[发明专利]一种连续型流体食品欧姆微波联合加热杀菌系统

说明书

技术领域

本发明属于食品的加热杀菌装置技术领域，涉及一种用于食品物料(普通流体，含颗粒流体以及高粘度流体)加工的微波欧姆联合加热杀菌装置，特别涉及一种可以实现流体与固体颗粒同步升温、加热温度可控及杀菌效果可评价的连续型流体食品欧姆微波联合加热杀菌系统。

背景技术

在食品加工行业，含有固体颗粒的流体食品加热杀菌通常采用对流、传导等传统加热方法，由于固体和液体的加热速度不同容易造成颗粒食品外表过热煮烂而影响颗粒的完整性，营养成分也受到极大的破坏，严重影响产品的商业价值和营养价值。

欧姆加热可以在食品物料连续流动的状态下利用物料本身的电阻特性将电能直接转化为热能，实现电场内部无温度梯度的均匀快速加热，与此同时，欧姆加热能改变微生物细胞膜的通透性，降低杀菌温度，实现低温灭菌，节约能源。但是由于电极排列、混合物料的电阻分布不均匀等问题，导致含颗粒的流体食品难以实现固液同时升温。

微波加热使用2450MHz的微波穿透物料作用与分子内部加热，避免了传统加热方式造成的中心升温慢的问题，可以实现快速加热，同时，由于其加热效率与物料的介质损耗因数相关，可以对混合物料中介质损耗因数不同的部位进行选择性加热，导致加热不均匀；同时微波传输过程中存在能量损耗等问题，加剧了混合物料内部料温度分布的不均匀性。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足，提出一种连续型流体食品欧姆微波联合加热杀菌系统，综合两种加热杀菌方法的优势，缺陷互补。本发明可以通过微波加热与欧姆加热两种加热技术的联合，实现整个加热区管道内流体食品及其所含颗粒的均匀连续快速的加热与杀菌。

本发明提出一种连续型流体食品欧姆微波联合加热杀菌系统，该系统包含物料罐三个(1a，1b，1c)，单向阀一个(13)，螺杆泵一台(14)，单片机控制器一台(6)，环形电极两个(5a，5b)，聚四氟乙烯加热管道三节(15a，15b，15c)，可控电源一套(3)，微波加热装置三套(4a，4b，4c)，电磁阀两个(8a，8b)，管式换热器两个(12a，12b)，保温管一个(11)，含上位机程序的电脑一台(7)，DS18B20温度传感器四个(10a，10b，10c，10d)，微波控制单元一个(2)，流量计一个(9)以及连接各部分所需的不锈钢管道。其特征在于所述的物料罐(1a)设置用于承接原料物料罐(1b)设置用于承接合格产品，物料罐(1c)设置用于承接不合格产品，分别位于系统的头部和尾部；所述的单向阀(13)设置用于控制原料流入系统，并防止物料回流，其入口与物料罐(1a)的出口通过法兰与不锈钢管道连接；所述的螺杆泵(14)设置用于为进入系统的原料注入运行的动力，使得物料能够在系统中顺利流动并且控制物料流动的速度，其入口处通过快装卡箍与手控单向阀(13)出口所接的不锈钢管道相连接；所述的两个管式换热器(12a，12b)设置，位于系统上游的管式换热器(12a)用于对加热后产品的预冷却处理，同时利用余热给新进入系统的物料进行预热，其冷流体进口通过法兰与手控单向阀(13)出口所接的不锈钢管道相连接，其热流体进口通过法兰与保温管(11)出口所连的不锈钢管道相连接，位于系统下游的管式换热器(12b)用于对加热后产品的最终冷却处理，使得物料能够满足成品要求，其热流体进口通过法兰与管式换热器(12a)的热流体出口所接的不锈钢管道相连接；所述的聚四氟乙烯加热管道(15a，15b，15c)设置用于将通电的电极与不锈钢管道隔离，同时能够使微波以极少的损耗透射进入物料内部，完成加热作用，各节管道之间通过法兰连接密封，其入口处，即聚四氟乙烯加热管道(15a)通过法兰与从管式换热器(12a)冷流体出口所接的不锈钢管相连接；所述的两个环形电极(5a，5b)设置用于在加热区管道内部形成电场，对流过管道的流体进行加热，其通电电压与频率受可控电源(3)的控制，两个电极分别嵌在每两节聚四氟乙烯加热管道(15a，15b，15c)之间，其具体结构如图2所示；所述的微波加热装置(4a，4b，4c)设置用于发出工频(2450MHz)微波，通过微波加热装置(4a，4b，4c)的矩形波导腔进入圆柱形波导腔，进而透过聚四氟乙烯加热管道(15a，15b，15c)加热原料，并可以接受来自微波控制单元(2)的信号调整输出的微波功率和微波加热的通断，满足不同物料的要求，微波加热装置(4a，4b，4c)通过如图2所示的结构分别卡在聚四氟乙烯加热管道的中部；所述的保温管(11)设置用于对加热完成的物料进行保温，以达到更好的杀菌效果，其入口所接的不锈钢管道与聚四氟乙烯加热管道(15c)通过法兰相连接；所述的电磁阀(8a，8b)设置用于接受来自单片控制器的信号，控制成品的流向，物料被含上位机程序的电脑(7)判定为合格，则合格品电磁阀(8b)打开，否则废品电磁阀(8a)打开，两电磁阀通过法兰顺序接在管式换热器(12b)的的热流体出口所接的不锈钢管道上；所述的单片机控制器(6)设置用于和DS18B20温度传感器(10a，10b，10c，10d)、流量计(9)、可控电源(3)、微波控制单元(2)以及含有上位机程序的电脑(7)进行通信，实现数据(各个温度传感器测得的温度，电流，电压以及微波加热的功率)的采集与分析和加热参数(电流，电压以及微波加热的功率)及系统动作(电磁阀的开闭)的控制；所述的可控电源(3)设置用于控制加热区的电源，并可以接受来自单片机控制器(6)的信号调节输出电压和输出电压的频率，同时将导线上的电压，电流等参数反馈给单片机控制器(6)，由单片机控制器(6)发送给含上位机程序的电脑(7)，从而方便数据分析；所述的含上位机程序的电脑(7)设置用于接收来自单片机控制器(6)的数据(欧姆加热的电压，电流，频率，微波加热的功率，各个温度采集节点的温度以及流量等数据)进行数据分析并判定加热杀菌是否合格，将数据处理结果反馈给单片机控制器(6)；所述的DS18B20温度传感器(10a，10b，10c，10d)设置用于对各个温度采集点进行温度采集并将数据发送给单片机控制器(6)；所述的微波控制单元(2)设置用于控制微波输入功率，满足不同物料对微波加热的需求，以更好地与欧姆加热相协作；所述的流量计(9)设置用于检测系统流量，通过调节流量调整系统的处理能力，同时将数据返回给单片机控制器(6)，进而反馈给含上位机程序的电脑，进行数据分析。