[实用新型]基于刀梁结构的高压脉冲电场灭菌装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高压脉冲电场灭菌技术领域，特别是一种基于刀梁结构的高压脉冲电场灭菌装置，用于液态物料如纯净水、果汁、牛奶等灭菌。

背景技术

高压脉冲电场灭菌其基本原理是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用细菌等微生物，在电场力作用下细胞膜发生穿孔、撕裂、崩解从而杀灭细菌等微生物。该灭菌技术以其耗能低，低温杀菌、灭菌效果好且能保留产品的原有风味等优点而成为食品加工业新技术的研究热点。然而，尽管该技术的应用研究在实验室水平上开展了大量工作，包括发表的许多论文和公开的专利，但该技术至今尚未进入工业化应用。

究其原因，一旦进入工业化应用需要处理的物料量很大，如1000L升/小时。如此规模的处理量，一方面要求更高电压的脉冲电源以便有更大的处理室来对物料进行灭菌；另一方面，由于影响灭菌效果的因素从多，包括电场参数如电场强度、脉冲波型、脉宽、频率等，物料参数如粘度、电导率、介电常数、PH值等，液体流动参数如流速、流场分布等，需要对参数进行优化处理。这两方面的问题制约着该技术的产业化应用，如脉冲电源问题，理论和实验研究都表明杀灭细菌的有效场强需要达到25KV/cm，目前的电源加工制造技术而言100KV的脉冲电源面临技术上、制造成本上的困难，而即使100KV脉冲电源，其有效处理空间在4cm范围内，很难满足工业需求。因此，迫切需要在方法原理进行创新及工程放大技术方面突破，才能使高压脉冲电场灭菌技术走上工业化应用。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种基于刀梁结构用于高压脉冲灭菌的装置。

本实用新型的实现与现有脉冲电场灭菌专利相比，进行了原理创新。现有脉冲电场灭菌技术是基于稳定的强电场作用，而本实用新型专利是基于刀梁结构的脉冲喷雾杀菌。该原理性创新既可以实现快速杀菌，又可以在物料处理量上实现工业化应用。

电学研究表明，当一个喷射装置中装满了充电的液态流体，其溶液在喷射管口同时受到表面张力和电场力的作用,表面张力作用使液滴保持在喷嘴处，当施加外加电场作用，液滴在电场诱导下表面聚集电荷,受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状,形成所谓的泰勒锥，而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会克服液体的表面张力,从泰勒锥中喷出，导致液滴破裂成细小雾滴，雾化的带电小液滴中细菌等微生物在高压脉冲电场的作用下发生膜穿孔破裂，导致细菌崩解死亡，起到灭菌的效果。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型主要包括待灭菌液体存储容器、流体输送泵、菌液处理室；灭菌液体存储容器的液体输出口通过导管与菌液处理室的液体进口连通，该导管上设有流体输送泵；

所述的菌液处理室内固定设有刀梁，下方设有液体收集槽，液体收集槽用于收集处理后的液体。

所述的刀梁其特征由两个单片构成，单片上端为梁状结构、下端为刀状结构，两个单片结构上可以对称或非对称，分别称为刀梁左片、刀梁右片，左右两片刀梁通过螺栓连接并密封；所述的刀梁左片与刀梁右片间的上方设有刀梁间进样腔体，且刀梁左片或刀梁右片上开有进样通道，该进样通道的一端与菌液处理室的液体进口连通，另一端与刀梁间进样腔体连通；刀梁左片、刀梁右片间的下方刀状结构内侧留有10μm～2000μm的间隙，该间隙位于刀梁间进样腔体相连通，作为液体喷出口；间隙优选为100μm；

所述的刀梁固定在灭菌处理室内上下、左右、前后的任意一侧，并作为正极板；负极板设于灭菌处理室内与刀梁相对的一侧，并且负极板接地；

所述的高压电源通过电缆与灭菌处理室的刀梁相连接，为刀梁提供高压脉冲电压或高压直流电压；

所述的高压电源其参数设置，如电压、频率、脉宽、波形可调，优选为电压10V～100KV、频率10Hz～50KHz、脉宽10nS～100μS、波形方波；

所述的刀梁材质为导电材料，作为优选为不锈钢、铜等导电材质中的一种，刀梁的形状为直线形、曲线形、环形等结构中的一种；

所述的刀梁间进样腔体的形状可为菱形、圆形等几何形状，作为优选，所述刀梁间进样腔体的形状为菱形，垂直方向上的两个对角θ的角度为大于60°,且小于90°；

所述待灭菌液体物料的处理量为V,刀梁与负极板之间的场强为E,刀梁长度为L,带灭菌液体的进样流速为v₁，间隙的宽度为d，权重系数r，根据不同物料不同灭菌需求调节以上参数，以上参数满足以下公式：

V＝r*E*L*v₁*d