一种磁场杀菌装置控制器的制作方法

本发明属于粮食加工技术领域，具体地涉及一种磁场杀菌装置控制器。

背景技术：

磁场杀菌是一种物理冷杀菌技术，是使用磁场对食品杀菌，具有杀菌物料的不加热、时间短，无漏磁问题，功率消耗低，杀菌效率高，杀菌效果好，易于控制，穿透能力强及杀菌彻底等特点，对食品进行杀菌的同时能很好地保持食品的营养成分和口味，且无有害物质残留等特点，因此脉冲磁场杀菌在冷杀菌工艺中有着广阔的市场潜力。大量的研究表明高强度脉冲磁场杀菌在食品、水处理等行业有很重要的应用价值。目前，我国对脉冲磁场杀菌装置的研究还处于实验室阶段，所采用的放电压太高，一般从几千伏到几万伏。如此高的电压给操作者带来了极大的不方便，安全性能也比较差，这些都阻碍了脉冲磁场在杀菌领域中的研究和发展，更限制了其在工业生产中的应用和推广。低压脉冲磁场杀菌技术依然是个技术问题。

稻谷粒由颖(外壳)和颖果(糙米)2部分组成，制米加工中稻壳经垄谷机脱去而成为颖果，又称为糙米。在糙米中，果皮和种皮约占2％，糊粉层占5％～6％，胚芽占2.5％～3.5％，内胚乳占88％～93％。在糙米碾白时，果皮、种皮和糊粉层一起被剥除，故这3层常合称为米糠层。米糠和米胚含有丰富的蛋白质、脂肪、膳食纤维、B族维生素和矿物质，营养价值很高，被证实具有抗癌、防治糖尿病、高胆固醇血症和肥胖症等功效，对人体健康和现代文明病的预防和治疗具有重要意义。因此，糙米最近被美国FDA列为全谷物健康食品，倡议直接食用，这意味着糙米替代精米成为主食将成为未来健康膳食的新方向。同时各种糙米功能食品如糙米饮料、糕点、调料等的研制开发也蓬勃兴起。然而，由于糙米失去颖壳保护，胚和胚乳呈裸露状态，很容易氧化；而又保留了胚芽，具有强烈的呼吸及其他生理作用；更重要的是，糙米的脂类含量较高，在储藏过程中易发生脂肪酶引起的水解反应和脂肪氧合酶引起的氧化反应，导致水解性酸败、氧化性酸败，造成糙米品质下降，产生酸度增高、黏度下降等一系列变化。一般常温下糙米的安全储藏期，以脂肪酸含量为指标是60天，以正已醛为指标是80天。糙米的这种不稳定性，不仅严重制约糙米作为储藏流通对象的实行，也极大程度地限制糙米营养价值的深度开发利用。

基于糙米丰富的营养价值以及对人体的益处，许多国家都在研究如何提高糙米的储藏稳定性、安全性以及改善其食用品质。纵观国内外糙米储藏稳定技术的研究，有相当一部分集中在糙米储藏条件的控制上，包括水分、温度、真空、气调和熏蒸等。虽然获得一定效果，其中日本的低温储藏技术已十分成熟，低温储藏被认为是糙米储藏的最好方法。但是，整个储运体系的投入维护成本高，不适宜普及推广，而且不能从根本上抑制糙米的品质劣变，这归因于糙米中脂肪酶酶活。因此，一种快速、经济稳定糙米脂肪酶酶活和改善食用品质的处理方法，显得尤为重要。近年来国内外也有不少研究者致力于糙米灭酶稳定技术的研究，先后有热处理、有机溶剂处理、乙醇稳定、辐照稳定、过热蒸汽稳定等方法，但是化学试剂的残留、辐照的安全性以及热处理营养成分的损失等，使得糙米稳定技术的研究停滞不前。

在现有技术中，微波作为研究近20年的糙米经典稳定方法之一，不仅灭酶效果显著，而且具有加热迅速、均匀、对营养成分影响小、动力消耗小、操作简单等优点。同时，超声法是近年来新兴发展的灭酶技术，与压、热联合应用时具有显著的灭酶效果。中国发明专利《一种超声微波联合稳定糙米的方法》(申请号201110142925.6)对糙米样品进行超声微波脉冲处理，再对糙米残留的处理介质进行微波干燥，糙米的脂肪酶活动度由160.1±3.1μmol/(g·h)降至5μmol/(g·h)以下，灭酶率＞96.9％，经该发明方法得到的糙米、大米以及米糠均不易酸败，具有较高稳定性，但该方法碎米率(不完整粒)达到20％以上，降低了糙米的商品价值；中国发明专利《一种用于糙米脂肪酶酶活稳定和食用品质改善的处理方法》(申请号201310439742.X)对糙米样品进行加水调节初始含水量为13.6-18.0％，保鲜膜密封，采用红外辐射的方法进行加热处理，具体参数为：红外辐射板的温度为398.6±11.9℃，红外辐射距离为10-30cm，处理时间为3-7min；处理结束后，冷至室温，粉碎，过筛，糙米的脂肪酸值降低3.8个标准单位(mg KOH/100g糙米)，灭酶率＞86.1％，但该方法碎米率(不完整粒)达到25％以上，降低了糙米的商品价值。

如何研究出电压低、安全性能好的磁场杀菌装置，并应用到对糙米进行灭酶、灭菌处理，提高糙米的稳定性效果，并能有效降低糙米碎米率(不完整粒)的技术方法依然是个技术问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是磁场杀菌装置，由脉冲电场发生系统、脉冲磁场作用系统和控制器组成，其特征在于：所述的脉冲电场发生系统由输入电线、调压器、升压器、整流器、限流器、充电开关、充电电路、充电回路和电容器组成；输入电线与调压器连接，调压器与升压器通过电路连接，升压器与整流器、限流器通过电路连接，在整流器与电容器之间通过充电电路、充电回路连接，在充电电路上安装有充电开关；

所述的脉冲电场发生系统，输入电线为220V交流电，经过调压器稳定电压后再经升压器升高电压和限流器限流，得到了电压和电流满足要求的交流电，该交流电经过整流器整流成为直流电源，当充电开关闭合时，直流电源对电容器进行充电，当充电开关断开时，充电结束。

优选地，所述的限流器为360μF的交流电容；

优选地，所述的整流器为高压整流硅堆；

优选地，所述的电容器为4个10000μF的电解电容器，采用低压充电技术，充电电压在400～450V范围内连续可调；

图2所示，所述的脉冲磁场作用系统由电容器、放电电路、放电回路、放电开关、冷却水夹层罐、玻璃管、线圈、螺旋搅拌轴、电机、储料仓、挡棒及基座组成；所述的线圈与电容器通过放电电路、放电回路连接，在放电电路上安装有放电开关；所述的冷却水夹层罐为圆柱形夹层结构，线圈安装在冷却水夹层罐的夹层套中，在冷却水夹层罐的内腔中安装有玻璃管，在玻璃管的内腔中固定套装有挡棒，玻璃管的内腔与挡棒之间的空间作为糙米物料的灭酶杀菌工作空间，玻璃管的内腔下端安装有螺旋搅拌轴，螺旋搅拌轴与电机连接；冷却水夹层罐、玻璃管以及电机固定在基座上；玻璃管的上面安装有进料管道，玻璃管的下端安装有出料管道，出料管道为糙米物料出口，出料管道的下方放置有储料仓；在冷却水夹层罐的夹层套上、下端分别安装有冷却水出口和冷却水进口，冷却水出口和冷却水进口对称安装在冷却水夹层罐的夹层套的左、右端或前、后端；

所述的线圈，优选的线圈层数为4，匝数为80；

所述的挡棒，其腰部为圆柱体结构，顶部为圆锥体，玻璃管的内腔直径与挡棒的外径差控制在1.0-1.5cm；

脉冲磁场作用系统的具体工作过程：糙米物料由进料管道均速放入玻璃管中，放电开关导通，放电回路导通，电容器开始对线圈进行放电，线圈产生的脉冲磁场对糙米物料进行灭酶杀菌处理，循环冷却水通过冷却水进口进入冷却水夹层罐的夹层套中，循环冷却水在冷却水夹层罐的夹层套中将线圈冷却，循环冷却水再通过冷却水出口排出，排出的循环冷却水经过冷却后再次循环利用；启动电机，电机传动螺旋搅拌轴旋转，将糙米物料从玻璃管中经过出料管道输送到储料仓中，完成糙米物料的输出过程；

所述的螺旋搅拌轴，其旋转输送糙米物料的速度与糙米物料在玻璃管中的灭酶杀菌处理时间相匹配，并与进料管道输入糙米物料的速度相匹配；

所述的控制器由延时接通功能模块、输入端I、输入端II、输出端I、输出端II组成，延时接通功能模块用于调整充电和放电周期；延时接通功能模块两端连接有输入端I、输入端II、输出端I、输出端II，输入端I与充电电路连接，输入端II与放电电路连接，输出端I与充电开关连接，输出端II与放电开关连接；

所述的延时接通功能模块用于调整充电和放电周期，具体工作过程：延时接通功能模块设置有4个定时周期：T1、T2、T3、T4，充放电周期为T1、T2、T3、T4的合计时间，T1、T2、T3、T4在0.1-10s范围内调整；当输入端I、输入端II接通后，延时接通功能模块的定时工作开始运行，整流器经过T1时间工作，当充电电路以及连接的输入端I变为高电平后，延时接通功能模块接通充电开关开始给电容器7充电，充电时间为T2，充电结束，延时接通功能模块切断充电开关，充电开关由接通为断开；接着，延时接通功能模块经过T3时间间隔，间隔时间结束，延时接通功能模块接通放电开关，电容器7开始放电，放电时间为T4，放电结束，延时接通功能模块切断放电开关，放电开关由接通为断开，由此一个充电、放电周期结束，循环往复即可完成充电放电工作过程；T2与T4之间有一个T3时间间隔，避免了充电与放电同时进行，保护了线路安全。

本发明的另一个目的是一种稳定糙米品质的方法，使用脉冲磁场杀菌装置，以糙米为样品，其灭酶及杀菌方法在于以下步骤：

(1)准备：将糙米物料从进料管道放入玻璃管中；开冷却水，冷却水从冷却水出口进入到冷却水夹层罐的夹层套中；

(2)调整设置脉冲磁场杀菌装置参数：设置电容器充电电压400-450V，设置延时接通功能模块充放电周期T1、T2、T3、T4合计时间为9.5-10.6s，具体T1为0.1-0.5s、T2为4-5s、T3为0.5-1s、T4为4-5s，设置脉冲磁场作用次数为25-30次，糙米物料在玻璃管中的有效停留杀菌时间为237.5s-318s；根据糙米物料在玻璃管中的有效停留杀菌时间调整电机转速，进而控制螺旋搅拌轴速度和糙米物料从玻璃管中出料速度，即螺旋搅拌轴旋转输送糙米物料的速度，与糙米物料在玻璃管中的灭酶杀菌处理时间相匹配，进料管道的进料速度与出料速度相匹配；

(3)灭酶及杀菌：开启脉冲磁场杀菌装置电源开关接通电源，对玻璃管糙米物料进行脉冲磁场杀菌处理；然后启动电机，电机传动螺旋搅拌轴旋转，将糙米物料从玻璃管中经过出料管道输送到储料仓中，连续完成糙米物料的灭酶、灭菌过程；

(4)检测：杀菌后的物料经酶活力度、不完整粒和细菌检测。

本发明的积极效果：

1、该发明的脉冲磁场杀菌装置，电压低，安全性能好，能够连续完成糙米物料的灭酶杀菌过程，操作简单；

2、应用脉冲磁场杀菌装置对糙米进行灭酶、灭菌处理，灭酶、灭菌效果好，不仅提高糙米的稳定性效果，而且具有处理迅速、均匀、对营养成分影响小、碎米率较低等优点。

附图说明

图1为本发明的脉冲电场发生系统电路原理示意图；

图2为本发明的脉冲磁场作用系统示意图；

图3为本发明的控制器示意图；

附图说明，1-输入电线、2-调压器、3-升压器、4-整流器、5-限流器、6-充电开关、7-电容器、8-放电开关、9-冷却水夹层罐、10-进料管道、11-玻璃管、12-线圈、13-糙米物料、14-冷却水进口、15-冷却水出口、16-螺旋搅拌轴、17-电机、18-出料管道、19-储料仓、20-基座，21-延时接通功能模块，22-充电电路，23-充电回路，24-放电电路，25-放电回路，26-输入端I，27-输入端II，28-输出端I，29-输出端II，30-挡棒；

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

脉冲磁场杀菌装置，由脉冲电场发生系统、脉冲磁场作用系统和控制器组成，其特征在于：所述的脉冲电场发生系统由输入电线1、调压器2、升压器3、整流器4、限流器5、充电开关6、充电电路22、充电回路23和电容器7组成；如图1所示，输入电线1与调压器2连接，调压器2与升压器3通过电路连接，升压器3与整流器4、限流器5通过电路连接，在整流器4与电容器7之间通过充电电路22、充电回路23连接，在充电电路22上安装有充电开关6；

所述的脉冲电场发生系统，其工作过程为：输入电线1为220V交流电，经过调压器2稳定电压后再经升压器3升高电压和限流器5限流，得到了电压和电流满足要求的交流电，该交流电经过整流器4整流成为直流电源，当充电开关6闭合时，充电电路22上的直流电源对电容器7进行充电，当充电开关6断开时，充电结束。

优选地，所述的限流器5为360μF的交流电容；

优选地，所述的整流器4为高压整流硅堆；

优选地，所述的电容器7为4个10000μF的电解电容器，采用低压充电技术，充电电压在400～450V范围内连续可调，单次脉冲的能量为3.80-4.00kJ；

图2所示，所述的脉冲磁场作用系统由电容器7、放电电路24、放电回路25、放电开关8、冷却水夹层罐9、玻璃管11、线圈12、螺旋搅拌轴16、电机17、储料仓19、挡棒30及基座20组成；所述的线圈12与电容器7通过放电电路24、放电回路25连接，在放电电路24上安装有放电开关8；所述的冷却水夹层罐9为圆柱形夹层结构，线圈12安装在冷却水夹层罐9的夹层套中，在冷却水夹层罐9的内腔中安装有玻璃管11，在玻璃管11的内腔中固定套装有挡棒30，玻璃管11的内腔与挡棒30之间的空间作为糙米物料13的灭酶杀菌工作空间；玻璃管11的内腔下端套装有螺旋搅拌轴16，螺旋搅拌轴16与电机17连接；冷却水夹层罐9、玻璃管11以及电机17固定在基座20上；玻璃管11的上面安装有进料管道10，玻璃管11的下端安装有出料管道18，出料管道18为糙米物料13出口，出料管道18的下方放置有储料仓19；在冷却水夹层罐9的夹层套上、下端分别安装有冷却水出口15和冷却水进口14，冷却水出口15和冷却水进口14对称安装在冷却水夹层罐9夹层套的左、右端或前、后端；

所述的线圈12，优选的线圈层数为4，匝数为80；

所述的挡棒30，其腰部为圆柱体结构，顶部为圆锥体，玻璃管11的内腔直径与挡棒30的外径差控制在1.0-1.5cm，糙米物料13从进料管道10放入玻璃管11中，通过挡棒30的阻碍将糙米物料13薄层均匀地充填在玻璃管11的内腔与挡棒30之间的空间；

脉冲磁场作用系统的具体工作过程：糙米物料13由进料管道10均速放入玻璃管11中，放电开关8导通，放电回路25导通，电容器7开始对线圈12进行放电，线圈12产生的脉冲磁场对糙米物料13进行灭酶杀菌处理，循环冷却水通过冷却水进口14进入冷却水夹层罐9夹层套中，循环冷却水在冷却水夹层罐9夹层套中将线圈12冷却，循环冷却水再通过冷却水出口15排出，排出的循环冷却水经过冷却后再次循环利用；启动电机17，电机17传动螺旋搅拌轴16旋转，将糙米物料13从玻璃管11中经过出料管道18输送到储料仓19中，完成糙米物料13的输出过程；

所述的螺旋搅拌轴16，其旋转输送糙米物料13的速度与糙米物料13在玻璃管11中的灭酶杀菌处理时间相匹配，并与进料管道10输入糙米物料13的速度相匹配，使糙米物料13灭酶杀菌处理结果符合技术标准指标；

所述的控制器由延时接通功能模块21、输入端I 26、输入端II 27、输出端I 28、输出端II 29组成，延时接通功能模块21用于调整充电和放电周期；如图3所示，延时接通功能模块21两端连接有输入端I 26、输入端II 27、输出端I 28、输出端II 29，其中输入端I 26与充电电路22连接，输入端II 27与放电电路24连接，输出端I 28与充电开关6连接，输出端II 29与放电开关8连接；

所述的延时接通功能模块21用于调整充电和放电周期，具体工作过程：延时接通功能模块21设置有4个定时周期：T1、T2、T3、T4，充放电周期为T1、T2、T3、T4的合计时间，T1、T2、T3、T4在0.1-10s范围内调整；当输入端I 26、输入端II 27接通后，延时接通功能模块21的定时工作开始运行，整流器4经过T1时间工作，当充电电路(22)以及连接的输入端I 26变为高电平后，延时接通功能模块21接通充电开关6开始对电容器7进行充电，充电时间为T2，充电结束，延时接通功能模块21切断充电开关6，充电开关6由接通为断开；接着，延时接通功能模块21经过T3时间间隔，间隔时间结束，延时接通功能模块21接通放电开关8，电容器7开始对线圈12进行放电，线圈12产生的脉冲磁场对糙米物料13进行灭酶杀菌处理，放电时间为T4，放电结束，延时接通功能模块21切断放电开关8，放电开关8由接通为断开，由此一个充电、放电周期结束，循环往复即可完成充电放电工作过程；T2与T4之间有一个T3时间间隔，避免了充电与放电同时进行，保护了线路安全。

实施例2

一种稳定糙米品质的方法，使用脉冲磁场杀菌装置，以糙米为样品，其灭酶及杀菌方法在于以下步骤：

(1)准备：将糙米物料13从进料管道10放入玻璃管11中；开冷却水，冷却水从冷却水出口15进入到冷却水夹层罐9夹层套中：

(2)调整设置脉冲磁场杀菌装置参数：充电电压400V，设置延时接通功能模块21充放电周期T1、T2、T3、T4合计时间为10.6s：T1为0.1s、T2为5s、T3为0.5s、T4为5s：设置脉冲磁场作用次数为30次，糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间为318s(充放电周期为10.6s×脉冲磁场作用次数30次)；根据糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间调整电机17转速，进而控制螺旋搅拌轴16速度和糙米物料13从玻璃管11中出料速度，即螺旋搅拌轴16旋转输送糙米物料13的速度，与糙米物料13在玻璃管11中的灭酶杀菌处理时间相匹配，进料管道10的进料速度与出料速度相匹配；

(3)灭酶及杀菌：开启脉冲磁场杀菌装置电源开关接通电源，对玻璃管11糙米物料13进行脉冲磁场杀菌处理；然后启动电机17，电机17传动螺旋搅拌轴16旋转，将糙米物料13从玻璃管11中经过出料管道18输送到储料仓19中，连续完成糙米物料13杀菌过程；注意收集第一次放入玻璃管11底部的未进行杀菌的糙米物料13，需要重复回收进行灭酶杀菌处理。

(4)检测；杀菌后的物料经酶活力度、不完整粒和细菌检测。

实施例3

一种稳定糙米品质的方法，使用脉冲磁场杀菌装置，以糙米为样品，其灭酶及杀菌方法在于以下步骤：

(1)准备：将糙米物料13从进料管道10放入玻璃管11中；开冷却水，冷却水从冷却水出口15进入到冷却水夹层罐9夹层套中；

(2)调整设置脉冲磁场杀菌装置参数：充电电压425V，设置延时接通功能模块21充放电周期T1、T2、T3、T4合计时间为10s，其中T1为0.3s、T2为4.5s、T3为0.7s、T4为4.5s；设置脉冲磁场作用次数为27次，糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间为270s(充放电周期为10s×脉冲磁场作用次数27次)；根据糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间调整电机17转速，进而控制螺旋搅拌轴16速度和糙米物料13从玻璃管11中出料速度，即螺旋搅拌轴16旋转输送糙米物料13的速度，与糙米物料13在玻璃管11中的灭酶杀菌处理时间相匹配，进料管道10的进料速度与出料速度相匹配；

(3)灭酶及杀菌：开启脉冲磁场杀菌装置电源开关接通电源，对玻璃管11糙米物料13进行脉冲磁场杀菌处理；然后启动电机17，电机17传动螺旋搅拌轴16旋转，将糙米物料13从玻璃管11中经过出料管道18输送到储料仓19中，连续完成糙米物料13杀菌过程；注意收集第一次放入玻璃管11底部的未进行杀菌的糙米物料13，需要重复回收进行灭酶杀菌处理。

(4)检测：杀菌后的物料经酶活力度、不完整粒和细菌检测。

实施例4

一种稳定糙米品质的方法，使用脉冲磁场杀菌装置，以糙米为样品，其灭酶及杀菌方法在于以下步骤：

(1)准备：将糙米物料13从进料管道10放入玻璃管11中；开冷却水，冷却水从冷却水出口15进入到冷却水夹层罐9夹层套中；

(2)调整设置脉冲磁场杀菌装置参数：充电电压450V，设置延时接通功能模块21充放电周期T1、T2、T3、T4合计时间为9.5s，其中T1为0.5s、T2为4s、T3为1s、T4为4s：设置脉冲磁场作用次数为25次，糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间为237.5s(充放电周期为9.5s×脉冲磁场作用次数25次)；根据糙米物料13在玻璃管11中的有效停留杀菌时间调整电机17转速，进而控制螺旋搅拌轴16速度和糙米物料13从玻璃管11中出料速度，即螺旋搅拌轴16旋转输送糙米物料13的速度，与糙米物料13在玻璃管11中的灭酶杀菌处理时间相匹配，进料管道10的进料速度与出料速度相匹配；

(3)灭酶及杀菌：开启脉冲磁场杀菌装置电源开关接通电源，对玻璃管11糙米物料13进行脉冲磁场杀菌处理；然后启动电机17，电机17传动螺旋搅拌轴16旋转，将糙米物料13从玻璃管11中经过出料管道18输送到储料仓19中，连续完成糙米物料13杀菌过程；注意收集第一次放入玻璃管11底部的未进行杀菌的糙米物料13，需要重复回收进行灭酶杀菌处理。

(4)检测：杀菌后的物料经酶活力度、不完整粒和细菌检测。

对比例1

采用专利《一种超声微波联合稳定糙米的方法》(申请号201110142925.6)对糙米样品进行处理，处理后进行质量检测。

对比例2

采用专利《一种用于糙米脂肪酶酶活稳定和食用品质改善的处理方法》(申请号201310439742.X)对糙米样品进行处理，处理后进行质量检测。

对比例3：未作处理

对糙米样品检测不完善粒和染菌总数，然后称取糙米100g，粉碎过60目筛，得到糙米粉，进行脂肪酶活动度的测定。

检测结果

实施例2、3、4和对比例1、2、4检测结果见表1：脂肪酶活动度采用GB/T5523粮食、油料的脂肪酶活动度的测定方法，不完善粒采用GB/T 5494粮油检验粮食、油料的杂质、不完善粒检验。

表1

该发明的脉冲磁场杀菌装置，实施例2、3、4和对比例1、2对样品处理，与对比例3未处理相比，一是脂肪酶活动度比对比例3均有降低，但对比例2效果较差，实施例2、3、4有明显技术效果；二是不完整粒比较，对比例1和对比例2实施后，不完整粒达到21％以上，降低了糙米的商品化率，而实施例2、3、4不完整粒与对比例3(未处理)相同，对糙米的没有不完整损害；三是细菌总数比对比例3均有降低，但对比例1没有明显效果，实施例2、3、4有明显技术效果。综上所述，实施2、3、4与对比例1、2、3相比较，不但灭酶、灭菌效果好，提高了糙米的品质稳定性，还能保持糙米的完整性。