基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统技术方案

本实用新型专利技术涉及微波杀菌技术领域，具体涉及一种基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统及工艺流程。包括依次连接的减压进料室、预热室、若干组的微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室；微波处理模块包括加热腔，加热腔上下端各设有一组微波加热组件，所述微波加热组件包括端部的微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，喇叭口下端通过微波窗口与加热腔相连；所述微波源为433MHz固态微波源。本实用新型专利技术采用了频率为433MHz的固态微波源作为微波杀菌系统的主要作用部分，既充分利用了433MHz微波更大的穿透深度，又缩小了占地面积，减少了波导管的长度，提高了系统的可控性和稳定性，为基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统的广泛应用奠定了基础。

Microwave sterilization system based on 433MHz solid-state microwave source

【技术实现步骤摘要】
基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统
本技术涉及微波杀菌
，具体涉及一种基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统。
技术介绍
随着现代生活节奏的加快，传统的罐装食品销量下滑、增长乏力，外卖食品以其新鲜度高，适口性好，高品质的特点占据巨大市场。外卖食品虽然品质高，但保质期短，难以存放；罐装食品有其保质期长，安全的优点。如何结合二者的优势，在提高保质期的同时提升产品品质是目前急需解决的难题。微波加热技术加工的食品品质好、货架期长，但也存在均匀性、重复性等问题。现多数微波加热设备的频率为915MHz和2450MHz，由于波长短，存在穿透深度小的问题。433MHz频率的微波优点是波长长，穿透深度大，但由于传统的磁控管的微波源体积大，433MHz的微波源在实际应用中较少。同时关于433MHz加热腔腔体设计也少，相关研究匮乏，主要还是集中在医学领域应用，但433MHz微波源用于微波理疗时功率较小，一般为几十瓦，而微波杀菌所用的微波功率一般在千瓦量级上，相差2个数量级，而且微波杀菌必须有完整的系统设计才能保证食品安全，而每一步需要精确的计算才能达到灭菌效果，这些方面医学领域的433MHz微波应用都没有涉及。在食品杀菌方面，现存的微波杀菌设备使用磁控管为微波源，频率稳定性差导致热型不稳定，导致了加热效果重复性差，而固态源具有高度可控的特点，频率稳定度高，可对设备运行中的频率、功率(正向/反向)、相位等实时反馈和调整。915MHz、2450MHz的设备由于适用腔体尺寸较小，工业放大难度大。而433MHz设备本身腔体设计就是工业规模，有利于工业放大，这就为433MHz固态微波源的微波杀菌系统的广泛应用提供了巨大的市场。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是传统915MHz和2450MHz微波杀菌设备，由于波长短，存在穿透深度小的问题的；而由于传统的磁控管的微波源体积大，433MHz的微波源在实际应用中也较少。为解决上述问题，本技术采用了频率为433MHz的固态微波源作为微波杀菌系统的主要作用部分，既充分利用了433MHz微波更大的穿透深度，又缩小了占地面积，减少了波导管的长度，提高了系统的可控性和稳定性，为基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统的广泛应用奠定了基础。为实现上述目的，本技术具体通过以下技术方案实现，一种基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，包括依次连接的减压进料室、预热室、若干组的微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室；微波处理系统由多个微波处理模块组成，可以通过设计使每个加热腔的热型不同，待灭菌食物通过多个加热腔可以最大化的缩小冷热点温差；减压进料室、预热室、微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室内均设有独立导轨，与各自的电机相连；所述微波处理模块包括加热腔，内设导轨，物料在此腔体内完成微波杀菌的操作，加热腔上下端各设有一组微波加热组件，所述微波加热组件包括端部的微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，喇叭口下端通过微波窗口与加热腔相连；所述微波源为433MHz固态微波源；所述加热腔的高度小于175mm(约四分之一波长)，宽度小于692mm(约一个波长)，此近场区域内进行加热可以有较好的均匀性；预热室、微波处理系统、保温箱、冷却室各设有循环水泵，腔内均注有软水，上部是空气，各腔室连通的门开在水位线以上；各部分配置的为独立水循环系统，用于控制温度。每一个腔室之间都是用伺服电机将载料架提出水面，用伺服电机把载料架放到到导轨上，再用压缩气缸推动载料架到后面箱体；这样完成两个箱体之间的过渡。本技术采用的微波频率为433MHz，有更大的穿透深度，可以用于处理更大厚度的食品。但将433MHz微波源用于微波理疗和微波杀菌大不相同，用于微波理疗时功率较小，一般为几十瓦，而微波杀菌所用的微波功率一般在千瓦量级上，相差2个数量级。而食品杀菌时如果频率稳定性差，就会导致热型不稳定，加热效果重复性差，对杀菌效果会有致命的影响，所以，在微波杀菌领域应用433MHz微波源还有许多结构需要调整，许多技术需要研究。而且，一般认为微波理疗是一种浅表热疗手段，主要利用微波的热效应来达到术后伤口消炎的效果。微波灭菌则利用了微波的热效应和非热效应(又指微波的生物学效应，微波非热生物效应指生物体内部不产生明显的升温,却可以产生强烈的生物响应,使生物体内发生各种生理、生化和功能的变化,导致细菌死亡,达到杀菌目的。)非热效应机制主要有以下几种：(1)微生物对微波具有选择吸收性。食品主要成分淀粉、蛋白质等对微波的吸收率比较小,食品本身升温较慢,但其中的微生物一般含水分较多,介质损耗因子较大,易吸收微波能,使其内部温度急升而被杀死。(2)降低水分活度，破坏微生物的生存环境。(3)对细胞膜的影响：在高频微波场下电容性结构的细胞膜将会电击穿而破裂,而温度不会明显上升；细胞膜发生机械损伤,使细胞内物质外漏,影响细菌的生长繁殖；微波电磁场感应的离子流会影响细胞膜附近的电荷分布,影响离子通道,导致膜的屏障作用受到损失,产生膜功能障碍,从而干扰或破坏细胞的正常新陈代谢功能,导致细菌生长抑制、停止或死亡。(4)细胞壁破碎,蛋白质核酸等物质将渗透到体外,导致微生物死亡。细胞膜及细胞壁的变化已被细胞显微结构分析得到证明。透射电镜下观察,微波处理后细菌菌体变形,细胞壁与细胞膜间隙增宽，细胞壁表面出现褶皱并部分模糊不清，细胞浆内容物不均匀，水分含量降低到40％。(5)从生物学角度上讲，微波导致细胞内DNA和RNA结构中的氢键松弛、断裂和重新组合,诱发基因突变,染色体143畸变等,从而中断细胞的正常繁殖能力。(6)偶极分子旋转和在交互电场中趋向线形排列,从而引起蛋白质二级、三级结构的改变,导致细菌微生物死亡。)所以，将433MHz微波源用于食品杀菌并非只是加热这么简单，控制其系统的稳定性也不仅是要解决加热不均的问题，而是需要一个完整的系统设计，例如本技术通过软件模拟、M-2模拟物进行热型模拟确定热型的稳定性、确定热型之后确定冷热点，在冷点位置插入温度传感器测量最低温度及温度曲线等一系列的设计，再通过采用固态微波源，将波导管的尺寸控制在533.4mm*266.7mm，喇叭口上平面尺寸控制在533.4mm*266.7mm、下平面尺寸控制在1066.8mm*266.7mm、高度400mm，加热腔控制高度100mm、长为1300mm、宽度为300mm，得到如图9-图11所示的设备电场模拟图(能量分布情况模拟)，可以看出单个微波处理模块的电场分布非常均匀，那么其微波作用的热效应和非热效应都会非常均匀，从而整个系统的杀菌效果就会非常均匀。进一步的，载料架左右两侧为活动的金属片，所述金属片与微波加热腔高度相同，从而间接的调整加热腔的宽度，从而达到调节磁场分布的作用，进而起到电场调节的作用。每个微波处理模块中的微波窗口可以设计为不同尺寸，然后针对不同的食物也可以调节金属片的间距位置，改变加热腔的实际加热宽度，达到调节加热腔宽度的效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，其特征在于：包括依次连接的减压进料室、预热室、若干组的微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室；减压进料室、预热室、微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室内均设有独立的导轨，与各自的电机相连；/n所述微波处理模块包括加热腔，加热腔上下端各设有一组微波加热组件，所述微波加热组件包括端部的微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，喇叭口下端通过微波窗口与加热腔相连；所述微波源为433MHz固态微波源；/n预热室、微波处理系统、保温箱、冷却室各设有循环水泵，腔内均注有软水。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，其特征在于：包括依次连接的减压进料室、预热室、若干组的微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室；减压进料室、预热室、微波处理模块、保温箱、冷却室和减压出料室内均设有独立的导轨，与各自的电机相连；
所述微波处理模块包括加热腔，加热腔上下端各设有一组微波加热组件，所述微波加热组件包括端部的微波源，微波源通过波导管与喇叭口相连，喇叭口下端通过微波窗口与加热腔相连；所述微波源为433MHz固态微波源；
预热室、微波处理系统、保温箱、冷却室各设有循环水泵，腔内均注有软水。


2.如权利要求1所述的基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，其特征在于：所述加热腔的高度小于175mm，宽度小于692mm。


3.如权利要求1所述的基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，其特征在于：载料架左右两侧为活动的金属片，所述金属片与微波加热腔高度相同。


4.如权利要求1所述的基于433MHz固态微波源的微波杀菌系统，其特征在于：所述减压进料室包括进料前门、进料后门，前端的进料前门连通外界与减压进料室，其下方设有高压气缸，室体与加压设备相连，后端的进料后门连通减压进料室与预热室。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：薛长湖，薛倩倩，姜晓明，李兆杰，常耀光，薛勇，徐杰，王玉明，唐庆娟，王静凤，樊艳，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东;37