專利名稱：用于輔助殺菌的流體撞擊腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輔助殺菌的流體撞擊腔，主要用于醫(yī)藥、生物、食品、化妝品等領(lǐng)域，對液態(tài)物料中的微生物，如酵母、大腸桿菌等進行殺滅作用。
背景技術(shù)：
在醫(yī)藥、生物、食品、化妝品等領(lǐng)域，對微生物的殺菌工序至關(guān)重要，是保證食品安全和產(chǎn)品貨架期的重要保障，根據(jù)殺菌時溫度不同殺菌可分為熱殺菌和冷殺菌，傳統(tǒng)的加熱殺菌對食品的營養(yǎng)價值和風(fēng)味難免會產(chǎn)生一些負面影響，特別是對熱敏性食品往往難以達到預(yù)定效果。冷殺菌更能保持食品特有的風(fēng)味和品質(zhì)，避免因加熱所引起的色變、熱分解、加熱臭和產(chǎn)生有害物質(zhì)等不利因素，但在目前的技術(shù)中冷殺菌的殺滅微生物效果往往不如熱殺菌。殺菌根據(jù)其作用方式可又分為化學(xué)殺菌和物理殺菌。物理殺菌克服了化學(xué)試劑與微生物細胞內(nèi)物質(zhì)作用生成的產(chǎn)物對人體產(chǎn)生的不良影響，同時也避免了食品中殘留或添加的化學(xué)試劑對人體的負面作用能更好地保持食品的自然風(fēng)味，甚至改善食品的質(zhì)構(gòu)，而化學(xué)殺菌還可能帶入異味。因此，站在食品品質(zhì)的角度上來看，自然更傾向選擇冷殺菌以避免熱殺菌給食品帶來的品質(zhì)劣變；也自然更傾向物理殺菌以避免化學(xué)殺菌給食品帶來的安全性關(guān)注。如果采用物理方法同時又避免高溫度的殺菌技術(shù)應(yīng)該是最有前途的方式。為此，國際上科學(xué)工作者一直在積極探索這種殺菌方式的技術(shù)。如超高壓殺菌技術(shù)(HHP)、微波殺菌、脈沖強光殺菌技術(shù)等。
傳統(tǒng)閥式高壓均質(zhì)機對液體物料微生物的影響較早被人所關(guān)注，如LutzPopper等研究了高壓均質(zhì)作用并結(jié)合pH值、溫度和水分活度對食品中的一些致病微生物和腐敗菌的影響，但這種均質(zhì)機形式受限于其壓力(一般為60～80Mpa)和作用機制，殺菌能力不足使其成為一道獨立的殺菌工序或發(fā)展一門獨立的物理殺菌技術(shù)，更多情況下只能是作為殺菌工序的輔助手段，如Heinz等應(yīng)用高脈沖電場、高壓均質(zhì)、超聲波、壓力移動凍結(jié)和加熱等方法與HHP技術(shù)相結(jié)合有增強殺滅枯草桿菌芽孢的效果。日前新興開發(fā)的超高壓均質(zhì)機壓力大幅提高，并在工作原理上與閥式高壓均質(zhì)機具有很大的不同，在對液體物料進行均質(zhì)處理的同時能起到更大的殺菌效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于輔助殺菌的流體撞擊腔。
本發(fā)明的技術(shù)方案為
用于輔助殺菌的流體撞擊腔，包括頭尾互相連接的二元主腔和二元副腔，二元主腔由主管體和主管體內(nèi)的孔道組成；二元副腔由副管體和副管體內(nèi)的孔道組成；其中主管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的主進料管、第一主諧振管、第二主諧振管、主緩沖管、主分流管、主撞擊管、主射流管、主突變管、主縮流管和主出料管組成；第一主諧振管和第二主諧振管的直徑大于主進料管和主緩沖管的直徑；主緩沖管與主撞擊管之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成主分流管；主射流管的直徑小于主突變管、主縮流管和主出料管的直徑；主突變管的直徑大于主縮流管的直徑；主縮流管的直徑小于主出料管的直徑；副管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的副進料管、第一副諧振管、第二副諧振管、副緩沖管、副分流管、副撞擊管、副射流管、副擴流管和副出料管組成；第一副諧振管和第二副諧振管的直徑大于副進料管和副緩沖管的直徑；副緩沖管與副撞擊管之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成副分流管；副射流管的直徑小于副擴流管和副出料管的直徑；副擴流管的直徑小于副出料管的直徑。
用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其中二元主腔的主出料管與二元副腔的副進料管連接；二元主腔的主進料管與外界連通；二元副腔的副出料管與外界連通。
用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其中二元副腔的副出料管與二元主腔的主進料管連接；二元副腔的副進料管與外界連通；二元主腔的主出料管與外界連通。
二元主腔和二元副腔名稱的由來是二元主腔包括第一主諧振管、第二主諧振管，二元副腔包括第一副諧振管、第二副諧振管。
工作原理先將初步破碎的物料懸浮于液體溶液中，依靠現(xiàn)有高壓設(shè)備產(chǎn)生高速液流。高速液流經(jīng)過諧振管產(chǎn)生諧振，液流噴射速度進一步提高，兩股高速液流在緩沖管內(nèi)稍做緩沖，又急速的被壓迫進入直徑細小的分流管中形成兩股高速液流并在撞擊管中劇烈碰撞。工作過程中產(chǎn)生高速剪切作用、氣穴作用、振動振蕩作用、渦旋作用、膨化作用、瞬時溫升和瞬時壓降等一系列作用，從而將懸浮液中的物料顆粒進一步破碎。
懸濁液在高壓泵作用下進入用于輔助殺菌的流體撞擊腔的進料管，在用于輔助殺菌的流體撞擊腔中有圓柱形空腔作為諧振管，這有利于產(chǎn)生自振脈沖射流，流體的擾動頻度與腔室固有頻率相匹配對，激勵流體共振，產(chǎn)生大幅值、高頻率的波動壓力。流體被分成兩股高速液流后，由于其強大的縱向速度差造成巨大的剪切作用。當兩股相同的高速流體正面相撞，流體猛然失去原來流動方向上的速度，產(chǎn)生巨大的撞擊能量。流體中的固體顆粒之間強烈相撞。同時，由于流場相撞產(chǎn)生巨大的壓力降，在撞擊區(qū)會形成強烈的渦旋作用。流體出現(xiàn)強烈橫向方向的撞擊和摩擦，流體中的顆粒經(jīng)垂直撞擊后又經(jīng)歷橫向撞擊和摩擦。隨著均質(zhì)機柱塞泵輸出功率增加，流體獲得越大的動量進行撞擊。除垂直方向和橫向方向的作用外，其它各個方向的渦旋作用都有程度不同的撞擊與摩擦。流體相撞后產(chǎn)生巨大的壓力降，當壓力低于液體的蒸氣壓時出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。當隨著氣穴作用的時間和強度的增大，氣蝕產(chǎn)生的威力也是不容置疑的，那它巨大能量則更多轉(zhuǎn)嫁在周圍流場中，從而對流場產(chǎn)生比高壓閥式均質(zhì)機閥芯中流場更大的破壞作用。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用二元主腔或二元副腔的組合，特別是細小的雙股分流管、細小的副射流管等結(jié)構(gòu)，讓高速液流劇烈碰撞。工作過程中產(chǎn)生高速剪切作用、氣穴作用、振動振蕩作用、渦旋作用、膨化作用、瞬時溫升和瞬時壓降等一系列作用，從而將懸浮液中的固體物料以及微生物的細胞壁破碎得到細小碎片。
二元主腔或二元副腔的組合將微生物的細胞壁破碎后，使微生物喪失了生存的基本條件，從而達到輔助殺菌的效果。微生物的自身體積很小，普通的一元主諧振管的主腔和一元副諧振管副腔中產(chǎn)生的諧振還不夠充分，雖然有輔助殺菌效果，但不夠理想。
相對而言，為了得到更好的輔助殺菌，需要二個主諧振管的二元主腔，二個副諧振管的二元副腔。
對于用于輔助殺菌的流體撞擊腔，它主要由二元主腔和二元副腔組合而成。使用一元主腔和一元副腔的輔助殺菌效果不如二元主腔和二元副腔組合的效果。


圖1為本發(fā)明二元主腔的主出料管9a和二元副腔的副進料管1b連接的雙腔組合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明二元副腔的副出料管9b和二元主腔的主進料管1a連接的雙腔組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記主進料管1a、第一主諧振管2a1、第二主諧振管2a2、主緩沖管3a、主分流管4a、主撞擊管5a、主射流管6a、主突變管7a、主縮流管8a、主出料管9a、副進料管1b、第一副諧振管2b1、第二副諧振管2b2、副緩沖管3b、副分流管4b、副撞擊管5b、副射流管6b、副擴流管10b、副出料管9b。
具體實施例方式
實施例1用于輔助殺菌的流體撞擊腔，包括頭尾互相連接的二元主腔和二元副腔，二元主腔由主管體和主管體內(nèi)的孔道組成；二元副腔由副管體和副管體內(nèi)的孔道組成；其中
主管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的主進料管1a、第一主諧振管2a1、第二主諧振管2a2、主緩沖管3a、主分流管4a、主撞擊管5a、主射流管6a、主突變管7a、主縮流管8a和主出料管9a組成；第一主諧振管2a1和第二主諧振管2a2的直徑大于主進料管1a和主緩沖管3a的直徑；主緩沖管3a與主撞擊管5a之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成主分流管4a；主射流管6a的直徑小于主突變管7a、主縮流管8a和主出料管9a的直徑；主突變管7a的直徑大于主縮流管8a的直徑；主縮流管8a的直徑小于主出料管9a的直徑；副管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的副進料管1b、第一副諧振管2b1、第二副諧振管2b2、副緩沖管3b、副分流管4b、副撞擊管5b、副射流管6b、副擴流管10b和副出料管9b組成；第一副諧振管2b1和第二副諧振管2b2的直徑大于副進料管1b和副緩沖管3b的直徑；副緩沖管3b與副撞擊管5b之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成副分流管4b；副射流管6b的直徑小于副擴流管10b和副出料管9b的直徑；副擴流管10b的直徑小于副出料管9b的直徑。
實施例2用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其中二元主腔的主出料管9a與二元副腔的副進料管1b連接；二元主腔的主進料管1a與外界連通；二元副腔的副出料管9b與外界連通。其余同實施例1。
實施例3用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其中二元副腔的副出料管9b與二元主腔的主進料管1a連接；二元副腔的副進料管1b與外界連通；二元主腔的主出料管9a與外界連通。其余同實施例1。
實施例4嗜熱脂肪芽孢桿菌(Bacillus stearothemophilus)的殺滅效果。
以牛奶添加大腸桿菌懸濁液為試樣，以美國Microfluidic公司生產(chǎn)的Microfluidizer M-700為主體設(shè)備，采用副腔在前、主腔在后的方式處理時二元副腔的副進料管1b與Microfluidizer M-700的高壓部分連接，牛奶添加大腸桿菌懸濁液在二元副腔和二元主腔中完成輔助殺菌后，再經(jīng)二元主腔的主出料管9a釋放出來。
以不同壓力不同次數(shù)處理結(jié)果為隨著處理壓力的提高，大腸桿菌的致死率上升；進料溫度10、25、40℃下分別處理一次時，隨著處理壓力從80MPa上升到120MPa，致死率分別從55.35％、56.73％、58.46％上升到75.73％、76.48％、76.43％。致死率隨著處理次數(shù)的增加而上升，且增加處理次數(shù)比提高作用壓力的效果要好的多。室溫(25℃)下，采用在100MPa、110MPa、120MPa下分別對樣品處理3次，100MPa下處理的致死率分別為第一次66.8％、第二次75.48％、第三次76.78％，110MPa下分別為第一次70.25％、第二次75.69％、第三次81.42％，120MPa下分別為第一次73.75％、第二次80.79％、第三次84.38％。
實施例5對酵母的殺滅效果。
以酵母菌(S.cerevisiae TB6)培養(yǎng)液為試樣，以美國Microfluidic公司生產(chǎn)的Microfluidizer M-700為主體設(shè)備，采用主腔在前、副腔在后的方式處理時二元主腔的主進料管1a與Microfluidizcr M-700的高壓部分連接，酵母菌培養(yǎng)液中的固體物料在二元副腔和二元主腔中完成輔助殺菌后，再經(jīng)二元副腔的副出料管9b釋放出來。采用在100MPa處理三次的致死率分別為第一次63.88％、第二次75.69％、第三次80.31％。
實施例6對酵母的殺滅效果以酵母菌(S.cerevisiae TB6)培養(yǎng)液為試樣，以美國Microfluidic公司生產(chǎn)的Microfluidizer M-700為主體設(shè)備，采用主腔在前、副腔在后的方式處理時一元主腔的主進料管1a與Microfluidizcr M-700的高壓部分連接，酵母菌培養(yǎng)液中的固體物料在一元主腔和一元副腔中完成輔助殺菌后，再經(jīng)一元副腔的副出料管9b釋放出來。采用在100MPa處理三次的致死率分別為第一次47.87％、第二次54.22％、第三次59.35％。
二元主腔與一元主腔的區(qū)別在于二元主腔包括第一主諧振管2a1和第二主諧振管2a2。而一元主腔只有一個主諧振管。
二元副腔與一元副腔的區(qū)別在于二元副腔包括第一副諧振管2b1和第二副諧振管2b2。而一元副腔只有一個副諧振管。
通過對比可以發(fā)現(xiàn)二元主腔和二元副腔的組合比一元主腔和一元副腔的組合殺菌效果更好。
權(quán)利要求
1.用于輔助殺菌的流體撞擊腔，包括頭尾互相連接的二元主腔和二元副腔，二元主腔由主管體和主管體內(nèi)的孔道組成；二元副腔由副管體和副管體內(nèi)的孔道組成；其特征在于主管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的主進料管(1a)、第一主諧振管(2a1)、第二主諧振管(2a2)、主緩沖管(3a)、主分流管(4a)、主撞擊管(5a)、主射流管(6a)、主突變管(7a)、主縮流管(8a)和主出料管(9a)組成。第一主諧振管(2a1)和第二主諧振管(2a2)的直徑大于主進料管(1a)和主緩沖管(3a)的直徑；主緩沖管(3a)與主撞擊管(5a)之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成主分流管(4a)；主射流管(6a)的直徑小于主突變管(7a)、主縮流管(8a)和主出料管(9a)的直徑；主突變管(7a)的直徑大于主縮流管(8a)的直徑；主縮流管(8a)的直徑小于主出料管(9a)的直徑。副管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的副進料管(1b)、第一副諧振管(2b1)、第二副諧振管(2b2)、副緩沖管(3b)、副分流管(4b)、副撞擊管(5b)、副射流管(6b)、副擴流管(10b)和副出料管(9b)組成。第一副諧振管(2b1)和第二副諧振管(2b2)的直徑大于副進料管(1b)和副緩沖管(3b)的直徑；副緩沖管(3b)與副撞擊管(5b)之間設(shè)置有堵塊，堵塊上下對稱開有細小的槽管形成副分流管(4b)；副射流管(6b)的直徑小于副擴流管(10b)和副出料管(9b)的直徑；副擴流管(10b)的直徑小于副出料管(9b)的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其特征在于二元主腔的主出料管(9a)與二元副腔的副進料管(1b)連接；二元主腔的主進料管(1a)與外界連通；二元副腔的副出料管(9b)與外界連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輔助殺菌的流體撞擊腔，其特征在于二元副腔的副出料管(9b)與二元主腔的主進料管(1a)連接；二元副腔的副進料管(1b)與外界連通；二元主腔的主出料管(9a)與外界連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于輔助殺菌的流體撞擊腔，本發(fā)明包括頭尾互相連接的二元主腔和二元副腔，二元主腔由主管體和主管體內(nèi)的孔道組成；二元副腔由副管體和副管體內(nèi)的孔道組成；其中主管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的主進料管、二元的主諧振管、主諧振管、主緩沖管、主分流管、主撞擊管、主射流管、主突變管、主縮流管和主出料管組成；副管體內(nèi)的孔道是由依次前后連接的副進料管、二元的副諧振管、副緩沖管、副分流管、副撞擊管、副射流管、副擴流管和副出料管組成。本發(fā)明采用二元主腔和二元副腔的組合，特別是細小的雙股分流管、細小的副射流管等結(jié)構(gòu)，讓高速液流劇烈碰撞，在對液體物料進行均質(zhì)處理的同時能起到更大的輔助殺菌效果。
文檔編號A61L2/02GK1836734SQ20061001894
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者劉成梅, 劉偉, 涂宗財, 阮榕生, 梁瑞紅 申請人:南昌大學(xué)