食品殺菌設備

食品殺菌設備第一頁，共四十六頁，2022年，8月28日食品殺菌的方法有物理殺菌和化學殺菌兩大類，★物理殺菌法★化學殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑，由于化學殺菌存在化學殘留物等影響，當代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。第二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三頁，共四十六頁，2022年，8月28日在殺菌方法中，有巴氏殺菌法、高溫短時殺菌法和超高溫瞬時殺菌法之分?！锇褪蠚⒕?Pasteurization)是低溫長時間保留的殺菌法，殺菌溫度低于100'C(62—65℃)，保持時間為30min?！锔邷囟虝r殺菌法(HTST)，殺菌溫度一般在100~C以下，如牛奶的HTST殺菌溫度為85℃，保持15s以上?！锍邷厮矔r殺菌法(UHT)，殺菌溫度在120℃以上，僅保持幾秒鐘。第四頁，共四十六頁，2022年，8月28日現(xiàn)以被處理物料的形態(tài)分為：

①流體食品的殺菌設備

并直接式和間接式之分:★直接式是以蒸汽直接噴入物料中進行殺菌?！镩g接式是用板，管換熱器對食品進行熱交換進行殺菌的。②罐裝食品的殺菌設備罐裝食品是指罐頭、軟罐頭及瓶裝飲料等有包裝容器的食品。⑧使用電磁波的物理殺菌設備

該類殺菌設備是使用微波、遠紅外線、紫外線等物理輻射進行加熱殺菌的，是一種有開發(fā)前途的殺菌設備第五頁，共四十六頁，2022年，8月28日第一節(jié)直接加熱殺菌設備

直接加熱殺菌法是對物料用蒸汽直接加熱殺菌。采用此法的殺菌力口熱器有兩種型式：1、噴射器是把蒸汽噴射到被殺菌的料液中進行殺菌：2、注入器則是把液料注入到熱蒸汽氣氛中進行殺菌的。

直接加熱殺菌法的優(yōu)點為：加熱時間短，接觸面積大，高溫處理在瞬時進行，對熱敏性制品影響甚少。缺點為，蒸汽必須經(jīng)過脫氧和過濾，以除去蒸汽中的凝結水和不純物。

第六頁，共四十六頁，2022年，8月28日一、真空瞬時加熱殺菌裝置(VTIS)

VTIS是利用蒸汽直接進行殺菌的裝置。其裝置由預熱器、冷卻器、保持管、蒸發(fā)室、蒸汽噴射器以及泵等組成。第七頁，共四十六頁，2022年，8月28日1，裝置的流程及運行圖8—2所示的流程圖為用于果汁飲料、濃縮果汁、醬狀食品、糊劑、豆?jié){等物料殺菌第八頁，共四十六頁，2022年，8月28日根據(jù)殺菌溫度不同可分為:★常壓殺菌設備的殺菌溫度為l000C以下，用于pH值小于4．5的產(chǎn)品殺菌?！锛訅簹⒕O備一般在密閉的設備內進行，壓力大于o．1MPa，溫度常用120℃左右。第九頁，共四十六頁，2022年，8月28日其運行為：

把物料先從平衡槽1中用泵2送到噴射器3，同時，經(jīng)凈化的蒸汽在噴射器3中的出口處與物料混合，其壓力及流量由控制閥4調節(jié)?！せ旌虾蟛⑦_到殺菌溫度的物料，在保持管內停留數(shù)秒，然后送到真空的快速蒸發(fā)器6內，在這里把噴射的蒸汽絕熱蒸發(fā)；冷卻及對物料濃縮，調節(jié)到殺菌前的濃度。

第十頁，共四十六頁，2022年，8月28日2、裝置的運行調節(jié)

調節(jié)裝置包括有：

①比重的自動調節(jié)為了使加入直接蒸汽噴射殺菌器中的蒸汽和從真空冷卻器抽出的蒸汽基本處于平衡，故噴射進入和排出的蒸汽量應相等。

②溫度的自動調節(jié)為了保證制品的無菌，VTIS中必須要有一反應快的溫度調節(jié)器，以確保殺菌溫度的準確。

③裝置的清洗和消毒自動化自動清洗系統(tǒng)主要由一組氣動閥和一些按預定程序操作些閥門的電子控制器組成。系統(tǒng)是完全自動和絕對不需裝拆操作的。這種清洗系統(tǒng)稱為

自動就地清洗系統(tǒng)(CIP)，第十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日3．VTIS主要部件

VTIS除管道、板式或管式換熱器閥等部件外，還有以下主要部件：

①蒸汽噴射器蒸汽噴射器是VTIS裝置的重要部件，結構如圖8-3所示。

★設計蒸汽噴射器，既要保證物料能在一很短時間內加熱到殺菌溫度，又要使高熱處理沉積物保持在最低限度★噴射器用不銹鋼制造，噴射過程中，物料與蒸汽均處于一定壓力之下。★物料在進入噴射器前的壓力，一般保持在0.4MPa左右，蒸汽壓力在o.48～o.5MPa之間。為了防止物料在噴射器內發(fā)生沸騰，必須使物料保持一定的壓力。第十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日②無菌泵無菌泵一般為離心奶泵，采用蒸汽密封以保證工作時處于無苗狀態(tài)。③無菌均質機無菌均質機與一般的均質機相似，但配有一蒸汽箱，用蒸汽密封所有通道。二、注入式瞬時加熱殺菌裝置注入式瞬時加熱殺菌裝置是把物料注入到過熱蒸汽加熱器中，由蒸汽瞬時加熱到殺曹溫度，完成殺菌過程的裝置。

1．拉吉奧爾裝置(LaguiⅡharre)

主要由兩臺預熱器、兩個容器和一臺冷卻器所組成，流程如圖8—4所示第十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日工作過程為；原料用高壓泵1從平衡槽輸送到管式熱交換器2(在熱交換器中，傳熱介質來自閃蒸罐5的熱水汽加熱)進行換熱加熱，然后經(jīng)第二管式熱交換器3(傳熱介質為加熱器4排出的廢蒸汽)進一步加熱到大約5℃．最后，料液注入加熱器4，第十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日加熱器內充滿溫度約為140℃的過熱蒸汽，并利用調節(jié)器保持這一溫度不變。細小的料液珠濺落到容器底部時，旋即加熱到殺菌溫度。

水蒸汽，空氣及其他揮發(fā)性氣體，一起從頂部排出，并進入第二熱交換器3，預熱第一熱交換器2采的料液濺落入加熱器4底部的熱料液，在壓力作用下強制噴入閃蒸罐5，并在其中急劇膨脹。

由于突然減壓，其溫度很快地降到75C左右。同時，大量水汽從閃蒸罐頂部排出，在第一管式熱交換082處冷凝，從而在閃蒸罐內造成部分真空．用真空泵8將加熱器和閃蒸罐的不凝性氣體抽出，還會進一步降低兩容器內的壓力。第十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日

當料液注入裝置中時，水分會增加，而膨脹時又把大量的水分除掉。要保持料液中的水分或總固形物含量不變，是利用調節(jié)器丁。操縱自動閥門y。對廢蒸汽流速進行調節(jié)來實現(xiàn)的。

2．熱真空裝置(ThtrmOVac9yotem)

該裝置由法國布雷爾·馬泰爾公司研制，總體設計與拉吉奧爾裝置相似，所不同的是它使用了四臺板式換熱器，兩臺用于預熱，另兩臺用于冷卻，裝置的流程如圖8—5所示．第十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日3.帕拉萊斯托爾裝置(Palaristorsystem

該裝置由丹麥荷爾森斯(Horsens)的帕斯·西爾克博格公司研制。其裝置的工作原理與上述兩種相同，但在研制和工程技術上比上述兩種要復雜，如設有無菌灌裝機，設有CIP裝置，溫度的自控，運行時流程在儀表屏的顯示等。

4．過熱裝置(Ultrathermsystem)

該裝置為美國圣雷吉斯公司奶油包裝分公司設計，主要由一注入式加熱器和一閃蒸罐所組成。注入式加熱器是一種不銹鋼制造的圓筒形蒸汽直接加熱容器，見圖8-6所示。蒸汽在容器中部加入，制品則從容器上方經(jīng)一管道從上而下進入加熱器，最后到達分配器，分散成“自由下落”的薄霧狀細顆粒。加熱器裝有一個空氣調節(jié)閥，隨著液面升高.第二十頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日所以可以通過調節(jié)蒸汽壓力和空氣壓力，準確地控制制品的加熱過程。加熱器內溫度可達1500C，可以在很大的容量范圍內加熱各種液體制品。第二十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二節(jié)板式換熱器殺菌裝置板式換熱器由許多沖壓成型的金屬薄板組合而成。在乳品、果汁飲料、清涼飲料以及啤酒、冰淇淋的生產(chǎn)中，廣泛用于高溫短時(HTST)和超高溫(UHT)殺菌。

一、板式換熱器的結構與特點1．板式換熱器的結構板式換熱器的結構如圖8—7所示。傳熱板1懸掛在導桿2上，前端為固定板3。旋緊支架4上的壓緊螺桿6后，可使壓緊板5與各傳熱板1疊合在一起。板與板之間有橡膠墊圈7，以保證密封并使兩板間有一定空隙。壓緊后所有板塊上的角孔形成流體的通道。冷流體與熱流體就在傳熱板兩邊流動，進行熱交換。拆卸時僅需松開壓緊螺桿6，使壓緊板5及傳熱板1沿著導桿2移動，即可進行清洗或維修。第二十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日2．板式換熱器的特點

①傳熱效率高由于板與板之間的空隙小，換熱流體在其中通過時，可獲得較高的流速，且傳熱板上壓有一定形狀的凸凹溝紋，流體通過時形成急劇的湍流現(xiàn)象，因而獲得較高的傳熱系數(shù)。一般K值可達3500～4000(W／m2．K)。而其他換熱設備一般在2300(W／m’．K)左右。

②結構緊湊，設備占地面積小與其他換熱設置比較，在相同的占地面積，它可以有大幾倍的傳熱面積或充填系數(shù)。

③適宜于熱敏性物料的殺菌由于換熱流體可以高速在薄層通過，實現(xiàn)高溫或超高溫瞬時殺菌，第二十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日④有較大的適應性只要改變傳熱板的片數(shù)或改變板間的排列和組合，則可滿足多種不同工藝的要求，并可容易實現(xiàn)自動控制，故在乳晶、飲料工業(yè)廣泛使用。

⑤操作安全、衛(wèi)生，容易清洗因其在完全密閉的條件下操作，能防止污染。同時，結構上的特點保證了兩種流體不會相混。發(fā)生泄漏也只會外泄，易于發(fā)現(xiàn)。板式換熱器直觀性強，裝拆簡單，便于清洗。

③可以節(jié)約熱能加熱和冷卻可組合在一套換熱器中，新式的結構多采用此方法。這樣，只要把受熱后的物料作為熱源則可對剛進入的流體進行預熱。第二十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日其缺點為：①密封墊圈容易從波紋片上脫落。在溫度到60’C以上時，②墊圈易變形、老化，需經(jīng)常更換。③承壓不高。工作溫度受到限制。易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

二、板式換熱器殺菌裝置及其流程1．高溫短時(HTST)板式殺菌裝置圖8—8為HTST板式殺菌裝置的流程圖，圖8—9為HTST乎板機立體示意圖。HTST平板殺菌法應用于各種食品、乳晶和飲料的殺菌。第二十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日HTST板式殺菌裝置的結構由三個部分組成(見圖8—8)：①熱交換部；用作處理液與制品之間的熱交換，如圖中尺段。②加熱部：用熱水或蒸汽加熱殺菌。圖中片，H1為預熱段，H2為殺菌段。⑧冷卻部：用水或冷水冷卻成品，圖中C段。第二十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日④保持槽：

型式有多種，槽內有特殊裝置。物料可以滯留在槽內一定的時間。最近有使用槽內真空來提高脫臭、脫氣效果的方式。

⑤分流閥：設在加熱殺菌后物料的出口部。物料達到殺菌溫度后，分流閥使其從正規(guī)流路流出，未達到殺菌溫度的物料，則會被分流閥切向(由切換器控制)另一流路，回流到平衡槽，第三十頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十一頁，共四十六頁，2022年，8月28日2．超高溫瞬時(UHT)板式殺菌裝置

圖8—10所示的是英國的APV超高溫瞬時板式殺菌裝置。其組成與HTST裝置相同，區(qū)別之處為殺菌溫度不同，即130～1500C加熱0，4～4s，能殺滅耐熱性芽胞、細苗．第三十二頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十三頁，共四十六頁，2022年，8月28日三、板式換熱器殺菌裝置的設計

1．傳熱板

傳熱板是板式換熱器的主要部件，一般用不銹鋼板沖壓制成。其形狀輪廓尺寸有多種形式，使用較多的有波紋板和網(wǎng)流板兩種。

(1)波紋板和網(wǎng)流板①波紋板(圖8—12)波紋板上沖壓有與流體流向垂直或成一定角度的波紋，使流體均勻地在水平方向形成條狀薄膜，并使流體在垂直方向形成波狀流動，當液體通過時，被多次改變方向造成激烈的湍流，從而破壞了表面滯流層，提高了板面與流體間的傳熱效果，流動情況如圖8-13所示。為了防止傳熱板的變形，在板的表面，每隔一定間隙設置突緣，當組合壓緊時，增加了金屬片的剛度，同時又保證了兩金屬片所需的間距。第三十四頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十五頁，共四十六頁，2022年，8月28日②網(wǎng)流板網(wǎng)流板的表面沖壓有許多凸凹狀花紋，這些突出的花紋，即是促使流體形第三十六頁，共四十六頁，2022年，8月28日①直線方向流動的墊圈布置圖8—17是將相鄰兩板平放、平移作左右兩塊板來觀察，大墊圈圍繞板上同一側的兩個角孔，使進入板中的流體呈直線方向往下流。圖8—17a的形式是將墊圈封閉左孔，稱為左板。在左板上，第一種流體從左角上孔流入板間，由左下角孑L流出；而板中的右角孔被墊圈隔離，在右角孔上第二種液體則流到傳熱片的另一側。同理，將墊圈圍繞封閉右孔，則為右板。在右板上，第二種流體從右角上孔流入，自上而下從右下角孑l流出，而第一種流體由左上角直線流入左下角，這樣，形成了直線方向流動的兩種流體互不相連的進出通道。第三十七頁，共四十六頁，2022年，8月28日第三十八頁，共四十六頁，2022年，8月28日②對角方向流體布置墊圈布置的形式如圖8—18所示。它們的左右板的結構不一樣，墊圈也不一樣。大墊圈圍繞傳熱板的兩個角孔，板間流體流動的方向是沿板的對角線方向。這樣的墊圈布置方式，與直線方向流動的墊圈布置方式比較，在流體流速的均勻性、傳熱效果及流體阻力上，兩者沒有顯著的差別。而在制造上卻需分左右板制造，增加了模具的成本和備件上的麻煩．管道布置也不及直流式方便，因而較少采用。第三十九頁，共四十六頁，2022年，8月28日

第三節(jié)管式殺菌機管式殺菌機為間接加熱殺菌設備，是列管式熱交換器在食品工業(yè)中的應用之一．管式殺菌機有立式與臥式兩種，食品工業(yè)中多用臥式。

一、結構與工作原理

★管式殺菌機由加熱管、前后蓋、器體、旋塞、高壓泵、壓力表、安全閥等部件組成，如圖8—2l所示?；镜慕Y構為：殼體內裝有不銹鋼加熱管，形成加熱管束，殼體與加熱管通過管板連接。

★工作過程為；物料用高壓泵送入不銹鋼加熱管內，蒸汽通入殼體空間后將管內流動的物料加熱，物料在管內往返數(shù)次后達到殺菌所需的溫度和保持時間后成產(chǎn)品捧出。若達不到要求，：則由回流管回流重新進行殺菌的操作。第四十頁，共四十六頁，2022年，8月28日其特點為：①加熱器由無縫不銹鋼環(huán)形管制造．沒有密封圈和“死角”，因而可以承受較高的壓力．②在較高的壓力下可產(chǎn)生強烈的湍流，保證了制品的均勻性和具有較長的運行周期．⑧在密封情況下操作，可以減少殺菌產(chǎn)品曼污染的可能性．、④其缺點為換熱器內管內外溫度不同，以致管束與殼體的熱膨脹程度有差別，所產(chǎn)生的應力使管于易彎曲變形。第四十一頁，共四