專利名稱：超高壓水射流滅菌方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種滅菌方法，尤其是指利用超高壓水射流瞬態(tài)卸壓的膨化作用而使微生物破碎的滅菌方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，液體制劑的滅菌通常采用熱力方法。其原理是在高壓滅菌器內(nèi)，利用大于常壓的水蒸氣使微生物細胞膜結(jié)構(gòu)變化、酶失活、蛋白質(zhì)變性、DNA損傷而導致其死亡。它是應用最早、使用最廣泛的滅菌方法。范碧亭主編，上?？茖W技術(shù)出版社出版的《中藥藥劑學》中記載，滅菌所需溫度115.5-126.5℃，絕對壓力166.72-235.37KPa，時間15-30min。但由于滅菌溫度較高、時間較長，因而易導致熱敏性成分分解、揮發(fā)性成分散失，且不能連續(xù)化生產(chǎn)。
超高壓是一個相對的概念，一般認為壓力在100MPa以上為超高壓，目前超高壓設備的最高壓力可達15000MPa。超高壓技術(shù)(UHP)已廣泛用于化學工業(yè)、靜液擠壓、射流切割、射流粉碎、粉末冶金、食品保鮮等領域超高壓滅菌技術(shù)是利用壓力能破壞細胞膜、抑制生化反應、影響遺傳物質(zhì)作用殺滅微生物的方法。早在1895年，H.Royer就進行了超高壓殺滅微生物的研究，1899年，BertHite報道了利用超高壓能延長牛奶保存期的研究；1987年，在東京大學林立丸的倡導下，日本開始用超高壓技術(shù)殺滅食品中微生物的研究；1991年4月，日本的MeidiYa公司用超高壓靜態(tài)滅菌方法生產(chǎn)了第一個超高壓食品——果醬，隨后又有果味酸奶、果凍、色拉和調(diào)料等超高壓食品面市。研究發(fā)現(xiàn)超高壓可導致微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、基因機制、生化反應及細胞膜發(fā)生多方面的變化，從而影響微生物的生理機能，甚至使原有功能破壞或發(fā)生不可逆變化。超高壓滅菌技術(shù)分為靜態(tài)法和動態(tài)法兩種，靜態(tài)法是將需要滅菌的物品置于超高壓處理室中，以水或其他液體為加壓介質(zhì)，當升壓結(jié)束后，在設定的最高點保持一定的時間，使維持微生物生命活動的蛋白質(zhì)變性失活，從而達到滅菌目的；動態(tài)法是指直接將需要滅菌的物品加壓到預定的壓力點，然后通過瞬態(tài)卸壓或梯度減壓等連續(xù)或半連續(xù)作業(yè)方式，使加壓滲透到微生物體內(nèi)的水或其他物質(zhì)汽化而發(fā)生爆炸，巨大的膨化壓力破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，從而達到滅菌目的。目前為止，超高壓滅菌專利申請多集中于設備，如中國專利申請?zhí)?2226336.1《超高壓消毒設備》，申請?zhí)?3238984.8《超高壓殺菌裝置》，申請?zhí)?4106104.3《低(中)溫超高壓膨爆加工滅菌方法及設備》等。
超高壓水射流是指以水作為攜帶能量的媒介，用高速水射流對各種固體材料進行切割、分離、破碎等加工的一種方法。自1971年第一臺水射流切割機問世以來，超高壓水射流加工技術(shù)已逐步成熟，應用范圍逐漸擴大，加工材料從紙張、布料等軟材料到塑料、復合材料、有色金屬、鈦合金、不銹鋼、玻璃、巖石等硬材料，加工方式從切割、清洗到成形加工、磨削復雜形面等。超高壓水射流的專利申請集中于切割機和清洗機，如中國專利申請?zhí)?3111731.3《超高壓水射流萬能切割機》，申請?zhí)?4230098.X《超高壓水切割機》，申請?zhí)?1218026.2《超高壓水射流清洗機》，申請?zhí)?2281681.X《超高壓水射流清洗設備》，申請?zhí)?2211634.6《數(shù)控超高壓水切割機》等。
目前，超高壓滅菌技術(shù)多采用靜態(tài)法，動態(tài)法也是在半連續(xù)狀態(tài)下進行的，而超高壓水射流是完全的連續(xù)狀態(tài)，迄今為止，還沒有將超高壓水射流技術(shù)用于滅菌的報道。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人針對現(xiàn)有滅菌技術(shù)的不足，在中藥膨化技術(shù)和超高壓水射流技術(shù)的啟示下，引入了微生物膨化滅菌理念，利用超高壓水射流原理對液體制劑中的微生物進行膨化處理，以達到徹底殺滅微生物的目的。該方法在室溫和連續(xù)狀態(tài)下進行，不僅適用于一般液體制劑的滅菌處理，特別適用于含熱敏性成分和揮發(fā)性成分液體制劑的滅菌處理。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將含微生物的液體制劑，通過壓力參數(shù)為100-1000Mpa，溫度參數(shù)為0-40℃的超高壓水射流設備即可達到滅菌目的。首先將含微生物的液體制劑經(jīng)高壓增壓器使其壓力達15Mpa以上；其次進入超高壓增壓器，經(jīng)柱塞加壓后，壓力達100-1000Mpa；下一步進入蓄能器中，超高壓使某些分子穿透微生物的細胞膜而致其受損，甚至徹底破壞，同時，在超高壓下，蛋白質(zhì)仍保持球形，水分子之間的距離將縮小，并滲透和填充到蛋白質(zhì)內(nèi)的氨基酸周圍；然后液體制劑經(jīng)噴嘴(直徑為0.2-0.6mm)射出，此時超高壓瞬態(tài)卸壓后，蛋白質(zhì)內(nèi)氨基酸周圍的水分子汽化而發(fā)生爆炸，巨大的膨化壓力破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)，達到滅菌目的；最后用耐超高壓容器收集滅菌后的液體制劑。
超高壓水射流滅菌機理微生物是由蛋白質(zhì)組成的，超高壓的獨特性質(zhì)是它只作用于蛋白質(zhì)的氫鍵、二硫鍵和離子鍵。在超高壓下蛋白質(zhì)仍保持球形，液體制劑中的小分子(如水分子)之間的距離將縮小，并滲透和填充到蛋白質(zhì)內(nèi)的氨基酸周圍，當超高壓瞬態(tài)卸壓后，蛋白質(zhì)內(nèi)氨基酸周圍的水分子汽化而發(fā)生爆炸，巨大的膨化壓力使蛋白質(zhì)的大分子鏈被拉長，破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)，稱之為“變性”；同時，超高壓使某些分子穿透微生物的細胞膜而致其受損，甚至徹底破壞，達到滅菌目的，稱之為“滅活”。
本發(fā)明的有益效果是，可以在室溫及連續(xù)狀態(tài)下對液體制劑進行滅菌處理，有效保護了液體制劑中的熱敏性成分和揮發(fā)性成分。據(jù)測算，該滅菌方法耗能僅為熱力方法的1/5，熱敏性成分和揮發(fā)性成分損失在5％以內(nèi)。其特點是低溫滅菌，效果可靠，可保護有效成分；效率高，耗能低，可連續(xù)化生產(chǎn)；操作安全，設備定型，無污染，無毒素殘留和未知物產(chǎn)生。
本發(fā)明提出的超高壓水射流滅菌可用于液體制劑的滅菌處理，這種方法尤其適用于含熱敏性成分和揮發(fā)性成分的中藥液體制劑、西藥液體制劑、液體食品及飲料的滅菌處理。


下面附圖對本發(fā)明進一步說明。
附圖超高壓水射流滅菌流程圖a.首先，將含定量微生物的液體制劑供試品經(jīng)高壓增壓器使其壓力達15Mpa以上；b.其次，液體制劑進入超高壓增壓器，經(jīng)柱塞加壓后，壓力達100-1000Mpa；c.下一步，液體制劑進入蓄能器中，消除高壓脈動，超高壓使某些分子穿透微生物的細胞膜而致其受損，甚至徹底破壞，使其“滅活”；同時，在超高壓下，蛋白質(zhì)仍保持球形，水分子之間的距離將縮小，并滲透和填充到蛋白質(zhì)內(nèi)的氨基酸周圍；d.然后，液體制劑經(jīng)噴嘴射出，當超高壓瞬態(tài)卸壓后，蛋白質(zhì)內(nèi)氨基酸周圍的水分子汽化而發(fā)生爆炸，巨大的膨化壓力使蛋白質(zhì)的大分子鏈被拉長，破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，使其“變性”達到滅菌目的；e.最后，收集滅菌后的液體制劑膨化樣品。
具體實施例方式
本發(fā)明通過以下實施例詳細說明1、供試品制備制備含定量熱敏性成分天麻素、揮發(fā)性成分薄荷腦、非熱敏性成分黃連素的液體制劑，加入定量微生物(金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌、大腸桿菌)，配制成溫度為30℃的液體制劑供試品。
2、超高壓水射流滅菌流程首先將含微生物的液體制劑經(jīng)高壓增壓器使其壓力達15Mpa以上，其次液體制劑進入超高壓增壓器，壓力達500-700Mpa，下一步液體制劑進入蓄能器中，然后液體制劑經(jīng)噴嘴射出，最后收集滅菌的液體制劑(見附圖)。
3、結(jié)果在溫度為30℃條件下，金黃色葡萄球菌、寒沙門氏菌、大腸桿菌在壓力分別為700Mpa、600Mpa、500Mpa即可被完全殺滅，用鱟法檢測供試品為陰性，天麻素、薄荷腦、黃連素的損失均在5％以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在室溫下液體制劑超高壓水射流滅菌方法，包括按下列順序的各個步驟，其順序為a.室溫下制備含微生物的液體制劑；b.首先，將液體制劑經(jīng)高壓增壓器使其壓力達15Mpa以上；c.其次，液體制劑進入超高壓增壓器，經(jīng)柱塞加壓后，壓力達100Mpa以上；d.下一步，液體制劑進入蓄能器管腔中，消除高壓脈動，超高壓使某些分子穿透微生物的細胞膜而致其受損，甚至徹底破壞，同時，蛋白質(zhì)在超高壓下仍保持球形，水分子之間的距離將縮小，并滲透和填充到蛋白質(zhì)內(nèi)的氨基酸周圍；e.然后，液體制劑經(jīng)噴嘴射出，此時超高壓瞬態(tài)減至常壓后，蛋白質(zhì)內(nèi)氨基酸周圍的水分子汽化而發(fā)生爆炸，巨大的膨化壓力破壞了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，從而改變了蛋白質(zhì)的性質(zhì)，達到滅菌目的；f.最后，用耐超高壓容器收集滅菌的液體制劑。
2.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于溫度參數(shù)為0-40℃。
3.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于微生物包括金黃色葡萄球菌、傷寒沙門氏菌、大腸桿菌、副溶血性弧菌、肉毒桿菌、炭疽桿菌、支原體、衣原體、螺旋體、真菌及病毒。
4.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于液體制劑包括中藥液體制劑、西藥液體制劑、液體食品及飲料，尤其是含熱敏性成分和揮發(fā)性成分的液體制劑。
5.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于壓力參數(shù)為100-1000Mpa。
6.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于噴嘴直徑為0.2-0.6mm。
7.如權(quán)利要求1所述的超高壓水射流滅菌方法，其特征在于容器為耐超高壓容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滅菌方法，尤其是指利用超高壓水射流瞬態(tài)卸壓的膨化作用而使微生物破碎的滅菌方法。其特征在于將含微生物的液體制劑，通過壓力參數(shù)為100～1000MPa，溫度參數(shù)為0～40℃的超高壓水射流設備，利用超高壓水射流瞬態(tài)卸壓的膨化作用可破碎微生物的原理，達到滅菌目的。該方法是一種安全、高效、低耗、無污染的滅菌方法，特別適用于含熱敏性成分和揮發(fā)性成分的中藥液體制劑、西藥液體制劑、液體食品及飲料的滅菌處理。
文檔編號A61L2/02GK1712071SQ200410040040
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月21日
發(fā)明者王盛民 申請人:王盛民