一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统及其应用技术方案

一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统，所述处理系统由载液管、热源和降温源组成，所述热源为油浴锅，所述载液管管体由金属或合金制成，所述载液管主体两端设置有密封装置；所述降温源为冰浴锅。本发明专利技术制备处理系统是基于UHT杀菌机保持较高蒸汽压力及超高温状态以保证短时间快速杀菌的原理制备得到，所述载液管制备材料廉价易得，制备和使用方法简单，便于操作，通过调整油浴温度和油浴时间，可以满足科学实验操作中涉及的任意加热时间及任意加热温度的要求，将其应用于微量实验样品的UHT等模拟灭菌工艺中可以大大简化实验，方便使用。

An analog UHT processing system based on micro liquid sample heating and its application

A simulation of UHT system based on micro liquid sample heating, the processing system is composed of a carrier liquid pipe, heat and cooling source, the heat source for the oil bath, the carrier liquid pipe body made of metal or alloy, the carrier liquid pipe both ends of the main body is provided with a sealing device of the cooling; the source for the ice bath. The preparation of UHT processing system is to maintain a high pressure steam sterilization machine and ultra high temperature based on the state to ensure the preparation principle for rapid sterilization in short time, the carrier liquid control preparation materials are cheap and easy to obtain, preparation and use method is simple, easy to operate, by adjusting the temperature of oil bath and oil bath time can meet the scientific experiment involving arbitrary heating time and heating temperature of arbitrary requirements will be applied to the trace samples UHT simulated sterilization process can greatly simplify the experiment, easy to use.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统及其应用
本专利技术涉及实验型微量液体加热装置领域，尤其是一种可用于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统及其应用。
技术介绍
超高温瞬时灭菌(UHT)是一种为达灭菌要求而升高液体温度为135-140℃，保温4-10s的杀菌工艺，整个灭菌过程是在高温状态下瞬间完成的，是鲜奶、谷物饮料、果汁等处理的一种常用灭菌工艺，灭菌后产品可在常温下保存，保质期可达1-6个月。目前市场上常温保存的液态产品如奶类、饮料类等食品几乎均采用UHT杀菌工艺。实际生产中使用UHT杀菌机进行液体的UHT处理，但国内的UHT杀菌机大多在企业的生产车间，其最大的特点是UHT设备连续运转且设备处理量非常大。根据设备处理能力的不同分为大型、中试和小试UHT设备，工厂一般为大型或中试UHT灭菌机，小试UHT处理机为实验室用。大型生产设备处理量高达5-6T/h，中试生产设备处理量为1.5-2T/h，即使实验室用小试设备处理量也要10-100L/h，小试UHT设备相对较小，但实际操作时必须严格保证设备不能空转，因此单次进样量最少也要保证在5-10L左右。很多基础研究中经常涉及到不同的加热温度对产品稳定性、营养成分、风味、质构等的影响，而在进行此类研究时，样品量往往只需要很少，少至1升，甚至几百毫升。比如，实验材料为鲜奶时，为防止机器挤奶造成的奶样污染及影响，往往要求手工挤奶，因此多数情况下奶样数量不多。有的实验往往要综合考虑到对照组与实验组的设计以及各单因素对产品的性质、结构、风味等的影响，因此单个处理也只有几十毫升甚至几毫升的样品量。在样品量在几百毫升、几十毫升甚至几毫升这样微量的情况下，即使实验室用小型UHT设备也很难完成UHT处理。但从基础科学的角度又需要研究UHT处理后样品的成分及结构变化以改进UHT工艺使其更加适用于实际生产。而且，基础科学中研究加热温度和加热时间的影响时，往往需要根据样品性质和比对效果等安排不同的加热时间或加热温度，这就使得实验中可能会涉及到样品处理时采用任意加热温度或任意加热时间，而现今的加热杀菌设备并不能完全满足这项要求。此外目前实验室用微型UHT杀菌机设备昂贵，在国内应用同样并不广泛，也使得处理样品极不方便。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，专利技术人经过长期的技术与实践探索，结合UHT杀菌机保持较高蒸汽压力及超高温状态以保证短时间快速杀菌的原理，提供一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统，所述处理系统制备材料廉价易得，制备和使用方法简单，便于操作，将其应用于微量实验样品的UHT处理可以大大简化实验，方便使用。具体的，本专利技术涉及以下技术方案：一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统，所述处理系统由载液管、热源和降温源组成，所述热源为油浴锅，所述载液管管体由金属或合金制成，所述载液管主体两端设置有密封装置；所述降温源为冰浴锅；优选的，所述载液管管体呈U型管或盘状管；便于加热时固定，同时使待测液体在管内分布更为均匀；优选的，所述载液管管体的管壁厚度为0.1-1.5mm，进一步优选为0.7-0.8mm；所述管体外径为0.5-20mm，进一步优选为5-10mm；管体外径及管壁厚度的选择尤为重要，基于最大限度增大传热面积，使传热更为迅速之考虑，管体外径及管壁厚度应尽可能较小，然而由于所选载液管需要进行高温高压反应，加之承载待检的各种试样液体，金属或合金在此种环境下更易发生蠕变效应，从而因蠕变-断裂而失效；因此专利技术人通过不断试验摸索，最终确定上述管壁外径及厚度参数；优选的，所述金属或合金包括但不限于银、铜、金、铝、铁和不锈钢，进一步优选为铜，铜具有良好的热传导系数，在常用金属或合金材料中，其热传导系数极为突出，同时铜化学性质稳定，延展性好，具有良好的耐腐蚀能力；其轻便耐用，用其制备管体具有良好的导热效果。优选的，所述密封装置为单向阀，可起到良好的自密封效果；目前，单向阀主要使用在冷暖空调系统中，经常与毛细管配合使用；在制冷系统中，介质流经单向阀进入毛细管；在制热系统中，工况是逆向的，由于单向阀单向截止，它只能流入与单向阀并列的制热毛细管；本专利技术基于单向阀上述特点，因此在载液管管体两端采用单向阀的设计，其密封效果好；所述单向阀设置有密封盖，所述密封盖内设置有橡胶垫用于进一步进行密封；优选的，所述载液管管体两端设置有与管体密封连接的压力表和/或温度计，用以测定管体内部压力和温度，便于监控；进一步优选的，所述压力表和/或温度计上设置有紧固件(优选为螺母)，便于与载液管密封连接；采用油浴加热的方式能够使得受热均匀，同时便于控制温度；其中，进一步优选的，所述油浴锅油浴介质为二甲基硅油，所述二甲基硅油无味、无毒、不易挥发，具有高导热性、耐高低温性、疏水性和热稳定性，专利技术人经过实验摸索，采用二甲基硅油介质同时使用上述铜制载液管能够最大程度模拟还原超高温瞬时灭菌，取得了良好的技术效果。优选的，所述降温源为冰浴锅，所述冰浴锅内为冰水混合物，其温度为0℃；经试验验证，加热处理完毕，把载液管迅速放入冰水混合物进行降温，可保证载液管内的样品于10s内降温至室温(20℃)以下，采用冰水混合物一方面是由于冰水混合物温度保持恒定，通过载液管的强大热交换效率，能够快速将微量液体样品降温冷却；另一方面专利技术人通过试验选用其他降温源，如液态水、冰盐水、液氮等，由于降温源温度过高或过低，无法满足试验要求，同时冰盐水、液氮等强制冷剂会强烈损害载液管结构性能，导致载液管易出现脆性破坏，严重影响载液管使用寿命。所述基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统在模拟低温长时巴氏灭菌法(LTLT)、高温短时巴氏灭菌法(HTST)、超高温巴氏杀菌法和超高温瞬时灭菌法(UHT)灭菌工艺中的应用。具体的，所述应用方法，步骤如下：将待测液体注入模拟UHT载液管中，加盖密封装置，置于热源中进行加热处理，加热处理完成后迅速置于降温源中进行降温处理；优选的，所述加热处理为油浴加热处理；所述降温源为为冰浴锅，所述冰浴锅内为冰水混合物；具体的，模拟低温长时巴氏灭菌法(LTLT，实际杀菌条件为62-65℃/30min)，采用油浴处理，油浴处理温度为71℃，处理时间为32min；模拟高温短时巴氏灭菌法(HTST，实际杀菌条件为75-90℃/15-40s)，采用油浴处理，油浴处理温度为140℃，处理时间为30s；模拟超高温巴氏杀菌(实际杀菌条件120-125℃/4-15s)，采用油浴处理，油浴处理温度为250℃，处理时间为18s；模拟超高温瞬时灭菌法(UHT，实际杀菌条件135-140℃/4-15s)，采用油浴处理，油浴处理温度为270℃，处理时间为20s。本专利技术有益效果：1.本专利技术通过合理选择管体材料，制备一种用于微量液体样品模拟UHT的加热管，本专利技术本体的管体材料为铜，从热传导系数和成本等综合考量，最终选择铜作为管体材料。主体铜管的外径与材料厚度适宜，从而最大限度增大传热面积，使传热更为迅速，从而保证热交换效率最大化，实现待测液体样品的快速升温和降温，从而尽可能还原实际生产UHT灭菌效果；2.本专利技术采用加液阀(单向阀)使管内空间密封，加热会使管内压力增大，进而使得管内样品沸点升高，样品的升温速度也随之增大。经试验验证，在管内空间中，样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统，其特征在于，所述处理系统由载液管、热源和降温源组成，所述热源为油浴锅，所述载液管管体由金属或合金制成，所述载液管主体两端设置有密封装置，所述降温源为冰浴锅。

【技术特征摘要】
1.一种基于微量液体样品加热的模拟UHT处理系统，其特征在于，所述处理系统由载液管、热源和降温源组成，所述热源为油浴锅，所述载液管管体由金属或合金制成，所述载液管主体两端设置有密封装置，所述降温源为冰浴锅。2.如权利要求1所述处理系统，其特征在于，所述载液管管体呈U型管或盘状管。3.如权利要求2所述处理系统，其特征在于，所述载液管管体的管壁厚度为0.1-1.5mm，进一步优选为0.7-0.8mm；所述管体外径为0.5-20mm，进一步优选为5-10mm。4.如权利要求1所述处理系统，其特征在于，所述金属或合金包括但不限于银、铜、金、铝、铁和不锈钢，优选为铜。5.如权利要求1所述处理系统，其特征在于，所述密封装置为单向阀；所述单向阀设置有密封盖，所述密封盖内设置有橡胶垫。6.如权利要求1所述处理系统，其特征在于，所述载液管管体两端设置有与管体密封连接的压力表和/或温度计；所述压力表和/或温度计上设置有紧固件(优选为螺母)，便于与载液管密封连接。7.如权利要求1所述处理系统，其特征在于，所述油浴锅油浴介质包括但不限于二甲基硅油等常用油浴介质，优选为二甲基硅油；所述降温源为冰浴锅，所述冰浴锅内为冰水混合物，其温度为0℃。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王存芳，张雪喜，李晶，陈笛，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37