微波-电磁双热源加热及杀菌设备

技术领域

本发明涉及微波杀菌技术领域，具体涉及一种微波-电磁双热源加热及杀菌设备。

背景技术

传统的杀菌方式热处理时间长，产品品质劣化严重。以传统的水浴杀菌或蒸汽杀菌为例，热量从外向内扩散从而达到加热及杀菌食品的目的。故而这些传统的杀菌方式主要存在着以下几个缺点：一、由于传统热力杀菌是从外向内进行杀菌，因此，要使食品内部达到目标的杀菌效果需要大量的时间。导致生产时间长，效率低下，耗能高。二、由于传统热力杀菌时间较长，造成产品品质劣化严重。与热处理时间较短的产品相比，表现在产品颜色差、口感差、营养成分流失严重，严重影响了产品对人们的吸引力及顾客的购买力。三、由于传统加热方式的热传递为由内而外，导致产品内外的品质差异大，例如产品外部已经软烂，但是内部仍旧夹生。这种品质上的巨大差异，给消费者带来了严重的不良体验，对原材料的加工与利用、产品的销售流通等造成了巨大影响，带来了巨大的经济损失。由于以上这些缺点，导致消费者对于罐头食品的印象较差，消费者普遍认为虽然罐头食品保质期长，但食品不新鲜，口感差，营养价值低，不好吃。不仅仅是罐头食品，对于其他同样需要加热、杀菌处理等步骤的食品物料，采用以上传统杀菌方式进行生产加工时存在同样的缺陷。因此急需一种新的杀菌方式来生产品质高，口感好，营养物质保留更好的食品。

微波是一种能够对物料进行整体加热的介电加热方式。食品物料吸收微波能将其转换成热能，从而使自身整体同时升温。在微波加热过程中，食品物料中的极性分子产生定向移动，将电磁波传递并转化为热能，使物料迅速升温。食品中的水分、蛋白质、碳水化合物和脂肪等都是极性分子，当电场方向变化时就会引起分子偶极的转动，引起分子间剧烈地摩擦，使分子热运动加剧，从而达到加热食品的目的。

然而使用微波处理食品存在一定的加热不均匀的问题，例如由于微波具有一定的穿透深度，微波能量在物料的深度(垂直方向)上不断递减。因为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，所以目前使用的较多是915MHz和2450MHz微波杀菌设备，但如何解决其微波杀菌设备波长短、穿透深度小的问题，是目前研究的重点。而且目前现有的微波杀菌设备基本上均为水床式杀菌设备，体积较大，杀菌成本高，无法满足杀菌工艺的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是传统915MHz和2450MHz微波杀菌设备波长短、穿透深度小，而且目前现有的微波杀菌设备基本上均为水床式杀菌设备，体积较大，杀菌成本高，无法满足杀菌工艺的需求。

为解决上述问题，本发明采用了将微波加热与电磁加热融合在一起的方式，极大程度上避免了微波加热不均匀的问题。同时本设备采用了密封可加压的加热容器，可以均匀的使电磁和微波相结合，并且可以承受一定的压力，增加了水的沸点，同时大幅减少了食品物料的加热时间。同时本发明为专用设备，体型较小，灵活性高；并采用近场微波，加热速度快；采用了耐压加热容器，可以实现高温杀菌。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现，微波-电磁双热源加热及杀菌设备，包括外壳，由屏蔽微波或者防止微波泄露的材料制成，外壳内设有由纵向的支撑管件和横向的支撑板件组成的支架，用于固定或控制加热源的位置及距离；支撑板件包括由上至下间隔设置的顶层支撑板、第一层支撑板、第二层支撑板和底层支撑板，顶层支撑板、第一层支撑板之间通过上层支撑管件相连，第一层支撑板、第二层支撑板之间通过中层支撑管件相连，第二层支撑板、底层支撑板之间通过底层支撑管件相连，一方面通过支撑管件固定支撑板件的位置，另一方面通过控制支撑板件在支撑管件上的移动调节微波加热源和电磁加热源之间的距离，使得微波加热腔能够完全覆盖住加热容器，得到良好的杀菌效果；第一层支撑板上设有微波加热源，微波加热源与顶层支撑板、第一层支撑板之间的第一电机相连，通过电机起到支撑作用，同时在支撑部件底部为伸缩弹簧时，电机也可以推动微波加热源的上下移动；微波加热源包括第一层支撑板中心的波导管，与波导管顶部相连的微波源，微波源上方设有冷却装置，用于降低微波源加热过程中的温度；波导管下端连接微波加热腔，位于第二层支撑板设置的电磁加热源上方，波导管将微波从微波源引导至微波加热腔中；电磁加热源包括第二层支撑板中心的电磁加热元件和其上方接触设置的加热容器，所述加热容器上设有密封盖，可以承受一定的压力，且加热容器上方的密封盖为四氟乙烯的具有螺纹的碗盖，可以透过微波进行加热；加热容器的碗体为304不锈钢，碗底部有导热涂层，可以快速进行热传导，因此可以实现上方由微波穿透对食品进行整体加热，下方由电磁加热元件加热。由于微波强度随着食品深度的增加，在食品深度(纵向)上强度减少，即微波具有一定的穿透深度。因此下部的食品微波加热效果弱于食品上部，下部有辅助电磁加热元件进行加热，较好的结合了两种加热方式的优势。即两种热源结合可以很好地提高设备的加热程度及均匀性。

中层支撑管件底部通过伸缩弹簧与第二层支撑板上的连接件连接；第二层支撑板和底层支撑板之间设有第二电机和支撑在第二层支撑板和底层支撑板之间的液压杆，二者相连，通过电机控制液压杆的伸缩；在设备运行过程中，加热容器和电磁加热元件可在下方直流电机的推动下向上移动，与微波加热腔相互靠近，直至微波加热腔能够完全覆盖住加热容器；

外壳对应加热容器的位置设有门，用于放入及拿出加热容器。

进一步的，所述外壳为金属外壳。

进一步的，所述微波加热源的微波频率为400MHz-2500 MHz。

进一步的，冷却装置为风冷装置或水冷装置。

进一步的，电磁加热元件顶部设有弧形凹槽，直径、深度与加热容器尺寸相匹配，独特的弧形的电磁加热元件，能够很好的贴合加热容器底部，加热效果更好。

进一步的，所述第一电机和第二电机为直流电机或伺服电机。

进一步的，上层支撑管件底端通过伸缩弹簧与第一层支撑板上的连接件连接，第一电机和支撑在顶层支撑板、第一层支撑板之间的液压杆相连。通过电机控制液压杆的伸缩；在设备运行过程中，微波加热源可在上方直流电机的推动下向下移动，与电磁加热源相互靠近，直至微波加热腔能够完全覆盖住加热容器。

进一步的，在外壳上设有中央集成控制器，为LED屏，通过线路与电机、微波加热源、电磁加热源连接，集中控制。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用微波-电磁双热源杀菌方式，避免了由高温蒸煮时间增加导致的成品内外品质差异较大的问题。微波电磁双热源杀菌方式在整体加热的基础上，同时结合电磁由外而内的热传导，极大程度上避免了微波在垂直方向上加热不均匀的问题，减少了微波加热不均的程度。

(2)本设备采用了密封可加压的加热容器，与压力锅的原理相似，增加了水的沸点，加速食物的加热过程，大幅减少了食品物料的加热时间，改善食品品质，促进热传导，加速食品熟化。

(3)本设备适合商业化，体积如家用冰箱大小。因此很适合放置在商场等地，用作自动售货机使用。例如：制作，顾客选购螃蟹后，采用本设备直接进行烹饪，等待几分钟后便可以直接食用。解决了传统加工方式加热速率低，加工时间长，产品品质差的问题，具有提高加热速率，减少加工时间，改善食品口感品质和提高生产效率的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的外部结构示意图。

图2是实施例1的内部结构示意图。

图3是实施例2的内部结构示意图。

图4是模拟食品热型图。

图5是杀菌后的食品图片。

图中，外壳1、门2、支撑管件3、上层支撑管件31、中层支撑管件32、底层支撑管件33、第一电机4、支撑板件5、第一层支撑板51、第二层支撑板52、伸缩弹簧6、冷却装置7、微波源8、波导管9、微波加热腔10、加热容器11、电磁加热元件12、第二电机13、中央集成控制器14。

具体实施例

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

微波-电磁双热源加热及杀菌设备，包括外壳1，由屏蔽微波或者防止微波泄露的材料制成，外壳1内设有由纵向的支撑管件3和横向的支撑板件5组成的支架，用于固定或控制加热源的位置及距离；支撑板件5包括由上至下间隔设置的顶层支撑板、第一层支撑板51、第二层支撑板52和底层支撑板，顶层支撑板、第一层支撑板51之间通过上层支撑管件31相连，第一层支撑板51、第二层支撑板52之间通过中层支撑管件32相连，第二层支撑板52、底层支撑板之间通过底层支撑管件33相连，一方面通过支撑管件固定支撑板件的位置，另一方面通过控制支撑板件在支撑管件上的移动调节微波加热源和电磁加热源之间的距离，使得微波加热腔能够完全覆盖住加热容器，得到良好的杀菌效果；第一层支撑板51上设有微波加热源，微波加热源与顶层支撑板、第一层支撑板51之间的第一电机4相连，通过电机起到支撑作用；微波加热源包括第一层支撑板51中心的波导管9，与波导管9顶部相连的微波源8，微波源8上方设有冷却装置7，用于降低微波源加热过程中的温度；波导管9下端连接微波加热腔10，位于第二层支撑板52设置的电磁加热源上方，波导管9将微波从微波源引导至微波加热腔10中；电磁加热源包括第二层支撑板52中心的电磁加热元件12和其上方接触设置的加热容器11，所述加热容器上设有密封盖，可以承受一定的压力，且加热容器上方的密封盖为四氟乙烯的具有螺纹的碗盖，可以透过微波进行加热；加热容器的碗体为304不锈钢，碗底部有导热涂层，可以快速进行热传导，因此可以实现上方由微波穿透对食品进行整体加热，下方由电磁加热元件加热。由于微波强度随着食品深度的增加，在食品深度(纵向)上强度减少，即微波具有一定的穿透深度。因此下部的食品微波加热效果弱于食品上部，下部有辅助电磁加热元件进行加热，较好的结合了两种加热方式的优势。即两种热源结合可以很好地提高设备的加热程度及均匀性。

中层支撑管件32底部通过伸缩弹簧6与第二层支撑板52上的连接件连接；第二层支撑板52和底层支撑板之间设有第二电机13和支撑在第二层支撑板52和底层支撑板之间的液压杆，二者相连，通过电机控制液压杆的伸缩；在设备运行过程中，加热容器和电磁加热元件可在下方直流电机的推动下向上移动，与微波加热腔相互靠近，直至微波加热腔能够完全覆盖住加热容器；

外壳对应加热容器的位置设有门2，用于放入及拿出加热容器11。

所述外壳为金属外壳。

所述微波加热源的微波频率为400MHz-2500 MHz。

冷却装置7为风冷装置或水冷装置。

所述第一电机和第二电机为直流电机或伺服电机。

在外壳1上设有中央集成控制器14，为LED屏，通过线路与电机、微波加热源、电磁加热源连接，集中控制。

实施例2：

电磁加热元件12顶部设有弧形凹槽，直径、深度与加热容器11尺寸相匹配，独特的弧形的电磁加热元件，能够很好的贴合加热容器底部，加热效果更好。

其余均与实施例1相同。

实施例3：

上层支撑管件31底端通过伸缩弹簧与第一层支撑板51上的连接件连接，第一电机4和支撑在顶层支撑板、第一层支撑板51之间的液压杆相连。通过电机控制液压杆的伸缩；在设备运行过程中，微波加热源可在上方直流电机的推动下向下移动，与电磁加热源相互靠近，直至微波加热腔能够完全覆盖住加热容器。

其余均与实施例1相同。

杀菌效果：

图4显示了模拟食品经过此设备中进行处理后的图片，图4左图为模拟食品在此设备中进行杀菌处理后的实拍图片。图4右图为使用软件进行处理后得到的热型图。

模拟食品中添加了羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)，在加热的条件下，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素。因此在加热之后模拟食品的颜色会加深。

图5是对食品进行杀菌之后的图片。对大闸蟹、石甲红螃蟹、鲍鱼、虾蛄(皮皮虾)、南美白对虾、缢蛏(蛏子)、红岛蛤蜊进行了杀菌处理。实验结果表明，与传统的蒸汽杀菌相比，在相同的微生物水平上，使用此设备进行杀菌处理，处理时间更短，感官评鉴结果更佳。

根据国标《GB/T 37062-2018水产品感官评价指南》对水产品进行感官评鉴。参与感官评定的人员为经过培训的感官评定小组成员。

感官评鉴计分表

根据以上感官评鉴计分表进行评分以及杀菌时间和菌落总数的对比如下：

杀菌效果对比

另外，因在微波加热腔与加热容器不能形成完全的密闭空间时，微波和电磁均是不工作的。因此微波不能完全覆盖加热容器时，无微波，无电磁，所以没有杀菌效果。