一種多級微波連續加熱滅菌固態物料的方法及專用裝置的製作方法

2023-05-25 22:18:46

專利名稱：一種多級微波連續加熱滅菌固態物料的方法及專用裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及固態物料的滅菌工業領域。具體的說，本發明涉及一種微波連 續加熱滅菌固態物料的方法及其專用裝置的技術領域。
背景技術：
當前，在食品、製藥、農副產品加工、釀造、有才幾廢物處理、固態發酵、 化工、製造業等諸多領域，經常會遇到固態物料的加熱與滅菌處理問題。顆粒、 粉粒狀等含水固態物料採用微波加熱及滅菌與傳統的蒸汽加熱及滅菌相比，可 以明顯縮短滅菌時間，具有設備簡單、能耗低、容易操作和容易實現自動化的 許多優點，不存在環境汙染問題。而微波處理各類含水固態物料時，需要加壓
才能使物料的的溫度達到120。C以上，才能達到殺滅細菌芽胞的溫度。目前受現 有設備製作材料強度、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性、電磁特性等的影響與限制， 在加熱與滅菌處理要求較高或相關工藝較為複雜的情況下，現有技術方法有一 定的局限性。

發明內容
針對在加熱與滅菌處理要求較高或相關工藝較為複雜的情況下，現有技術 方法有一定的局限性。為克服上述問題，本發明採用多級微波連續加熱滅菌固 態物料的方法，該技術方法可以解決各類情況較為複雜的固態物料，尤其是固 態發酵物料的加熱滅菌問題。
本發明的目的在於提供一種微波連續加熱滅菌固態物料的方法及其專用裝 置，通過採用加熱的帶壓無菌空氣來維持微波加熱環境的氣壓，能利用微波加 熱將固態物料中的細菌芽胞殺滅，實現固態物料徹底被滅菌的目的。本發明具體提供了一種微波連續加熱滅菌固態物料的方法，使用加熱的帶
壓無菌空氣，其壓力在0.1017Mpa—1.0015Mpa之間用於維持微波力口熱環境的工 作氣壓，無菌空氣壓力優選0.2063Mpa—0.3653Mpa之間，採用旋塞式連續進料 密封閥和旋塞式連續出料密封閥帶壓運行和進出固態物料操作，採用空氣壓縮 機向螺旋推進器內持續提供加熱的恆壓無菌空氣，經多級微波連續加熱滅菌固 態物料的裝置，將固態物料的溫度用微波加熱到12(TC以上，物料的熱解或焦化 溫度以下，把含水固態物料連續進行加熱滅菌處理。
同時，本發明具體提供了一種微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，由 多個單級裝置和帶壓無菌空氣系統組成，其中，固態物料的微波連續滅菌的單 級裝置由進料口、旋塞式連續進料密封閥、管式螺旋推進器、微波加熱室、出 料口、旋塞式連續出料密封閥、溫度傳感器、壓力傳感器組成；加熱的無菌空 氣系統由空氣壓縮機、細砂過濾罐、活性炭過濾罐、空氣乾燥罐、空氣加熱器、 空氣精濾器、細菌過濾器組成；壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺 旋推進器的級與級之間的連接處。
旋塞式連續進、出料密封閥的進料口與出料口在開啟時，相互不連通，可 以在維持裝置內有效工作氣壓的情況下，同時完成固態物料的連續進出。
管式螺旋推進器由進料口、內襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸 酯的聚四氟乙烯的攪拌推進器、軸封、連軸法蘭、驅動器、攪拌推進器軸承、
軸承密封法蘭、出料口組成。
微波加熱室一般根據所需微波的功率、固態物料的微波吸收特徵及加熱效 果設計， 一般設計成圓柱形或多稜柱形，也可以由多個微波加熱諧振腔串聯4吏 用，具體的微波加熱室設計以相關工藝參數決定。此外加熱室必須能夠長時間 連續工作，其功率可以在線準確調節。無菌壓縮空氣是利用普通空壓機將空氣壓縮，被壓縮空氣首先經過細>^、過 濾處理，吸附濾除油漬和汙物，再經活性炭過濾和吸附處理，然後在乾燥罐進 行空氣千燥處理，乾燥劑採用可重複使用的變色矽膠乾燥劑、氯化鈣等，將經 處理後的壓縮空氣在空氣加熱器中加熱後通過精濾器及細菌濾器，成為加熱的 帶壓無菌空氣。
本發明採用空壓機向管狀螺旋推進器中充入加熱的帶壓無菌空氣，用以調 控管狀螺旋推進器內部的工作壓力，採用旋塞式連續進料或出料密封閥解決了 整套微波加熱裝置的帶壓運行和進出料操作，利用機械密封解決了管式螺旋推 進器，在攪拌和推進物料的同時維持管式螺旋推進器內部的工作氣壓問題，實 現了微波對固態物料的連續加熱滅菌處理。
為了適應不同固態物料的微波加熱滅菌工藝要求，本發明將固態物料的微
波加熱滅菌工藝過程分成多個階段，即分級進行； 一般分三級，即預熱級段、 主加熱滅菌級段、保溫保壓級段。也可以根據被加熱滅菌的固態物料性質及相 關工藝要求，增減預熱級段或保溫保壓級段，將固態物料的微波加熱滅菌工藝 過程分成多級進行，以適應一些特殊的工藝過程要求。
本發明設計的多級微波連續加熱滅菌固態物料的裝置，是將壓力與溫度傳 感器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級之間的連接處，解決了目前 工業中常用的壓力與溫度傳感器不能在複雜的電磁環境中如微波環境中使用的 技術局限性，有效的在線測控裝置內固態物料的溫度和壓力，精確控制整個加 熱滅菌過程。
對固態物料的微波加熱滅菌工藝過程分級後，單級的管式螺旋推進器長度 不會超過5米，能在微波輻射的環境中保持應有的機械強度及其材料的相關技 術指標。同時在級間安置壓力和溫度傳感器，以保證固態物料的微波加熱滅菌工藝全過程的準確測控。這也是單級微波加熱滅菌處理裝置所難以實現的。
本發明中，單級裝置間通過進、出料口的法蘭進行連接，可以根據滅菌工
藝要求組裝成不同的多級微波連續加熱滅菌固態物料的裝置，多級微波連續加
熱滅菌固態物料的裝置僅在第一級進料口和最後一級出料口處安裝旋塞式連續
進料或出料密封閥。
單級微波加熱滅菌處理裝置之間可以根據生產場地或工藝流程的實際需要
以不同的方位角進行連接，本發明優選以90度角進行連接的三級微波連續加熱 滅菌固態物料的裝置。
本發明採用耐壓、耐熱、微波通透率高的工程材料製備管式螺旋推進器。 通常採用聚四氟乙烯、工程陶資、鋼化玻璃、耐熱工程塑料、玻璃鋼製備或耐 火材料粘合或燒制而成。製備飛機雷達罩的材料是製備管式螺旋推進器的最好 材料，但製作工藝一般要求較高且價格昂貴，在一定程度上限制了該類材料的 應用；性價比較好的材料首推聚四氟乙烯。為了將該設備用於食品工業，可以 用聚碳酸酯對管式螺旋推進器進行內村外覆，管式螺旋推進器伸出在微波加熱 室外的其他部分可以採用不鏽鋼、鋁合金等金屬材料製作。 '
被加熱滅菌後的固態物料一般要及時冷卻，通常採用風冷，冷風源是由增 壓風才幾提供，帶壓的冷風要經過過濾除菌；該風源的風壓並不高，但風量淨史大， 加熱滅菌後的固態物料經過風冷，其溫度迅速降低，能達到相關工藝要求。被 加熱的熱風則可以通過熱交換，用來預熱需加熱滅菌的固態物料；這樣能夠大 幅降低能量的無效損耗，提高能量的有效利用率。


圖l顯示為多級微波連續加熱滅菌固態物料的裝置示意圖。 圖2顯示為旋塞式連續進、出料密封閥沿A-A剖視圖。圖1-圖2中
1—進料口； 2—旋塞式連續進料密封閥；3—驅動器；4—旋塞式連續進料 密封閥出料口； 5—驅動器；6—連軸法蘭；7—軸封；8—管式螺旋推進 器；9一內村聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的攪拌推 進器；IO—微波加熱室；ll一壓力傳感器；12—軸承密封法蘭；13—攪拌推進 器軸承；14—單級管式螺旋推進器進、出料口連接；15—溫度傳感器；16—旋 塞式連續出料密封閥；17—出料口； 18—空氣壓縮機；19—細砂過濾罐；20— 活性炭過濾罐；21 —空氣千燥罐；22—空氣精濾器；23—空氣加熱器；24—細 菌過濾器；25—旋塞式連續進、出料密封閥進料口； 26—旋塞式連續進、出料 密封閥進料倉；27—旋塞式連續進、出料密封閥出料倉。
具體實施例方式
下面，舉實施例說明本發明，但是，本發明並不限於下述的實施例。 實施例一
微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，由多個單級裝置和帶壓無菌空氣 系統組成，其中，固態物料的微波連續滅菌的單級裝置由進料口 (1)、旋塞式 連續進料密封閥(2)、管式螺旋推進器(8)、微波加熱室(10)、出料口 (14)、 旋塞式連續出料密封閥(16)、溫度傳感器(15)、壓力傳感器(11)組成；加 熱的無菌空氣系統由空氣壓縮機(18)、細砂過濾罐(19)、活性炭過濾罐(20)、 空氣乾燥罐(21)、空氣加熱器(22)、空氣精濾器(23)、細菌過濾器(24)組 成；壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級之間的連 接處。
- 旋塞式連續進、出料密封閥(2)的進料口與出料口在開啟時，相互不連通， 可以在維持裝置內有效工作氣壓的情況下，同時完成固態物料的連續進出。管式螺旋推進器(8)由進料埠 (4)內襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、 外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的攪拌推進器(9)、軸封(7)、連軸法蘭(6)、驅 動器(5)、攪拌推進器軸承(13)、軸承密封法蘭(12)、出料埠 (14)組成。
微波加熱室(10)為圓柱形或多稜柱形，此外加熱室必須能夠長時間連續 工作，其功率可以在線準確調節。
無菌壓縮空氣是利用普通空壓機將空氣壓縮(18),被壓縮空氣首先經過細 砂過濾處理(19),吸附濾除油漬和汙物，再經活性炭過濾和吸附處理(20), 然後在乾燥罐進行空氣乾燥處理(21),千燥劑採用可重複使用的變色矽膠千燥 劑、氯化鈣等，將經處理後的壓縮空氣在空氣加熱器中加熱(22)後通過^"濾 器(23)及細菌濾器(24),成為帶壓無菌空氣。 實施例二
微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，由多個單級裝置和帶壓無菌空氣 系統組成，具體與上述實施例相同，其中，微波加熱室可由多個低功率的諧振 腔串聯使用，具體的微波加熱室設計以相關工藝參數決定。此外加熱室必須能 夠長時間連續工作，其功率可以在線準確調節。 實施例三
將需滅菌的固態物料用熱風預熱後由進料口 ( 1)通過旋塞式連續進料密封 閥(2)連續加入螺旋推進器(8)中，沿著螺旋推進器長軸方向被攪拌並推向 前方，途徑微波加熱室(10)時物料被按工藝要求加熱，物料溫度和環境壓力 在級間由溫度傳感器(11)與壓力傳感器(15)在線測控，壓力與溫度傳感器 安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級之間的連接處。物料被螺旋推進 器從前一級輸送到下一級，物料在下一級被微波進一步加熱到滅菌溫度，該階 段的物料溫度和環境壓力也是在級間由溫度傳感器與壓力傳感器在線測控。物料被螺旋推進器進一步輸送到下一級，在這一級，微波加熱功率降低，主要是 使物料保持滅菌的溫度和壓力，通過這一級，物料到達出料端(14),通過旋塞
式連續出料密封閥(16)經出料口 (17)排出。
被加熱滅菌後的固態物料被排出後，立即經過風冷冷卻，固態物料的整個 加熱滅菌過程結束。
以上過程利用溫度和壓力傳感器在線進行工藝參數監測，通過微型計算機 在線控制微波加熱功率，容易實現自動化連續操作。 實施例四
在固態發酵生產紅曲、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、檸檬酸、乙醇、乳酸、 赤黴素、維生素、醬油、食醋、白酒、蛋白飼料、b.t製劑、食用菌等的生產過 程中，固態發酵用的培養基需要進行滅菌處理。採用本發明，將需滅菌處理的 固態物料，由進料口 ( 1)旋塞式連續進、出料密封閥(2 )加入螺旋推進器(8 )， 沿著螺旋推進器長軸方向再攪拌狀況下被推向前方出料口 (17),固態物料在移 動過程中，經微波加熱室(10)被加熱滅菌，滅菌溫度和滅菌時間可由微波加 熱功率和物料推進速度與無菌空氣的工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質及滅 菌工藝要求選擇在120"C — 140t的範圍，無菌空氣的工作壓力一般選擇在 0.2063Mpa—0.3653Mpa之間，時間2—30分鐘。被加熱滅菌後的固態物料被排 出後，立即經過風冷冷卻，固態物料的整個加熱滅菌過程結束。利用該工藝可 以實現對上迷發酵料的滅菌處理，達到相關工藝要求。該方法與傳統蒸汽滅菌 工藝相比，滅菌時間短，對物料的營養成分破壞程度小，同時可以不需要蒸汽 鍋爐，明顯地簡化了處理設備、降低了運行成本及管理成本、減少了對環境的 汙染與影響，容易實現自動化操作，具有實際應用價值。
ii實施例五
在食品加工過程中，採用本發明，通過對乾果、蜜餞、醬菜、各種調味粉 等進行連續加熱滅菌處理；經滅菌處理後的相應產品食用更衛生、更安全，其 產品的貨架壽命和保值期更有保障。 實施例六
採用本發明，在中草藥有效成分提取過程中，如白藜,醇、人參皂甙、麻 黃素、甘草酸、紫草素等的提取時，先將原料草粉進行噴水預溼後放置5-30 分鐘，噴水量根椐相關提取工藝而定，噴水預溼可以使草粉經微波處理時被快 速加熱，同時也使草粉組織結構被微波進行了破損處理。
將需微波處理的中草藥藥粉固態物料，由進料口 (l)旋塞式連續進、出料 密封閥(2)加入螺旋推進器(8)，沿著螺旋推進器長軸方向再攪拌狀況下被推 向前方出料口 (17)，固態物料在移動過程中，經微波加熱室(IO)被加熱滅菌， 處理溫度和處理時間可由微波加熱功率和物料推進速度與無菌空氣的工作壓力 調節，無菌空氣的工作壓力 一般選擇在0.020Mpa—0.365Mpa之間，時間1—30 分鐘 被滅菌後的固態物料通過旋塞式連續出料密封閥從出料口 U6)排出。
經以上高溫瞬間微波處理，能使中草藥有效成分的提取率有顯著的提高。 除此之外，該方法在植物色素、香精、激素、等有效成分的提取時，對提取率 同樣有顯著的提高。 實施例七
在有機肥生產領域，通常採用建堆發酵腐熟的生產工藝，所生產的有^a肥 中難免殘存有害微生物和有害小動物，蒸汽滅菌法由於需要鍋爐等大型設備，
蒸汽滅菌法工藝實施難度較大；採用本發明，對有機肥產品進行滅菌消毒處理， 可提高堆肥的堆制質量，可殺滅料堆中的有害微生物及害蟲，確保腐熟的有機肥達到國家規定的相關衛生標準，這類有機肥除常規使用外，更適宜用於家庭、 賓館、餐廳的觀賞花卉養殖中。
權利要求
1.一種微波連續加熱滅菌固態物料的方法，其特徵在於，使用加熱的帶壓無菌空氣，其壓力在0.1017Mpa-1.0015Mpa之間用於維持微波加熱環境的工作氣壓，採用旋塞式連續進料密封閥和旋塞式連續出料密封閥帶壓運行和進出固態物料操作，採用空氣壓縮機向螺旋推進器內持續提供恆壓無菌空氣，經多級微波連續加熱滅菌固態物料的裝置，將固態物料的溫度用微波加熱到120℃以上，物料的熱解或焦化溫度以下，把含水固態物料連續進行加熱滅菌處理。
2. 如權利要求1微波連續加熱滅菌固態物料的方法，其特徵在於，所述的 無菌壓縮空氣是利用空壓機將空氣壓縮，被壓縮空氣經過細砂過濾處理，吸附 濾除油漬和汙物，再經活性炭過濾和吸附處理，經乾燥罐進行空氣乾燥處理， 乾燥劑採用可重複使用的變色矽膠乾燥劑、氯化鈣，將經處理後的壓縮空氣在 空氣加熱器中加熱後通過精濾器及細菌濾器，成為加熱的帶壓無菌空氣。
3. 如權利要求1或2微波連續加熱滅菌固態物料的方法，其特徵在於，所 述的無菌空氣壓力優選0.2063Mpa—0.3653Mpa之間。
4. 一種微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於，由多個單級 裝置和帶壓無菌空氣系統組成，單級裝置間通過進、出料口的法蘭進行連接， 連接後的多級裝置僅在第 一級進料口和最後一級出料口處安裝旋塞式連續進料 或出料密封閥，壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與 級之間的連接處；固態物料的微波連續滅菌的單級裝置由進料口、旋塞式連續 進料密封閥、管式螺旋推進器、微波加熱室、出料口、旋塞式連續出料密封閥、 溫度傳感器、壓力傳感器組成；加熱的無菌空氣系統由空氣壓縮機、細砂過濾 罐、活性炭過濾罐、空氣千燥罐、空氣加熱器、空氣精濾器、細菌過濾器組成。
5. 如權利要求4微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於，所 述的單級微波加熱滅菌處理裝置之間根據生產場地或工藝流程的實際需要以不同的方位角進行連接。
6. 如權利要求5微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於，所 述的單級微波加熱滅菌處理裝置之間優選以90度角進行連接的三級微波連續加 熱滅菌固態物料的裝置。
7. 如權利要求4至6任一項微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特 徵在於，所述的管式螺旋推進器由進料口、內襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、 外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的攪拌推進器、軸封、連軸法蘭、驅動器、攪拌推 進器軸承、軸承密封法蘭、出料口組成。
8. 如權利要求4至6任一項微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特 徵在於，所述的微波加熱室呈圓柱形或多稜柱形。
9. 如權利要求8微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於，所 述的微波加熱室由多個微波加熱諧振腔串聯使用。
10. 如權利要求4微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於，所 述的管式螺旋推進器採用耐壓、耐熱、微波通透率高的工程材料製備。
11. 如權利要求IO微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於， 所述的管式螺旋推進器採用聚四氟乙烯、工程陶資、鋼化玻璃、耐熱工程塑料、 飛機雷達罩材料、玻璃鋼製備或耐火材料粘合或燒制而成。
12. 如權利要求IO微波連續加熱滅菌固態物料的專用裝置，其特徵在於， 所述的管式螺旋推進器採用聚碳酸酯對管式螺旋推進器進行內襯外覆，管式螺 旋推進器伸出在微波加熱室外的其他部分採用不鏽鋼、鋁合金等金屬材料製作。
13. 如權利要求l微波連續加熱滅菌固態物料的方法在固態發酵生產紅曲、 蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、檸檬酸、乙醇、乳酸、赤黴素、維生素、醬油、 食醋、白酒、蛋白飼料、Bt製劑、食用菌的生產過程中培養基進行滅菌處理中用。
14. 如權利要求1微波連續加熱滅菌固態物料的方法在白藜,醇、人參皂甙、麻黃素、甘草酸、紫草素中草藥有效成分提取過程中的應用。
15. 如權利要求1微波連續加熱滅菌固態物料的方法在有機肥產品滅菌消 毒處理中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種微波連續加熱滅菌固態物料的方法及其專用裝置，通過使用加熱的帶壓無菌空氣，其壓力在0.2063MPa-0.3653MPa之間維持微波加熱環境的工作氣壓，採用旋塞式連續進料密封閥和旋塞式連續出料密封閥帶壓運行和進出固態物料操作，採用空氣壓縮機向螺旋推進器內持續提供加熱的恆壓無菌空氣，經多級微波連續加熱滅菌固態物料的裝置，將固態物料的溫度用微波加熱到120℃以上，物料的熱解或焦化溫度以下，能把含水固態物料連續進行加熱滅菌處理。本發明廣泛應用於食品、釀酒、果品加工、中草藥提取及有機肥料生產領域。
文檔編號A23L3/01GK101549162SQ20091011331
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者周建平, 皓 王, 王衛國, 計巧靈 申請人:新疆大學