食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备的制作方法

本实用新型涉及食品加工领域，尤其是食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备。

背景技术：

食品杀菌就是以食品原料、加工品为对象，通过对引起食品变质的主要因素---微生物的杀菌及除菌，达到食品品质的稳定化，有效延长食品的保质期，并因此降低食品中有害细菌在存活数量，避免活菌的摄入引起人体（通常是肠道）感染或预先在食品中产生的细菌毒素导致人类中毒。

目前常用的食品杀菌技术包括热力杀菌和非热力杀菌，由于传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用，因此越来越多的企业关注到非热力杀菌技术的研究，目前已采用的技术包括：

（1）超高压食品杀菌技术（UHP或HHP）是指将密封于弹性容器内的食品置于水或其它液体作为传压介质的压力系统中，经100MPa以上的压力处理，使食品蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活，生命停止活动，细菌等微生物被杀死，主要适用于各种饮料、流质食品、调味品及其他各种包装的固体食品。

但是，超高压灭菌能耗高、设备大，灭菌的效果受多种因素的影响，如微生物种类、细胞形态、温度、时间、压力大小等，并且需要对食品颗粒进行密封包装才能灭菌，要求高。

（2）脉冲电场杀菌技术是在液体介质中利用脉冲放电的生物效应杀菌，其工作原理是脉冲放电杀菌时，把液态物料作为电介质置于杀菌室两电极间隙内或连续流过杀菌室的两电极间隙，当两电极加上一定强度和频率的脉冲电场时，在液态物料中产生极强烈的生物效应杀死其中的细菌，其适用于液体物料，不适用于固体物料，尤其是食品颗粒的杀菌。

（3）超声波杀菌技术是利用超声波在固体、液体、和气体中传播时的空化效应、力学效应、化学效应、热效应、弥散效应、声流效应、毛细效应、触变效应的一系列反应来达到杀菌目的。

但是超声波杀菌不彻底，影响因素较多，一般只适用于液体或浸泡在液体里的物体，通常作为辅助杀菌措施，且处理量不能太大，不适用于大批量食品颗粒的杀菌和灭虫。

（4）磁场杀菌技术：无论是恒定磁场还是脉冲磁场都能有效地抑制某些微生物和细菌的生长，当达到一定的磁场强度时利用通过抑制食品的自由基活动、影响蛋白质和酶的活性使酶、氨基酸、核酸、蛋白质等生物大分子失去活性，杀死细菌。

磁场杀菌受微生物细胞所处的介质的生物学因素（PH值、温度、主要化学成分等）的影响，细胞的不同生长期对磁场的敏感度也不同，杀菌效果视具体条件而定，稳定性不高，应用范围受限。

（5）脉冲强光杀菌技术利用强烈白光闪照的技术进行杀菌，该技术一般用于处理食品的表面杀菌，持续时间短，强度大的光脉冲能够穿透物料，穿透物料的光脉冲不传输，但是以热量的形式在物料中消散。物料的表面和内层产生温度梯度，热量以传导的形式从表面传递到内层。热传导一直进行到物料温度达到恒定的稳定状态，消散的热量和物料的热学性质决定所需的时间。

目前脉冲强光杀菌技术尚不是十分成熟，杀菌效果受具体设备的影响较大，脉冲强光只能对物料表面起作用，当物料不能完全暴露在脉冲强光下时，杀菌可能不彻底。

（6）微波 (300MHz ～ 300GHz 的电磁波 ) 杀菌，微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，生长发育受阻碍死亡，但是微波的穿透深度较小，易出现因微波穿透深度不足而导致的杀虫杀菌不均问题。

针对于这些技术的不足以及在食品颗粒杀菌杀虫上应用的局限，研究人员进一步研究了射频杀菌技术，其是利用待杀菌物体本身内含的极性分子，在射频电场作用下，其待杀菌物体的极性分子的方向会随射频频率迅速不断的交互重新排列（同性相斥，异性相吸的原理），导致分子间快速转动摩擦而生热，如水分子等不断改变极性方向，导致待杀菌物体的温度急剧升高而达到杀菌的效果。

如专利号为2017100238244揭示的一种低水分活度食品的射频杀菌的方法，其包括将食品平铺在传动带上传送到射频杀菌处理装置进行处理的过程，以及每隔一段时间进行翻动、混合的过程。

又如美国专利US4974503，揭示一种用于对食品进行巴氏消毒和/或灭菌的设备，包括：处理腔室；位于腔室内侧的传送带；用于致动传送带的辊；以及，用于引导辊的机构，待处理的产品位于容器中，容器放置于传送带上传动到射频杀菌装置处进行杀菌。

再如申请号为201510234110.9的中国专利申请，其同样是通过传送带输送物料至射频杀菌装置进行杀菌。

然而不论是上述专利还是其他的食品颗粒射频灭菌方法，都存在一定问题：由于食品颗粒平铺在输送带上或盛放于容器中或包装袋中再通过传送带等输送机构进行输送，这就导致食品颗粒处于堆积状态，食品颗粒的表面会被与它贴合的其他食品颗粒遮挡，并且堆积在下方的食品颗粒会被上层的食品颗粒完全遮挡，而无法充分暴露在射频电场中以及均匀的吸收射频能，这就导致部分细菌和/或虫无法被杀死，产生杀菌和杀虫的不均匀、不充分的问题，影响最终的杀菌效果。

同时，由于它们都具有输送线的结构，这也使得杀菌设备的整体结构更大、更复杂。

另外，当食品颗粒直接平铺在输送带上或不用容器盛装时，杀菌后的食品颗粒，尤其是粉状食品的回收也成为难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，通过气流使食品颗粒呈悬浮状态进行射频杀菌和/或虫以及气固旋风分离实现食品颗粒回收，从而提供了灭菌和/或灭虫效果均匀可靠且可以快速回收食品颗粒的食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备，包括至少一个灭菌室，所述灭菌室包括进料口和出料口，所述进料口和出料口之间设置有至少一条灭菌通道，每个所述灭菌通道对应至少一个灭菌装置，还包括通过产生气流驱动食品颗粒部分或全部悬浮在所述灭菌通道中的扩散装置。

优选的，所述灭菌室上设置有观察窗。

优选的，所述进料口连接物料进口，所述物料进口斜向设置，且其与进料口连接端的高度低于其相反端的高度。

优选的，所述灭菌室上还设置有用于通入防爆气体的连接口。

优选的，所述灭菌装置为射频发生装置，所述射频发生装置的射频发射部延伸到所述灭菌通道内。

优选的，所述射频发生装置的射频发射部设置有均热装置，所述均热装置包括可自转地设置于所述射频发射部前端的转头，所述转头的转盘上设置有一组呈弧线分布的均热孔，每个所述均热孔的中心到所述转盘的外圆周面的距离相同。

优选的，所述灭菌室还通过可调控供氧量的内置接口连接氧气供应源。

优选的，所述扩散装置至少产生从进料口向出料口运动的气流。

优选的， 所述扩散装置还产生从灭菌通道的底部向顶部运动的气流和/或从所述灭菌通道的顶部向底部运动的气流。

优选的，所述扩散装置还包括连接在所述出料口处且使出料口区域产生负压或局部真空的气固分离装置。

优选的，所述气固分离装置是旋风分离机。

优选的，所述冷灭菌和/或灭虫设备通过可控灭菌和/或灭虫措施使菌种和/或虫的数量级降低到所述食品颗粒的保质时间要求内。

食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备，包括灭菌室以及用于对所述灭菌室内的食品颗粒进行灭菌和/或灭虫的灭菌装置，所述灭菌室内的食品颗粒部分或全部呈悬浮状态以进行灭菌和/或灭虫。

优选的，所述灭菌装置通过物理诱变实现灭菌和/或灭虫。

优选的，所述灭菌装置为射频发生装置，所述射频发生装置的射频发射部延伸到所述灭菌室内。

优选的，所述射频发射部设置有均热装置，所述均热装置包括可自转地设置于所述射频发射部前端的转头，所述转头的转盘上设置有一组呈弧线分布的均热孔，每个所述均热孔的中心到所述转盘的外圆周面的距离相同。

优选的，所述冷灭菌和/或灭虫设备还通过化学诱变实现灭菌和/或灭虫。

优选的，所述灭菌室还通过可调控供氧量的内置接口连接氧气供应源。

优选的，所述食品颗粒通过扩散装置形成的气流部分或全部悬浮于所述灭菌室内，所述扩散装置至少产生从灭菌室的进料口向出料口运动的气流。

优选的，所述扩散装置还产生从所述灭菌室的内底面向内顶面运动的气流和/或从所述灭菌室的内顶面向内底面运动的气流。

优选的，所述气流为热气流。

优选的，所述扩散装置还包括连接在所述出料口处且使出料口区域产生负压或局部真空的气固分离装置。

优选的，所述气固分离装置是旋风分离机。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：

本实用新型设计精巧，通过扩散装置产生气流使食品颗粒呈悬浮状态，从而避免它们堆积在一起，因此能够保证食品颗粒充分的暴露在射频电场中且均匀的接收射频能量，从而实现均匀灭菌和/或灭虫，保证了杀菌和/或灭虫的有效性和充分性，同时采用射频杀菌，与常规热力杀菌比较，能在比较低的温度和较短的时间获得所需的消毒杀菌效果，此外射频灭菌和/或灭虫还能保留更多的营养成分和色、香、味、形等风味。

气流在使食品颗粒悬浮的同时，还驱动食品颗粒移动，因而不需要专门的输送线的结构，从而有利于简化设备的结构；同时，结合旋风分离机，不仅有助于驱动气体流动产生气流，简化扩散装置的结构，同时能够有效的实现食品颗粒的回收，解决了现有技术中食品颗粒不易回收的问题，有利于提高加工效率。

由于可以设置多个灭菌室、灭菌通道和射频发生装置，因而可以大大的提高加工效率。

在氧气氛围条件下，结合射频作用，能够产生一定量的臭氧，实现化学诱变和物理诱变的有效结合，有助于进一步保证杀菌和杀虫的效果。

通过增加均热装置，能够有效的降低射频发射部产生的高温，从而避免高温对食品颗粒的色、香、味、功能性以及营养成分等的破坏。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型射频发生装置示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

本实用新型揭示了食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备，可应用于面粉、调料粉、饮料粉、奶粉、大米、豆类以及茶叶等食品颗粒的灭菌和/或灭虫，当然也可以是其他领域的颗粒物和粉的杀虫和灭菌，如医药粉剂、饲料等。

如附图1所示，所述食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备包括至少一个灭菌室1，所述灭菌室1包括进料口11和出料口12，所述进料口1连接物料进口5，为了降低物料涵道输送能耗，所述物料进料口将安置于进料口斜上方一定高度处，即所述物料进口5斜向设置，且其与进料口11连接端的高度低于其相反端的高度，因而能够有效的利用食品颗粒自身重力的斜向分力下滑到所述进料口11处。

所述进料口11和出料口12之间设置有至少一条灭菌通道（图中未示出），所述灭菌室1和/或灭菌通道的数量，可以根据实际加工效率的要求和/或下述的气流作用力的大小来确定，并且，为了便于观察灭菌室1内的情况，所述灭菌室1上设置有观察窗4。

由于加工的物料是食品颗粒，尤其是粉状食品，极易发生爆炸，因此还需要有充分的防爆措施，详细的，如附图1所示，是通过在所述灭菌室1上设置有用于通入防爆气体的连接口6，所述连接口6连接防爆气体源，所述防爆气体优选是二氧化碳和氮气。

如附图1所示，每个所述灭菌通道对应至少一个灭菌装置2，所述灭菌装置2通过物理诱变实现灭菌和/或灭虫，具体的，所述灭菌装置2优选为射频发生装置，这是由于离子电导损耗随物料含水率的增大而增大，物料中局部含水率较大的部分， 介电损耗因子较大，物料在射频场中的加热速率随物料介电损耗因子的增大而增大， 射频能量会集中在局部含水率较大的部分,，因而虫（菌）体升温速率快与物料，因此射频特别适于低水分活度食品，如面粉、奶粉、调料粉等粉状食品的杀虫（菌），并且，所述射频发生装置的射频发射部延伸到所述灭菌通道内。

射频灭菌和虫的机理在于， 细菌、成虫与任何生物细胞一样，是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质；其中水是生物细胞的主要成分，含量在75～85％，因为细菌的各种生理活动都必须有水参与才能进行，而细菌的生长繁殖过程，对各种营养物的吸收是通过细胞膜质的扩散、渗透和吸附作用来完成的。

在一定强度射频电场的作用下，物料中的虫类和菌体也会因分子极化驰豫，同时吸收射频能升温；由于它们是凝聚态物质，分子间的作用力加剧了射频能向热能的能态转化，从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两方面的作用，使其空间结构变化或破坏，而使蛋白质变性，蛋白质变性后，其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显的变化，而失去生物活性。另一方面，射频能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用，也是造成细菌死亡的原因之一。

本专利的射频发生装置采用大功率射频电源，其由电子管自激振荡而成，电子管灯丝电流的大小和稳定性，电子管栅极电流以及电子管的冷却决定了整个射频电源是否能正常工作，本专利基于新型IGBT及电力变换技术与PWM控制技术，根据灯丝电流稳定度和可调性的要求，自动调节电子管的灯丝电流，保证电子管射频输出的稳定性，设计出合理的高精度、高稳定性、大电流电子管灯丝稳定电流源。

同时，根据射频电源电子管栅极电流以及栅极信号滤波的要求，采用高精度的PLL技术，保证射频工作频率的偏差不超过±0.8%，采用大功率电子管实现射频功率的振荡与放大输出，设计出合理的栅极限流电阻，栅极滤波电感以及保护电路的参数，使射频振荡电路工作于稳定的恒流状态，高频功率输出能够灵活自主地由主控系统自动调节控制的射频振荡功率放大及输出系统。

另外，基于Ansoft Maxwell三维电磁仿真软件，对射频的传输通道及辐射场强进行多模态仿真，设计反辐射多重保护隔离装置，保证射频功率良好传输并作用于被处理的介质上，同时有效地阻止射频功率向处理腔以外的空间辐射，保证操作人员的电磁辐射安全。

由于工作时，射频发生装置的射频发射部会产生一定热量，形成高温，因此为了避免高温对食品颗粒的影响，进一步优选的实施例中，如附图2所示，在所述射频发生装置的射频发射部设置有均热装置8，所述均热装置8包括可自转地设置于所述射频发射部前端的转头，所述转头的转盘81上设置有一组呈弧线分布的均热孔82，每个所述均热孔82的中心到所述转盘81的外圆周面的距离相同。

所述均热装置8的散热原理在于：所述射频发射部发出的热量通过高速旋转的转盘81上的均热孔82扩散到周围环境中实现散热，从而使得射频发射部发出的热量产生的温度降低到80℃左右。

更进一步，为了使食品颗粒外表的细菌和/或虫能够充分的暴露在射频电场中以及均匀的接收射频能，避免食品颗粒之间堆积相互贴合的干扰，食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备还包括通过产生气流驱动食品颗粒部分或全部悬浮在所述灭菌通道中的扩散装置（图中未示出），所述扩散装置至少产生从进料口11向出料口12运动的气流，并且实用新型人进行研究发现：所述气流为热气流时，灭菌和/或灭虫的效果更佳。

所述从进料口11向出料口12运动的气流不仅使食品颗粒悬浮在灭菌通道中，同时驱动食品颗粒向所述出料口12方向移动，因此所述扩散装置可以是设置在所述进料口11处的送风装置，其可以是已知的任何产生相应方向气流的装置或机构，如风扇和/或内置送风机的送风口等，并且所述送风装置的送风量可以是固定的，也可以根据灭菌通道的数量来调整送风量。

另外，在其他实施例中，所述扩散装置还可以产生从灭菌通道的底部向顶部运动的气流和/或从所述灭菌通道的顶部向底部运动的气流，对应的，其可以是设置在所述灭菌通道顶部和/或底部的出气孔或者送风装置，从而使得食品颗粒能够充分的悬浮在灭菌通道内，同时借助气流对食品颗粒的搅动，使得食品颗粒能够完整的暴露在射频电场中以及更加均匀的接收射频能。

更进一步，如附图1所示，所述扩散装置还包括连接在所述出料口12处且使出料口区域产生负压或局部真空的气固分离装置3，所述气固分离装置3优选是旋风分离机，具体应用时，可根据物料的处理量和送风口处的空气中固含物比例，设计相应分离能力的旋风分离机。

所述气固分离装置3工作时，抽吸所述出料口处12的气体，从而使所述出料口区域产生负压或局部真空，因而位于所述负压或局部真空区域前方的气体快速填充所述负压或局部真空区域，从而使得灭菌通道内的气体运动形成朝向所述出料口12方向的气流，气流带动悬浮在灭菌通道内的食品颗粒一起向所述出料口12方向移动，通过设计旋风分离机的吸力的设计，可以对食品颗粒通过灭菌通道的时间进行控制，并且，此时，从结构上来看，还可以省去进料口11处设置的送风装置，仅在灭菌通道的顶面和/或底面设置产生相应反向气流的装置即可。

包含食品颗粒的气体被吸入到所述旋风分离机后，靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的食品颗粒甩向外壁面分开实现食品颗粒和气体的分离，从而能够快速实现灭菌后食品颗粒的回收。

再一步优选的实施例中，所述食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备除了采用物理诱变进行灭菌和/或灭虫,还采用化学诱变方法来实现灭菌和/或灭虫。

具体来说，如附图1所示，在所述灭菌室1还通过可调控供氧量的内置接口7连接氧气供应源，通过控制氧气的供应量，来调节灭菌通道内的氧气气氛，在射频作用下，激发低能量等离子体及生成臭氧，来杀灭食品颗粒表面的细菌。

其中，等离子体中含有的大量活性氧离子、高能自由基团等成分，极易与细菌、霉菌及芽孢、病毒中蛋白质和核酸物质发生氧化反应而变性，使各类微生物死亡，同时，等离子体中高速粒子能够打破微生物分子的化学键，生成挥发性的化合物，从而实现杀菌。

臭氧能氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖 氧化酶，并直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞和核糖核酸，分解 DNA、RNA、蛋白质、脂质 类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遇到破坏；臭氧还可以渗透到细 胞组织、侵入细胞膜内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原等，使其溶解变性死亡。

由于食品灭菌并不一定需要完全的杀菌，其一般是在一定保质期内，细菌和/或虫的数量级满足规定要求即可，因此本专利的所述冷灭菌和/或灭虫设备通过控制氧气气氛从而实现可控灭菌和/或灭虫，以使菌种和/或虫的数量级降低到所述食品颗粒的保质时间要求内。

最后，本专利提供了食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫方法，包括如下步骤：

S1，提供如上食品颗粒悬浮冷灭菌和/或灭虫设备并启动，人工或通过自动化设备将食品颗粒放入物料进口并导入到所述灭菌室内。

S2，所述扩散装置产生气流使位于灭菌室内的食品颗粒部分或全部呈悬浮状态，从而使食品颗粒表面的细菌和/或虫能够充分、均匀的暴露在射频发生装置产生的射频电场中，并接收射频能量，实现细菌和/或虫的充分杀死。

S3，所述旋风分离机抽吸杀菌通道内包含经过食品颗粒的气体进入其内部，并通过其自身结构实现气固分离，从而完成灭菌和/或虫的食品颗粒的回收。

同时，在灭菌过程中，还包括S4，通过内置接口控制通入到所述灭菌室内的氧气量，进而控制所述灭菌室内的氧气含量，在氧气氛围及射频作用下，产生等离子体及臭氧，实现细菌和/或虫的化学诱变。

进一步，还包括S5，对经过射频处理后的食品颗粒进行冷激处理，通过多种灭菌/灭虫措施的结合，进一步保证最终的灭菌和/或灭虫效果。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。