一种低温灭菌设备及方法[0002]微波灭菌是一种非热应与热效应综合的灭菌方式，属于低温灭菌范畴，主要应用于生物、医药、化工、食品等领域。由于微波辐射穿透力强，因此，其应用极其广泛。现有技术中，微波对物料的灭菌一般采用的形式如下:[0003]其一，设置的灭菌辐射源直接对不定型堆积物料照射灭菌。因为微波灭菌效果与物料堆积厚度有关，所以，采用该类方法灭菌，灭菌不均匀，灭菌效果不可靠。只适合于灭菌要求不高的固体颗粒物料灭菌。[0004]其二，将待灭菌物料分装，物料被微波照射灭菌。该法避免了以上不定型物料堆积而导致的灭菌不均匀、效果不可靠等问题。但难以控制物料合适的灭菌厚度。[0005]其三，待灭菌物料以传送带方式送料，物料通过传送带在微波灭菌室以连续的方式进料与出料，其工业化作业程度高，产量大。但是，采用该方法，给料无法精准，灭菌可控性、重复性很难达到。同时，液体物料无法传送，灭菌部件清洗不易。因此，对于要求高的灭菌过程也需要改进，该方式大多适合固体物料。[0006]其四，用于微波灭菌的辐射照射设备对于粘性料的送料、下料、物料处理困难。[0007]由此，微波灭菌存在的问题归结如下:[0008]其一，待灭菌物料的厚度无法有效控制
[0009]微波灭菌与灭菌时间、功率、料层厚度有关，一般而言，料层厚度太大，内部物料热传递不好，热效应会增加，灭菌效果也不佳，料层厚度太小，由于物料的灭菌需要一定的微波辐射时间，在一定的微波辐射作用时间后，太薄的物料极易焦化，物料尽管完成了灭菌，但是，物料的生物活性成分损失太大，因此，微波灭菌需要调整合适的物料厚度，不同性质的物料，其合适的物料厚度不同。现有技术的微波灭菌技术手段无法有效改变灭菌物料的合适厚度。实际上，有效控制待灭菌物料厚度，可以使得微波灭菌过程重复性好、过程可控、设备普适性强。
[0010]其二，微波灭菌过程中物料温升过高
[0011]微波灭菌属于非热效应与热效应的综合灭菌方式。其中的热效应既可以灭菌，同时也会导致物料的温度上升，当温度上升过高时，对大多物料而言，尤其是热敏、生物材料，温度太高，会导致物料灭菌后物料焦化、生物活性成分损失太多，从而使得微波灭菌的效价低。
[0012]其三，微波非热灭菌效果需要增加
[0013] 如上段所述，微波灭菌属于非热效应与热效应的综合灭菌方式。其中的热效应既可以灭菌，同时也会导致物料的温度上升，这样，对于具有非热需求的物料灭菌过程，如果仍然采用微波作为灭菌手段，那么，就需要减少微波灭菌过程中的热效应，从而保证非热效应对于物料的作用，这种过程，需要采用特别的技术手段，因为一般物料都具有一定层厚，而微波对物料的作用是从内部到外部同时作用，亦即在微波作用下，物料的内部、外部会同时受热升温，因此，在微波灭菌过程中，需要保证待灭菌物料内部、外部的热能及时被传递。
[0014]其四，微波灭菌的上料、下料改进
[0015]微波灭菌中，一些特别的物料如粘性物料等，如果要保持对这类物料灭菌过程的重复性好、过程可控，采用一般的管式、传送带方式会造成上料、卸料困难，因此，需要寻找合适的技术手段。
[0016]基于以上分析，本发明公开了一种灭菌设备及灭菌方法，本发明适合于各种性质物料灭菌，尤其适合颗粒料、粘性料、液体料的低温灭菌处理。本发明可以有效地避免上述方法所存在的问题:
[0017]本发明首先采用在灭菌物料外设一吸波层，这样，相当于增加了物料的厚度，改变吸波层，就可以等效地改变物料厚度。而采用对吸波层的材料组分进行改变的手段，就可以等效可变地调整物料的厚度，以适应不同性质物料对料层厚度设置要求。
[0018]第二，通过在容器外设一夹层，在夹层设置流体，所设流体的流动可以带走容器内物料的部分热量，从而可以对灭菌物料降温。而要实现灭菌物料内部的热量向外传递，除了外设所述夹层，还需要将物料不断翻动，以将物料内部热量通过流动的流体带走，本发明的螺旋构件技术手段可以使得内外物料不断翻转，并将热量传递给夹层中的流体，从而实现均匀的热传递，避免物料内部温度高。该方式，也同时可以减少微波灭菌的热效应，增加微波灭菌的非热效应。
[0019]第三，采用螺旋构件的技术手段可以使得微波灭菌的上料、下料异常简单、可行。
[0020]综上所述，本发明设备的优点为:
[0021]I)该装置及方法通过设置于夹层的流体及螺旋构件技术手段，从而使得物料在微波灭菌环境中温度可控，微波灭菌的热作用减少，增加了该设备对物料实施灭菌的非热作用，并且可以实施对物料内、外的翻动作用，实现物料内部热量的及时传递，避免物料内部温度过高，从而达到温度控制的均匀性。
[0022]2)采用该装置及方法，可以形成螺旋构件与容器壁间组成的空间，亦即物料的螺旋通道，该空间为本设备的灭菌空间，该空间的大小决定了物料的固定物理厚度，当该空间较小或者较窄时，由于螺旋构件的螺旋作用，采用该设备对各种性质物料(尤其是夹层间隔空间较小)的上料、下料异常简便、可控，对上下料难以处理的物料如粘性物料、粘性液体等，该装置尤其合适；
[0023]3)该装置及方法通过将物料颗粒置于螺旋构件与容器壁间组成的空间，从而可以形成固定的待灭菌物料的厚度，一方面，通过外设吸波层，并采用对吸波层的材料组分进行动态改变的手段，就可以等效地可变调整物料的厚度，以适应不同性质的物料的灭菌；另一方面，作为流体形态的吸波层在吸收部分热能后，会将该部分热能通过流体带走，换言之，外设流体吸波层代替部分物料层，尽管在效果上是使得料层变厚，与增加同等物料层一样，但是，流体吸波层微波辐射后的热效应却会随流体迅速带走。
[0024]4)该装置及方法易于实施对物料灭菌的重复性、可控性、可靠性；
[0025]5)该装置及方法易于实现工业化控制，适合工业化连续作业，可减少许多工序过程;
[0026] 6)该装置结构简单，工业制造成本低；[0027]7)该装置及方法适合在线CIP清洗，设备工作面简单。


[0028]本发明的目的在于采用该装置及方法可实现对物料的微波低温灭菌处理，同时，加大微波灭菌的非热作用效果；该设备具有灭菌效果好、重复性好、灭菌效果可靠、物料的灭菌均匀、物料上料、下料简便易行等优点，并且该灭菌设备易于工业控制，适合工业化连续作业，且制造成本低。
[0029]为了实现以上所述的发明目的，本发明所采用的技术方案为:一种低温灭菌设备，包括微波器，所述微波器设有产生灭菌微波辐射源的微波腔，所述灭菌设备还包括一设于微波腔内的容器，所述容器设有进料口、出料口。所述容器外侧设有夹层，所述夹层设有流体进口、流体出口，所述夹层内设有流体，所述流体为含有微波吸波材料的混合液体。工作时，物料由进料口进入，流体由流体进口、夹层、流体出口流过，开启微波灭菌器，微波辐射穿过夹层、容器壁作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，同时，夹层流体吸波材料吸收部分微波能，通过 热传递带走部分物料热能，使得物料温度降低。待灭菌结束后，物料通过出料口排出。
[0030]本发明进一步的改进在于所述的置于微波腔的容器夹层的流体进口一侧设有一混合容器，所述的混合容器设有出口及至少两个进口，所述混合容器一侧还设有至少两个液源，所述的混合容器出口通过管道与置于微波腔内的的容器的夹层流体进口相连，所述混合容器的每个进口分别通过管道与上游对应的液源相连。所述的上游液源中其中一液源设有含微波吸波材料混合液体。
[0031]本发明进一步的改进在于所述上游液源与所述混合容器每个进口间分别设有流量可控的阀门。
[0032]本发明进一步的改进在于所述的置于微波腔内的容器为一截面为圆的圆筒容器。
[0033]本发明进一步的改进在于所述圆筒容器内设有螺旋构件。
[0034]本发明进一步的改进在于所述螺旋构件设有一中心轴，所述螺旋构件通过所述的中心轴与一驱动装置连接，所述驱动装置可驱动螺旋构件转动，完成进料、送料与出料，所述螺旋构件与所述圆筒容器构成灭菌室。待灭菌的颗粒物料由进料口进入圆筒容器后，螺旋构件均匀地将物料装入螺旋构件与圆筒容器所构成的灭菌室，亦即物料层。工作时，开启微波灭菌，微波辐射作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，待灭菌结束后，物料通过螺旋构件从出料口排出。
[0035]本发明进一步的改进在于在所述的夹层、流体进口、流体出口的流体通路上设有栗。
[0036]本发明的一种低温灭菌方法，包括以下步骤:
[0037]步骤1:物料由进料口进入设于微波腔内的所述容器；
[0038]步骤2:将含有微波吸波材料的混合溶液由流体进口导入夹层，形成灭菌物料的外设吸波层，并可通过流体实施温度控制。
[0039]步骤3:然后开启微波器电源，微波辐射作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，微波辐射作用于吸波层、物料层；
[0040]步骤4:待灭菌结束后，关闭微波电源，关闭泵，物料由容器出料口排出。[0041]本发明方法的另一改进在于，所述容器的夹层流体进口一侧设有混合容器，混合容器设有混合容器出口、混合容器进口一、进口二，混合容器一侧还设有液源一、液源而，混合容器出口通过管道与夹层流体进口相连，进口一、进口二分别与上游液源一、液源二相连，进口一、进口二与与上游液源一、液源二间分别设有流量可控的阀门一、阀门二，其中一液源设有含吸波材料混合溶液，具体步骤为:
[0042]步骤1:物料由进料口 3进入设于微波腔内的所述容器；
[0043]步骤2:打开液源一、液源二与混合容器进口一、混合容器进口二之间的阀门一、阀门二，并调节阀门一、阀门二流量大小，含有一定组分比例吸波材料混合溶液进入混合容器，经过混合后，由混合容器出口将含有微波吸波材料的混合溶液由流体进口导入夹层，形成灭菌物料的外设吸波层与温度控制流体通路。
[0044]步骤3:然后开启微波器电源，微波辐射作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，微波辐射作用于吸波层、物料层；
[0045]步骤4:待灭菌结束后，关闭微波电源，关闭泵，物料由容器出料口排出。
[0046]有益效果:由于采用了夹层吸波层、温度控制装置以及螺旋构件、螺旋构件与圆筒容器组成的灭菌室等，该方法及设备灭菌效果好，具体地可表现为以下几个方面:
[0047]I)该装置的夹层流体可控制物料的灭菌温度，对一些物料如热敏、易挥发物质等的灭菌可以减少热效应负 面影响，增加微波灭菌的非热灭菌效果，从而改善微波对热敏、易挥发物质的灭菌效果。同时，也可以有效避免物料在灭菌过程中的焦化作用。
[0048]2)该装置及方法通过设置于夹层的流体及螺旋构件技术手段，从而使得物料在微波灭菌环境中温度可控，微波灭菌的热作用减少，增加了该设备对物料实施灭菌的非热作用，并且可以实施对物料内、外的翻动作用，实现物料内部热量的及时传递，避免物料内部温度过高，从而达到温度控制的均匀性。
[0049]3)采用该装置及方法，可以形成螺旋构件与容器壁间组成的空间，亦即物料的螺旋通道，该空间为本设备的灭菌空间，该空间的大小决定了物料的固定物理厚度，当该空间较小或者较窄时，由于螺旋构件的螺旋作用，采用该设备对各种性质物料(尤其是夹层间隔空间较小)的上料、下料异常简便、可控，对上下料难以处理的物料如粘性物料、粘性液体等，该装置尤其合适；
[0050]4)该装置及方法通过将物料颗粒置于螺旋构件与容器壁间组成的空间，从而可以形成固定的待灭菌物料的厚度，一方面，通过外设吸波层，并采用对吸波层的材料组分进行动态改变的手段，就可以等效地可变调整物料的厚度，以适应不同性质的物料的灭菌；另一方面，作为流体形态的吸波层在吸收部分热能后，会将该部分热能通过流体带走，换言之，外设流体吸波层代替部分物料层，尽管在效果上是使得料层变厚，与增加同等物料层一样，但是，流体吸波层微波辐射后的热效应却会随流体迅速带走。
[0051]5)该装置及方法易于实施对物料灭菌的重复性、可控性、可靠性；
[0052]6)该装置及方法易于实现工业化控制，适合工业化连续作业，可减少许多工序过程;
[0053]7)该装置结构简单，工业制造成本低；
[0054]8)该装置及方法适合在线CIP清洗，设备工作面简单。


[0055]图1为一种低温灭菌设备原理图一
[0056]图2为图1中带夹层容器在AAl处的截面图
[0057]图3为一种低温灭菌设备原理图二
[0058]图4为一种低温灭菌设备原理图三
[0059]图5为图4中螺旋构件、带夹层圆筒容器在CCl处的截面图
[0060]图6为螺旋构件与圆筒容器器壁形成的灭菌室示意图
[0061]其中:
[0062]1、容器，2、圆筒容器，3、进料口，4出料口，5微波器，6、螺旋构件，7、微波腔，8、灭菌室，9、中心轴，10、底座一，11、底座二，12、夹层，13、流体进口，14、流体出口，15、泵，16、混合容器，17、混合容器出口，18、混合容器第一进口，19、混合容器第二进口，20、液源一，21、液源二，22、阀门一，23、阀门二

[0063]如图1是一种低温灭菌设备原理图一,所述的一种低温灭菌设备,包括微波器5,所述微波器5设有微波腔7，所述微波器5在微波腔7形成均匀微波场。所述低温灭菌设备还包括容器I，所述容器I设于微波腔7内，所述容器I设有进料口 3、出料口 4，所述容器I与支架(未标出)连接，所述容器I形状可以是多种形状，本例中，为了叙述方便起见，所述容器I形状为长方体，所述长方体容器的截面为四边形，所述容器I设有夹层12，如图2所示。所述夹层12设有流体进口 13、流体出口 14，在所述的夹层12、流体进口 13、流体出口14的流体通路上设有泵15。所述夹层12设有液体，所述液体为含有微波吸波材料的混合溶液，如水等，所述泵15用于调节流经夹层12水的流速。
[0064]工作时，物料进入所述容器1，开启微波器5灭菌，微波辐射穿过夹层12、吸波层、容器壁作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，同时，流体通路的流体在泵15的作用下流动，流体的吸波材料吸收部分微波能量，并通过热传递带走物料部分热能。待灭菌结束后，物料通过出料口排出。
[0065]如图3是一种低温灭菌设备原理图二,所述的一种低温灭菌设备,包括微波器5,所述微波器5设有微波腔7，所述微波器5在微波腔7形成均匀微波场。所述低温灭菌设备还包括容器I，所述容器I设于微波腔7内，所述容器I设有进料口 3、出料口 4，所述容器I与支架(未标出)连接，所述容器I形状可以是多种形状，本例中，为了叙述方便起见，所述容器I形状为长方体，所述长方体容器的截面为四边形，所述容器I设有夹层12，如图2所示。所述夹层12设有流体进口 13、流体出口 14，在所述的夹层12、流体进口 13、流体出口14的流体通路上设有泵15。所述夹层12设有液体，所述液体为含有微波吸波材料的混合溶液，如水等，所述泵15用于调节流经夹层12水的流速。
[0066]本例设备与如图1所述的一种低温灭菌设备原理图二不同的是:在所述的设于微波腔7内的容器I夹层12的流体进口 13 —侧还设有一混合容器16，所述的混合容器16设有混合容器进口一 18、进口二 19、出口 17，所述的混合容器出口 17通过管道与流体进口 13相连，所诉混合容器16 —侧设有液源一 20、液源二 21，其中一个液源内设有含微波吸波材料混合液体。当然，在此处，可以设有两个以上的液源，相对应地，混合容器16可以设有两个以上进口，这样，多种吸波材料液体可以设置于上游多个液源中，然后，多种吸波材料液体通过混合容器16的多个进口进入混合容器16，充分混合后可获取多组分吸波材料混合溶液，本例设置两个液源，对此下例皆同，不再赘述。所述的混合容器进口一 18、进口二 19通过管道分别与上游液源一 20、液源二 21相连，在液源一 20、液源二 21与混合容器进口一18、混合容器进口二 19之间设有流量可控的阀门一 22、阀门二 23。
[0067]工作时，物料进入所述容器1，调节阀门一 22、阀门二 23，获取所需的组分比例的微波吸波材料混合液，该混合溶液通过混合容器16与流体进口 13进入夹层12，形成物料外设可变的吸波层混合溶液。开启微波器5灭菌，微波辐射穿过夹层12、吸波层、容器壁作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，同时，流体通路的流体在泵15的作用下流动，流体吸收部分微波能量，并通过热传递带走部分物料热能，从而控制调节物料厚度、温度。待灭菌结束后，物料通过出料口排出。
[0068]如图4是一种低温灭菌设备原理图三,所述的一种低温灭菌设备,包括微波器5,所述微波器5设有微波腔7，所述微波器5在微波腔7形成均匀微波场。所述低温灭菌设备还包括容器，与如图3所述的一种低温灭菌设备原理图二不同的是:本例中设于微波腔7内的容器为一圆筒容器2，所述圆筒容器2设于微波腔7，所述圆筒容器2设有进料口 3、出料口 4，所述圆筒容器2与支架(未标出)连接，所述圆筒容器I还设有螺旋构件6，所述螺旋构件6与圆筒容器I构成灭菌室8，如图6所示。通过所述的螺旋构件6可以形成灭菌物料的螺旋通道，物料在该通道流动并灭菌。所述螺旋构件6还可以设置一中心轴9，所述中心轴9支承于两端底座一 10与底座二 11，中心轴9 一端与驱动装置连接(未标出)并可驱动螺旋构件6转动，从而使得进料、送料与出料快速简便。所述圆筒容器2外壁设有夹层12，如图5所示。所述夹层12设有，流体进口 13、流体出口 14。
[0069]本例设备其 他部分与如图3所述的一种低温灭菌设备原理图二相同，具体地，在流体进口 13、夹层12、流体出口 14的流动通路一侧设有泵15，所述泵15用于调节流经夹层12水的流速。在所述的微波腔7内的圆筒容器2夹层12的流体进口 13 —侧设有一混合容器16，所述的混合容器16设有混合容器进口一 18、进口二 19、出口 17，所述的混合容器出口 17通过管道与流体进口 13相连，所诉混合容器16 —侧设有液源一 20、液源二 21，其中至少一个液源内设有含微波吸波材料混合液体。所述的混合容器进口一 18、进口二 19通过管道分别与上游液源一 20、液源二 21相连，在液源一 20、液源二 21与混合容器进口一18、混合容器进口二 19之间设有流量可控的阀门一 22、阀门二 23。
[0070]工作时，待灭菌的颗粒物料由进料口 3进入圆筒容器2后，开启螺旋构件6的驱动装置，螺旋构件6均匀地将物料装入螺旋构件6与圆简容器2所构成的灭菌室8，如图6所示。然后，关闭螺旋构件电源6，调节阀门一 22、阀门二 23，获取所需的组分比例的微波吸波材料混合液，该混合溶液通过混合容器16与流体进口 13进入夹层12，形成物料外设可变的吸波层。开启微波器5灭菌，微波辐射穿过夹层12、吸波层、容器壁作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，同时，流体通路的流体在泵15的作用下流动，流体吸收部分微波能量，并通过热传递带走部分物料热能，控制调节物料厚度、温度。灭菌结束，关闭微波电源，同时开启螺旋构件6驱动装置，物料通过螺旋构件6推动从出料口 4排出。
[0071]为了采用所述的螺旋构件6对物料实施不断的翻动作用，可采用多个灭菌设备串联连接，或者可在所述灭菌设备的进料口 3、出料口 4间形成循环回路。[0072]本发明的一种低温灭菌方法，包括以下步骤:
[0073]步骤1:物料由进料口 3进入设于微波腔内的所述容器I ;
[0074]步骤2:将含有微波吸波材料的混合溶液由流体进口 14导入夹层12，形成灭菌物料的外设吸波层与温度控制的流体通路。
[0075]步骤3:然后开启微波器5电源，微波辐射透过吸波层作用于物料层，并对物料实施灭菌处理，微波辐射作用于吸波层、物料层；
[0076]步骤4:待灭菌结束后，关闭微波电源，关闭泵15，物料由容器I出料口 4排出。
[0077]本发明的一种低温灭菌方法，也可采用以下步骤:
[0078]步骤1:物料由进料口 3进入设于微波腔内的所述容器I ;
[0079]步骤2:打开液源一 20、液源二 21与混合容器进口一 18、混合容器进口二 19之间的阀门一 22、阀门二 23，并调节阀门一 22、阀门二 23流量大小，含有一定组分比例吸波材料混合溶液进入混合容器16，经过混合后，由混合容器出口 17将含有微波吸波材料的混合溶液由流体进口 14导入夹层12，形成物料外设可变的吸波层，及外设吸波层与温度控制流体通路。
[0080]步骤3:然后 开启微波器5电源，微波辐射作用于吸波层、物料层，并对物料实施灭菌处理；
[0081]步骤4:待灭菌结束后，关闭微波电源，关闭泵15，物料由容器I出料口 4排出。
[0082]以上所述的，是根据本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化，例如串联或并联多个螺旋构件与圆筒容器组成的灭菌设备，对物料实施连续灭菌，所用流体除了水，也可采用其他极性液体、非极性液体混合液等。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化，皆落入本发明的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的技术内容为本领域技术人员的公知常识。