第七章第七章 食品杀菌设备食品杀菌设备 杀菌杀菌，是食品加工的一个重要环节，是食品加工的一个重要环节，食品杀菌与医学上和生物学上的杀菌有一定的区别，食品杀菌有两种含义食品杀菌有两种含义：一是要求杀死食品中所污染的致病菌，腐败苗，破坏一是要求杀死食品中所污染的致病菌，腐败苗，破坏食品中的酶而使食品产品在特定的环境中食品中的酶而使食品产品在特定的环境中，二是要求在杀菌过程中尽可能地保护食品的营养成分二是要求在杀菌过程中尽可能地保护食品的营养成分和风味所以，经杀菌后的食品属于商业无菌和风味所以，经杀菌后的食品属于商业无菌 食品杀菌的方法食品杀菌的方法有物理杀菌和化学杀菌两大类，物理杀菌法物理杀菌法化学杀菌法化学杀菌法是使用过氧化氢、环氧乙烷、次是使用过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸钠等杀菌剂，由于化学杀菌存在化学残留氯酸钠等杀菌剂，由于化学杀菌存在化学残留物等影响，物等影响，当代食品的杀菌方法趋向于物理杀菌法。 在杀菌方法中，有巴氏杀菌法、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法之分。巴氏杀菌巴氏杀菌(Pasteurization)是低温长时间保留的杀菌法，杀菌温度低于100C(6265)，保持时间为30min。高温短时杀菌法高温短时杀菌法(HTST)，杀菌温度一般在100C以下，如牛奶的HTST杀菌温度为85，保持15s以上。超高温瞬时杀菌法超高温瞬时杀菌法(UHT)，杀菌温度在120以上，仅保持几秒钟。现以被处理物料的形态分为：现以被处理物料的形态分为： 流体食品的杀菌设备流体食品的杀菌设备 并直并直接式和间接式之分接式和间接式之分:直接式是以蒸汽直接喷入物料中进行杀菌。间接式是用板，管换热器对食品进行热交换进行杀菌的。罐装食品的杀菌设备罐装食品的杀菌设备 罐装食品是指罐头、软罐头及瓶装饮料等有包装容器的食品。使用电磁波的物理杀菌设备使用电磁波的物理杀菌设备 该类杀菌设备是使用微波、远红外线、紫外线等物理辐射进行加热杀菌的，是一种有开发前途的杀菌设备第一节第一节 直接加热杀菌设备直接加热杀菌设备 直接加热杀菌法是对物料用蒸汽直接加热杀菌。采用此法的杀菌力口热器有两种型式：1、喷射器喷射器是把蒸汽喷射到被杀菌的料液中进行杀菌：2、注入器注入器则是把液料注入到热蒸汽气氛中进行杀菌的。 直接加热杀菌法的优点为：加热时间短，接触面积大，高温处理在瞬时进行，对热敏性制品影响甚少。缺点为，蒸汽必须经过脱氧和过滤，以除去蒸汽中的凝结水和不纯物。 一、真空瞬时加热杀菌装置(VTIS) VTIS是利用蒸汽直接进行杀菌的装置。其装置由预热器、冷却器、保持管、蒸发室、蒸汽喷射器以及泵等组成。1，装置的流程及运行，装置的流程及运行 图82所示的流程图为用于果汁饮料、浓缩果汁、酱状食品、糊剂、豆浆等物料杀菌根据杀菌温度不同可分为根据杀菌温度不同可分为:常压杀菌设备的杀菌温度为l000C以下，用于pH值小于45的产品杀菌。加压杀菌设备一般在密闭的设备内进行，压力大于o1MPa，温度常用120左右。其运行为：其运行为： 把物料先从平衡槽1中用泵2送到喷射器3，同时，经净化的蒸汽在喷射器3中的出口处与物料混合，其压力及流量由控制阀4调节。混合后并达到杀菌温度的物料，在保持管内停留数秒，然后送到真空的快速蒸发器6内，在这里把喷射的蒸汽绝热蒸发；冷却及对物料浓缩，调节到杀菌前的浓度。 2、装置的运行调节、装置的运行调节 调节装置包括有： 比重的自动调节比重的自动调节 为了使加入直接蒸汽喷射杀菌器中的蒸汽和从真空冷却器抽出的蒸汽基本处于平衡，故喷射进入和排出的蒸汽量应相等。 温度的自动调节温度的自动调节 为了保证制品的无菌，VTIS中必须要有一反应快的温度调节器，以确保杀菌温度的准确。 装置的清洗和消毒自动化装置的清洗和消毒自动化 自动清洗系统主要由一组气动阀和一些按预定程序操作些阀门的电子控制器组成。系统是完全自动和绝对不需装拆操作的。这种清洗系统称为自动就地清洗系统(CIP)， 3VTIS主要部件 VTIS除管道、板式或管式换热器阀等部件外，还有以下主要部件： 蒸蒸汽汽喷喷射射器器 蒸汽喷射器是VTIS装置的重要部件，结构如图8-3所示。 设计蒸汽喷射器，既要保证物料能在一很短时间内加热到杀菌温度，又要使高热处理沉积物保持在最低限度喷射器用不锈钢制造，喷射过程中，物料与蒸汽均处于一定压力之下。物料在进入喷射器前的压力，一般保持在0.4MPa左右，蒸汽压力在o.48o.5MPa之间。为了防止物料在喷射器内发生沸腾，必须使物料保持一定的压力。 无无菌菌泵泵 无菌泵一般为离心奶泵，采用蒸汽密封以保证工作时处于无苗状态。 无无菌菌均均质质机机 无菌均质机与一般的均质机相似，但配有一蒸汽箱，用蒸汽密封所有通道。二、注入式瞬时加热杀菌装置二、注入式瞬时加热杀菌装置 注入式瞬时加热杀菌装置是把物料注入到过热蒸汽加热器中，由蒸汽瞬时加热到杀曹温度，完成杀菌过程的装置。 1拉吉奥尔装置拉吉奥尔装置(Laguiharre) 主要由两台预热器、两个容器和一台冷却器所组成，流程如图84所示 工作过程为工作过程为； 原料用高压泵高压泵1从平衡槽输送到管式热交换器管式热交换器2(在热交换器中，传热介质来自闪蒸罐5的热水汽加热)进行换热加热，然后经第二管式热交换器经第二管式热交换器3(传热介质为加热器4排出的废蒸汽)进一步加热到大约5最后，料液注入加热器最后，料液注入加热器4，加热器内充满温度约为140 的过热蒸汽，并利用调节器保持这一温度不变。细小的料液珠溅落到细小的料液珠溅落到容器底部时，旋即加热到杀菌温度。容器底部时，旋即加热到杀菌温度。 水蒸汽，空气及其他挥发性气体，一起从顶部排出，并进入第二热交换器3，预热第一热交换器2采的料液溅落入加热器4底部的热料液，在压力作用下强制喷入闪蒸罐5，并在其中急剧膨胀。 由于突然减压，其温度很快地降到75C左右。同时，大量水汽从闪蒸罐顶部排出，在第一管式热交换08 2处冷凝，从而在闪蒸罐内造成部分真空用真空泵8将加热器和闪蒸罐的不凝性气体抽出，还会进一步降低两容器内的压力。 当料液注入装置中时，水分会增加，而膨胀时又把大量的水分除掉。要保持料液中的水分或总固形物含量不变，是利用调节器丁。操纵自动阀门y。对废蒸汽流速进行调节来实现的。 2热真空装置热真空装置(ThtrmOVac9yotem) 该装置由法国布雷尔马泰尔公司研制，总体设计与拉吉奥尔装置相似，所不同的是它使用了四台板式换热器，两台用于预热，另两台用于冷却，装置的流程如图85所示3.帕拉莱斯托尔装置帕拉莱斯托尔装置(Palaristorsystem 该装置由丹麦荷尔森斯(Horsens)的帕斯西尔克博格公司研制。其装置的工作原理与上述两种相同，但在研制和工程技术上比上述两种要复杂，如设有无菌灌装机，设有CIP装置，温度的自控，运行时流程在仪表屏的显示等。 4过热装置过热装置(Ultrathermsystem) 该装置为美国圣雷吉斯公司奶油包装分公司设计，主要由一注入式加热器和一闪蒸罐所组成。 注入式加热器是一种不锈钢制造的圆筒形蒸汽直接加热容器，见图8-6所示。蒸汽在容器中部加入，制品则从容器上方经一管道从上而下进入加热器，最后到达分配器，分散成“自由下落”的薄雾状细颗粒。加热器装有一个空气调节阀，随着液面升高.所以可以通过调节蒸汽压力和空气压力，准确地控制制品的加热过程。加热器内温度可达1500C，可以在很大的容量范围内加热各种液体制品。第二节第二节 板式换热器杀菌装置板式换热器杀菌装置 板式换热器由许多冲压成型的金属薄板组合而成。在乳品、果汁饮料、清凉饮料以及啤酒、冰淇淋的生产中，广泛用于高温短时(HTST)和超高温(UHT)杀菌。 一、板式换热器的结构与特点一、板式换热器的结构与特点 1板式换热器的结构板式换热器的结构 板式换热器的结构如图87所示。传热板1悬挂在导杆2上，前端为固定板3。旋紧支架4上的压紧螺杆6后，可使压紧板5与各传热板1叠合在一起。板与板之间有橡胶垫圈7，以保证密封并使两板间有一定空隙。压紧后所有板块上的角孔形成流体的通道。冷流体与热流体就在传热板两边流动，进行热交换。拆卸时仅需松开压紧螺杆6，使压紧板5及传热板1沿着导杆2移动，即可进行清洗或维修。2板式换热器的特点板式换热器的特点 传热效率高传热效率高 由于板与板之间的空隙小，换热流体在其中通过时，可获得较高的流速，且传热板上压有一定形状的凸凹沟纹，流体通过时形成急剧的湍流现象，因而获得较高的传热系数。一般K值可达35004000(Wm2K)。而其他换热设备一般在2300(WmK)左右。 结构紧凑结构紧凑，设备占地面积小 与其他换热设置比较，在相同的占地面积，它可以有大几倍的传热面积或充填系数。 适宜于热敏性物料的杀菌适宜于热敏性物料的杀菌 由于换热流体可以高速在薄层通过，实现高温或超高温瞬时杀菌，有较大的适应性有较大的适应性 只要改变传热板的片数或改变板间的排列和组合，则可满足多种不同工艺的要求，并可容易实现自动控制，故在乳晶、饮料工业广泛使用。 操作安全、卫生，容易清洗操作安全、卫生，容易清洗 因其在完全密闭的条件下操作，能防止污染。同时，结构上的特点保证了两种流体不会相混。发生泄漏也只会外泄，易于发现。板式换热器直观性强，装拆简单，便于清洗。 可以节约热能可以节约热能 加热和冷却可组合在一套换热器中，新式的结构多采用此方法。这样，只要把受热后的物料作为热源则可对刚进入的流体进行预热。其缺点为：其缺点为：密封垫圈容易从波纹片上脱落。在温度到60C以上时，垫圈易变形、老化，需经常更换。承压不高。工作温度受到限制。易出现这种现象。 二、板式换热器杀菌装置及其流程二、板式换热器杀菌装置及其流程 1高温短时高温短时(HTST)板式杀菌装置板式杀菌装置 图88为HTST板式杀菌装置的流程图，图89为HTST乎板机立体示意图。HTST平板杀菌法应用于各种食品、乳晶和饮料的杀菌。 HTST板式杀菌装置的结构由三个部分组成板式杀菌装置的结构由三个部分组成(见见图图88)：热交换部；用作处理液与制品之间的热交换，如图中尺段。加热部：用热水或蒸汽加热杀菌。图中片，H1为预热段，H2为杀菌段。冷却部：用水或冷水冷却成品，图中C段。保持槽：保持槽： 型式有多种，槽内有特殊装置。物料可以滞留在槽内一定的时间。最近有使用槽内真空来提高脱臭、脱气效果的方式。 分流阀分流阀：设在加热杀菌后物料的出口部。物料达到杀菌温度后，分流阀使其从正规流路流出，未达到杀菌温度的物料，则会被分流阀切向(由切换器控制)另一流路，回流到平衡槽，2超高温瞬时超高温瞬时(UHT)板式杀菌装置板式杀菌装置 图810所示的是英国的APV超高温瞬时板式杀菌装置。其组成与HTST装置相同，区别之处为杀菌温度不同，即1301500C加热0，44s，能杀灭耐热性芽胞、细苗 三、板式换热器杀菌装置的设计 1传热板传热板 传热板是板式换热器的主要部件，一般用不锈钢板冲压制成。其形状轮廓尺寸有多种形式，使用较多的有波纹板和网流板两种。 (1)波纹板和网流板波纹板和网流板 波纹板(图812) 波纹板上冲压有与流体流向垂直或成一定角度的波纹，使流体均匀地在水平方向形成条状薄膜，并使流体在垂直方向形成波状流动，当液体通过时，被多次改变方向造成激烈的湍流，从而破坏了表面滞流层，提高了板面与流体间的传热效果，流动情况如图8-13所示。为了防止传热板的变形，在板的表面，每隔一定间隙设置突缘，当组合压紧时，增加了金属片的刚度，同时又保证了两金属片所需的间距。网流板 网流板的表面冲压有许多凸凹状花纹，这些突出的花纹，即是促使流体形直线方向流动的垫圈布置 图817是将相邻两板平放、平移作左右两块板来观察，大垫圈围绕板上同一侧的两个角孔，使进入板中的流体呈直线方向往下流。图817a的形式是将垫圈封闭左孔，称为左板。在左板上，第一种流体从左角上孔流入板间，由左下角孑L流出；而板中的右角孔被垫圈隔离，在右角孔上第二种液体则流到传热片的另一侧。同理，将垫圈围绕封闭右孔，则为右板。在右板上，第二种流体从右角上孔流入，自上而下从右下角孑l流出，而第一种流体由左上角直线流入左下角，这样，形成了直线方向流动的两种流体互不相连的进出通道。对角方向流体布置 垫圈布置的形式如图818所示。它们的左右板的结构不一样，垫圈也不一样。大垫圈围绕传热板的两个角孔，板间流体流动的方向是沿板的对角线方向。这样的垫圈布置方式，与直线方向流动的垫圈布置方式比较，在流体流速的均匀性、传热效果及流体阻力上，两者没有显著的差别。而在制造上却需分左右板制造，增加了模具的成本和备件上的麻烦管道布置也不及直流式方便，因而较少采用。 第三节第三节 管式杀菌机管式杀菌机 管式杀菌机为间接加热杀菌设备，是列管式热交换器在食品工业中的应用之一管式杀菌机有立式与卧式两种，食品工业中多用卧式。 一、结构与工作原理 管式杀菌机由加热管、前后盖、器体、旋塞、高压加热管、前后盖、器体、旋塞、高压泵、压力表、安全阀泵、压力表、安全阀等部件组成，如图82l所示。基本的结构为：壳体内装有不锈钢加热管，形成加热管束，壳体与加热管通过管板连接。 工作过程为；物料用高压泵送入不锈钢加热管内，蒸汽通入壳体空间后将管内流动的物料加热，物料在管内往返数次后达到杀菌所需的温度和保持时间后成产品捧出。若达不到要求，：则由回流管回流重新进行杀菌的操作。 其特点为： 加热器由无缝不锈钢环形管制造没有密封圈和“死角”，因而可以承受较高的压力 在较高的压力下可产生强烈的湍流，保证了制品的均匀性和具有较长的运行周期 在密封情况下操作，可以减少杀菌产品曼污染的可能性 、 其缺点为换热器内管内外温度不同，以致管束与壳体的热膨胀程度有差别，所产生的应力使管于易弯曲变形。 第四节第四节CIP装置装置 作为杀菌机，本身的清洁对制品的杀菌效果起重要作用，随着杀菌机械向大型化和自动化的发展，机械装置越来越复杂，管道亦随之增加，机械装置的清洁量大为增加。为了减轻劳动强度，50年代中，欧美的一些国家在食品工业中开发了经济、卫生和安全的所谓CIP清洗方法。 一、CIP的定义和特点 LCIP的定义 CIP为CleaninghPlace(洗涤定位)或In-laceCleaning(定位洗涤)的简称。其定义为：不用拆开或移动装置，即可用高温、高浓度的洗净液，对装置加以强力的作用，把与食品的接触面洗净的方法。 因此，CIP即为完全不用拆开机械装置和管道，即可进行刷洗、清洗和杀菌。在清洁过程中并蜷合理地处理洗涤、清洗、杀菌与经济性、能源的节约等关系，是一种优化清洗管理技术。CIP装置适用于与流体物料直接接触的多管道杀菌机械装置，如果汁饮料，乳品、浓缩果汁，豆浆等。IP有如下的优点：有如下的优点： 能维持一定的清洗效果，以提高产品的安全性。 节约操作时间和提高效率。 节省劳动力和保证操作安全。 卫生水平稳定。节约清洗用水和蒸汽。节约清洗剂的用量。生产设备可大型化。增加生产设备的耐用年限。自动化水平高。