專利名稱：：一種微波殺菌方法及設備的制作方法
技術領域：
："一種微波殺菌方法及設備"的專利發明涉及生物工程、醫藥、化工、食品和環境工程領域。二
背景技術：
：微波是指頻率在300MHz300GHz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，其微波發生器及相應控制技術已比較成熟和完善，工業和曰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。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120GC以上，才能達到殺滅細菌芽胞的溫度，實現物料徹底被滅菌的目的。采用傳統的蒸汽滅菌方法，不僅加熱設備復雜，加熱時間較長，熱力傳輸損耗較大，操作麻煩，工藝過程復雜，能耗也較高，實現自動化、智能化的在線加熱控制難度相當大，操作及設備運行成本高；采用微波進行物料的滅菌是替代傳統滅菌方法的最佳選擇之一，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本發明專利是針對目前尚無對多種物料進行微波殺菌的通用裝置的問題，提出了一種利用微波對多種含水物料進行殺菌、滅菌的方法，并提供了一種通用設備的解決方案。
發明內容對人和環境有害的細菌及相關微生物一般是生長在含水的有機物料環境中，根據水的飽和蒸汽壓與溫度的關系(表l)可知，要使含水物料的溫度達到殺菌、滅菌的溫度，即120t以上時，飽和蒸汽壓要達到0.199Mpa以上才能實現。表l、水的飽和蒸汽壓與溫度的關系<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>基于這一原理，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含水物料進行滅菌。按國家有關壓力容器設計和制造標準，制造耐壓容器或采用現行不同規格的臥式蒸汽壓力滅菌鍋做成不同規格的微波滅菌設備外套(1)，以承受滅菌所需的壓力環境。采用不銹鋼板在設備外套內制備微波加熱室(4)，微波滅菌裝置的加熱室設計成圓筒狀，根據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。釆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。微波滅菌裝置的加熱室也可以根據壓力容器外套的形狀進行設計，根據物料的加熱要求將微波發生器按功率疊加的方式安裝在加熱室四壁。在微波加熱室中設計一個能盛裝物料的圓柱形滾筒(5),滾筒采用耐壓、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，內襯聚碳酸酯襯里。可以用于散裝含水物料的滅菌處理，滾筒的一端可與傳動軸嚙合，滾筒上有進出料口(8)，有滾環(6)，滾筒在微波加熱室內可以旋轉滾動，以保證物料在微波加熱室中受熱均勻。聚四氟乙烯在260QC以下時可以保證其材料強度滿足設計要求，內襯聚碳酸酯的目的是可以用于散裝原料藥、食品類物料滅菌處理，在處理過程中不會產生有毒物質，能滿足食品衛生的安全要求。在微波加熱室中也可以設計一個能旋轉的框架(圖3)，框架上放置吊籃(22)，可以對袋裝類、瓶裝類藥品、食品及其他物品進行滅菌處理。無菌壓縮空氣是利用普通空壓機將空氣壓縮(13)，被壓縮空氣首先經過細砂過濾處理(14)，吸附濾除油漬和污物，再經活性炭過濾和吸附處理(15),然后在干燥罐進行空氣干燥處理(16)，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(17)，最后通過精濾器(19)及細菌濾器(19)，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—0.4Mpa之間。采用多個攝像頭(11)監測微波加熱室中物料的加熱狀況，盛裝于圓柱形滾筒內的散裝含水物料(如固態發酵物料、中成藥丸、食品原料等)，可以觀察其水汽蒸發的情況，在含水物料溫度低于飽和蒸汽壓時的溫度時，其水分蒸發不明顯，當含水物料溫度等于飽和蒸汽壓時的溫度時，物料中的水分蒸發明顯，大量水汽出現，據此可以判斷物料的溫度。在對含水袋裝藥品或食品進行滅菌時，可以通過脹袋與否來判斷袋裝藥品或食品的滅菌溫度，未脹袋時，表明袋內物料的蒸汽壓低于所施加的空氣壓力，物料滅菌溫度偏低，開始脹袋時，表明物料溫度已達到預期的滅菌溫度，可以按工藝要求采取保溫處理，達到相關的滅菌要求。滅菌時間2—60分鐘，視被滅菌的物料性質及其滅菌要求而定。滅菌溫度除利用內置攝象頭監測外，主要利用設備內壓力控制，壓力與含水物料的溫度關系可參照表1確定。四圖1內置物料滾筒的微波滅菌裝置示意圖-1、能耐壓的微波滅菌設備外套；2、壓力表，3、進、放氣閥，4、微波加熱室，5、盛裝物料的圓柱形滾筒，6、滾環，7、支承輪，8、物料滾筒的進出料口，9、電動機，10、減速器，11、攝象頭，12、控制柜，13、空氣壓縮機，14、細砂過濾罐，15、活性炭過濾罐，16、空氣干燥罐，17、空氣加熱器，18、空氣精濾器，19、細菌過濾器；20、滅菌設備支座。圖2內置物料滾筒的微波滅菌裝置開門斷面示意圖。圖3內置旋轉的框架和吊籃的微波滅菌裝置示意圖21、旋轉的框架縱梁，22、活動吊籃，23、旋轉的框架轉軸，24、旋轉的框架橫梁。圖4內置旋轉的框架和吊籃的微波滅菌裝置開門斷面示意圖。五具體實施例方式(一)、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。將需滅菌處理的固態物料，裝入物料滾筒(5),用小車送入微波加熱設備的微波加熱室(4)中，將物料滾筒上的滾環與支撐輪吻合，減速機上的驅動軸與滾筒吻合，然后關閉微波滅菌設備上的密封門，開啟進氣閥(3)，通過空壓機及其無菌空氣系統(13—19)向微波滅菌設備內壓入無菌空氣，無菌空氣的工作壓力一般選擇在0.1Mpa—0.4Mpa之間，微波加熱時間2~60分鐘，視被滅菌的物料性質于滅菌要求而定，物料的滅菌溫度可以通過微波加熱室內的攝象頭(11)進行監測，在含水物料溫度低于飽和蒸汽壓時的溫度時，其水分蒸發不明顯，當含水物料溫度等于飽和蒸汽壓時的溫度時，物料中的水分蒸發明顯，大量水汽出現，據此可以判斷物料的溫度，料溫度己達到預期的滅菌溫度，可以按工藝要求采取保溫處理，達到相關的滅菌要求。滅菌后，采用不加熱的無菌空氣迅速迸行冷卻，并同時卸壓，冷卻并卸壓后，打開微波滅菌設備上的密封門，取出物料滾筒，卸出已被滅菌的物料。(二)、藥品和食品加工過程中，常需要對一些袋裝食品進行滅菌處理，可將需要滅菌處理的袋裝物品盛裝于活動吊籃(22)內，吊籃懸掛于微波加熱室內的旋轉的框架(24)上然后關閉微波滅菌設備外套上的密封門，開啟進氣閥(3),通過空壓機及其無菌空氣系統(13—19)向微波滅菌設備內壓入無菌空氣，無菌空氣的工作壓力一般選擇在0.1Mpa—0.4Mpa之間，微波滅菌時間2~60分鐘，視被滅菌的物料性質與滅菌要求而定，物料的滅菌溫度可以通過脹袋與否來判斷，袋裝藥品或食品未脹袋時，表明袋內物料的蒸汽壓低于所施加的空氣壓力，物料滅菌溫度偏低，開始脹袋時，表明物料溫度已達到預期的滅菌溫度，可以按工藝要求采取保溫處理，達到相關的滅菌要求。滅菌后，采用不加熱的無菌空氣迅速進行冷卻，并同時卸壓，冷卻并卸壓后，打開微波滅菌設備外套上的密封門，取出物料滾筒，卸出己被滅菌的物料。權利要求1、按國家有關壓力容器設計和制造標準，制造耐壓容器，或采用現行不同規格的臥式蒸汽壓力滅菌鍋做成不同規格的微波滅菌設備外套(1)，以承受滅菌所需的壓力環境；在設備外套內制備微波加熱室(4)，采用加熱的帶壓無菌空氣(13—19)來維持微波加熱環境的工作氣壓；盛裝物料的圓柱形滾筒(5)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)制備；采用以上技術方案可以實現利用微波加熱將含水物料進行殺菌、滅菌處理。2、微波滅菌設備由(1)能耐壓的微波滅菌設備外套，(2)壓力表，(3)進、放氣閥，(4)微波加熱室，(5)盛裝物料的圓柱形滾筒，(6)滾環，(7)支承輪，(8)物料滾筒的進出料口，(9)電動機，(IO)減速器，(ll)攝象頭，(12)控制柜，(13)空氣壓縮機，(14)細砂過濾罐，(15)活性炭過濾罐，(16)空氣干燥罐，(17)空氣加熱器，(18)空氣精濾器，(19)細菌過濾器，(20)滅菌設備支座，(21)旋轉的框架縱梁，(22)活動吊籃，(23)旋轉的框架轉軸，(24)旋轉的框架橫梁組成；將需滅菌處理的固態物料，裝入物料滾筒(5)，用小車送入微波加熱設備的微波加熱室(4)中，將物料滾筒上的滾環與支撐輪吻合，減速機上的驅動軸與滾筒吻合，然后關閉微波滅菌設備上的密封門，開啟進氣閥(3)，通過空壓機及其無菌空氣系統(13—19)向微波滅菌設備內壓入無菌空氣，無菌空氣的工作壓力一般選擇在0.1Mpa—0.4Mpa之間，微波加熱時間2~60分鐘，視被滅菌的物料性質于滅菌要求而定；滅菌后，采用不加熱的無菌空氣迅速進行冷卻，并同時卸壓，冷卻并卸壓后，打開微波滅菌設備上的密封門，取出物料滾筒，卸出已被滅菌的物料。3、根據權利要求l所述的固態物料滅菌方法，其特征在于聚四氟乙烯制備的盛裝物料的圓柱形滾筒在260QC以下時可以保證其材料強度滿足設計要求，內襯聚碳酸酯的目的是在滅菌處理過程中不會產生有毒物質，能滿足食品衛生的安全要求。4、根據權利要求2所述的設備，其特征在于該設備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；該設備連續工作時，微波加熱功率可按微波發生器的功率疊加原理，在線調整。5、根據權利要求2所述的裝置，其特征在于采用多個攝像頭(11)監測微波加熱室中物料的加熱狀況。6、根據權利要求2所述的裝置，其特征在于物料滾筒或旋轉的框架(圖3)，及框架上放置的吊籃(22)，在微波加熱室內可以旋轉滾動，能保證物料在微波加熱室中受熱均勻。全文摘要一種微波殺菌方法及設備。目前在食品、制藥、農副產品加工、釀造、固態發酵、化工等諸多領域，經常會遇到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溫度達到120℃以上，才能達到殺滅細菌芽胞的溫度，實現物料徹底被滅菌的目的。采用向微波設備內壓入加熱的帶壓無菌空氣的辦法，可以實現利用微波加熱將含水物料進行滅菌處理。與傳統的蒸汽加熱滅菌相比，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。文檔編號A61L2/24GK101507823SQ20091011323公開日2009年8月19日申請日期2009年2月23日優先權日2009年2月23日發明者皓王,計巧靈申請人:新疆大學