专利名称：一种液体食品的常温杀菌方法
技术领域：
本发明涉及ー种食品行业的杀菌方法，具体是指ー种用于液体、液体食品、饮料的杀菌方法。
背景技术：
高压脉冲电场技术用于食品灭酶灭菌，主要原理是基于细胞结构和液态食品体系间的电学特性差异。当把液态食品作为电介质置于电场中时，食品中微生物的细胞膜在强电场作用下被电击穿，产生不可修复的穿孔或破裂，使细胞组织受损，导致微生物失活。证实在脉冲电场强度为12 - 40 Kv / cm，脉冲时间为20 μ s — 18 μ s的条件下，可有效地对食品进行灭菌，且以双矩形波最为有效。有很多科学家对高压脉冲电场的灭菌作用，进行了大量的研究，也申请了很多专 利，如:2004201123797,011300647,2009100954911，2009100954907，2009100213384。但是上述各专利所实施的技术方案都是利用在液体中施加高脉冲电压，形成高强度的脉冲电场，使液体中的细菌因受到高强度的脉冲电场作用而被电击穿，最终导致失活。这种技术方案的实施首先必须提供高強度的脉冲电压，所以存在能耗高、对于设备的技术要求也高，当然存在一定的危险因素；最主要的是因为脉冲电场的理论无法保证对于不同理化參数的液体得到相同的脉冲电场强度，在饮料生产线在饮料的理化參数随时都可能产生变化，从而引起灭菌效果不稳定。由于液体在加以相同的电压下，液体的物理參数，如电导率，介电常数等的改变将大大影响液体内的电场强度，从而影响了灭菌效果。现在所有对高压脉冲电场的灭菌的研究，多还没有解决这一重要问题，所有至今高压脉冲电场的灭菌还不能在实际饮料生产线上得到应用。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提出一种高效、设计合理、操作方便的杀菌方法。本发明的实现与上述各专利技术的电场作用的原理是不同的现有技术中的灭菌原理是通过一个稳定的强电场的作用，这ー强电场的強度与液体的理化參数无关，这ー强电场直接把细菌等微生物击穿而导致的死亡；本发明中的带电部件的主要作用是提供一个电源，使带有细菌的液体流经带电部件吋，液体将电压导到中空毛细管发射针的出口、由于细菌自身的电、化学特性，使细菌逐步极化。在带电场所内，细菌一般并不会直接因电流作用而死亡，这也不是本发明的主要技术要点与技术构思。本发明主要是把这些具有分子极性的细菌随着液体流动，因中空毛管发射针的出ロ被液体充满，液体在电场カ的作用下形成一个动态的泰勒锥，泰勒锥的曲率半径非常小，在亚微米数量级，从而使泰勒锥的表面电场强度足够高，这ー强电场对液体的作用可以将极性的微生物细胞充分极化，并将其微生物细胞彻底撕裂，从而达到灭菌的效果。本发明是通过下述技术方案得以实现的
ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于包括下述步骤(I)将液体食品通过压カ注入到ー个带电场所，带电场所的出口是ー个中空毛细管；带电场所的电压为IOf 100KV ;这是目前所较常使用的电压，所以在本发明中也就以此为实现手段；作为优选，带电场所的电压为10疒10000V，而当电压为10疒200V时，也表现出极好的杀菌效果；这也是目前现有技术中不曾出现过的，也就是本发明利用泰勒锥原理将细菌在中空毛细管出ロ将细菌杀菌的优势；(2)液体食品从中空毛细管流出，在中空毛细管的出口形成泰勒锥；为了更好在中空毛细管出ロ形成泰勒锥，所以一般需要取中空毛细管的出ロ内径小于10毫米，同时控制液体食品在中空毛细管的出ロ流速，一般以为O. 0001米/秒一 10米/秒为合适；本发明中的中空毛细管出口内径小于10毫米，液体食品在出口由于电场力的作用，形成一个泰勒锥，在泰勒锥的表面形成ー个高电场区，细菌经过这个高电场区，被充分极化，被彻底撕裂或击穿，最终强行把细菌杀死的目的。在本发明中利用泰勒锥将细菌等直接杀菌的方法未曾在相关文献中出现过。虽然泰勒锥的形成原理在电喷雾离子化行业内是ー项公知技木，已形成成熟的技术内容，但在食品行业内未曾出现过，即本发明的另ー创新点，正是将电喷雾离子化行业内的泰勒锥技术方案应用于液体食品灭菌领域，而且取得了意想不到的效果，完全可以确保对食品本身的营养成份的保留，尤其是ー些食品在不适合高温、高压处理的情况下，尤为突出。本发明中的所述的出口端的电场カ是由于中空毛细管发射针出口处的液体形成的泰勒锥，与收集容器之间形成的电场。而且，中空毛细管出口内径的大小，一般是越细越好，在形成泰勒锥时会形成极强的电场作用力，最终将细菌杀死；为了更好实现泰勒锥在本发明中应用于杀菌的效果，所以把中空毛细管的出口内径进ー步做小，一般在5毫米时具有更好的效果，若将中空毛细管出口的内径制作成2毫米以下，甚至在50微米以下，则具有更好的效果，当然这会对液体食品的处理量有一定的限制；(3)中空毛细管的出口与一密封容器对接，密封容器连接电源的另ー电极或极地，与步骤(I)中的带电部件形成一个电路回路，且密封容器的内壁为ー均匀电扱。作为优选，上述ー种液体食品的常温杀菌方法中液体食品在带电场所内停留时间为I微秒以上，这样可以确保液体食品在经过带电部件时有足够的时间使液体食品受电场的作用；作为优选，上述ー种液体食品的常温杀菌方法中液体食品在带电场所内流动时伴有搅拌装置，这样可进ー步确保液体食品在带电场所内的混合充分，实现液体食品充分受电场作用，其中的搅拌装置有微波搅拌装置等。作为优选，上述ー种液体食品的常温杀菌方法中液体食品中的细菌浓度为ICFU/mL — 108CFU/mL，其中的CFU/mL为每毫升溶液中的菌落数，对于本发明在使用过程中，由于中空毛细管出口处是连续进行的，一般来讲，细菌的浓度太大，导致若干个细菌相互粘连在一起，则在中空毛细管出口会影响杀菌效果，所以一般控制一定的菌落浓度，则会有更好的效果。作为优选，上述ー种液体食品的常温杀菌方法中，在步骤(3)之后的液体食品再进行与步骤(I)——步骤(3)相同的杀菌处理一次，本发明中为了实现更彻底的杀菌，如由于 液体中菌落数过多，导致在杀菌过程中有个别细菌未被彻底杀掉，所以采用串联(或循环)的方式，将已经过一次杀菌处理再进行一次杀菌处理，则会更完全地将细菌杀掉。
有益效果本发明的杀菌效果更好、更彻底，尤其是对于ー些不能在高温、高压、强电场作用的物质的处理中，具有明显的技术优势，而且本发明的实施方式简单，操作方便、效果非常好、杀菌率高，相对于已经公开的技术文献中利用电压进行杀菌的，一般都是采用高压电的方式，而且工作原理也不相同，本发明最为主要的特点是利用了电源使细菌在经过带电场所时带上电，在中空毛细管出ロ处形成泰勒锥，通过泰勒锥的強大极化现象将细菌杀死。
图I液体食品未经处理时含细菌的电镜图 图2液体食品经本发明方法处理后的电镜图 图3 —种茶水食品未经处理时含细菌的电镜图 图4 ー种茶水食品经本发明方法处理后的电镜图 图5可乐食品未经处理时的含细菌电镜图 图6可乐食品经本发明方法处理后的电镜图 图7糖水食品未经处理时的含细菌电镜图 图8糖水食品经本发明方法处理后的电镜图
具体实施例方式下面结合附图
对本发明的实施作具体说明实施例I本发明中以下述步骤进行操作(I)先用食品用泵体将液体食品泵入到到ー个带电场所，对进入前的液体食品进行电镜分析，其中含有相当的细菌存在，大约为100CFU，如图I所示，带电场所的出口是ー个中空毛细管内径为10毫米，中空毛细管的出ロ流速为O. 01米/秒；带电场所的电压为30V直流电；而带电场所的形成是将液体食品置于ー个桶内，桶连接电源导通，则可以在桶体内形成带电部件；液体食品在流经桶的时间为5秒钟；(2)由于带电部件内与中空毛细管连通，所以液体食品在食品用泵体的作用下，从中空毛细管流出，在中空毛细管的出口较小而形成泰勒锥，由于电压值较低，所以在本实施例中中空毛细管的出口内径可以有相应的不同，但最终以确保出口形成泰勒锥为本发明实现的前提，在本发明中，一般采用10毫米以下的中空毛细管出口内径；(3)由于本发明本身是为了杀菌，所以将已处理过的液体食品有必要保持与外界的隔开，在本发明中，采用中空毛细管的出口与一密封容器对接，密封容器连接电源的另ー电极或极地，与步骤(I)中的带电部件形成一个电路回路，且密封容器的内壁为ー均匀电扱。这样从中空毛细管出来的液体食品则可以确保不再受污染而成为无菌食品，当然，对于不是食品的液体，也可以采用本发明的方法实现杀菌目的。经上述在不同电压值下进行试验，再对液体食品进行电镜分析，则如图2，可以看出已无细菌存在。实施例2按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在20V交流电，以实施例I中的食用饮料为处理对象，中空毛细管内径为10毫米，中空毛细管的出ロ流速为O. I米/秒，在处理前如图I中所示含相当的细菌存在，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例3按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在50V交流电，中空毛细管内径为6毫米，中空毛细管的出ロ流速为I米/秒，以实施例I中的食用饮料为处理对象，在处理前如图I中所示含相当的细菌存在，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例4按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在100V交流电，以液体食品中的菌落数为IO3CFU,中空毛细管内径为O. 5毫米，中空毛细管的出ロ流速为2米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例5按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在200V交流电，以液体食品中的菌落数为IO5CFU,中空毛细管内径为4毫米，中空毛细管的出ロ流速为5米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例6按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在500V交流电，以液体食品中的菌落数为IO6CFU,中空毛细管内径为3毫米，中空毛细管的出ロ流速为4米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。 实施例7按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在1000V交流电，以液体食品中的菌落数为IO8CFU,中空毛细管的出口流速为7米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例8按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在5000V交流电，以液体食品中的菌落数为IO2CFU,中空毛细管内径为2毫米，中空毛细管的出ロ流速为9米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例9按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在10000V交流电，以液体食品中的菌落数为IO3CFU,中空毛细管的出口流速为I米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例10按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在20000V交流电，以液体食品中的菌落数为IO7CFU,中空毛细管内径为O. 5毫米，中空毛细管的出ロ流速为8米/秒进行处理，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例11按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在50000V交流电，中空毛细管内径为O. 3毫米，以实施例I中的食用饮料为处理对象，在处理前如图I中所示含相当的细菌存在，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同。实施例12
按实施例I的操作过程，将带电部件内的电压控制在50V交流电，中空毛细管内径为40微米左右，以实施例I中的食用饮料为处理对象，在处理前如图I中所示含相当的细菌存在，经过本发明方法的处理，再经分析，不再有细菌存在，实施效果与实施例I相同，正是由于中空毛细管出口很小，所以形成的泰勒锥效果非常明显，杀菌效果也非常明显。实施例13将ー种茶水作为液体食品用于本实施例(I)先用食品用泵体将液体食品泵入到到ー个带电场所，对进入前的液体食品进 行电镜分析，其中含有相当的细菌存在，如图3所示，带电场所的出口是ー个中空毛细管内径为I毫米，中空毛细管的出ロ流速为O. 01米/秒；带电场所的电压为30V直流电；而带电场所的形成是将液体食品置于ー个桶内，桶连接电源导通，则可以在桶体内形成带电部件；液体食品在流经桶的时间为3秒钟；(2)由于带电部件内与中空毛细管连通，所以液体食品在食品用泵体的作用下，从中空毛细管流出，在中空毛细管的出口较小而形成泰勒锥，由于电压值较低，所以在本实施例中中空毛细管的出口内径可以有相应的不同，但最终以确保出口形成泰勒锥为本发明实现的前提；(3)由于本发明本身是为了杀菌，所以将已处理过的液体食品有必要保持与外界的隔开，在本发明中，采用中空毛细管的出口与一密封容器对接，密封容器连接电源的另ー电极或极地，与步骤(I)中的带电部件形成一个电路回路，且密封容器的内壁为ー均匀电扱。这样从中空毛细管出来的液体食品则可以确保不再受污染而成为无菌食品，当然，对于不是食品的液体，也可以采用本发明的方法实现杀菌目的。经上述在不同电压值下进行试验，再对液体食品进行电镜分析，则如图4，可以看出已无细菌存在。实施例14将可乐作为液体食品用于本实施例，操作过程按实施例13所述过程，其中的中空毛细管内径为O. 5毫米，在杀菌处理前，可乐中含有相当的菌落，如图5所示，带电场所的电压为50V直流电；经过本发明处理后的可乐，再进行观察，其中的细菌已杀死，如图6所示。实施例15将糖水作为液体食品用于本实施例，操作过程按实施例13所述过程，其中的中空毛细管内径为O. 5毫米，在杀菌处理前，糖水中含有相当的菌落，如图7所示，带电场所的电压为50V直流电；经过本发明处理后的糖水，再进行观察，其中的细菌已杀死，如图8所示。经过上述不同电压情况下的实施，本发明的方法都具有对细菌杀死的效果，而且在实际使用过程中并不是现有技术中所体现的电压越大，效果越好，本发明中的电压值并没有体现出与杀死细菌效果之间形成鮮明的对应关系，所以本发明的更优技术特点是在低压情况下具有非常好的杀菌效果。现有技术中还不曾有利用泰勒锥的形成来直接将细菌等生物体直接杀死的技术方案，相比于其它技术方案，本发明具有更好的杀菌效果，更彻底。
权利要求
1.一种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于包括下述步骤 (1)将液体食品通过压カ注入到一个带电部件内，带电部件的出口是ー个中空毛细管；带电部件的电压为10V IOOKV ； (2)液体食品从中空毛细管流出，在中空毛细管的出口形成泰勒锥； (3)中空毛细管的出口与一容器对接，容器连接电源的另ー电极或极地，与步骤(I)中的带电部件形成一个电路回路，且容器的内壁为ー均匀电扱。
2.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于液体食品在带电场部件内流动时伴有搅拌装置，与中空毛细管出ロ对接容器为ー密封容器。
3.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于带电部件的电压为 IOV 10000V。
4.根据权利要求3所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于带电部件的电压为 IOV 200V。
5.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于中空毛细管的出ロ内径小于10毫米，同时控制液体食品在中空毛细管的出ロ流速为O. 0001米/秒一 10米/秒。
6.根据权利要求5所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于中空毛细管的出口内径小于5毫米。
7.根据权利要求6所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于中空毛细管的出口内径小于50微米。
8.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于液体食品在带电部件内停留时间为I微秒以上。
9.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于液体食品中的细菌浓度为 lCFU/mL — 108CFU/mL。
10.根据权利要求I所述的ー种液体食品的常温杀菌方法，其特征在于在步骤(3)之后的液体食品再进行与步骤(I)—步骤(3)相同的杀菌处理一次。
全文摘要
本发明公开了一种食品行业的加工机械及杀菌方法，具体是指一种用于液体饮料、及液体的灭菌机械及杀菌方法。本发明是通过将液体食品注入到一个带电场所，然后液体食品从中空毛细管流出，在中空毛细管的出口形成泰勒锥；中空毛细管的出口与一密封容器对接，密封容器连接电源的另一电极或极地形成一个电路回路，最终强行把细菌杀死的目的；设备是指电压装置的一端与电压接头套筒连接，另一端与收集容器相连，电压接头套筒的出口为中空毛细管发射针。本发明的优点是结构简单，操作方便，且杀菌效果更好、更彻底，尤其是对于一些不能在高温、高压、强电场作用的物质的处理中，具有明显的技术优势。本发明在食品、饮料等行业具有广泛的用途。
文档编号A23L3/32GK102687895SQ20121013966
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者吕婷婷, 朱一心 申请人:浙江好创生物技术有限公司