专利名称：液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到液体食品杀菌技术领域，具体涉及到一种采用高压脉冲液 体食品灭酶灭菌试验的装置。
技术背景高压电脉冲技术用于液体食品灭酶灭菌，主要工作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解质置于电场中 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。 一般在脉冲电场强度为12 100kv/cm，脉冲持续时间为微秒级的条件下，可有效地对液体食品进行灭菌。 高压脉冲灭菌技术具有能耗低、灭菌速度快，因而可有效保存食品的营养成 分和天然特征等特点。现有的高压脉冲液体食品灭酶灭菌的装置造价高，还存在以下缺点1、 杀菌室的结构不合理，使电场分布不均匀，无法建立起合理的温度场、电场 空间分布的数学模型，更无法准确的找出火花放电的危险点，也无法克服火 花放电问题；2、在杀菌的过程中往往伴随着有害物理过程的发生，例如 电火花击穿放电，会破坏食品中的有益成分，导致食品出现碎屑，破坏食品 品质，另外可能发生的电解反应不但能破坏食品中多种营养成分，还使电极 表面上产生垢物而影响杀菌室的正常工作。发明内容为了解决现有高电压脉冲液体食品灭菌装置造价高，技术难度大以及杀 菌室结构不合理的问题，本发明提供了一种液体食品用高压脉冲电场杀菌处 理装置。液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置由脉冲触发发生电路、灭菌电容 CC和处理室组成，所述脉冲触发发生电路由脉冲信号发生电路10、脉冲触 发电路20、升压电路30、放电电路40组成，脉冲信号发生电路IO产生频 率为0.5Hz 50Hz的脉冲信号，所述脉冲信号发生电路10的脉冲信号输出
端和脉冲触发电路20的控制信号输入端连接，所述脉冲触发电路20的两个 脉冲信号输出端与放电电路40的两个脉冲控制信号输入端连接，所述放电 电路40的电压信号输入端和升压电路30的电压信号输出端连接，所述放电 电路40的放电信号输出端和灭菌电容CC的一个极板连接，所述灭菌电容 CC的另一个极板和放电电路40的电源地连接；处理室为密封的长方体空 间，所述灭菌电容CC的两个极板分别固定在处理室内两个面积最大的相对 的内壁上，所述两个极板的面积与其所固定的内壁的面积相等，在与所述电 极板垂直的处理室的侧壁上，开有一个装料口 50，所述处理室是由绝缘材 料制作的。本发明具有电路结构简单，造价低的特点。采用本发明所述的液体食品 用高压脉冲电场杀菌处理装置对牛奶、果汁等液体食品进行灭菌，经试验证 明，杀菌率明显，对食品的品质无显著影响。
图1是本发明的电路结构示意图；图2是本发明的处理室结构示意图； 图3是具体实施方式
七所述的处理室的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置由脉冲触发 发生电路、灭菌电容CC和处理室组成，所述脉冲触发发生电路由脉冲信号发生电路10、脉冲触发电路20、升压电路30、放电电路40组成，脉冲信 号发生电路10产生频率为0.5Hz 50Hz的脉冲信号，所述脉冲信号发生电 路10的脉冲信号输出端和脉冲触发电路20的控制信号输入端连接，所述脉 冲触发电路20的两个脉冲信号输出端与放电电路40的两个脉冲控制信号输 入端连接，所述放电电路40的电压信号输入端和升压电路30的电压信号输 出端连接，所述放电电路40的放电信号输出端和灭菌电容CC的一个极板 连接，所述灭菌电容CC的另一个极板和放电电路40的电源地连接；处理 室为密封的长方体空间，所述灭菌电容CC的两个极板分别固定在处理室内 两个面积最大的相对的内壁上，所述两个极板的面积与其所固定的内壁的面 积相等，在与所述电极板垂直的处理室的侧壁上，开有一个装料口 50，所 述处理室是由绝缘材料制作的。
本实施方式中的脉冲触发电路20在频率为0.5Hz 50Hz的脉冲信号控 制下，将交流220V电压信号转换成峰-峰值为6000V的脉冲信号输出。本实施方式所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置是脉冲触发 发生电路产生频率可调的高压脉冲信号并施加到安装在处理室中的灭菌电 容CC的两个电极板上进而达到对处理室中的液体进行高压灭菌的目的。本 实施方式所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置在使用的时候，先用 注射器通过处理室的装料口向处理室内装满被处理的液体食品，然后调整脉 冲信号发生电路10的输出脉冲信号的频率为需要的频率值，接通脉冲触发 电路20的电源，所述脉冲触发电路20的输出端输出脉冲触发信号触发放电 电路40对灭菌电容CC进行放电，进而使所述灭菌电容CC的两个极板间 产生脉冲高压，实现对处在处理室中的灭菌电容CC两个极板中间的液体进 行脉冲高压灭菌。由于灭菌电容CC的两个极板充满处理室内的两个内壁上， 使处理室内部空间的电场均匀，能够建立起合理的温度场，杀菌效果好。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一所述的液体食品用高 压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述脉冲触发电路20由整流桥Dll、 第一电阻R1、第一电容C1、可控硅Q2和脉冲变压器T2组成，整流桥Dll 的两个交流输入端分别和外部的交流220V电源的两个电源输出端连接，第 一电阻R1的一端与所述整流桥Dll的正极输出端连接，所述第一电阻R1 的另一端分别与第一电容C1的一端、可控硅Q2的阴极连接，所述第一电 容C1的另一端和整流桥Dll的负极输出端连接，所述可控硅Q2的阳极通 过脉冲变压器T2的初级线圈和整流桥Dll的负极输出端连接，所述脉冲变 压器T2的次级线圈的两端分别和放电电路40的两个脉冲控制信号输入端， 所述可控硅Q2的控制极和脉冲信号发生电路10的脉冲信号输出端连接。本实施方式中的脉冲触发电路20采用脉冲变压器T2输出信号，避免 了后续放电电路中的高压脉冲信号对脉冲信号发生电路10及脉冲触发电路 20的影响，使系统工作更稳定、可靠。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二所述的液体食品 用高压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述升压电路30由调压器TT、 升压变压器T1、第二电阻R2、第一硅堆D1、充电电容C2和第三电阻R3
组成，所述调压器TT的两个信号输出端分别与升压变压器T1的初级线圈 的两端连接，所述升压变压器T1的次级线圈的一端与第二电阻R2的一端 连接，所述升压变压器T1的次级线圈的另一端与电源地连接，所述第二电 阻R2的另一端和第一硅堆Dl的阳极连接，所述第一硅堆Dl的阴极与放 电电路40的电压信号输入端连接，充电电容C2和第三电阻R3并联在第一 硅堆D1的阴极和电源地之间。， 本实施方式所述的升压电路30采用变压器升压，在变压器的初级采用 调压器提供电源，可以灵活的控制升压电路输出电压的幅值，是本实施方式 的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置能够提供多种幅值的脉冲电压信 号。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或二或三所述的液体 食品用高压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述放电电路40由第四电 阻R4、放电电容C3、三级点火开关41、电感L1、第二硅堆D2组成，其 中三级点火开关41由实心电极A、空心电极B和触发针Z组成，所述触发 针Z固定在半球形的空心电极B的中心，与所述空心电极B的导电部分有 间隙，实心电极A是半球形的，所述实心电极A和空心电极B之间的距离 可以调整；第四电阻R4的一端和升压电路30的电压信号输出端连接，所 述第四电阻R4的另一端分别和放电电容C3的一端、三级点火开关41的实 心电极A连接，所述放电电容C3的另一端和电源地连接，所述三级点火开 关41的触发针Z和空心电极B分别和脉冲触发电路20的两个信号输出端 连接，所述三级点火开关41的空心电极B分别与灭菌电容CC的一个极板、 电感U —端、第二硅堆D2的阴极连接，所述灭菌电容CC的另一个极板 和电感L1的另一端、第二硅堆D2的阳极均和电源地连接。所述三级点火开关41的工作过程为，当触发针Z和空心电极B之间产 生火花放电的时候，致使所述空心电极B和实心电极A之间间歇击穿而接 通，使放电电容C3以一定频率向处理室内的灭菌电容CC放电。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四所述的液体食品用高 压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述放电电容C3由多个电容串联组 成。
由于在高频率的脉冲充放电过程中，电容器容易损坏，本实施方式采用 电容串联的电路结构，可以防止由于放电电容的损坏而影响整个系统的工 作，即当多个串联的电容中有一个电容被击穿的时候，其它电容仍可正常工 作，不会影响系统的工作。
具体实施方式
六本实施方式与一至五任一是具体实施方式
所述的液 体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述脉冲信号发生电路10由555集成电路的脉冲发生电路Ul和第六电阻R6、第五电阻R5、三级 管Q22组成，所述555集成电路的脉冲发生电路Ul的脉冲信号输出端和第 五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端和三级管Q22的基极连 接，所述三级管Q22的集电极与第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻 R6的另一端和直流电源的正极连接，所述三级管Q22的发射极与脉冲触发 电路20的控制信号输入端连接。本实施方式采用的555集成电路的脉冲发生电路是现有技术中比较成 熟的脉冲信号发生电路，性能稳定，并且输出脉冲信号的频率可调。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六任意实施方式所 述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置的区别在于，所述处理室还增加 一个出料口 51，所述装料口 50和出料口 51分别位于处理室上的与灭菌电 容CC的电极板相垂直的两个相对的侧壁上。本实施方式所述的处理室在使用的时候，将待处理的液体食品通过管道 从处理室的装料口进入处理室，然后从处理室的出料口流出处理室。
权利要求
1、液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特征在于它由脉冲触发发生电路、灭菌电容(CC)和处理室组成，所述脉冲触发发生电路由脉冲信号发生电路(10)、脉冲触发电路(20)、升压电路(30)、放电电路(40)组成，脉冲信号发生电路(10)产生频率为0.5Hz～50Hz的脉冲信号，所述脉冲信号发生电路(10)的脉冲信号输出端和脉冲触发电路(20)的控制信号输入端连接，所述脉冲触发电路(20)的两个脉冲信号输出端与放电电路(40)的两个脉冲控制信号输入端连接，所述放电电路(40)的电压信号输入端和升压电路(30)的电压信号输出端连接，所述放电电路(40)的放电信号输出端和灭菌电容(CC)的一个极板连接，所述灭菌电容(CC)的另一个极板和放电电路(40)的电源地连接；处理室为密封的长方体空间，所述灭菌电容(CC)的两个极板分别固定在处理室内两个面积最大的相对的内壁上，所述两个极板的面积与其所固定的内壁的面积相等，在与所述电极板垂直的处理室的侧壁上，开有一个装料口(50)，所述处理室是由绝缘材料制作的。
2、 根据权利要求1所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特 征在于，所述脉冲触发电路(20)由整流桥(Dll)、第一电阻(Rl)、第一电 容(Cl)、可控硅(Q2)和脉冲变压器(T2)组成，整流桥(D11)的两个交 流输入端分别和外部的交流220V电源的两个电源输出端连接，第一电阻(Rl) 的一端与所述整流桥(D11)的正极输出端连接，所述第一电阻(Rl)的另一 端分别与第一电容(C1)的一端、可控硅(Q2)的阴极连接，所述第一电容(C1) 的另一端和整流桥(D11)的负极输出端连接，所述可控硅(Q2)的阳极通过 脉冲变压器(T2)的初级线圈和整流桥(D11)的负极输出端连接，所述脉冲 变压器(T2)的次级线圈的两端分别和放电电路(40)的两个脉冲控制信号输 入端连接，所述可控硅(Q2)的控制极和脉冲信号发生电路(10)脉冲信号输 出端连接。
3、 根据权利要求1所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特 征在于，所述升压电路(30)由调压器(TT)、升压变压器(Tl )、第二电阻(R2)、 第一硅堆(Dl)、充电电容(C2)和第三电阻(R3)组成，所述调压器(TT) 的两个信号输出端分别与升压变压器(Tl)初级线圈的两端连接，所述升压变 压器(Tl)次级线圈的一端与第二电阻(R2)的一端连接，所述升压变压器(Tl) 次级线圈的另一端与电源地连接，所述第二电阻(R2)的另一端和第一硅堆(D1)的阳极连接，所述第一硅堆(DO的阴极与放电电路(40)的电压信号输入端 连接，充电电容(C2)和第三电阻(R3)并联在第一硅堆(Dl)的阴极和电 源地之间。
4、 根据权利要求1所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特 征在于所述放电电路(40)由第四电阻(R4)、放电电容(C3)、三级点火开关(41)、电感(Ll)、第二硅堆(D2)组成，其中三级点火开关(41)由实心电 极(A)、空心电极(B)和触发针(Z)组成，所述触发针(Z)固定在半球形 的空心电极(B)的中心，与所述空心电极(B)的导电部分有间隙，实心电极(A)是半球形的，所述实心电极(A)和空心电极(B)之间的距离可以调整； 第四电阻(R4)的一端和升压电路(30)的电压信号输出端连接，所述第四电 阻(R4)的另一端分别和放电电容(C3)的一端、三级点火开关(41)的实心 电极(A)连接，所述放电电容(C3)的另一端和电源地连接，所述三级点火 开关(41)的触发针(Z)和空心电极(B)分别和脉冲触发电路(20)的两个 信号输出端连接，所述三级点火开关(41)的空心电极(B)分别于灭菌电容(CC)的一个极板、电感(Ll)的一端、第二硅堆(D2)的阴极连接，所述 灭菌电容(CC)的另一个极板、电感(Ll)的另一端、第二硅堆(D2)的阳 极连接在一起与电源地连接。
5、 根据权利要求4所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特 征在于，所述放电电容(C3)由多个电容串联组成。
6、 根据权利要求1至5任一权利要求所述的液体食品用高压脉冲电场杀 菌处理装置，其特征在于所述脉冲信号发生电路(10)由555集成电路的脉冲 发生电路(Ul)和第六电阻(R6)、第五电阻(R5)、三级管(Q22)组成，所 述555集成电路的脉冲发生电路(Ul)的脉冲信号输出端和第五电阻(R5)的 一端连接，所述第五电阻(R5)的另一端和三级管(Q22)的基极连接，所述 三级管(Q22)的集电极与第六电阻(R6)的一端连接，所述第六电阻(R6) 的另一端和直流电源的正极连接，所述三级管(Q22)的发射极与脉冲触发电 路(20)的控制信号输入端连接。
7、 根据权利要求1所述的液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，其特 征在于，所述处理室还增加一个出料口 (51)，所述装料口 (50)和出料口 (51) 分别位于处理室上的与灭菌电容(CC)的电极板相垂直的两个相对的侧壁上。
全文摘要
液体食品用高压脉冲电场杀菌处理装置，涉及到液体食品杀菌技术领域。它解决了现有高电压脉冲杀菌装置造价高，技术难度大以及杀菌室结构不合理的问题。它的脉冲信号发生电路的脉冲信号输出端和脉冲发生电路的控制信号输入端连接，脉冲发生电路的两个脉冲信号输出端与放电电路的两个脉冲控制信号输入端连接，放电电路的电压信号输入端和升压电路的电压信号输出端连接，灭菌电容的两个极板分别与放电电路的放电信号输出端和电源地连接；处理室为密封长方体空间，灭菌电容的两个极板分别固定在处理室内两个面积最大的相对内壁上，两个极板充满其所固定的内壁，在与电极板垂直的处理室的侧壁上，开有一个进料口。它可以应用到液体食品灭菌领域。
文档编号A23L2/42GK101147613SQ200710144498
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年10月26日
发明者张喜海, 张长利, 房俊龙, 方 杨, 沈维政 申请人:东北农业大学