本发明涉及流体食品非热杀菌保鲜技术领域，特别是一种基于脉冲电场的流体食品杀菌装置及方法。
背景技术：
作为全球第一大食品工业国，食品产业已成为我国国民经济最具活力的“新的增长点”和发展现代农业的“新空间”。饮品占了食品行业的半边天，品质、营养和质量安全关系着千家万户的每一个人，也是拉动内需、保障民生、促进经济增长，大量转化农产品和增加农民收入的支柱产业。食品安全和营养品质至关重要，2017年全国食物中毒报告中分析认为，细菌性中毒占比超过50％，因此，杀菌是食品加工生产过程中的首要工序，通过杀菌保证食品安全问题。在技术水平较为落后的发展前期，首先要保证安全饮用，可以容忍损失一部分营养；随着科技和生活水平的逐步提升，在保证食品安全的前提下，如今，越来越多的消费者对方便、优质、风味自然、口感醇厚、外观新鲜的食品更为青睐，对获得这种食品的最少化加工亦提出了更高的要求。
现如今的杀菌工艺主要以热杀菌为主，并辅以化学药剂杀菌和紫外线杀菌。但是热处理易破坏食品原有的色、香、味、形，会引起热敏性物质的损失和营养成分的流失。后两种属于传统非热处理技术，化学药剂杀菌主要适用于大批量的灭菌，但存在工艺参数多、较难控制、有化学物质残留的不足，且多数化学物质含致癌物质，会对人类健康造成威胁。紫外线可以杀灭多种微生物，无残留物质，但紫外线辐照能量较低、穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物。
而脉冲电场杀菌是非热杀菌中较为前沿有效的方法之一。它具有杀菌时间短，耗能低，介质升温小等优点。当脉冲电场强度增加到临界值后，细胞膜通透性剧增，从而出现穿孔效应，膜强度降低。同时脉冲电场的电压在极短的时间内剧烈波动，在膜上产生震荡效应。孔的增大和震荡效应的共同作用使得细胞发生崩溃。
近年来，关于利用脉冲电场对流体食品进行杀菌保鲜的专利和文献逐年递增，但各具特点。如，周建勋等人提供一种应用于流体食品杀菌的高压脉冲电场杀菌系统，其包括不锈钢泵、过滤器、计量阀，其中不锈钢泵用于输送物料、过滤器用于过滤物料、计量阀用于计量物料，利用高压脉冲电场杀菌系统对饮料进行灭菌，提高传统饮品的货架期。但该种装置的缺点在于，反应结构较为复杂，若大面积工业化将会有过高的故障风险。彭华明、邝展鹏等人设计了一种家用高压脉冲电场杀菌装置，包括翻盖、箱体、上电极板、下电极板、脉冲电场发生电路、电源等设备，旨在杀灭食物中的微生物，延长食物在冰箱中的可存储时间，维持食物的口感风味，能耗小，耗时短，操作简便，易于维护，成本可控，属于家庭厨房用食物处理电器技术领域。但是该设备的缺点在于，未考虑家庭使用实际条件，该设计对家庭设备要求过高，且对其他电器可能造成影响，引发安全问题。张长利、杨方等人利用高压脉冲电场杀菌处理装置，解决了现有高电压脉冲杀菌装置造价高以及杀菌室结构不合理的问题，并应用于流体杀菌领域。但是，该装置的缺点在于，其处理室为密封长方体空间，无法做到持续性流动处理，阻碍了其大面积工业化。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于脉冲电场的流体食品杀菌装置及方法，本装置可以可稳定、持续得施加脉冲电场，配合前后缓冲罐等装备，可实现连续性杀菌，杀菌效果好，效率高，具有极好的工业化前景。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种基于脉冲电场的流体食品杀菌装置包括，
高压端，其轴线重合流体食品杀菌装置的中心轴线，所述高压端包括设在其顶部的接线头和多个自高压端外表面垂直延伸的钢针，
高频脉冲电源，其电连接所述接线头，
外壁，其以所述高压端为轴线环绕设置，所述外壁连接地电极，外壁和高压端之间形成环形间隙，
第一缓冲罐，其流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，所述第一缓冲罐垂直地密闭连接于所述高压端靠近顶部的第一侧，
第二缓冲罐，其流速可控地将流体食品导出所述环形间隙，所述第二缓冲罐垂直地密闭连接于相对于所述第一侧的第二侧，第一缓冲罐和第二缓冲罐密封所述环形间隙。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，所述接线头可拆卸连接所述高压端。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，所述钢针均匀分布在高压端侧表面上，两根钢针之间的间距大于高压端半径，钢针长度小于高压端半径。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，高压端轴半径为2.5mm，外壁的外径为5mm。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，外壁贴设软电极接地。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，高压端与反应器外壁均采用不锈钢材料制成。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，所述高频脉冲电源的上升沿及脉宽可调，电压幅值为5kv-15kv。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，所述高压端经由垫片螺纹连接第一缓冲罐和第二缓冲罐。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置中，所述第一缓冲罐的流速不大于第二缓冲罐的流速。
根据本发明另一方面，一种所述基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的杀菌方法包括以下步骤，
第一缓冲罐流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，
高压端和外壁在环形间隙之间形成脉冲电场，脉冲电场作用于环形间隙中的流体食品，
第二缓冲罐流速可控地将流体食品导出所述环形间隙。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明处理效果更好，速度更快，杀菌更彻底，产物更干净，且营养的流失与能耗远低于当前工艺；同常规的pef处理发生器相比，处理腔体积更大，处理效率更高；两端可开口加压，具有处理流动流体的能力，支持不同流速下的连续杀菌；采用同轴结构，能根据工业需要延伸或布置杀菌管道。本发明处理过程在常温常压下进行，不需要高温蒸煮设备，处理时间短，速度快，杀菌效果好，且能根据生产量的需求决定管道的铺设与长短，方便大面积工业化。本发明通体采用不锈钢材质，且均用螺纹连接，处理系统耐腐蚀，密封好，且安装拆卸方便。在使用时将果汁，牛奶等流体食品充满管道，可根据工业需求控制缓冲罐压强以控制流速。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1为本发明的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的结构示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1所示，一种基于脉冲电场的流体食品杀菌装置包括，
高压端1，其轴线重合流体食品杀菌装置的中心轴线，所述高压端1包括设在其顶部的接线头6和多个自高压端1外表面垂直延伸的钢针5，
高频脉冲电源，其电连接所述接线头6，
外壁2，其以所述高压端1为轴线环绕设置，所述外壁2连接地电极，外壁2和高压端1之间形成环形间隙，
第一缓冲罐4，其流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，所述第一缓冲罐4垂直地密闭连接于所述高压端1靠近顶部的第一侧，
第二缓冲罐3，其流速可控地将流体食品导出所述环形间隙，所述第二缓冲罐3垂直地密闭连接于相对于所述第一侧的第二侧，第一缓冲罐4和第二缓冲罐3密封所述环形间隙。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述接线头6可拆卸连接所述高压端1。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述钢针5均匀分布在高压端1侧表面上，两根钢针5之间的间距大于高压端1半径，钢针5长度小于高压端1半径。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，高压端轴半径可为1.5-3mm，外壁的外径为4.5-5.5mm。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，外壁2贴设软电极接地。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，高压端1与反应器外壁2均采用不锈钢材料制成。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述高频脉冲电源的上升沿及脉宽可调，电压幅值为5kv-15kv。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述高压端1经由垫片螺纹连接第一缓冲罐4和第二缓冲罐3。
所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的优选实施例中，所述第一缓冲罐4的流速不大于第二缓冲罐3的流速。
为了进一步理解本发明，在一个实施例中，装置包括贯通整个处理器的中轴高压端1，高压端1在顶部延伸出一定高度，用于外接高压电源。不锈钢器壁上贴有软电极用以接地。
本发明进一步的改进在于，采用脉冲电场对流体食品进行杀菌处理。相当于现有工艺，杀菌效果更好，效率更高，营养损失更小，成本更低。
本发明进一步的改进在于，采用同轴结构，高压端1置于轴心位置，可以进行长距离延伸，适合大规模工业化应用。
本发明进一步的改进在于，高压端1延伸出多根钢针5，可大程度畸变电场分布，改善处理效果。
本发明进一步的改进在于，高压端1轴半径为2.5mm，且伸出部分方便可拆卸。
本发明进一步的改进在于，脉冲电场发生器的外径为5mm，内外径之间相差2.5mm，装填流体体积增大，处理效率更高。
本发明进一步的改进在于，同轴结构配合以两边连接的缓冲罐，使得流体食品在内部迅速流动，极高的提升了处理效率。
本发明进一步的改进在于，高压端1与反应器外壁2均采用不锈钢材料，具有极佳耐腐蚀性能，方便长时间大规模工业会应用。
本发明进一步的改进在于，本结构所有连接均采用螺纹固定，并用氟橡胶密封圈进行密封。装卸方便，密封效果好。
本发明进一步的改进在于，高压电源为高频脉冲电源，上升沿及脉宽可调参数较广。
本发明进一步的改进在于，高压电源的电压幅值为5kv-15kv。
在一个实施例中，将待处理菌液或果汁，牛奶等流体食品注入环形间隙中，注满后，放置垫片并拧紧螺丝，将高压端1与脉冲电源连接，外壁2与地电极连接，施加高频脉冲，开始处理。
若需进行连续流动处理，则需要在两侧连接两缓冲罐，根据缓冲器原理将果汁，牛奶等流体食品充满管道，根据工业需求控制缓冲罐压强以控制流速。
根据食品处理的需要，高压脉冲电源提供外施电压幅值为5kv-15kv，对应不同效果，即可产生杀菌效果，处理无噪声，效果好，速度快，且营养损失远小于现有工艺。根据实际需求，可增加处理管道长度或改变管道铺设方式及位置，整个装置放电功率较小，符合国家要求。
一种权所述基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的杀菌方法包括以下步骤，
第一缓冲罐4流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，
高压端1和外壁2在环形间隙之间形成脉冲电场，脉冲电场作用于环形间隙中的流体食品，
第二缓冲罐3流速可控地将流体食品导出所述环形间隙。
工业实用性
本发明所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置及方法可以在杀菌保鲜领域制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
1.一种基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其包括，
高压端，其轴线重合流体食品杀菌装置的中心轴线，所述高压端包括设在其项部的接线头和多个自高压端外表面垂直延伸的钢针，
高频脉冲电源，其电连接所述接线头，
外壁，其以所述高压端为轴线环绕设置，所述外壁连接地电极，外壁和高压端之间形成环形间隙，
第一缓冲罐，其流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，所述第一缓冲罐垂直地密闭连接于所述高压端靠近顶部的第一侧，
第二缓冲罐，其流速可控地将流体食品导出所述环形间隙，所述第二缓冲罐垂直地密闭连接于相对于所述第一侧的第二侧，第一缓冲罐和第二缓冲罐密封所述环形间隙。
2.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，优选的，所述接线头可拆卸连接所述高压端。
3.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，所述钢针均匀分布在高压端侧表面上，两根钢针之间的间距大于高压端半径，钢针长度小于高压端半径。
4.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，高压端轴半径可为1.5-3mm，外壁的外径为4.5-5.5mm。
5.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，外壁贴设软电极接地。
6.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，高压端与反应器外壁均采用不锈钢材料制成。
7.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，所述高频脉冲电源的上升沿及脉宽可调，电压幅值为5kv-15kv。
8.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，所述高压端经由垫片螺纹连接第一缓冲罐和第二缓冲罐。
9.如权利要求1所述的基于脉冲电场的流体食品杀菌装置，其中，所述第一缓冲罐的流速不大于第二缓冲罐的流速。
10.一种权利要求1-9中任一项所述基于脉冲电场的流体食品杀菌装置的杀菌方法，其包括以下步骤，
第一缓冲罐流速可控地将流体食品导入所述环形间隙，
高压端和外壁在环形间隙之间形成脉冲电场，脉冲电场作用于环形间隙中的流体食品，
第二缓冲罐流速可控地将流体食品导出所述环形间隙。
技术总结