用过热水方式杀菌，包括如下操作：

将空置的物料容器放置在杀菌釜12内，杀菌釜12放置在射频加热系统B的下电极板10上，用耐高温连接管2将装有物料的杀菌釜12与过热水杀菌辅助系统A连接起来，将测温光纤探头7插入物料固定位置并通过杀菌釜12上的测温法兰盘经光纤测温装置8与计算机9相连接。调节上电极板4与下电极板10的间距(＞165mm，足够容下杀菌釜12)。不启动射频发生装置，设定过热水杀菌辅助系统控制面板1参数为，100、110、120℃保温120s，通过光纤测温系统8记录其升温曲线如图3所示。其结果表明：过热水杀菌辅助系统A能够快速且稳定的提供恒温水浴环境，且在使用过程中杀菌釜12无漏气漏水现象，稳定并且安全；过热水杀菌辅助系统A提供的过热水可以在1min内从常温达到所设定的目标温度且在保温阶段稳定(温度误差＜1℃)，冷却阶段进行1min左右可以迅速降到目标温度40℃。

实施例2、牛肉香肠过热水辅助射频杀菌加热稳定性及升温速率测定

将预处理后的物料按照实施例1中放置杀菌釜12，启动过热水杀菌辅助系统A的同时启动射频发生装置B1，调节上电极板4与下电极板10的间距165～200mm，设定过热水杀菌辅助系统控制面板1参数为100、110、120℃保温25min，通过计算机光纤测温系统C记录其升温曲线。通过试验结果得到：上电极板4与下电极板10的间距为180mm，设定过热水杀菌辅助系统控制面板1参数为120℃保温25min，物料高度为85mm时过热水杀菌辅助系统A最为稳定且升温速率快。其结果如图4所示，在过热水杀菌辅助系统控制面板1设定的温度范围内(100、110、120℃)，过热水辅助射频(RF+SW)加热速率明显优于单一过热水(SW)加热速率，且在保温时间25min内，单一过热水加热无法使物料达到目标温度，其中射频杀菌辅助系统1设定的温度为120℃效果最佳，过热水辅助射频加热在820s内物料达到目标温度。

实施例3、香肠过热水辅助射频加工杀菌动力学测定

根据实施例2中得到的最优杀菌工艺条件，将100μL嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢菌悬液注入高度为85mm香肠冷点(距物料顶端10mm)处，无菌包装好后放入实施例2中放置的杀菌釜12，在过热水杀菌辅助系统控制面板1设定温度为120℃，保温时间为0、10、20、30min，上电极板4与下电极板10的间距为180mm，时进行杀菌试验。其结果如图5所示，当温度低于110℃时，过热水结合射频杀菌效果不明显；当温度为110～120℃时，随着温度的提升，杀菌效果越好；且过热水辅助射频杀菌明显优于单一过热水杀菌效果；当过热水温度为120℃、加热时间为30min、极板间距为180mm、物料高度为85mm时，达到最大杀菌效果，失活率为-2.0622。

综上，经试验，在过热水温度为110～120℃，加热时间为20～30min，杀菌釜12压力2～3bar，上极板和下级板间距为180～200mm，物料高度为80～90的条件下，杀菌效果较好。

综上，本实用新型将射频与过热水杀菌相结合，克服了传统热水杀菌方式的几何中心升温慢、杀菌效率低的短板，从而在保证加热均匀性的基础上，能够杀菌时间，极大提升了加热效率，能够在更短时间使物料内部温度达到预期目标使食品的微生物指标满足国家标准，尤其适用于含水量较高的肉肠类食品的营养价值及规模化生产具有重要意义。

Claims (8)

1.一种过热水辅助射频杀菌装置，包括过热水杀菌辅助系统，其特征在于，还包括射频加热系统和计算机光纤测温系统；其中：

过热水杀菌辅助系统包括第一控制面板、第一控制器、两个耐高温管、杀菌釜、纯水管、储水罐、冷水循环泵、热水循环泵；所述杀菌釜内外壁之间为环形空腔，两个耐高温管分别连接该环形空腔，纯水管将储水罐和杀菌釜的环形空腔相连通形成一纯水管闭环，纯水管通过两个耐高温管连通杀菌釜的环形空腔；所述储水罐内设有用于加热纯水的电加热器；所述杀菌釜的环形空腔的入口处、出口处的纯水管上分别安装有热水循环泵和冷水循环泵；所述第一控制面板、冷水循环泵、热水循环泵、电加热器均连接第一控制器；

射频加热系统包括箱体、射频发生器、上极板、下极板、第二控制面板和第二控制器，所述下极板安装在箱体底部，所述上极板平行安装在下极板上方，所述射频发生器与上极板和下极板连接；下极板上放置所述杀菌釜；所述射频发生器、第二控制面板连接第二控制器；

计算机光纤测温系统包括测温法兰盘、测温光纤探头、光纤测温装置和计算机，测温法兰盘固定在杀菌釜上，测温光纤探头安装在测温法兰盘内且其探头穿过杀菌釜内壁；测温光纤探头的光纤连接光纤测温装置。

2.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述过热水杀菌辅助系统中，在所述冷水循环泵与储水罐之间的纯水管上设有板式换热器，板式换热器的另一个通道连接有自来水管；在板式换热器与杀菌釜之间的纯水管上设置有温度传感器，温度传感器和板式换热器均连接第一控制器。

3.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述两个耐高温管还连通有压缩空气管，压缩空气管的输入端连接压缩机；在杀菌釜的环形空腔入口处的压缩空气管上设置有控制阀和压力传感器，控制阀和压力传感器分别连接第一控制器。

4.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述杀菌釜为圆柱形容器，杀菌釜的上盖和底板均采用金属板，中部容器的材质为聚四氟乙烯。

5.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述在所述射频加热系统箱体底部设置电机，电机通过齿轮连接四个螺杆的下端，四个螺杆的上端分别通过螺纹连接上电极板；电机连接第二控制器，第二控制器控制电机启动带动螺杆转动，从而带动上电极板相对于下电极板上下移动。

6.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述上极板和下极板采用铝合金板。

7.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述耐高温连接管采用圆柱体增强钢丝硅胶软管。

8.如权利要求1所述的过热水辅助射频杀菌装置，其特征在于，所述射频加热系统的箱体底部设置有电热风机，下电极板上均布多个鼓风口。

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