專利名稱：一種液態物料的微波加熱與滅菌方法及設備的制作方法
技術領域：
"一種液態物料的微波加熱與滅菌方法及設備"涉及生物工程、化工、食 品和環境工程領域。
二背景技術：
微波是指頻率在300MHz 300GHz范圍內的電磁波，最早被用于軍用雷達及 通訊領域；后來人們發現，利用微波輻照物體會產生熱效應，使被輻照物的溫 度迅速升高。微波的這一特性目前已被廣泛應用于食品及醫藥等行業，并且大 量進入了家庭，微波發生器及相應控制技術已比較成熟和完善，工業和日常使 用設備的固定專用微波頻率為兩種，即915MHz和2450MHz;近期科學研究表明， 2450MHz的微波對微生物的殺滅效果十分顯著，因此人們又開辟了一條消毒滅菌 的新途徑。
在食品、制藥、農副產品加工、釀造、有機廢物處理、發酵工業、化工、制 造業等諸多領域，經常會遇到液態物料的加熱與滅菌處理問題，采用微波加熱 及殺菌是一個非常好的選擇，具有設備簡單、操作容易、能耗低、熱敏性物質 損失少、容易實現自動化連續操作等諸多優點。微波殺菌工藝過程，不需要鍋 爐及其附屬設備，沒有蒸汽傳輸中的熱損耗，不產生廢氣與廢渣，符合當今國 家努力倡導的節能減排要求和產業化技術改造升級的相關政策要求。 目前在微波爐內裝盛食品與藥品進行加熱的容器材料最常見的主要是聚丙烯 (P *P)和聚碳酸酯(P《)材料，兩者均有較高的微波通透率。聚丙烯(P *P) 材料可以長時間耐受120QC的高溫不變形，不產生有毒物質；聚碳酸酯材料可 以長期經受140。C的高溫不變形，不產生有毒物質，材質密度大，電荷堆積現 象不明顯，優點較多。但用上述材料制作的管材，在120QC或140eC的溫度條件下，無法經受0.5MPa左右的液壓。因此，利用微波加熱處理及滅菌處理液態 食品及藥品物料時，選擇微波通透率高，能在120QC —140QC溫度時耐受0.5MPa 的液壓環境，不產生任何有毒物質的微波加熱管，在功率可調的微波場中對微 波加熱管中通過的液態物料進行輻射處理，實現利用微波將液態物料進行連續 加熱及滅菌處理的目的是技術關鍵。
發明內容
用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做內襯的管材，是解決利用微波對液態 食品、藥品等物料進行加熱和滅菌的技術關鍵。聚四氟乙烯和聚碳酸酯均是微 波通透率很高的材料，用聚四氟乙烯制作的管材在260QC以下具有足夠的機械 強度，已被廣泛應用于化工設備的制做中；以聚碳酸酯材料制備的微波加熱容 器，能耐受140QC以下的溫度，在對食品、藥品的加熱過程中不會釋放任何有 毒物質；用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做內襯的復合管材制做微波加熱管， 該加熱管對微波的通透率很高，能長期耐受120GC —140V的滅菌溫度和 0.199Mpa—0.5MPa的液壓環境。用該復合管材，在微波場中用于液態食品和藥 物的加熱或滅菌處理，在處理過程中不會產生有毒物質，能滿足食品、藥品等 液態物料的加熱與快速滅菌要求及衛生安全要求。
用聚四氟乙烯制作外壁，聚丙烯材料做內襯的復合管材制做微波加熱管， 該加熱管對微波的通透率也很高，能長期耐受120QC的滅菌溫度和0.199Mpa的 液壓環境。用該復合管材，在微波場中用于液態食品和藥物的加熱或常規滅菌 處理，在處理過程中不會產生有毒物質，也能滿足食品、藥品等液態物料的加 熱與常規滅菌要求及衛生安全要求。
基于上述原理制作的液態物料的微波連續滅菌設備由貯料罐(1)、液壓泵 (2)、加熱管(5)、微波加熱室(6)、冷卻器(7)、控制柜(9)、壓力表(4)、安全閥(10)、溫度測量頭(3)、設備支架(8)組成。其加熱管(5)貫穿通過 微波加熱室(6)。
液態物料的微波連續加熱滅菌的目標是這樣實現的將貯料罐(1)內需滅 菌的液態物料由液壓泵(2)、壓入加熱管(5)中，經微波加熱室(6)被加熱 滅菌，滅菌溫度和滅菌時間由微波加熱功率溫度測控儀和液壓及液態物料流動 速度調節控制，滅菌后的物料由冷卻器(7)迅速冷卻，整個冷卻過程可以分級 進行，部分冷卻媒介可以是需要加熱滅菌的液態物料，這樣可在冷卻過程中對 需殺菌的液態物料進行預熱，對殺菌后的物料進行冷卻，減少能量損耗。殺菌 后的液態物料進行無菌包裝。
以上過程中，在微波加熱室外，采用溫度與液壓探測裝置在微波加熱管上 進行在線測控。能夠實現不同液態物料的加熱與滅菌的工藝過程要求；對溫度、 壓力、微波加熱功率、液體物料流量釆用微機編程進行綜合測控，容易實現上 述全過程的自動化連續操作。
以上設備的微波加熱管(用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯做內襯的復合 管材或聚丙烯材料做內襯的復合管制做)可以是單管、列管、多管散狀組合、 多管環狀排列組合、多管蜂窩狀組合等多種組合，可視被加熱滅菌液態物料的 滅菌工藝要求進行選擇。
以上設備的微波加熱室設計成圓筒狀，根據固態物料的加熱要求進行微波 發生器如磁控管的疊加(微波加熱功率疊加)，疊加原理與方式如下
方式一、可在圓形諧振腔的等分圓周的相應位點上進行磁控管的安裝，如2 等分圓周上2管安裝、3等分圓周上3管安裝、4等分圓周上4管安裝、5等分 圓周上的5管安裝……。
方式二、可在圓形諧振腔的等分圓周的相應位點上進行磁控管的分組安裝，如在4等分圓周上2管一組，兩組4管安裝、6等分圓周上2管一組，三組6管
安裝；3管一組，兩組6管安裝；12等分圓周上6管一組，兩組12管安裝；4
管一組，三組12管安裝；3管一組，四組12管安裝；2管一組，六組12管安 裝……。
方式三、可在圓筒狀諧振腔壁沿長軸方向按一定長度單位在等分圓周上進行 相應組數的磁控管的安裝。
采用上述方式安裝磁控管，可以實現用較小功率磁控管形成較大的微波加熱 功率，并在一定區域內實現較為均勻的微波加熱區，通過分組安裝磁控管，可 以實現磁控管工作時間的組間切換，能有效保證磁控管的使用壽命。
采用以上多組磁控管安裝技術有以下優點
1、 可實現較大輸出功率的微波加熱器；
2、 可實現功率可調的微波加熱過程；
3、 可以利用目前生產工藝十分成熟、性價比較高的900W磁控管及其控制 電路；
4、 單個磁控管及其控制電路性能一致，可以互換，方便維修，配件充足， 易購置。
四
圖1: 一種液態物料的微波加熱與滅菌設備示意圖
1、貯料罐，2、液壓泵，5、加熱管，6、微波加熱室，7、冷卻器，9、控 制柜、4、壓力表、3、溫度測量頭、8、設備支架、10、安全閥。
五具體實施例方式
1、在醬油、食醋的生產過程中，瓶裝和袋裝醬油、食醋在包裝前需要進行滅菌處理。將貯料罐(1)內需滅菌的醬油或食醋由液壓泵(2)壓入加熱管(5) 中，經微波加熱室(6)被加熱滅菌，滅菌溫度和滅菌時間由微波加熱功率、溫 度測控儀和液壓及液態物料流動速度調節控制，滅菌后的物料由冷卻器(7)迅 速冷卻，整個冷卻過程可以分級進行，部分冷卻媒介可以是需要加熱滅菌的液 態物料，這樣可在冷卻過程中對需殺菌的液態物料進行預熱，對殺菌后的物料 進行冷卻，減少能量損耗。殺菌后的液態物料進行無菌包裝。
采用我們發明的"一種液態物料的微波加熱與滅菌方法及設備"，滅菌溫度 和滅菌時間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性 質及滅菌工藝要求選擇在120V—140。C的范圍，工作壓力一般選擇在O.lMpa 一0.37Mpa之間，時間0.1—20分鐘，可以實現高溫瞬時滅菌操作。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 了對環境的污染與影響，容易實現自動化操作，具有實際應用價值。
2、 在乳品加工過程中，采用我們發明的"一種液態物料的微波加熱與滅菌方法 及設備"，可以對液態奶及其乳品飲料等進行連續加熱滅菌處理；滅菌溫度和滅 菌時間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質及 滅菌工藝要求選擇在120QO"1400c的范圍，工作壓力一般選擇在O.lMpa— 0.37Mpa之間，時間0.1—20分鐘，可以實現高溫瞬時滅菌操作。殺菌后的液態 物料進行無菌包裝。用該方法處理液態奶及相關產品，熱敏成分的損失較蒸汽 滅菌方法少。
3、 在營養飲料、口服液、藥液的生產過程中，采用我們發明的"一種液態物料 的微波加熱與滅菌方法及設備"，可以對營養飲料、口服液、藥液實現連續加熱 滅菌處理；滅菌溫度和滅菌時間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，
7殺菌溫度視物料性質及滅菌工藝要求選擇在120eC—140QC的范圍，工作壓力一 般選擇在0.1Mpa—0.37Mpa之間，時間0.1—20分鐘，可以實現高溫瞬時滅菌操 作。對含熱敏物質較多的物料進行滅菌，采用我們發明的"一種液態物料的微 波加熱與滅菌方法及設備"，其優勢更為明顯。
4、在發酵生產過程中，采用我們發明的"一種液態物料的微波加熱與滅菌方法 及設備"，可以對液態培養基實現連續加熱滅菌處理；滅菌溫度和滅菌時間可由 微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質及滅菌工藝要 求選擇在12(^C—14(^C的范圍，工作壓力一般選擇在O.lMpa—0.37Mpa之間， 時間0.1—20分鐘，可以實現高溫瞬時滅菌操作。該方法與傳統蒸汽滅菌工藝相 比，滅菌時間短，對培養基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、減少了對環境的污染與 影響，容易實現自動化操作，是替代傳統培養基"連消塔"的首選工藝與設備。
權利要求
1、選擇微波通透率高，能在1200C—1400C溫度時耐受0.5MPa的液壓環境，不產生任何有毒物質的微波加熱管，在功率可調的微波場中對微波加熱管中通過的液態物料進行輻射處理，實現利用微波將液態物料進行連續加熱及滅菌處理的目的。
2、 液態物料的微波加熱與滅菌設備由貯料罐(1)、液壓泵(2)、加熱管(5)、 微波加熱室(6)、冷卻器(7)、控制柜(9)、壓力表(4)、安全閥(10)、溫度 測量頭(3)、設備支架(8)組成；其加熱管(5)貫穿通過微波加熱室(6)。
3、 根據權利要求1所述的液態物料滅菌方法，其特征在于微波加熱管用聚四 氟乙烯做外壁，聚碳酸酯做內襯的復合管材或聚四氟乙烯制作外壁，聚丙烯做 內襯的復合管材制作。
4、 根據權利要求2所述的設備，其特征在于該設備中貫穿通過微波加熱室的 微波加熱管可以是單管、列管、多管散狀組合、多管環狀排列組合、多管蜂窩 狀組合等多種組合。
5、 根據權利要求2所述的設備，其特征在于該設備的微波加熱室被設計成圓 筒形，微波發生器按一定長度和圓周等分點位，分組安裝在加熱室的圓筒形諧 振腔內，并可分組切換交替工作；該裝置連續工作時，微波加熱功率可按微波 發生器的功率疊加原理，在線調整。
6、 根據權利要求2所述的設備，其特征在于該設備在微波加熱管上采用溫度 與液壓探測裝置在微波加熱室外，進行在線測控。
全文摘要
用聚四氟乙烯制作外壁，聚碳酸酯或聚丙烯材料做內襯的復合管材制作微波加熱管，該加熱管對微波的通透率很高，能長期耐受120℃-140℃的滅菌溫度和0.199Mpa-0.5MPa的液壓環境。用該復合管材，在微波場中用于液態食品和藥物的加熱或滅菌處理，在處理過程中不會產生有毒物質，能滿足食品、藥品等液態物料的加熱與快速滅菌要求及衛生安全要求。該方法可應用于食品、制藥、釀造、有機廢物處理、化工等諸多技術領域。
文檔編號A61L2/12GK101422624SQ20081007298
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者皓 王, 計巧靈 申請人:新疆大學