[实用新型]预压力微波灭菌锅

说明书

一、涉及技术领域

“预压力微波灭菌锅”涉及生物工程、医药、化工、食品和环境工程等技术领域。

二、背景技术

微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，最早被用于军用雷达及通讯领域；后来人们发现，利用微波辐照物体会产生热效应，使被辐照物的温度迅速升高。微波的这一特性目前已被广泛应用于食品及医药等行业，并且大量进入了家庭，其微波发生器及相应控制技术已比较成熟和完善。

采用传统的蒸汽灭菌方法，不仅加热设备复杂，加热时间较长，热力传输损耗较大，操作麻烦，工艺过程复杂，能耗也较高，实现自动化、智能化的在线加热控制难度相当大，操作及设备运行成本高；采用微波进行物料的灭菌是替代传统灭菌方法的最佳选择之一，具有设备简单、操作容易、能耗低、热敏性物质损失少、容易实现自动化连续操作等诸多优点。微波杀菌工艺过程不需要锅炉及其附属设备，没有蒸汽传输中的热损耗，不产生废气与废渣，符合当今国家大力倡导的节能减排要求和产业化技术改造升级的相关政策要求。

在食品、制药、农副产品加工、酿造、有机废物处理、固态发酵、化工、制造业等诸多领域，经常会遇到物料的加热与灭菌处理问题，通常需要加压才能使物料的的温度达到120℃以上，才能达到杀灭细菌芽胞的温度，实现物料彻底被灭菌的目的。目前能将多种含水物料用微波加热到120℃以上的通用技术方案和相关设备尚未见报道，本实用新型专利依据“预压力微波加热灭菌法”的原理，发明了“预压力微波灭菌锅”，提出了一种利用微波对多种含水物料进行杀菌、灭菌的通用技术方案，并提供了一种通用设备的解决方案。

三、发明内容

微波加热含水的固态、液态物料的效果十分显著，这些物料通常是农林牧渔产品、食品、药品、化工原料和环境资源化利用过程中的物料。就含水物料而言，微波主要是对物料中的水分子或其极性的小分子物质发生作用，使极性分子在微波场中发生剧烈振动而产热，产热是在物料的内部与表面同时发生，产热增温过程视物料吸收微波的能量大小而定，在微波场的能量足够大时，对含水物料的加热过程可以在很短时间内完成，这是传统加热方法难以实现的。

当含水物料吸收微波能后，其温度上升速率取决于一系列因素，要使质量为M千克的材料在时间t秒内从T₀℃上升到T℃时，所需的功率可由(1)式确定：P＝Q/t＝MC_p(T-T₀)/t                              (1)式由(1)式得：(T-T₀)/t＝(0.566×10^-10ε″e_fffE²)/(ρC_p) (2)式式中ρ为材料密度(Kg/m³)，C_p为材料的比热[KJ(kg℃)]，对于给定物料在给定频率f下的加热升温速率取决于ε″_eff和E²(电场强度)。参数ε″_eff是由物料本身的电磁学特性所决定的，不受物料体积和重量的影响。

利用式(1)或式(2)绘出的图像是一条物料增温对应于微波加热时间的微波加热函数图像，该函数图像在一般情况下是一条直线。而在我们的实验中，绝大多数的含水物料的微波加热增温曲线都是一条抛物线，即随着微波加热时间的增加，物料从起始温度T₀开始不断升温，到达一定温度后，水的相变明显增加，增温曲线开始变缓，最后趋近于水的相变温度，整个曲线呈抛物线状。根据式(1)或式(2)绘出的函数图像是在不考虑水相变情况下的物料增温函数曲线，只有在水相变可以忽略的情况下才可以用来作为微波加热工艺设计的参考，在实际应用中可以利用水的相变耗能量来校正从式(1)或式(2)计算出的物料的微波加热增温值。

对绝大多数的含水物料而言，在物料总量不变、微波场功率和频率不变的情况下，含水量愈大，增温速率愈慢，通常以纯水为临界值；相反含水量愈小，增温速率愈快，但因含水量低于30％时，微波对微生物的杀灭能力显著下降，故采用微波灭菌含水物料时，物料的含水量不能太低，否则灭菌效果不是很好。

采用微波加热灭菌含水物料时，在物料温度达到环境的饱和蒸汽压时，物料的温度不再升高，物料吸收的微波能此时消耗在水的相变过程中。水的饱和蒸汽压与温度的关系可见表1。在采用微波加热含水物料时，物料的温度往往远高于容器和环境的温度，因此由物料中溢出的水蒸气会在容器壁上很快凝结成水，造成环境的饱和蒸汽压下降，要使环境维持一定的饱和蒸汽压，就必须不