一種基于刀梁結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電場滅菌裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓脈沖電場滅菌技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于刀梁結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電場滅菌裝置，用于液態(tài)物料如純凈水、果汁、牛奶等滅菌。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓脈沖電場滅菌其基本原理是在兩個電極間產(chǎn)生瞬時高壓脈沖電場作用細菌等微生物，在電場力作用下細胞膜發(fā)生穿孔、撕裂、崩解從而殺滅細菌等微生物。該滅菌技術(shù)以其耗能低，低溫殺菌、滅菌效果好且能保留產(chǎn)品的原有風(fēng)味等優(yōu)點而成為食品加工業(yè)新技術(shù)的研宄熱點。然而，盡管該技術(shù)的應(yīng)用研宄在實驗室水平上開展了大量工作，包括發(fā)表的許多論文和公開的專利，但該技術(shù)至今尚未進入工業(yè)化應(yīng)用。
[0003]宄其原因，一旦進入工業(yè)化應(yīng)用需要處理的物料量很大，如1000L升/小時。如此規(guī)模的處理量，一方面要求更高電壓的脈沖電源以便有更大的處理室來對物料進行滅菌；另一方面，由于影響滅菌效果的因素從多，包括電場參數(shù)如電場強度、脈沖波型、脈寬、頻率等，物料參數(shù)如粘度、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、PH值等，液體流動參數(shù)如流速、流場分布等，需要對參數(shù)進行優(yōu)化處理。這兩方面的問題制約著該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，如脈沖電源問題，理論和實驗研宄都表明殺滅細菌的有效場強需要達到25KV/cm，目前的電源加工制造技術(shù)而言100KV的脈沖電源面臨技術(shù)上、制造成本上的困難，而即使100KV脈沖電源，其有效處理空間在4cm范圍內(nèi)，很難滿足工業(yè)需求。因此，迫切需要在方法原理進行創(chuàng)新及工程放大技術(shù)方面突破，才能使高壓脈沖電場滅菌技術(shù)走上工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于刀梁結(jié)構(gòu)用于高壓脈沖滅菌的裝置。
[0005]本發(fā)明的實現(xiàn)與現(xiàn)有脈沖電場滅菌專利相比，進行了原理創(chuàng)新?，F(xiàn)有脈沖電場滅菌技術(shù)是基于穩(wěn)定的強電場作用，而本發(fā)明專利是基于刀梁結(jié)構(gòu)的脈沖噴霧殺菌。該原理性創(chuàng)新既可以實現(xiàn)快速殺菌，又可以在物料處理量上實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
[0006]電學(xué)研宄表明，當(dāng)一個噴射裝置中裝滿了充電的液態(tài)流體，其溶液在噴射管口同時受到表面張力和電場力的作用，表面張力作用使液滴保持在噴嘴處，當(dāng)施加外加電場作用，液滴在電場誘導(dǎo)下表面聚集電荷，受到一個與表面張力方向相反的電場力。當(dāng)電場逐漸增強時，噴嘴處的液滴由球狀被拉長為錐狀，形成所謂的泰勒錐，而當(dāng)電場強度增加至一個臨界值時，電場力就會克服液體的表面張力，從泰勒錐中噴出，導(dǎo)致液滴破裂成細小霧滴，霧化的帶電小液滴中細菌等微生物在高壓脈沖電場的作用下發(fā)生膜穿孔破裂，導(dǎo)致細菌崩解死亡，起到滅菌的效果。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
本發(fā)明主要包括待滅菌液體存儲容器、流體輸送泵、菌液處理室；滅菌液體存儲容器的液體輸出口通過導(dǎo)管與菌液處理室的液體進口連通，該導(dǎo)管上設(shè)有流體輸送泵； 所述的菌液處理室內(nèi)固定設(shè)有刀梁，下方設(shè)有液體收集槽，液體收集槽用于收集處理后的液體。
[0008]所述的刀梁其特征由兩個單片構(gòu)成，單片上端為梁狀結(jié)構(gòu)、下端為刀狀結(jié)構(gòu)，兩個單片結(jié)構(gòu)上可以對稱或非對稱，分別稱為刀梁左片、刀梁右片，左右兩片刀梁通過螺栓連接并密封；所述的刀梁左片與刀梁右片間的上方設(shè)有刀梁間進樣腔體，且刀梁左片或刀梁右片上開有進樣通道，該進樣通道的一端與菌液處理室的液體進口連通，另一端與刀梁間進樣腔體連通；刀梁左片、刀梁右片間的下方刀狀結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)留有10 μπι?2000 μm的間隙，該間隙位于刀梁間進樣腔體相連通，作為液體噴出口 ；間隙優(yōu)選為100 μπι;
所述的刀梁固定在滅菌處理室內(nèi)上下、左右、前后的任意一側(cè)，并作為正極板；所述的負極板設(shè)于滅菌處理室內(nèi)與刀梁相對的一側(cè)，并且負極板接地；
所述的高壓電源通過電纜與滅菌處理室的刀梁相連接，為刀梁提供高壓脈沖電壓或高壓直流電壓；
所述的高壓電源其參數(shù)設(shè)置，如電壓、頻率、脈寬、波形可調(diào)，優(yōu)選為電壓1V?100KV、頻率1Hz?50ΚΗζ、脈寬1nS?ΙΟΟμΞ、波形方波；
所述的刀梁材質(zhì)為導(dǎo)電材料，作為優(yōu)選為不銹鋼、銅等導(dǎo)電材質(zhì)中的一種，刀梁的形狀為直線形、曲線形、環(huán)形等結(jié)構(gòu)中的一種；
所述的刀梁間進樣腔體的形狀可為菱形、圓形等幾何形狀，作為優(yōu)選，所述刀梁間進樣腔體的形狀為菱形，垂直方向上的兩個對角的角度為大于60°，且小于90° ;
所述待滅菌液體物料的處理量為V，刀梁與負極板之間的場強為E，刀梁長度為L，帶滅菌液體的進樣流速為^，間隙的寬度為d，權(quán)重系數(shù)r，根據(jù)不同物料不同滅菌需求調(diào)節(jié)以上參數(shù)，以上參數(shù)滿足以下公式:
V=r氺E氺L氺V1^d
本發(fā)明裝置是基于物理學(xué)靜電噴霧原理的創(chuàng)新，當(dāng)?shù)读汉徒拥氐臉O板之間施加高壓脈沖電源后形成高壓脈沖電場，根據(jù)靜電噴霧的原理，刀梁中的液體在電場力的作用下形成一個高場區(qū)，高場區(qū)導(dǎo)致細菌等微生物的第一次致死效應(yīng)；液體充分極化后產(chǎn)生噴霧，霧化液滴中的細菌等微生物在電場力作用下細胞膜發(fā)生穿孔、撕裂、崩解，導(dǎo)致細菌等微生物的第二次致死效應(yīng)，最終產(chǎn)生殺滅細菌等微生物。
[0009]實施過程中，可以根據(jù)不同的物料滅菌要求，選擇性的采用直線形狀、曲線或者環(huán)形形狀的刀梁結(jié)構(gòu)，刀梁的材質(zhì)也可有不同的選擇；根據(jù)不同的物料不同的處理量的要求對流體輸送泵調(diào)節(jié)進樣的流速，刀梁間進樣腔體的橫截面有不同幾何形狀的選擇，優(yōu)選為垂直方向角度大于60°且小于90°的菱形，刀梁間的縫隙寬度可有10 μπι?2000 μπι的可調(diào)范圍實現(xiàn)不同的滅菌效果的要求，刀梁與負極板的距離可實現(xiàn)不同電場強度的要求。
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、滅菌快速、效果更好，在液態(tài)物料滅菌方面具有明顯優(yōu)勢；更重要的是物料處理量大，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)理論計算與實驗測定，與單獨采用針尖電噴霧滅菌結(jié)構(gòu)相比，單位時間物料處理量方面為單獨針尖電噴霧的3千多倍。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是刀梁結(jié)構(gòu)的剖面圖； 圖3是各種刀梁結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明實施前對照組細菌培養(yǎng)圖；
圖5是本發(fā)明實施后處理組細菌培養(yǎng)圖；
其中I為待滅菌液體存儲容器，2為流體輸送泵，3為菌液處理室，4為高壓電源，5為刀梁，5-1為刀梁左片，5-2為刀梁右片，5-3為刀梁間進樣腔體，5-4為進樣通道，5-5為間隙，6為負極板，7為液體收集槽。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明。
[0013]如圖1所示，本實施例包括待滅菌液體存儲容器(1)、流體輸送泵(2)、菌液處理室(3);滅菌液體存儲容器(I)的液體輸出口通過導(dǎo)管與菌液處理室(3)的液體進口連通，該導(dǎo)管上設(shè)有流體輸送泵(2);
所述的菌液處理室(3)內(nèi)固定設(shè)有刀梁(5)，下底面設(shè)有液體收集槽，液體收集槽用于收集處理后的液體。