專利名稱：一種固態物料的微波連續加熱滅菌方法
技術領域：
一種固態物料的微波連續加熱滅菌方法涉及生物工程、化工、食品和環境 工程領域。
二背景技術：
顆粒、粉粒狀等固態物料采用微波加熱和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，沒有環境污染問題，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。目前在食品、制藥、農副產品加工、釀 造、有機廢物處理、固態發酵、化工、制造業等諸多領域，經常會遇到固態物 料的加熱與滅菌處理問題。微波處理各類食品、發酵料及含水固態物料時，需
要加壓才能使物料的的溫度達到120QC以上，達到殺滅細菌芽胞的溫度，因此 需要在帶壓狀態下連續進出料，才能實現固態物料徹底被滅菌的目的。
三
發明內容
采用加熱的帶壓無菌空氣來維持微波加熱環境的氣壓，可以利用微波加熱 將固態物料進行滅菌。基于這一原理，我們設計了螺旋推進式固態物料的微波 連續滅菌裝置。我們采用空壓機向微波加熱裝置中充入加熱的帶壓無菌空氣， 用以調控微波加熱裝置內部的工作壓力，采用往復活塞式密封閥解決整套微波 加熱裝置的帶壓運行和進出料操作，實現微波對固態物料的連續滅菌處理。
固態物料的微波連續滅菌裝置由螺旋推進器(4)、微波加熱室(5)、電動 機(18)、變速箱(20)、空氣壓縮機(8)、細砂過濾罐(9)、活性炭過濾罐(10)、 空氣干燥罐(11)、空氣加熱器(12)、空氣精濾器(13)、細菌過濾器(14)、 往復活塞密封閥(2)、傳動輪(21)、控制柜(16)、活動(或固定)支架(15)、 可調升降(或固定)支架(19)、進料斗(1)、出料口 (6)、溫度傳感器(7)、觀察窗(3)及裝置支架(17)組成。
固態物料的微波連續加熱滅菌的目標是這樣實現的將需滅菌的固態物料 由進料斗(1)通過活塞密封闊(2)加入螺旋推進器(4)，沿著螺旋推進器長 軸方向被推向前方出料口 (6)，固態物料在移動過程中，經微波加熱室(5)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及無菌空氣 的工作壓力調節控制，被滅菌后的固態物料從出料口 (6)通過活塞密封閥排出。 整個滅菌過程可以連續進行。
螺旋推進式固態物料的微波連續加熱裝置的螺旋推進器采用耐壓、耐熱、 微波通透率高的工程材料(聚四氟乙烯、工程陶瓷、鋼化玻璃、耐熱工程塑料、 玻璃鋼及耐火材料粘合或燒制而成)制備。
螺旋推進器可以水平和傾斜放置，螺旋推進器水平推進物料時，常因推進 阻力較大而使物料發生輕度壓縮，將螺旋推進器傾斜((^S傾斜角度^90"放 置后，可利用重力對物料的作用減少物料推進阻力，減輕推進過程中物料被壓 縮的程度，降低物料推進動力能耗。在螺旋推進器進料斗一端的下部安裝升降 裝置，在螺旋推進器出料口一端的下部安裝活動支架，可實現螺旋推進器的傾 斜度調節，達到較好的推進效果；亦可以根據所需滅菌物料的性質設計出固定 傾斜角度的固定支架。
固態物料的微波連續滅菌裝置的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。
螺旋推進器器壁上安裝溫度傳感器(7)，用于固態物料加熱溫度的在線連 續測控。
無菌壓縮空氣是利用普通空壓機將空氣壓縮(8)，被壓縮空氣首先經過細 砂過濾處理(9)，吸附濾除油漬和污物，再經活性炭過濾和吸附處理(10)，然 后在干燥罐進行空氣干燥處理(11)，干燥劑采用可重復使用的變色硅膠干燥劑、 氯化鈣等，經上述處理后的壓縮空氣經空氣加熱器加熱(12)，最后通過精濾器(13)及細菌濾器(14)，成為帶壓無菌空氣，輸出無菌空氣的壓力應在0.089Mpa 以上， 一般選擇在0.1Mpa—0.21Mpa之間。利用空氣壓縮機向螺旋推進器(4) 內持續提供無菌帶壓空氣，采用往復活塞式密封閥(2)解決在物料裝卸的同時 保證螺旋推進器內部的無菌空氣壓力維持在工藝要求范圍內的難題；使微波能 將固態物料的溫度加熱到120QC以上，物料的熱解或焦化溫度以下，能滿足不 同類型固態物料的滅菌要求。
物料的進出速度可以通過調節往復活塞式密封閥的往復頻率控制，往復活 塞式密封閥采用氣壓、液壓或電機驅動，利用電磁閥和相關控制電路容易進行 往復頻率的控制。
通過往復活塞式密封閥上的觀察窗(3)，可以觀察到固態物料進出螺旋推 進器內的實際情況，以便進行工藝控制。
當從進、出料口卸下往復式活塞閥，除去無菌空氣制備裝置后，該方法可 用于固態物料100GC以下的連續加熱過程。
以上過程利用微機檢測控制，容易實現自動化連續操作。 四
圖l:為固態物料的微波連續滅菌裝置示意圖
1、進料斗；2、往復活塞式密封閥；3、觀察窗；4、螺旋推進器；5、 微波加熱室；6、出料口；7、溫度傳感器；8、空壓機；9、細紗過濾罐； 10、活性炭過濾罐；11、空氣干燥罐；12、空氣加熱器；13、空氣精濾罐、14、 空氣除菌過濾器；15、活動(或固定)支架；16、控制柜；17、設備支架； 19、可調升降(或固定)支架；18、電動機；20、變速箱；21傳動輪。 圖2:往復活塞式密封閥內部結構
23、進排氣電磁閥；25、氣壓室；26、氣動活塞；27、活塞中的進出料管道；28、密封閥進出料孔；22、密封圈；24、安全閥。 五具體實施例方式
1、 固態發酵物料的滅菌在固態發酵生產紅曲、蛋白酶、檸檬酸、乙醇、乳酸、 赤霉素、醬油、食醋、白酒、蛋白飼料、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。采用我們發明的"一種固態物料的微波連續加熱 滅菌方法"，將需滅菌處理的固態物料，由進料斗(1)通過活塞密封閥(2)加
入螺旋推進器(4)，沿著螺旋推進器長軸方向被推向前方出料口 (6)，固態物 料在移動過程中，經微波加熱室(5)被滅菌，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120QC—140QC的范圍，無菌空氣的工作壓力一般選擇在 0.1Mpa—0.21Mpa之間，時間2—60分鐘。被滅菌后的固態物料從出料口 (6) 通過活塞密封閥排出。利用該工藝可以實現對上述發酵料的滅菌處理，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、減少了對環境的污染與影響，容易實現自動化操作，具有 實際應用價值。
2、 食品加工過程中的固態物料的滅菌處理在食品加工過程中，采用我們發明 的"一種固態物料的微波連續加熱滅菌方法"，可以對干果、蜜餞、醬菜、各種 調味粉等進行連續加熱滅菌處理；經滅菌處理后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。
3、 中草藥及植物有效成分提取的預處理在中草藥有效成分提取過程中，如白
藜盧醇、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濕后放置5 30分鐘，噴水量根椐相關提取工藝而定，噴水預濕可以使 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，由進料斗(1)通過活塞密封閥(2) 加入螺旋推進器(4)，沿著螺旋推進器長軸方向被推向前方出料口 (6)，固態 物料在移動過程中，經微波加熱室(5)被處理，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0.1Mpa—0.21Mpa之間，時間1—30分鐘。被滅菌后的固態物料從出 料口 (6)通過活塞密封閥排出。
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。
4、在有機肥生產時，國內通常采用建堆發酵腐熟的生產工藝，所生產的有機肥 中難免殘存有害微生物和有害小動物，蒸汽滅菌法由于需要鍋爐等大型設備， 蒸汽滅菌法工藝實施難度較大；采用我們發明的"一種固態物料的微波連續加 熱滅菌方法"，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，更適宜用于家庭、賓館、餐廳的觀賞花卉養殖 中。
權利要求
1. 采用加熱的帶壓無菌空氣來維持微波加熱環境的工作氣壓，采用往復活塞式密封閥解決整套微波加熱裝置的帶壓運行和進出料操作，實現利用微波加熱將固態物料進行連續滅菌處理。
2、 固態物料的微波連續滅菌裝置由螺旋推進器(4)、微波加熱室(5)、電動機 (18)、變速箱(20)、空氣壓縮機(8)、細砂過濾罐(9)、活性炭過濾罐(10)、空氣干燥罐(11)、空氣加熱器(12)、空氣精濾器(13)、細菌過濾器(14)、 往復活塞密封閥(2)、傳動輪(21)、控制柜(16)、活動(或固定)支架(15)、 可調升降(或固定)支架(19)、進料斗(1)、出料口 (6)、溫度傳感器(7)、 觀察窗(3)及裝置支架(17)組成；將需滅菌的固態物料由進料斗(1)通過 活塞密封閥(2)加入螺旋推進器(4)，沿著螺旋推進器長軸方向被推向前方出 料口 (6)，固態物料在移動過程中，經微波加熱室(5)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及無菌空氣的工作壓力調節控 制，被滅菌后的固態物料從出料口 (6)通過活塞密封閥排出，整個滅菌過程可 以連續進行。
3、 根據權利要求l所述的固態物料滅菌方法，其特征在于向連續滅菌裝置中 壓入加熱的帶壓無菌空氣，裝置內無菌空氣的壓力應在0.089Mpa以上， 一般選 擇在0.1Mpa—0.21Mpa之間；使微波能將固態物料的溫度加熱到120GC以上， 物料的熱解或焦化溫度以下。
4、 根據權利要求l所述的固態物料滅菌方法，其特征在于固態物料的進出微 波加熱裝置的速度可以通過調節往復活塞式密封閥的往復頻率控制，往復活塞 式密封閥采用氣壓、液壓或電機驅動，利用電磁閥和相關控制電路容易進行往 復頻率的控制。
5、 根據權利要求2所述的裝置，其特征在于該裝置的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所述的裝置，其特征在于螺旋推進器可以水平和傾斜放置 即0G蕓傾斜角度^90 螺旋推進器的器壁上安裝溫度傳感器，可以對加熱物料 進行在線溫度測控。
7、 根據權利要求2所述的裝置，其特征在于當從固態物料的微波連續滅菌裝 置進、出料口卸下往復式活塞閥，除去無菌空氣制備裝置后，該方法可用于固 態物料100QC以下的連續加熱過程。
全文摘要
采用向微波連續加熱裝置內持續壓入加熱的帶壓無菌空氣和采用往復活塞式密封閥解決整套微波加熱裝置的帶壓運行和進出料操作，實現利用微波加熱將固態物料進行連續滅菌處理的方法。與傳統的蒸汽加熱及滅菌相比，可以明顯縮短滅菌時間，沒有環境污染問題，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。該方法可應用于食品、制藥、釀造、有機廢物處理、固態發酵、化工等諸多技術領域。
文檔編號A61L2/12GK101284141SQ200810072890
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月2日 優先權日2008年6月2日
發明者皓 王, 計巧靈 申請人:新疆大學