第十一章 食品殺菌設(shè)備

第十一章食品殺菌設(shè)備簡(jiǎn)介

第一節(jié)概述殺死食品中的致病菌、腐敗菌及破壞食品中的酶活性，使食品在特定的條件下有一定的保存期；同時(shí)，盡可能保護(hù)食品的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味。一、殺菌的目的：二、殺菌的方法1.化學(xué)殺菌：過(guò)氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸等殺滅微生物，操作簡(jiǎn)單且方便，但化學(xué)殘留物影響食品的安全。2.物理殺菌：包括熱力的加熱殺菌和非熱力的冷殺菌。在加熱殺菌中主要有巴氏殺菌、高溫短時(shí)殺菌（HTST）和超高溫瞬時(shí)殺菌（UHT）。三、食品殺菌設(shè)備的種類1.根據(jù)殺菌溫度的不同：常壓（低于100°C）和加壓（高于100°C）殺菌設(shè)備；2.根據(jù)操作方式的不同：立式、臥式和回轉(zhuǎn)式的間歇式殺菌鍋與常壓連續(xù)式殺菌設(shè)備；3.根據(jù)熱源的不同：蒸汽、微波、遠(yuǎn)紅外、歐姆和火焰加熱殺菌設(shè)備；4.根據(jù)殺菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)不同：板式、管式和釜式殺菌設(shè)備。四、食品殺菌設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)1.使殺菌設(shè)備的工作溫度和工作壓力能適應(yīng)高溫短時(shí)（HTST）殺菌工藝的要求；2.充分提高傳熱效率，提高熱能和水的利用率；3.使一機(jī)多用，適用于不同罐型、不同物料、不同品種的殺菌；4.要求殺菌過(guò)程實(shí)現(xiàn)溫度、時(shí)間、加熱、冷卻和反壓操作的微機(jī)自動(dòng)控制。第二節(jié)直接加熱殺菌設(shè)備采用蒸汽和食品物料直接混合，使食品物料快速加熱滅菌。蒸汽加熱式加熱器有兩種類型———噴射式加熱器和注入式加熱器。前者是加熱器將蒸汽噴射到待滅菌流體中，后者則是將待滅菌流體注入蒸汽流中。優(yōu)缺點(diǎn)：P278一、噴射式加熱器采用噴射式加熱器的超高溫短時(shí)殺菌設(shè)備有多種類型，其基本原理都是將蒸汽噴射到牛乳中，使牛乳迅速升溫到140℃左右，然后通過(guò)真空罐瞬間冷卻至80℃。蒸汽噴射器

APV公司6000型直接蒸汽噴射超高溫短時(shí)殺菌裝置

原乳由轉(zhuǎn)運(yùn)泵1從低溫恒位槽中抽出，經(jīng)第一預(yù)熱器2進(jìn)入第二預(yù)熱器3，牛乳溫度升高至75-78℃，然后在壓力下由乳泵4抽出，經(jīng)流量氣控閥5（加壓到0.6MPA)送到直接蒸汽噴射殺菌器6，在該處向牛乳內(nèi)噴入壓力為1MPA的蒸汽，瞬間加熱到150℃。在保溫管中保持這一溫度約達(dá)2.4S，然后閃蒸（急速蒸發(fā)）進(jìn)入真空罐9中，在低壓下牛乳水分閃蒸而消耗熱量，牛奶溫度被迅速冷卻到77-78℃左右。利用噴射冷凝器18冷凝蒸汽和由真空泵21抽出不凝氣體使真空

APV公司6000型直接蒸汽噴射超高溫短時(shí)殺菌裝置罐保持一定真空度。噴入牛乳中的蒸汽應(yīng)在真空罐中汽化時(shí)全部除去，同時(shí)帶走可能存在的于℃后，直接送往無(wú)菌包裝機(jī)，或送入無(wú)菌貯罐。牛乳中的一些臭味。排出的蒸汽一部分送入第一預(yù)熱器2，用于預(yù)熱進(jìn)入的冷牛奶。經(jīng)過(guò)殺菌處理的牛乳收集在閃蒸真空罐底部，并保持一定的液位，然后用無(wú)菌乳泵11送至無(wú)菌均質(zhì)機(jī)12，以30-35MPA的壓力均質(zhì)，使牛乳中的蛋白質(zhì)和脂肪均勻混合并穩(wěn)定。經(jīng)均質(zhì)的無(wú)菌牛乳在無(wú)菌乳冷卻器13中進(jìn)一步冷卻到10-15為保證牛乳恢復(fù)到原有的相對(duì)密度和達(dá)到規(guī)定的殺菌溫度，該殺菌設(shè)備裝有相對(duì)密度自動(dòng)調(diào)節(jié)器16和殺菌溫度調(diào)節(jié)器18。通常直接蒸汽噴射殺菌裝置使用的蒸汽必須是干飽和蒸汽，不含油、有機(jī)物和異臭，故只有飲用水才能作為鍋爐用水。為了保證加熱蒸汽在使用前完全干燥，除過(guò)濾器外，還需設(shè)置汽液分離器。二、注入式瞬時(shí)超高溫殺菌

注入式超高溫瞬時(shí)殺菌設(shè)備是將牛乳或其他物料注入到過(guò)熱蒸汽加熱器中，由蒸汽瞬間加熱到殺菌溫度而完成殺菌過(guò)程。與蒸汽噴射式相似，滅菌高溫乳的驟冷也是在真空罐中通過(guò)膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫的。典型：拉吉奧爾裝置蒸汽注入式直接加熱器產(chǎn)品入蒸汽產(chǎn)品出拉吉奧爾裝置（LzguiIharre)上圖是法國(guó)拉吉奧爾公司的注入式超高溫殺菌設(shè)備的工藝流程圖。⑴原乳用高壓泵1從平衡槽輸送到第一預(yù)熱器（水汽）2，在此與來(lái)自閃蒸罐5的蒸汽進(jìn)行熱交換預(yù)熱升溫，然后經(jīng)第二預(yù)熱器（蒸汽）3（傳熱介質(zhì)為加熱器4排出的廢蒸汽）進(jìn)一步加熱到大約75℃。⑵牛乳進(jìn)入蒸汽加熱器4，加熱器內(nèi)充滿溫度約為140℃的過(guò)熱蒸汽，且利用調(diào)節(jié)器T1保持這一溫度恒定。預(yù)熱乳從噴頭噴出細(xì)小微粒濺落到容器底部時(shí)，旋即被加熱到殺菌溫度.水蒸氣、空氣及其他揮發(fā)性氣體一起從蒸汽加熱器4的頂部排出，進(jìn)入第二預(yù)熱器3，預(yù)熱由第一預(yù)熱器2來(lái)的牛乳。⑶蒸汽加熱器4底部的熱牛乳在壓力作用下強(qiáng)制噴入閃蒸罐5，因突然減壓而急劇膨脹，使溫度很快降至75℃左右并蒸發(fā)水分，恢復(fù)至牛乳原有的水分。與此同時(shí)，大量水蒸氣從閃蒸罐頂部排出，在第一預(yù)熱器2處冷凝并預(yù)熱原乳，從而在閃蒸罐內(nèi)造成部分真空。用真空泵8將加熱器和閃蒸罐的不凝氣體抽出,還會(huì)進(jìn)一步降低兩容器內(nèi)的壓力。第三節(jié)板式殺菌設(shè)備1.板式殺菌設(shè)備是一種間接式殺菌設(shè)備，其關(guān)鍵部件是板式換熱器，主要應(yīng)用于乳品、果汁飲料、清涼飲料以及啤酒等食品的HTST和UHT殺菌。2.工作原理：利用相鄰傳熱板之間的間隙，實(shí)現(xiàn)冷熱流體的流動(dòng)并進(jìn)行熱交換。1.板式換熱器的結(jié)構(gòu)組成2.板式換熱器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率高；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小；有較大的適應(yīng)性，且適應(yīng)熱敏性物料；操作安全、衛(wèi)生，容易清洗；節(jié)約熱能。缺點(diǎn)：

密封圈容易老化、變形，需經(jīng)常更換；密封圈容易從波紋片上脫落；承受的壓力有限，承壓不高。3.板式殺菌設(shè)備的工作流程板式殺菌設(shè)備的工作流程1）CIP自動(dòng)清洗整機(jī)；2）原料牛奶由儲(chǔ)奶罐流入平衡槽1；3）通過(guò)泵2將原料奶送至熱回收段3，與殺菌后的產(chǎn)品進(jìn)行熱交換，使其溫度加熱到85度左右，進(jìn)入溫度保持槽4內(nèi)，穩(wěn)定約5分鐘，使牛奶對(duì)熱產(chǎn)生穩(wěn)定作用以及除臭；4）由泵5將牛奶送入均質(zhì)機(jī)6進(jìn)行均質(zhì)。其后進(jìn)入第一加熱段7、第二加熱段8進(jìn)行殺菌。殺菌加熱第一段蒸汽壓力為20-30kPa，加熱到85℃，第二段蒸汽壓為250-450kPa，牛奶瞬時(shí)可達(dá)135-150℃，保持2秒后，被送至分流閥14；5）由儀表自動(dòng)控制的分流閥，將已經(jīng)達(dá)到殺菌溫度的產(chǎn)品送至第一冷卻段11，將未達(dá)到殺菌溫度的牛奶送至水冷卻器15，將其降溫后回流到平衡槽1中；6）殺菌奶在第一冷卻段冷卻后再流入熱回收段3和最終冷卻部12，在冷水或冰水冷卻段中冷卻，使溫度降至4度流出裝罐。牛乳滅菌的時(shí)間—溫度曲線第四節(jié)管式殺菌設(shè)備

是間接加熱殺菌設(shè)備，有臥式和立式。管式殺菌設(shè)備通常由供液泵、預(yù)熱器、管式加熱殺菌器和回流管道等構(gòu)成。管式殺菌器可由多種管狀組件構(gòu)成，這些組件以串聯(lián)或并聯(lián)方式組成一個(gè)能夠完成換熱功能的完整系統(tǒng)。組件的管型主要有單管式、多管式和套管式。（1）列管式高溫短時(shí)殺菌裝置料液在換熱器內(nèi)往返幾次可達(dá)殺菌溫度。殺菌后流經(jīng)保溫管保溫15s（2）多管式超高溫殺菌系統(tǒng)（3）環(huán)形套管式超高溫殺菌裝置

①斯托克管式牛乳殺菌機(jī)流程斯托克管式牛乳殺菌機(jī)流程①3有泵料和均質(zhì)作用，均質(zhì)閥為6、11。②4消毒加熱時(shí)用，產(chǎn)品正常殺菌時(shí)不用，只流過(guò)。③在5預(yù)熱到65℃左右，在6均質(zhì)壓力20MPa④在7加熱到120℃⑤在8加熱到135-150℃。⑥在9保溫2-4s。⑦在10冷卻到65℃左右，在11均質(zhì)壓力5MPa⑨在12冷卻到30℃。⑩在13冷卻到15℃；在14冷卻到5℃左右。最后物料通過(guò)三道閥進(jìn)入無(wú)菌罐裝機(jī)或無(wú)菌貯槽15。整套系統(tǒng)采用CIP清洗消毒。1.可用冷凝水調(diào)節(jié)加熱面積2.整個(gè)高溫加熱段分成數(shù)段。每一分段都有一個(gè)冷凝水排出閥。避免產(chǎn)品過(guò)熱。超高溫加熱器第五節(jié)釜式殺菌設(shè)備又稱殺菌鍋，分立式和臥式。主要用作罐頭食品的高壓殺菌。立

式

殺

菌

鍋

外

形

圖臥式殺菌鍋外形圖一、臥式殺菌鍋(1).蒸汽加熱臥式殺菌鍋接管壓縮空氣管蒸汽管自來(lái)水管控制器控制用壓縮空氣管臥式殺菌鍋結(jié)構(gòu)示意臥式殺菌鍋的使用先將90℃的熱水注入裝好貨物的罐內(nèi)加入罐內(nèi)0.15MPa的壓縮空氣開(kāi)蒸汽閥門(mén)、升溫。達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，關(guān)閉進(jìn)蒸汽閥門(mén)，使溫度恒定。在恒定的溫度下，保持所需要的時(shí)間（不同產(chǎn)品保溫的時(shí)間不同）。達(dá)到保溫時(shí)間后，排出罐內(nèi)熱水，同時(shí)注入涼水，并保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定（一般在0.18~0.2MPa)壓力降低，需用空氣壓縮機(jī)補(bǔ)氣。觀察水位計(jì)，涼水注滿以后，如溫度指示在30~50℃左右，降溫工作完成。排出罐內(nèi)涼水，泄壓、開(kāi)蓋、取貨。設(shè)備外形二回轉(zhuǎn)式殺菌鍋（A）浸水式回轉(zhuǎn)殺菌鍋結(jié)構(gòu)圖A

向視圖B

向視圖管路流程全水式回轉(zhuǎn)殺菌機(jī)工作流程(1)制備過(guò)熱水（貯水鍋）(2)向殺菌鍋送熱水(3)殺菌鍋升溫(4)殺菌（保持殺菌溫度一定時(shí)間）(5)熱水回收（冷水從殺菌鍋底部進(jìn)入，將熱水上頂?shù)劫A水鍋）(6)冷卻（殺菌鍋）(7)排水（殺菌鍋）(8)起鍋（殺菌鍋）不同條件下殺菌鍋內(nèi)溫度分布罐頭回轉(zhuǎn)速度與殺菌升溫時(shí)間關(guān)系P289回轉(zhuǎn)速度與罐頭內(nèi)容物攪拌全水式回轉(zhuǎn)殺菌機(jī)特點(diǎn)P288-289優(yōu)點(diǎn)：1.殺菌均勻；2.殺菌時(shí)間短；3.提高產(chǎn)品質(zhì)量；4.節(jié)省蒸汽；5.壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，防止包裝容器變形破裂。缺點(diǎn)：設(shè)備較復(fù)雜，投資大、殺菌準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)、殺菌過(guò)程熱沖擊較大。第六節(jié)CIP裝置定義:cleaninginplace,定位洗滌，即不用拆開(kāi)或移動(dòng)裝置，即可用高溫、高濃度的洗凈液，對(duì)裝置加以強(qiáng)力的作用，把與食品的接觸面洗凈的方法。適用于與流體物料直接接觸的多管道殺菌機(jī)械裝置，如果汁飲料、乳品、豆?jié){等。CIP的特點(diǎn)能維持一定的洗滌效果，提高產(chǎn)品安全性節(jié)約操作時(shí)間和提高效率節(jié)省勞動(dòng)力并保證操作安全衛(wèi)生水平穩(wěn)定節(jié)約清洗用水和蒸汽節(jié)約清洗劑用量使生產(chǎn)設(shè)備可大型化增加設(shè)備耐用年限自動(dòng)化水平高影響洗滌效果的因素1.運(yùn)動(dòng)能:要求雷諾數(shù)較大2.熱能：影響粘度，雷諾數(shù)，化學(xué)反應(yīng)速度，溶解度等3.化學(xué)能：來(lái)自化學(xué)洗滌劑，酸、堿洗滌劑，滅菌劑。全水式回轉(zhuǎn)殺菌機(jī)工作流程(1)制備過(guò)熱水（貯水鍋）(2)向殺菌鍋送熱水(3)殺菌鍋升溫(4)殺菌（保持殺菌溫度一定時(shí)間）(5)熱水回收（冷水從殺菌鍋底部進(jìn)入，將熱水上頂?shù)劫A水鍋）(6)冷卻（殺菌鍋）(7)排水（殺菌鍋）(8)起鍋（殺菌鍋）典型CIP流程（1）洗滌：清水5min（2）酸洗:1%~2%硝酸溶液或堿洗:2.5%NaOH溶液（3）中間洗滌：清水（4）堿洗:2.5%NaOH溶液或酸洗:1%~2%硝酸溶液（5）清水洗：5min（6）殺菌：直接熱蒸汽殺菌或通氯水殺菌后用再通清水洗滌第七節(jié)其他殺菌設(shè)備一、歐姆殺菌設(shè)備（電阻式殺菌設(shè)備）二、高壓殺菌技術(shù)三、微波殺菌技術(shù)四、㈠電阻式超高溫殺菌設(shè)備電阻加熱系統(tǒng)是英國(guó)APV公司20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出30KW和70KW商業(yè)用機(jī)型，并于1993年獲美國(guó)食品與藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)認(rèn)可。此種高溫殺菌方法還可用于塊狀水果、草莓、獼猴桃等高酸性食品，以及塊狀牛肉、羊肉、豬肉火腿和低酸性食品的熱加工。右圖是電阻加熱器原理圖，主要部件是一根加塑料襯里的不銹鋼管，由4個(gè)或多個(gè)電極座1及中間連接管3組成。電極座用整塊聚四氟乙烯（PTFE）塑料加工制成，中間安裝有電極棒，電極座兩端與內(nèi)襯塑料的中間連接管連接；相鄰電極座的電極與三相電源的一相連接組成一個(gè)加熱段。相互連接的加熱段使加熱管總長(zhǎng)增加，以延長(zhǎng)物料加熱時(shí)間。加熱管一般為垂直或傾斜安裝，物料在管內(nèi)自下向上流動(dòng)。加熱管頂部安裝排氣閥，使管內(nèi)始終充滿物料，保持加熱管的每個(gè)加熱段具有相同阻抗。一般含有鹽離子的液體食品，其溫度和導(dǎo)電率之間存在線性關(guān)系，導(dǎo)電率隨溫度升高而增大，但也有例外，如含有非膠凝淀粉的食品，當(dāng)溫度升高時(shí)，其粘度明顯增高，但導(dǎo)電率卻沒(méi)有線性變化。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是物料加熱部分采用電阻加熱，而冷卻部分仍采用常規(guī)熱交換器。根據(jù)物料特性選擇相應(yīng)的片式、管式或刮板式熱交換器，兩者的結(jié)合，需最大限度地體現(xiàn)電阻加熱優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)物料中的顆粒塊形結(jié)構(gòu)損傷程度最小。系統(tǒng)在投產(chǎn)前須進(jìn)行預(yù)先滅菌。系統(tǒng)中無(wú)菌集液罐5無(wú)菌產(chǎn)品貯罐6以及連接管閥等用高溫蒸汽滅菌。對(duì)電阻加熱器2、恒溫管3和冷卻熱交換器4的預(yù)消毒殺菌則采用一定濃度的硫酸鈉溶液（溶液濃度以導(dǎo)電率與加工物料接近為宜）作殺菌液。殺菌液由進(jìn)料泵1通過(guò)電阻加熱器2、恒溫管3、冷卻熱交換器4及殺菌消毒液冷卻熱交換器7回流到進(jìn)料泵，循環(huán)加熱且消毒器具。殺菌液的溫度由電阻加熱器的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，并由背壓閥控制系統(tǒng)背壓。消毒殺菌結(jié)束后，殺菌液經(jīng)由殺菌液冷卻熱交換器冷卻后排放或另行收集。電阻加熱器超高溫殺菌流程圖

加熱殺菌時(shí)，物料由進(jìn)料泵送入電阻加熱器被加熱至設(shè)定的殺菌溫度后進(jìn)入恒溫管3，然后進(jìn)入冷卻熱交換器4冷卻，冷卻物料進(jìn)入無(wú)菌產(chǎn)品貯罐6貯存或直接送至無(wú)菌包裝機(jī)。殺菌開(kāi)始階段由于物料與殘留殺菌液混合，須將過(guò)渡階段混合液送入無(wú)菌集液罐5貯放，同時(shí)通入無(wú)菌空氣或氮?dú)庹{(diào)節(jié)無(wú)菌集液罐的內(nèi)壓，以控制加熱殺菌溫度。電阻加熱器超高溫殺菌流程圖二、高壓殺菌技術(shù)和設(shè)備高壓殺菌：將食品物料以某種方式包裝后，置于高壓(200MPa以上）裝置中加壓處理，達(dá)到滅菌的目的。基本原理是高壓對(duì)微生物的致死作用：高壓可導(dǎo)致包括微生物的細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)反應(yīng)、基因機(jī)制和細(xì)胞壁膜等發(fā)生變化，從而影響微生物原有的生理活動(dòng)機(jī)能，甚至造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞或變化。二、高壓殺菌所謂高壓殺菌是指將食品放人液體介質(zhì)中，加(100—1000)MPa的壓力作用一段時(shí)間后，如同加熱一樣，殺滅食品中的微生物的過(guò)程。高壓殺菌對(duì)微生物的致死作用主要是通過(guò)破壞其細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，使蛋白質(zhì)凝固(蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)改變)．抑制酶的活性和遺傳物質(zhì)的復(fù)制等實(shí)現(xiàn)的。高壓的殺菌效果，一般而言，壓力越高，效果越好