技术领域
本发明涉及一种用于辅助杀菌的流体撞击腔，主要用于医药、生物、食品、 化妆品等领域，对液态物料中的微生物，如酵母、大肠杆菌等进行杀灭作用。
背景技术
在医药、生物、食品、化妆品等领域，对微生物的杀菌工序至关重要，是 保证食品安全和产品货架期的重要保障，根据杀菌时温度不同杀菌可分为热杀 菌和冷杀菌，传统的加热杀菌对食品的营养价值和风味难免会产生一些负面影 响，特别是对热敏性食品往往难以达到预定效果。冷杀菌更能保持食品特有的 风味和品质，避免因加热所引起的色变、热分解、加热臭和产生有害物质等不 利因素，但在目前的技术中冷杀菌的杀灭微生物效果往往不如热杀菌。杀菌根 据其作用方式可又分为化学杀菌和物理杀菌。物理杀菌克服了化学试剂与微生 物细胞内物质作用生成的产物对人体产生的不良影响，同时也避免了食品中残 留或添加的化学试剂对人体的负面作用能更好地保持食品的自然风味，甚至改 善食品的质构，而化学杀菌还可能带入异味。因此，站在食品品质的角度上来 看，自然更倾向选择冷杀菌以避免热杀菌给食品带来的品质劣变；也自然更倾 向物理杀菌以避免化学杀菌给食品带来的安全性关注。如果采用物理方法同时 又避免高温度的杀菌技术应该是最有前途的方式。为此，国际上科学工作者一 直在积极探索这种杀菌方式的技术。如超高压杀菌技术(HHP)、微波杀菌、脉 冲强光杀菌技术等。
传统阀式高压均质机对液体物料微生物的影响较早被人所关注，如Lutz Popper等研究了高压均质作用并结合pH值、温度和水分活度对食品中的一些 致病微生物和腐败菌的影响，但这种均质机形式受限于其压力(一般为60～ 80Mpa)和作用机制，杀菌能力不足使其成为一道独立的杀菌工序或发展一门 独立的物理杀菌技术，更多情况下只能是作为杀菌工序的辅助手段，如Heinz 等应用高脉冲电场、高压均质、超声波、压力移动冻结和加热等方法与HHP技 术相结合有增强杀灭枯草杆菌芽孢的效果。日前新兴开发的超高压均质机压力 大幅提高，并在工作原理上与阀式高压均质机具有很大的不同，在对液体物料 进行均质处理的同时能起到更大的杀菌效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于辅助杀菌的流体撞击腔。
本发明的技术方案为：
用于辅助杀菌的流体撞击腔，包括头尾互相连接的二元主腔和二元副腔， 二元主腔由主管体和主管体内的孔道组成；二元副腔由副管体和副管体内的孔 道组成；其中：
主管体内的孔道是由依次前后连接的主进料管、第一主谐振管、第二主谐 振管、主缓冲管、主分流管、主撞击管、主射流管、主突变管、主缩流管和主 出料管组成；
第一主谐振管和第二主谐振管的直径大于主进料管和主缓冲管的直径；主 缓冲管与主撞击管之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成主分流 管；主射流管的直径小于主突变管、主缩流管和主出料管的直径；主突变管的 直径大于主缩流管的直径；主缩流管的直径小于主出料管的直径；
副管体内的孔道是由依次前后连接的副进料管、第一副谐振管、第二副谐 振管、副缓冲管、副分流管、副撞击管、副射流管、副扩流管和副出料管组成；
第一副谐振管和第二副谐振管的直径大于副进料管和副缓冲管的直径；副 缓冲管与副撞击管之间设置有堵块，堵块上下对称开有细小的槽管形成副分流 管；副射流管的直径小于副扩流管和副出料管的直径；副扩流管的直径小于副 出料管的直径。
用于辅助杀菌的流体撞击腔，其中：二元主腔的主出料管与二元副腔的副 进料管连接；二元主腔的主进料管与外界连通；二元副腔的副出料管与外界连 通。
用于辅助杀菌的流体撞击腔，其中：二元副腔的副出料管与二元主腔的主 进料管连接；二元副腔的副进料管与外界连通；二元主腔的主出料管与外界连 通。
二元主腔和二元副腔名称的由来是：二元主腔包括第一主谐振管、第二主 谐振管，二元副腔包括第一副谐振管、第二副谐振管。
工作原理：
先将初步破碎的物料悬浮于液体溶液中，依靠现有高压设备产生高速液 流。高速液流经过谐振管产生谐振，液流喷射速度进一步提高，两股高速液流 在缓冲管内稍做缓冲，又急速的被压迫进入直径细小的分流管中形成两股高速 液流并在撞击管中剧烈碰撞。工作过程中产生高速剪切作用、气穴作用、振动 振荡作用、涡旋作用、膨化作用、瞬时温升和瞬时压降等一系列作用，从而将 悬浮液中的物料颗粒进一步破碎。
悬浊液在高压泵作用下进入用于辅助杀菌的流体撞击腔的进料管，在用于 辅助杀菌的流体撞击腔中有圆柱形空腔作为谐振管，这有利于产生自振脉冲射 流，流体的扰动频度与腔室固有频率相匹配对，激励流体共振，产生大幅值、 高频率的波动压力。流体被分成两股高速液流后，由于其强大的纵向速度差造 成巨大的剪切作用。当两股相同的高速流体正面相撞，流体猛然失去原来流动 方向上的速度，产生巨大的撞击能量。流体中的固体颗粒之间强烈相撞。同时， 由于流场相撞产生巨大的压力降，在撞击区会形成强烈的涡旋作用。流体出现 强烈横向方向的撞击和摩擦，流体中的颗粒经垂直撞击后又经历横向撞击和摩 擦。随着均质机柱塞泵输出功率增加，流体获得越大的动量进行撞击。除垂直 方向和横向方向的作用外，其它各个方向的涡旋作用都有程度不同的撞击与摩 擦。流体相撞后产生巨大的压力降，当压力低于液体的蒸气压时出现气穴现象。 当随着气穴作用的时间和强度的增大，气蚀产生的威力也是不容置疑的，那它 巨大能量则更多转嫁在周围流场中，从而对流场产生比高压阀式均质机阀芯中 流场更大的破坏作用。
本发明的优点在于：采用二元主腔或二元副腔的组合，特别是细小的双股 分流管、细小的副射流管等结构，让高速液流剧烈碰撞。工作过程中产生高速 剪切作用、气穴作用、振动振荡作用、涡旋作用、膨化作用、瞬时温升和瞬时 压降等一系列作用，从而将悬浮液中的固体物料以及微生物的细胞壁破碎得到 细小碎片。
二元主腔或二元副腔的组合将微生物的细胞壁破碎后，使微生物丧失了生 存的基本条件，从而达到辅助杀菌的效果。微生物的自身体积很小，普通的一 元主谐振管的主腔和一元副谐振管副腔中产生的谐振还不够充分，虽然有辅助 杀菌效果，但不够理想。
相对而言，为了得到更好的辅助杀菌，需要二个主谐振管的二元主腔，二 个副谐振管的二元副腔。
对于用于辅助杀菌的流体撞击腔，它主要由二元主腔和二元副腔组合而 成。使用一元主腔和一元副腔的辅助杀菌效果不如二元主腔和二元副腔组合的 效果。
附图说明
图1为本发明二元主腔的主出料管9a和二元副腔的副进料管1b连接的双 腔组合的结构示意图；
图2为本发明二元副腔的副出料管9b和二元主腔的主进料管1a连接的双 腔组合的结构示意图。
附图标记：主进料管1a、第一主谐振管2a1、第二主谐振管2a2、主缓冲 管3a、主分流管4a、主撞击管5a、主射流管6a、主突变管7a、主缩流管8a、 主出料管9a、副进料管1b、第一副谐振管2b1、第二副谐振管2b2、副缓冲管 3b、副分流管4b、副撞击管5b、副射流管6b、副扩流管10b、副出料管9b。
具体实施方式
实施例1
用于辅助杀菌的流体撞击腔，包括头尾互相连接的二元主腔和二元副腔， 二元主腔由主管体和主管体内的孔道组成；二元副腔由副管体和副管体内的孔 道组成；其中：
主管体内的孔道是由依次前后连接的主进料管1a、第一主谐振管2a1、第 二主谐振管2a2、主缓冲管3a、主分流管4a、主撞击管5a、主射流管6a、主 突变管7a、主缩流管8a和主出料管9a组成；
第一主谐振管2a1和第二主谐振管2a2的直径大于主进料管1a和主缓冲 管3a的直径；主缓冲管3a与主撞击管5a之间设置有堵块，堵块上下对称开 有细小的槽管形成主分流管4a；主射流管6a的直径小于主突变管7a、主缩流 管8a和主出料管9a的直径；主突变管7a的直径大于主缩流管8a的直径；主 缩流管8a的直径小于主出料管9a的直径；
副管体内的孔道是由依次前后连接的副进料管1b、第一副谐振管2b1、第 二副谐振管2b2、副缓冲管3b、副分流管4b、副撞击管5b、副射流管6b、副 扩流管10b和副出料管9b组成；
第一副谐振管2b1和第二副谐振管2b2的直径大于副进料管1b和副缓冲 管3b的直径；副缓冲管3b与副撞击管5b之间设置有堵块，堵块上下对称开 有细小的槽管形成副分流管4b；副射流管6b的直径小于副扩流管10b和副出 料管9b的直径；副扩流管10b的直径小于副出料管9b的直径。
实施例2
用于辅助杀菌的流体撞击腔，其中：二元主腔的主出料管9a与二元副腔 的副进料管1b连接；二元主腔的主进料管1a与外界连通；二元副腔的副出料 管9b与外界连通。其余同实施例1。
实施例3
用于辅助杀菌的流体撞击腔，其中：二元副腔的副出料管9b与二元主腔 的主进料管1a连接；二元副腔的副进料管1b与外界连通；二元主腔的主出料 管9a与外界连通。其余同实施例1。
实施例4
嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothemophilus)的杀灭效果。
以牛奶添加大肠杆菌悬浊液为试样，以美国Microfluidic公司生产的 Microfluidizer M-700为主体设备，采用副腔在前、主腔在后的方式处理时 二元副腔的副进料管1b与Microfluidizer M-700的高压部分连接，牛奶 添加大肠杆菌悬浊液在二元副腔和二元主腔中完成辅助杀菌后，再经二元主腔 的主出料管9a释放出来。
以不同压力不同次数处理结果为：随着处理压力的提高，大肠杆菌的致死 率上升；进料温度10、25、40℃下分别处理一次时，随着处理压力从80MPa 上升到120MPa，致死率分别从55.35％、56.73％、58.46％上升到75.73％、76.48％、 76.43％。致死率随着处理次数的增加而上升，且增加处理次数比提高作用压力 的效果要好的多。室温(25℃)下，采用在100MPa、110MPa、120MPa下分别 对样品处理3次，100MPa下处理的致死率分别为第一次66.8％、第二次75.48％、 第三次76.78％，110MPa下分别为第一次70.25％、第二次75.69％、第三次81.42％， 120MPa下分别为第一次73.75％、第二次80.79％、第三次84.38％。
实施例5：对酵母的杀灭效果。
以酵母菌(S.cerevisiae TB6)培养液为试样，以美国Microfluidic公 司生产的Microfluidizer M-700为主体设备，采用主腔在前、副腔在后的 方式处理时二元主腔的主进料管1a与Microfluidizcr M-700的高压部分 连接，酵母菌培养液中的固体物料在二元副腔和二元主腔中完成辅助杀菌后， 再经二元副腔的副出料管9b释放出来。采用在100MPa处理三次的致死率分别 为第一次63.88％、第二次75.69％、第三次80.31％。
实施例6：对酵母的杀灭效果
以酵母菌(S.cerevisiae TB6)培养液为试样，以美国Microfluidic公 司生产的Microfluidizer M-700为主体设备，采用主腔在前、副腔在后的 方式处理时一元主腔的主进料管1a与Microfluidizcr M-700的高压部分 连接，酵母菌培养液中的固体物料在一元主腔和一元副腔中完成辅助杀菌后， 再经一元副腔的副出料管9b释放出来。采用在100MPa处理三次的致死率分别 为第一次47.87％、第二次54.22％、第三次59.35％。
二元主腔与一元主腔的区别在于二元主腔包括第一主谐振管2a1和第二主 谐振管2a2。而一元主腔只有一个主谐振管。
二元副腔与一元副腔的区别在于二元副腔包括第一副谐振管2b1和第二副 谐振管2b2。而一元副腔只有一个副谐振管。
通过对比可以发现二元主腔和二元副腔的组合比一元主腔和一元副腔的 组合杀菌效果更好。