食品加工機械與設備目錄第九章殺菌機械與設備第一節(jié)概述第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備第三節(jié)板式殺菌機械與設備第四節(jié)管式殺菌機械與設備第五節(jié)高壓殺菌機械與設備第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備第七節(jié)超高壓殺菌機械與設備第八節(jié)脈沖電場殺菌技術與應用第九節(jié)輻照殺菌設備與技術第十節(jié)其他食品冷殺菌技術簡介

殺菌,是食品加工中一個十分重要的環(huán)節(jié),因此有必要弄清有關殺菌的幾個概念。1.食品殺菌

食品殺菌是利用理化因素殺滅食品中因污染而存在的致病菌、腐敗菌及其他病原微生物,同時要求殺菌過程中盡可能地保留食品的營養(yǎng)成分和風味,以便加工后的相關產(chǎn)品在密封的包裝容器內(nèi),有一定的保存期。2.商業(yè)殺菌

商業(yè)殺菌是從商品角度對食品所提出的殺菌要求。是指食品經(jīng)過殺菌處理后,按照所規(guī)定的微生物檢驗方法,在所檢食品中無活的微生物檢出,或者僅能檢出極少數(shù)的非病原微生物,但它們在食品保藏過程中,是不可能進行生長繁殖的,這種殺菌要求稱商業(yè)殺菌或滅菌。顯然,食品殺菌屬于商業(yè)殺菌,經(jīng)殺菌后的食品屬于商業(yè)無菌。第一節(jié)概述3.生物學殺菌

生物殺菌是殺滅物品中一切致病性和非致病性微生物(包括病毒、細菌及芽孢等)。一般又稱滅菌。在生物學殺菌中不考慮保留殺菌對象的營養(yǎng)及其他因素。

在食品加工過程中殺菌的步驟是由殺菌機械來完成的,它性能的優(yōu)劣直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量、消費者的身體健康與企業(yè)的經(jīng)濟效益。

食品殺菌的方法有物理殺菌和化學殺菌兩大類?；瘜W殺菌法是使用過氧化氫、環(huán)氧乙烷、次氯酸鈉等殺菌劑。由于化學殺菌存在的化學殘留物對人體健康及環(huán)境會造成影響,當代食品的殺菌方法趨向于物理殺菌法。物理殺菌包括熱殺菌和冷殺菌兩類。

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,所謂巴氏殺菌(Pasteurization)是低溫長時間保留的殺菌法,殺菌溫度低于100℃(62~65℃),保持時間為30min。高溫短時殺菌法(HTST),殺菌溫度一般在100℃以下,如牛奶的HTST殺菌溫度為85℃,保持15s以上。超高溫瞬時殺菌法(UHT),殺菌溫度在120℃以上,僅保持幾秒鐘。HTST和UHT殺菌法,不但效率高,而且食品的組織和外觀以及營養(yǎng)和風味的保存都較其他殺菌方法為優(yōu)良。

根據(jù)上述的殺菌方法而相應發(fā)展起來的殺菌設備種類較多?，F(xiàn)以被處理物料的形態(tài)分別有以下幾種。第一節(jié)概述3.生物學殺菌(1)流體食品的殺菌設備

流體食品指未經(jīng)包裝的乳品、果汁等物料。處理這類物料的殺菌設備又有直接加熱式和間接加熱式之分。直接加熱式是以蒸汽直接噴入物料或將物料注入到高熱環(huán)境中進行殺菌;間接加熱式是用板、管換熱器對食品進行熱交換進行殺菌的,其產(chǎn)品需要進行無菌包裝。(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。這類物料的殺菌設備根據(jù)殺菌溫度不同可分為常壓殺菌設備和加壓殺菌設備。常壓殺菌設備的殺菌溫度為100℃以下,用于pH值小于4.5的產(chǎn)品殺菌。用巴氏殺菌原理設計的罐頭殺菌設備屬于此類。加壓殺菌設備一般在密閉的設備內(nèi)進行,壓力大于0.1MPa,溫度常用120℃左右。常壓和加壓殺菌設備在操作上亦可分為間歇式和連續(xù)式,根據(jù)殺菌設備所用熱源不同又可分為直接蒸汽加熱殺菌設備,熱水加熱殺菌設備,火焰連續(xù)殺菌設備等。目前,國內(nèi)外正在研究生產(chǎn)的超高壓殺菌技術,則是將食品物料進行包裝后,置于液體介質(zhì)中,在100~1000MPa壓力下進行殺菌。第一節(jié)概述3.生物學殺菌(3)利用電流進行殺菌的設備

如歐姆殺菌裝置。(4)利用電磁波的物理殺菌設備

該類殺菌設備是使用微波、高壓脈沖電場、電磁場等。

目前,非熱殺菌技術異軍突起,主要研究方向有:脈沖光和激光殺菌技術、脈沖磁場殺菌技術、紫外線殺菌技術、輻照殺菌技術、超聲波殺菌技術、超高壓射流破碎技術以及以微濾或離心為主要手段的除菌技術等。相信隨著科學技術的飛速發(fā)展,現(xiàn)有的食品殺菌法會日臻完善,新的殺菌方法也會不斷出現(xiàn)。第一節(jié)概述1.APV-6000型直接蒸汽噴射殺菌裝置(1)結構與應用

該裝置由英國APV公司生產(chǎn),國內(nèi)不少食品廠有此設備。主要用于牛乳的殺菌,裝置的結構與殺菌流程如圖9-1所示。第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備1.APV-6000型直接蒸汽噴射殺菌裝置第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備圖9-1

APV-6000型直接蒸汽噴射殺菌裝置流程圖1—輸送泵2—第一預熱器3—第二預熱器4—乳泵5—調(diào)節(jié)閥6—直接蒸汽噴射殺菌器7—蒸汽氣動閥8—殺菌溫度調(diào)節(jié)器9—膨脹罐10—裝有液面?zhèn)鞲衅骶彌_器11—無菌乳泵12—均質(zhì)機13—滅菌乳冷卻器14、17—蒸汽閥15—蒸汽氣動閥16—密度調(diào)節(jié)器18—噴射冷凝器19—冷凝液泵20—真空調(diào)節(jié)21—真空泵22—高壓蒸汽23—低壓蒸汽24、25—冷卻水1.APV-6000型直接蒸汽噴射殺菌裝置(2)裝置的調(diào)控

在殺菌過程中,系統(tǒng)的自動控制是重要的。因為噴射進入牛乳中的蒸汽量,必須和牛乳汽化時排出的蒸汽量相等,所以采用了密度調(diào)節(jié)器16,借此控制閥門15以達到此目的。為了保證制品的高度滅菌,在保溫管中安裝了溫度傳感器,以適應溫度調(diào)節(jié)器精度高、反饋快的需要,它是電子自控回路的一部分。因此,可通過氣動閥7改變蒸汽噴射速度,自動保持所需的直接蒸汽殺菌溫度。如果因供電或供汽不足等原因,料溫低于要求,則原料乳進料閥就自動關閥,軟水閥打開以防止牛乳在裝置中燒焦。通向無菌貯罐的閥門也會自動關閉,以防止未殺菌牛乳進入滅菌乳罐。由于自動聯(lián)鎖設計,裝置未經(jīng)徹底消毒前,不能重新開始牛乳殺菌作業(yè)。第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備2.拉吉奧爾(Laguilharre)殺菌裝置(1)結構與應用

該裝置主要由兩臺預熱器、兩個容器和一臺冷卻器所組成。其工作流程如圖9-2所示。原料乳經(jīng)高壓泵1由平衡槽送到管式熱交換器2,在熱交換器中牛乳由來自閃蒸罐5的熱水蒸汽加熱,然后經(jīng)第二管式熱交換器3進一步由加熱器4排出的廢蒸汽預熱到約75℃,最后,牛乳注入加熱器4,加熱器4內(nèi)充滿溫度約為140℃的過熱蒸汽,并且利用調(diào)節(jié)器T1保持這一溫度不變。當細微牛乳滴從容器內(nèi)部落下時,瞬間即被加熱到殺菌溫度。水蒸氣、空氣及其他揮發(fā)性氣體,一起從容器頂部排出,并進入第二熱交換器3,預熱第一熱交換器2來的牛乳。加熱器4底部的熱牛乳,在壓力作用下,強制噴入閃蒸罐5,并在其中急驟膨脹。由于突然減壓,其溫度很快地降到75℃左右。同時,大量蒸汽從罐頂部排出,在第一管式熱交換器2處冷凝,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性氣體抽出,還會進一步降低兩容器內(nèi)的壓力。存集在閃蒸罐5底部的滅菌牛乳用無菌泵6抽出,在進行罐裝前先在另一管式無菌冷卻器7中用冰水冷卻到約4℃。

第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備2.拉吉奧爾(Laguilharre)殺菌裝置(1)結構與應用第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備圖9-2拉吉奧爾超高溫裝置流程圖1—高壓泵2—管式熱交換器3—第二管式熱交換器4—加熱器5—閃蒸罐6—無菌泵7—冷卻器8—真空泵T1、T2—調(diào)節(jié)器2.拉吉奧爾(Laguilharre)殺菌裝置(2)裝置的調(diào)控

同蒸汽噴射超高溫殺菌流程一樣,當牛乳注入拉吉奧爾裝置的蒸汽中時,牛乳中水分大為增加,但絕大部分在膨脹時又除掉了。通過利用由溫度調(diào)節(jié)器T2控制的自動閥門V2來調(diào)節(jié)進入第二預熱器3的廢蒸汽流速,從而控制牛乳在加熱前和膨脹后的溫度,以達到保持牛乳中的水分或總固形物含量不變的目的。第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備

第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備3.自由降落薄膜式殺菌器(1)結構與應用第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備圖9-3降膜式殺菌器工作原理剖面圖1—原乳進口2—流量調(diào)節(jié)閥3—壓力表4—蒸汽進口5—不銹鋼網(wǎng)6—自由降落薄膜7—飽和清潔蒸汽8—殺菌器外殼9—液封10—液面調(diào)節(jié)11—產(chǎn)品出口3.自由降落薄膜式殺菌器(1)結構與應用第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備圖9-4自由降落薄膜式殺菌器工藝流程圖3.自由降落薄膜式殺菌器(2)裝置的調(diào)控

全部運行過程均由微機自動控制調(diào)節(jié)。此后,滅菌牛乳流經(jīng)無菌均質(zhì)機G和無菌冷卻器H,最后進入無菌貯槽中等待無菌包裝。從戴西殺菌器之后,各種設備管道的接頭都裝有蒸汽密封元件。第二節(jié)直接加熱殺菌機械與設備第三節(jié)板式殺菌機械與設備一、板式殺菌設備的結構特點

板式殺菌設備的核心部件就是板式換熱器,它由許多沖壓成形的不銹鋼薄板疊壓組合而成,廣泛應用于乳品、果汁飲料、清涼飲料以及啤酒、冰淇淋的生產(chǎn)中的高溫短時(HTST)和超高溫瞬時(UHT)殺菌。板式換熱器如圖9-5所示。傳熱板13懸掛在導桿5上,前端為固定板1,旋緊后支架7上的壓緊螺桿8后,可使壓緊板6與各傳熱板13疊合在一起。板與板之間有橡膠墊圈11,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8,使壓緊板6與傳熱板13沿著導桿5移動,即可進行清洗或維修。第三節(jié)板式殺菌機械與設備一、板式殺菌設備的結構特點圖9-5板式換熱器組合結構示意圖1—前支架(固定板)

2—上角孔3—圓環(huán)橡膠墊圈4—分界板5—導桿6—壓緊板7—后支架8—壓緊螺桿9、10、14、15—連接管11—橡膠墊圈12—下角孔13—傳熱板第三節(jié)板式殺菌機械與設備一、板式殺菌設備的結構特點

板式換熱器的優(yōu)點:(1)傳熱效率高

由于板與板之間的空隙小,換熱流體可獲得較高的流速,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)K。一般K可達3500~4000W/(m2·K),而其他換熱設備的傳熱系數(shù)一般在2300W/(m2·K)左右。(2)結構緊湊,設備占地面積小

與其他換熱設置比較,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

由于熱流體以高速在薄層通過,實現(xiàn)高溫或超高溫瞬時殺菌,因而對熱敏性物料如牛奶、果汁等食品的殺菌尤為理想,不會產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。第三節(jié)板式殺菌機械與設備一、板式殺菌設備的結構特點(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和實現(xiàn)自動控制,故在乳品、飲料工業(yè)中廣泛使用。(5)操作安全、衛(wèi)生,容易清洗

在完全密閉的條件下操作,能防止污染,結構上的特點又保證了兩種流體不會相混,即使發(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。(6)節(jié)約熱能

新式的結構多采用將加熱和冷卻組合在一套換熱器中,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,一方面受熱后的物料可以冷卻,另一方面剛進入的物料被加熱,一舉兩得,節(jié)約熱能。

主要缺點:由于傳熱板之間的密封圈結構,使板式換熱器承壓較低,殺菌溫度受限。密封圈亦脫落、變形、老化,造成運行成本增高。第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用1.高溫短時(HTST)板式殺菌裝置

圖9-6為HTST板式殺菌裝置的流程圖,圖9-7為HTST平板殺菌機立體示意圖。HTST板式殺菌裝置適用于各種食品、乳品和飲料的殺菌。HTST板式殺菌裝置的結構由下面幾部分組成:圖9-6高溫短時板式殺菌裝置系統(tǒng)圖第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用1.高溫短時(HTST)板式殺菌裝置圖9-7

HTST平板殺菌機立體圖1—空氣壓縮機2—針器類及操作臺3—調(diào)量閥4—壓力計5—減壓閥6—粗濾器

7—送水噴嘴8—真空泵9—真空調(diào)整10—溫度計11—15s維持頭12—加熱器13—熱交換器14—冷卻器15—分流器閥第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用1.高溫短時(HTST)板式殺菌裝置(1)熱交換部

用作液料與液體制品之間的熱交換,如圖9-6中R段。(2)加熱部

用熱水或蒸汽加熱殺菌。圖9-6中H1為預熱段,H2為殺菌段。(3)冷卻部

用水或冷水冷卻成品,圖9-6中C段。(4)保持槽

保持槽的形式有多種,槽內(nèi)有特殊裝置。液料可以滯留在槽內(nèi)一定的時間。最近有使用槽內(nèi)真空來提高脫腥、脫氣效果的方式。(5)分流閥

設在加熱殺菌后物料的出口部。液料達到殺菌溫度后,經(jīng)分流閥從成品流路流出,未達到殺菌溫度的液料,則被分流閥切向(由切換器控制)回流流路至平衡槽。第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用1.高溫短時(HTST)板式殺菌裝置

以牛奶為例介紹高溫短時(HTST)板式殺菌裝置的工藝流程。1)5℃的原料奶從貯奶罐流入平衡槽。2)由泵1將牛奶送到加熱回收段R,使5℃的牛奶與剛受熱殺菌后的牛奶進行熱交換到60℃左右。殺菌后的牛奶被冷卻。得到預熱后的牛奶,通過過濾器、預熱器H1,加熱到65℃左右,通過均質(zhì)機后,進入加熱殺菌段H2,被蒸汽或熱水加熱到殺菌溫度。3)殺菌后的牛奶通過溫度保持槽。在85℃的環(huán)境中保持15~16s,然后流到分流閥(切換閥)。若牛奶已達到殺菌溫度,分流閥則將其送到熱回收段。若未達到殺菌溫度,分流閥則將其送回平衡槽。4)殺菌后的牛奶經(jīng)熱回收后,溫度約為20~25℃,再進入冷水冷卻段C,使其溫度降到10℃左右,成為產(chǎn)品流出。在此階段中,也可以用5℃的原料牛奶代替鹽水或冰水與20~25℃的產(chǎn)品牛奶進行傳熱冷卻,則更有利于熱回收。第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用2.超高溫瞬時(UHT)板式殺菌裝置

圖9-8所示的是英國的APV超高溫瞬時板式殺菌裝置。其組成與HTST裝置相似,區(qū)別之處為殺菌溫度不同,即130~150℃加熱0.4~4s,能殺滅耐熱性芽胞、細菌。

其流程如下:1)由就地清洗系統(tǒng)(CIP)自動清洗全機。2)原料牛奶自貯奶罐流入浮動平衡槽1。3)通過牛乳泵2將原料奶送至熱交換器3,與殺菌后的產(chǎn)品進行熱交換,使其溫度加熱到85℃左右,進入溫度保持槽4內(nèi),穩(wěn)定約5min,使牛奶對熱產(chǎn)生穩(wěn)定作用以及除腥。4)由牛乳泵5將牛奶送入均質(zhì)機6進行均質(zhì)。其后進入中間加熱部7、加熱滅菌部8進行殺菌。殺菌加熱蒸汽壓第一段為20~30kPa,加熱到85℃,第二段蒸汽壓為250~450kPa,牛奶瞬時可達135~150℃,保持2s后,被送至分流閥14。5)由儀表自動控制的分流閥,將已達到殺菌溫度的產(chǎn)品送到第一冷卻段11,將未達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)產(chǎn)品奶在第一冷卻段再流入熱交換段3,在冷水或冰水冷卻段中冷卻,使溫度降至4℃流出灌裝。第三節(jié)板式殺菌機械與設備二、板式殺菌設備的操作與應用2.超高溫瞬時(UHT)板式殺菌裝置圖9-8

APV超高溫瞬時板式殺菌裝置系統(tǒng)1—浮動平衡槽2、5—牛乳泵3—熱交換器4—溫度保持槽6—均質(zhì)機7—中間加熱部8—加熱滅菌部9—貯液管10—溫度計11—速冷部12—最終冷卻部13—控制盤14—分流閥15—未滅菌乳冷卻部16—滅菌溫度調(diào)節(jié)閥第四節(jié)管式殺菌機械與設備

管式殺菌機為間接加熱殺菌設備,是由加熱管、前后蓋、器體、旋塞、高壓泵、壓力表、安全閥等部件組成,如圖9-9所示。管式殺菌機基本的結構為:殼體內(nèi)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。管式殺菌機的工作過程為:液料用高壓泵送入加熱管內(nèi),蒸汽通入殼體空間后將管內(nèi)流動的液料加熱,液料在管內(nèi)往返數(shù)次后達到殺菌所需的溫度和保持時間后成產(chǎn)品排出。若達不到要求,則經(jīng)回流管回流重新進行殺菌的操作。第四節(jié)管式殺菌機械與設備圖9-9管式熱交換器1—旋塞2—回流管3—離心式奶泵4—兩端封蓋5—密封圈6—管板7—加熱管8—殼體9—蒸汽截止閥10—支腳11—彈簧安全閥12—壓力表13—冷凝水排出管14—疏水器第四節(jié)管式殺菌機械與設備1.管式殺菌機的結構特點1)加熱器由無縫不銹鋼環(huán)形管制成,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,保證制品的均勻性和具有較長的運行周期。3)在密封的情況下操作,可以減少殺菌產(chǎn)品受污染的可能性。4)其缺點為換熱器內(nèi)管內(nèi)外溫度不同,以致管束與殼體的熱膨脹的程度有差別產(chǎn)生的應力使管子易彎曲變形。

管式殺菌機適用于高粘度液體如番茄醬、果汁、咖啡飲料、人造奶油、冰淇淋等。第四節(jié)管式殺菌機械與設備2.管式殺菌設備的操作與應用

目前,國內(nèi)食品加工廠所用的管式殺菌設備多為國外進口或引進技術進行制造的?，F(xiàn)以此類設備中較為典型的荷蘭斯托克—阿姆斯特丹公司生產(chǎn)的管式殺菌機為例,如圖9-10所示,對管式殺菌機的結構和操作情況作一介紹。圖9-10無菌處理裝置流程圖1—平衡槽2—離心泵3—高壓泵4—消毒器5、7—換熱器6、12—均質(zhì)閥8—超高溫加熱器9—管道10、11—冷卻段13—冷卻器14—排水管15—清洗缸16—排氣管17—貯缸18—加熱器第四節(jié)管式殺菌機械與設備2.管式殺菌設備的操作與應用(1)工藝流程

離心泵2把物料從平衡槽1抽出,送至高壓泵3(高壓泵3有兩種作用,一是作為輸送泵,經(jīng)各種管道把液料送到系統(tǒng)的各個部分;二是用作均質(zhì)泵,用來驅動熱交換器之間的兩個均質(zhì)閥6和12),經(jīng)循環(huán)消毒器4(該消毒器在產(chǎn)品殺菌期內(nèi)不起作用,只視為管道),進入第一換熱器5中,與管外流動的殺菌后熱液料進行換熱,被加熱到大約65℃。壓力約20MPa下通過均質(zhì)閥6進行均質(zhì)。均質(zhì)后進入第二換熱器7,液料溫度升至約120℃,最后進入環(huán)形套管,液料在內(nèi)管流動,蒸汽在環(huán)形空間內(nèi)逆向流動,由蒸汽間接加熱到135~150℃。若保持時間不夠長,可延長管道9。經(jīng)過上述過程,液料已殺菌完畢,則進入換熱器的冷卻段10、11,由流入的冷原料使其冷卻到65℃再次均質(zhì),為了防止物料沸騰,必須保持最低為0.5MPa的壓力。此后,物料先由水冷卻器13冷卻到大約15℃,若需要,再用冰水冷卻器冷卻到接近5℃。最后經(jīng)三通閥進入無菌貯槽。殺菌完畢,整個裝置由CIP清洗消毒。第四節(jié)管式殺菌機械與設備2.管式殺菌設備的操作與應用(2)主要部件

管式殺菌機的主要部件有:1)循環(huán)消毒器4:它是一盤用不銹鋼管彎成的環(huán)形套管,用于加熱裝置的清洗、消毒用水。加熱時,飽和蒸汽在外管逆向流過。在產(chǎn)品殺菌時,它只作管道用。2)預熱換熱器5、7:它是循環(huán)消毒器引出的套管,同樣地彎成環(huán)形。管內(nèi)的冷原料與管外的熱產(chǎn)品在此進行熱交換,它們中間裝有均質(zhì)閥6。3)清洗裝置:清洗裝置由加熱器18、清洗缸15、貯缸17、排水管14和排汽管16等組成。4)超高溫加熱器8:超高溫加熱器是一個安裝有環(huán)形管的蒸汽罐。制品在內(nèi)管流動,蒸汽在外管逆向通過。整個加熱段分成幾段,每一分段都裝有一個自動冷凝水排出閥,如圖9-11所示。當達到最大操作限度時,蒸汽通過整個加熱環(huán)形管,冷凝水在最后一個閥門排出。當加工能力一旦減小時只需要使用部分加熱環(huán)形管,這時其余加熱環(huán)管正好被冷凝水充滿而不起加熱作用;一旦加工能力再增,增加自動閥流出的冷凝水,超高溫段的加熱面就會自動進行調(diào)整。因此,由于流過加熱段整個長度制品減少所引起的過熱現(xiàn)象不致發(fā)生,這一設計使得加熱面能適應各種不同粘度的制品,具有較大的適應性。5)均質(zhì)閥:整個系統(tǒng)有兩套均質(zhì)閥,一套在加熱器之前,壓力約為20MPa,一套在加熱器之后,壓力為0.5~5MPa。兩套均質(zhì)閥共有5只閥門,主要是用較低的平均壓力來減少壓力的波動和機件振動。第四節(jié)管式殺菌機械與設備3.國產(chǎn)套管式超高溫瞬時滅菌機

國內(nèi)有數(shù)個廠家生產(chǎn)的套管式超高溫瞬時滅菌機,用于牛乳、果汁、飲料等液體物料的超高溫殺菌。該設備用?34mm×2mm與?3mm×1.5mm的不銹鋼管組成同心套管作為熱交換段,用?23mm×1.5mm的不銹鋼管安裝在加熱器內(nèi)作加熱段。

以牛奶殺菌為例簡述其工藝流程:原料奶由離心奶泵送至熱交換段,溫度由20℃升至65~70℃,進入加熱段被加熱至135℃,保溫2~4s,再在熱交換段冷卻至60~65℃排至無菌貯奶罐,進一步冷卻、灌裝。其最大的優(yōu)點是價格較進口產(chǎn)品低廉。表9-1是國產(chǎn)套管式超高溫瞬時滅菌機的主要技術參數(shù)。表9-1國產(chǎn)套管式超高溫瞬時滅菌機的主要技術參數(shù)第四節(jié)管式殺菌機械與設備4.刮板式回轉殺菌器

如果待殺菌物料的粘度太大或流動太慢,或者物料在加熱器表面易形成焦化膜,則采用旋轉刮板式超高溫殺菌設備是較為合適的。這種殺菌設備主要由旋轉刮板式換熱器構成,另有輔助設備:泵、預熱器、保溫器、控制儀表、閥門、貯槽等。旋轉刮板式換熱器的結構如圖9-12所示。圖9-12刮板式回轉殺菌設備剖視圖1—原料入口2—入口溫度計3—出口溫度計4—排出閥門5—產(chǎn)品出口6—傳熱介質(zhì)入口7—傳熱介質(zhì)出口8—刮板9—轉軸10—環(huán)狀空間(食品通道)

11—傳熱管12—傳熱介質(zhì)13—絕熱材料

14—金屬蓋第四節(jié)管式殺菌機械與設備4.刮板式回轉殺菌器

加熱介質(zhì)在傳熱圓筒外側的夾套中流動,傳熱介質(zhì)根據(jù)使用目的不同可選用:蒸汽、水、介質(zhì)油等(用于冷卻時,可選用鹽水、氨、氟里昂等介質(zhì))。被處理的物料在圓筒內(nèi)流動,傳熱圓筒內(nèi)有旋轉軸,流體的通道為筒徑的10%~15%,刮板自由地固定在旋轉軸上,由于旋轉的離心力和流體的阻力,使其于傳熱面緊密接觸連續(xù)地刮掉與傳熱面接觸的流體覆蓋膜,露出清潔的傳熱面,刮掉的部分沿刮片卷向旋轉軸附近,

而軸附近的液體被吸入到葉片刮過后露出的傳熱面。這種換熱器中,刮片的設計非常重要,刮片的設計有多種形式。刮片和傳熱面之間的接觸壓力,必須能克服流體的附著力,但過大則會損壞傳熱面或刮片。刮片通常采用自由支持法安裝。

該設備可用于禽蛋、蛋奶甜羹、嬰兒食品、果泥、番茄泥、奶油、乳制品和奶酪等的超高溫殺菌。適用條件在138~143℃,時間選擇精度可達10s。由于刮板的旋轉不斷將接觸到傳熱面的食品刮去,對物料起到了充分混合作用,使裝置具有很好的導熱性,對于高粘度的食品物料,其總的傳熱系數(shù)也可達1162~3372W/(m2·K)。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備一、立式與臥式殺菌設備1.立式殺菌設備

立式殺菌設備亦稱立式殺菌鍋,可用于常壓或加壓殺菌。由于在品種多、批量小的生產(chǎn)中較實用,加之設備價格較低,因而在中小型罐頭廠使用較普遍。從機械化、自動化、連續(xù)化生產(chǎn)來看,不是發(fā)展方向。與立式殺菌鍋配套的設備有殺菌籃、電動葫蘆、空氣壓縮機等。

圖9-13所示為具有兩個殺菌籃的立式殺菌鍋。其球形上鍋蓋4鉸接于鍋體后部上緣,上蓋周邊均布6~8個槽孔,鍋體的上周邊鉸接與上蓋槽孔相對應的螺栓6,以密封上蓋與鍋體,密封墊片7嵌入鍋口邊緣凹槽內(nèi),鍋蓋可借助平衡錘3使開啟輕便。鍋的底部裝有十字形蒸汽分布管10以送入蒸汽,9為蒸汽入口,噴汽小孔開在分布管的兩側和底部,以避免蒸汽直接吹向罐頭。鍋內(nèi)放有裝罐頭用的殺菌籃2,殺菌籃與罐頭一起由電動葫蘆吊進與吊出。冷卻水由裝于上蓋內(nèi)的盤管5的小孔噴淋,此處小孔也不能直接對著罐頭以免冷卻時沖擊罐頭。鍋蓋上裝有排氣閥、安全閥、壓力表及溫度計等,鍋體底部裝有排水管11。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備一、立式與臥式殺菌設備1.立式殺菌設備圖9-13立式殺菌鍋1—鍋體2—殺菌籃3—平衡錘4—鍋蓋5—盤管

6—螺栓7—密封墊片8—鍋底9—蒸

汽入口10—蒸汽分布管11—排水管第五節(jié)高壓殺菌機械與設備一、立式與臥式殺菌設備1.立式殺菌設備

上蓋與鍋體的密封廣泛采用如圖9-14所示的自鎖斜楔鎖緊裝置。這種裝置密封性能好,操作時省時省力。裝置有十組自鎖斜楔塊2均布在鍋蓋邊緣與轉環(huán)3上,轉環(huán)配有幾組滾輪裝置5,使轉環(huán)可沿鍋體7轉動自如。鍋體上緣凹槽內(nèi)裝有耐熱橡膠墊圈4,鍋蓋關閉時,轉動轉環(huán),斜楔塊就互相咬緊而壓緊橡膠圈,達到鎖緊和密封的目的。將轉環(huán)反向轉動,斜楔塊分開,即可開蓋。圖9-14自鎖斜楔鎖緊裝置1—鍋蓋2—自鎖斜楔塊3—轉環(huán)4—墊圈5—滾輪6—托板7—鍋體第五節(jié)高壓殺菌機械與設備一、立式與臥式殺菌設備2.臥式殺菌設備

臥式殺菌鍋只用于高壓殺菌,而且容量較立式殺菌鍋大,因此多用于生產(chǎn)肉類和蔬菜罐頭為主的大中型罐頭廠。

臥式殺菌鍋裝置如圖9-15所示。鍋體17與鍋門(蓋)14的閉合方式與立式殺菌鍋相似。鍋內(nèi)底部裝有兩根平行的軌道,供裝載罐頭的殺菌車進、出之用。蒸汽從底部進入到鍋內(nèi)兩根平行的開有若干小孔的蒸汽分布管,對鍋內(nèi)進行加熱。蒸汽管在導軌下面。當導軌與地平面成水平時,才能使殺菌車順利地推進推出,因此有一部分鍋體是處于車間地平面以下。為便于殺菌鍋的排水,開設一地槽。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備一、立式與臥式殺菌設備2.臥式殺菌設備

鍋體上裝有各種儀表與閥門。由于采用反壓殺菌,壓力表所指示的壓力包括鍋內(nèi)蒸汽和壓縮空氣的壓力,致使溫度與壓力不能對應,因此還要裝設溫度計。

上述以蒸汽為加熱介質(zhì)的殺菌鍋,在操作過程中,因鍋內(nèi)存在著空氣,使鍋內(nèi)溫度分布不均,故影響產(chǎn)品的殺菌效果和質(zhì)量。為避免因空氣造成的溫度“冷點”而影響殺菌效果,在殺菌操作過程采用排氣的方法,通過安裝在鍋體頂部的排氣閥排放蒸汽來擠出鍋內(nèi)空氣和通過增加鍋內(nèi)蒸汽的流動來提高傳熱殺菌效果來解決。但此過程要浪費大量的熱量,一般約占全部殺菌熱量的1/4~1/3,并給操作環(huán)境造成噪聲和濕熱污染。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構

全水式回轉殺菌機如圖9-16所示。全機主要由貯水鍋(亦稱上鍋)、殺菌鍋(亦稱下鍋)、管路系統(tǒng)、殺菌籃和控制箱組成。圖9-16全水式回轉殺菌機1—殺菌鍋2—貯水鍋3—控制管路4—水汽管路5—底盤6—殺菌籃7—控制箱第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構

貯水鍋為一密閉的臥式貯罐,供應過熱水和回收熱水。為減輕鍋體的腐蝕,鍋內(nèi)采用陰極保護。為降低蒸汽加熱水時的噪聲并使鍋內(nèi)水溫一致,蒸汽經(jīng)噴射式混流器后才注入水中。

殺菌鍋置于貯水鍋的下方,是回轉殺菌機的主要部件。它由鍋體、門蓋、回轉體和壓緊裝置、托輪、傳動部分組成。鍋體與門蓋鉸接,與門蓋結合的鍋體端面有一凹槽,凹槽內(nèi)嵌有Y形密封圈,當門蓋與鍋體合上后,轉動夾緊轉圈,使轉圈上的16塊卡鐵與門蓋突出的楔塊完全對準,由于轉圈卡鐵與門蓋及鍋體上接觸表面沒有斜面,因而即使轉圈上的卡鐵使門蓋、鍋身完全吻合也不能壓緊密封墊圈。門蓋和鍋身之間有1mm的間隙,因此關閉與開啟門蓋時方便省力。殺菌操作前,當向密封腔供0.5MPa的潔凈壓縮空氣時,Y形密封圈便緊緊壓住門蓋,同時其兩側唇邊張開而緊貼實封腔的兩側表面,起到良好的密封作用。

回轉體是殺菌鍋的回轉部件,裝滿罐頭的殺菌籃置于回轉體的兩根帶有滾輪的軌道上,通過壓緊裝置可將殺菌籃內(nèi)的罐頭壓緊。回轉體是由4只滾圈和4根角鋼組成一個焊接的框架,其中一個滾圈由一對托輪支承,而托輪軸則固定在鍋身下部?；剞D體在傳動裝置的驅動下攜帶裝滿罐頭的殺菌籃回轉。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構

驅動回轉體旋轉的傳動裝置主要由電動機、P形齒鏈式無級變速器和齒輪組成?；剞D體的轉速可在6~36r/min內(nèi)作無級調(diào)速?；剞D軸的軸向密封采用單端面單彈簧內(nèi)裝式機械密封。在傳動裝置上設有定位裝置,從而保證了回轉體停止轉動時,能停留在某一特定位置,使得回轉體的軌道與運送殺菌籃小車的軌道接合,從殺菌鍋內(nèi)取出殺菌籃。全水式回轉殺菌機的工藝流程如圖9-17所示。

貯水鍋與殺菌鍋之間用連接閥V3的管路連通。蒸汽管、進水管、排水管和空壓管等分別連接在兩鍋的適當位置,在這些管路上根據(jù)不同使用目的安裝了不同形式的閥門。循環(huán)泵使殺菌鍋中的水強烈循環(huán),以提高殺菌效率并使鍋內(nèi)的水溫均勻擴散。冷水泵用來向貯水鍋注入冷水和向殺菌鍋注入冷卻水。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構圖9-17全水式回轉殺菌機工藝流程圖1—貯水鍋2—混合加熱管3—冷水泵4—熱水循環(huán)泵5—殺菌鍋V1—貯水鍋加熱閥V2—殺菌鍋加熱閥V3—連接閥V4—溢出閥V5—增壓閥V6—減壓閥V7—降壓閥V8—排水閥V9—冷水閥V10—置換閥V11—上水閥V12—節(jié)流閥V13—蒸汽總閥V14—截止閥V15—小加熱閥V16—安全旋塞第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構

全水式回轉殺菌機的整個殺菌過程分為以下8個操作工序。(1)制備過熱水

第一次操作時,由冷水泵供水,以后當貯水鍋的水位到達一定位置時液位控制器自動打開貯水鍋加熱閥V1,0.5MPa的蒸汽直接進入貯水鍋,將水加熱到預定溫度后停止加熱。一旦貯水鍋水溫下降到低于預定的溫度,則會自動供汽,以維持預定溫度。(2)向殺菌鍋送水

當殺菌籃裝入殺菌鍋、門蓋完全關好,向門蓋密封腔內(nèi)通入壓縮空氣后才允許向殺菌鍋送水。為安全起見,用手按動按鈕才能從第一工序轉到第二工序。全機進入自動程序操作,連接閥V3立即自動打開,貯水鍋的過熱水由于落差及壓差而迅速由殺菌鍋鍋底送入。當殺菌鍋內(nèi)水位達到液位控制器位置時,連接閥立即關閉。(3)殺菌鍋升溫

送入殺菌鍋里的過熱水與罐頭換熱,水溫下降。加熱蒸汽送入混合器對循環(huán)水加熱后再送入殺菌鍋。當溫度升到預定的殺菌溫度,升溫過程結束。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備1.全水式回轉殺菌機的結構(4)殺菌

罐頭在預定的殺菌溫度下保持一定的時間,小加熱閥V15根據(jù)需要自動向殺菌鍋供汽以維持預定的殺菌溫度,工藝上需要的殺菌時間則由殺菌定時鐘確定。(5)熱水回收

殺菌工序一結束,冷水泵即自行起動,冷水經(jīng)置換閥V1進入殺菌鍋的水循環(huán)系統(tǒng),將熱水(混合水)頂?shù)劫A水鍋,直到貯水鍋內(nèi)液位達到一定位置,液位控制器發(fā)出指令,連接閥關閉,將轉入冷卻工序。此時貯水鍋加熱閥自動打開,通入蒸汽以重新制備過熱水。(6)冷卻

根據(jù)產(chǎn)品的不同要求冷卻工序有三種操作方式:①熱水回收后直接進入降壓冷卻;②熱水回收后,反壓冷卻+降壓冷卻;③熱水回收后,降壓冷卻+常壓冷卻。每種冷卻方式均可通過調(diào)節(jié)冷卻定時器來獲得。(7)排水

冷卻定時器的時間到達后,排水閥V8和溢出閥V4打開。(8)啟鍋

拉出殺菌籃,全過程結束。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備2.全水式回轉殺菌機的特點

由于在殺菌過程中罐頭呈回轉狀態(tài),且壓力、溫度可自動調(diào)節(jié),因而具有以下特點:(1)殺菌均勻

由于回轉殺菌籃的攪拌作用,加上熱水由泵強制循環(huán),使鍋內(nèi)熱水形成強烈的渦流,水溫均勻一致,達到產(chǎn)品殺菌均勻的效果。攪拌與循環(huán)方式不同時殺菌鍋呈現(xiàn)的溫度分布情況如圖9-18所示。(2)殺菌時間短

由于殺菌籃的回轉,提高了傳熱效率,對內(nèi)容物為流體或半流體的罐頭,尤為顯著。罐頭的回轉速度與殺菌時間的關系如圖9-19所示。隨著轉速的增加,殺菌時間縮短。當轉速增加到一定限度時,反而使殺菌時間延長。其原因是隨著轉速的增加,離心力達到一定程度,罐頭內(nèi)容物被拋向罐底,使頂隙位置始終不變,失去了內(nèi)容物搖動而產(chǎn)生的攪拌作用,如圖9-20所示。另外每種產(chǎn)品都有它的合適轉速范圍,當超過這一范圍時,就會失去內(nèi)容物的均質(zhì)性,出現(xiàn)熱傳導反而變差的現(xiàn)象。

在全水式回轉殺菌設備中,罐頭的頂隙度對熱傳導率有一定的影響。頂隙大,內(nèi)容物的攪拌效果就好,熱傳導就快,然而過大又會使罐頭內(nèi)形成氣袋,產(chǎn)生假胖聽,因此頂隙要適中。另外,罐頭在殺菌籃里的排列方式對殺菌效果也有一定的影響。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備2.全水式回轉殺菌機的特點圖9-18攪拌與循環(huán)方式不同時殺菌鍋內(nèi)溫度的分布情況a)靜止式b)回轉式c)循環(huán)式d)回轉循環(huán)式第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備2.全水式回轉殺菌機的特點圖9-19罐頭回轉速度與殺菌時間的關系內(nèi)容物:條狀臘腸;罐頭尺寸:?99mm×119mm,加熱到中心溫度117℃第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備2.全水式回轉殺菌機的特點圖9-20罐頭在回轉過程中內(nèi)容物的攪拌情況a)回轉速度慢b)回轉速度過快c)回轉速度適宜d)罐頭頂隙在內(nèi)容物中心移動時發(fā)生搖動第五節(jié)高壓殺菌機械與設備二、回轉殺菌設備2.全水式回轉殺菌機的特點(3)有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高

由于罐頭回轉,可防止肉類罐頭油脂和膠凍的析出,對高粘度、半流體和熱敏性的食品,不會產(chǎn)生因罐壁部分過熱形成粘結等現(xiàn)象,可以改善產(chǎn)品的色、香、味,減少營養(yǎng)成分的損失。(4)由于過熱水重復利用,節(jié)省了蒸汽。(5)殺菌與冷卻壓力自動調(diào)節(jié),可防止包裝容器的變形和破損。

全水式回轉殺菌機的主要缺點是:設備較復雜;設備投資較大;殺菌準備時間較長;殺菌過程熱沖擊較大。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備三、淋水殺菌設備1.淋水式殺菌機的工作原理

雙門形淋水式殺菌機外形簡圖,淋水式殺菌機工作原理示意圖分別如圖9-21、圖9-22所示。

在整個殺菌過程中,貯存在殺菌鍋底部的少量水(一般可容納4個殺菌籃存水量為400L),利用一臺熱水離心泵進行高速循環(huán),循環(huán)水即殺菌水,經(jīng)一臺焊制的板式熱交換器進行熱交換后,進入殺菌機內(nèi)上部的分水系統(tǒng)(水分配器),均勻噴淋在需要殺菌的產(chǎn)品上。循環(huán)水在產(chǎn)品的加熱、殺菌和冷卻過程中依順序使用。在加熱產(chǎn)品時,循環(huán)水通過間壁式換熱器由蒸汽加熱,在殺菌過程時則由換熱器維持一定的溫度,在產(chǎn)品冷卻時,循環(huán)水通過間壁式換熱器由冷卻水降低溫度。該機的過壓控制和溫度控制是完全獨立的。調(diào)節(jié)壓力的方法是向鍋內(nèi)注入或排出壓縮空氣。

淋水式殺菌機的操作過程是完全自動化的,溫度、壓力和時間由一個程序控制器控制。程序控制器是一種能儲存多種程序的微處理機,根據(jù)產(chǎn)品不同,每一個程序可分成若干步驟。這種微處理機能與中央計算機相連,實現(xiàn)集中控制。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備三、淋水殺菌設備1.淋水式殺菌機的工作原理圖9-21雙門形淋水式殺菌機外形簡圖1—控制盤2—水分配器3—門蓋4—貯水區(qū)5—鍋體第五節(jié)高壓殺菌機械與設備三、淋水殺菌設備1.淋水式殺菌機的工作原理圖9-22淋水式殺菌機工作原理示意圖第五節(jié)高壓殺菌機械與設備三、淋水殺菌設備2.淋水式殺菌機的特點1)由于采用高速噴淋水對產(chǎn)品進行加熱、殺菌和冷卻,溫度分布均勻穩(wěn)定,提高了殺菌效果,改善了產(chǎn)品質(zhì)量。2)殺菌與冷卻使用相同的水(循環(huán)水),產(chǎn)品沒有再受污染的危險。3)由于采用了間壁式換熱器,蒸汽或冷卻水不會與進行殺菌的容器相接觸,消除了熱沖擊,尤其適用于玻璃容器,可以避免冷卻階段開始時的玻璃容器破碎。4)溫度和壓力控制是完全獨立的,容易準確地控制過壓,因為控制過壓而注入的壓縮空氣,不影響溫度分布的均勻性。5)水消耗量低,動力消耗小。工作中,循環(huán)水量小,冷卻水通過冷卻塔可循環(huán)使用。整個設備配用一臺熱水泵,動力消耗小。6)設備結構簡單,維修方便。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備1.水封式連續(xù)高壓殺菌設備

水封式連續(xù)高壓殺菌設備是臥式圓筒形壓力殺菌鍋,其裝置如圖9-23所示,用鏈式輸送帶攜帶罐頭容器經(jīng)水封式轉動閥門送入殺菌鍋內(nèi)。水封式傳動閥門浸沒在水中,借助部分水力和機械力得以完成密封的任務。罐頭通過閥門時受到預熱,接著向上提升,進入高壓蒸汽加熱室內(nèi),然后水平地往復運行,在保持穩(wěn)定的壓力和充滿蒸汽的環(huán)境中殺菌。殺菌時間可根據(jù)產(chǎn)品要求調(diào)整輸送帶的速度進行控制。殺菌完畢,罐頭經(jīng)分隔板上的轉移孔進入殺菌鍋底的冷卻水內(nèi)進行加壓預冷,然后再次通過水封式轉動閥門送至常壓冷水內(nèi)或外界空氣中冷卻,直到罐頭溫度降到常溫為止。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備1.水封式連續(xù)高壓殺菌設備圖9-23水封式連續(xù)高壓殺菌設備原理圖1—自動供罐裝置2—自動排罐裝置3—罐頭由鼓形閥中排出4—鼓形閥中進罐5—罐頭在殺菌室中殺菌6—殺菌室與冷卻槽之間的隔板7—冷卻槽8—罐頭一邊回轉一邊常壓冷卻第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備1.水封式連續(xù)高壓殺菌設備

如在鏈式輸送帶的下面裝上導軌板,則罐頭在傳送過程中就可進行軸向回轉。如不需要攪動式殺菌,可將導軌拆除。殺菌溫度100~143℃(可調(diào)),也可進行高溫短時殺菌。這種殺菌裝置不僅可用于金屬罐罐頭食品的殺菌,還可用于玻璃瓶和袋裝食品的殺菌。這種設備在對薄金屬罐裝食品、瓶裝食品和袋裝食品進行殺菌時,采用空氣加壓來使容器內(nèi)外的壓力保持平衡。因空氣導熱性差,容易出現(xiàn)加熱不均勻,為此在壓力蒸汽加熱室內(nèi)需用風扇(或風機)不斷地將蒸汽和空氣充分混和,以保證加熱的均勻性。

該類設備生產(chǎn)能力有大有小,小型設備(2.1m×2.1m)每分鐘可殺菌處理袋裝食品60袋;大型設備(長22m,寬3.26m,高3.76m)每分鐘可處理嬰兒食品800個。該設備的優(yōu)點是蒸汽、水、空間和勞動力的利用上比較經(jīng)濟,缺點是進出罐的水封式轉動閥承受的壓力相當大,加工制造精度要求高。此類設備在歐洲和亞洲主要用于果蔬和乳制品的殺菌,在北美則主要用于藥物殺菌。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備2.靜水壓連續(xù)殺菌設備(1)靜水壓連續(xù)殺菌設備的用途、結構

靜水壓連續(xù)殺菌設備是一種連續(xù)進罐和出罐的加壓殺菌設備,用于100℃以上的高溫高壓罐頭的連續(xù)殺菌。它利用水柱產(chǎn)生的靜壓對罐頭食品進行高溫連續(xù)殺菌,其工作原理如圖9-24所示。

密封后的罐頭底蓋相接,臥放成行,按一定數(shù)量自動地供給到裝有平行走動的環(huán)式輸送鏈上,由傳送器自動地向進罐柱→水柱管(升溫柱)→蒸汽室(殺菌柱)→水柱管(出罐柱、加壓冷卻)→噴淋冷卻柱(常壓冷卻柱)→出罐依次運行。加壓殺菌所需飽和蒸汽與蒸汽室相連呈T字形(或稱U字管),水柱管的水柱壓頭保持平衡,水柱的高度決定著飽和水蒸氣壓的大小和蒸汽加熱室的溫度,每升高或降低10cm水柱,蒸汽加熱室的溫度可升高或降低0.18℃,如115.6℃、121.1℃、126.7℃等各個不同的殺菌溫度,必須建立的相應蒸汽壓(表壓)為0.07MPa、0.105MPa、0.14MPa,與此蒸汽壓相平衡的水柱高度應為6.9m、10.4m、14.8m,殺菌設備的高度相應為12m、15.4m、27.5m。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備2.靜水壓連續(xù)殺菌設備圖9-24靜水壓連續(xù)殺菌設備工作原理示意圖第五節(jié)高壓殺菌機械與設備四、連續(xù)式高壓殺菌設備2.靜水壓連續(xù)殺菌設備(2)靜水壓連續(xù)殺菌設備的特點

這種殺菌裝置加熱溫度調(diào)節(jié)簡單,進殺菌鍋時罐頭不會產(chǎn)生突然受壓和受熱的情況,罐頭溫度及壓力的上升和下降是由于水柱造成的溫度梯度而逐步變化的,可避免受溫度和壓力的劇烈變化所引起的罐頭變形或外傷,產(chǎn)品質(zhì)量好,適用性較強。如果蔬、肉類、魚類、湯汁和玉米等罐頭和嬰兒食品、牛奶、煉乳、牛奶咖啡、牛奶巧克力和奶油等乳制品的殺菌。對金屬罐、玻璃瓶、塑料罐及軟罐頭等容器都可適用,裝置高度自動化,有效地利用蒸汽和水,消耗量少。在相似條件下,與一般殺菌鍋相比,可節(jié)省用汽量70%以上,節(jié)約用水量80%以上;殺菌非常均勻,極易控制。占地面積小,操作人員極少,正常情況下,只需一人操作。生產(chǎn)能力可調(diào)節(jié),一般60~150罐/min,現(xiàn)在生產(chǎn)能力最高可達1000~1500罐/min。但是這種設備外形較高,需專門蓋十幾米高的廠房。載罐系統(tǒng)因多種原因(如浮罐等)常會卡死,全機只好停產(chǎn)檢修,而檢修十分麻煩。適應罐頭規(guī)格的性能差,設備的實際生產(chǎn)能力僅為額定值的30%~40%,裝罐機構和載罐器操作不可靠,需人工輔助,設備的投資費用很高。對大量生產(chǎn),熱殺菌處理條件相同的產(chǎn)品工廠特別適用。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備五、高溫短時殺菌設備1.火焰連續(xù)殺菌設備

火焰連續(xù)殺菌設備特別適用于蘑菇、玉米、青豆、胡蘿卜等蔬菜罐頭的殺菌。這種設備的熱源不用蒸汽,而是用特制燃燒器或直接火焰對罐頭進行加熱殺菌。燃料可用煤氣、丁烷、丙烷等。圖9-25為這種殺菌設備的結構示意圖。

殺菌時,罐頭以164罐/min的速度由推桿送入火焰殺菌設備,首先通過機組頭部的常壓蒸汽室段,使內(nèi)容物在4min內(nèi)預熱至95℃。隨后罐頭滾過5組燃燒器,火焰溫度為1000℃;使內(nèi)容物在4min內(nèi)升溫至124℃。接著通過另外4組燃燒器使其在124℃下保溫4min,保溫燃燒器上的火焰間隔比升溫燃燒器的較遠,以能供給一定熱量維持殺菌溫度即可。同時,當罐頭通過加熱面時,內(nèi)容物受到更迭的熱脈沖,提高微生物的致死率。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備五、高溫短時殺菌設備1.火焰連續(xù)殺菌設備圖9-25火焰連續(xù)殺菌設備1—鏈帶式輸送帶2—蒸汽室3—火焰4—噴水器第五節(jié)高壓殺菌機械與設備五、高溫短時殺菌設備2.軟罐頭連續(xù)超高溫殺菌設備

軟罐頭食品的殺菌條件一般是120℃、30min。為了得到高質(zhì)量及品種多樣化的軟罐頭,日本研究成了軟罐頭高溫和超高溫殺菌技術和設備,軟罐頭高溫殺菌溫度為135℃,時間為5~10min;軟罐頭超高溫殺菌溫度為150℃,時間為2min,在高溫和超高溫殺菌條件下,對包裝袋的要求更高。我國不少食品廠已有此類設備。

軟罐頭連續(xù)超高溫殺菌機的結構如圖9-26所示。整個設備分為外部水槽、特殊水封閥及鍋體三個部分。鍋體內(nèi)部有鏈帶輸送機,以規(guī)定的水界為界線,上方充滿蒸汽,下方為冷卻水,分別形成殺菌區(qū)和冷卻區(qū),水封閥浸沒在水中。

這種殺菌機的殺菌時間為20s~10min。當殺菌時間為20s至1min時,每分鐘可處理標準尺寸(130mm×170mm)的軟罐頭75袋,當殺菌時間超過1min時,設備殺菌處理能力則降低。第五節(jié)高壓殺菌機械與設備五、高溫短時殺菌設備2.軟罐頭連續(xù)超高溫殺菌設備圖9-26軟罐頭連續(xù)高溫殺菌機示意圖1—傳輸帶2—蒸汽殺菌室3—傳送桿4—外殼5—水封閥轉子6—喂入桿7—回轉板8—載盤器9—載盤器喂入傳輸帶10—水面11—水槽第五節(jié)高壓殺菌機械與設備五、高溫短時殺菌設備3.真空殺菌設備

這種設備用于蔬菜類罐頭的高溫短時殺菌,將排氣和殺菌合為一個工序,加熱方式采用火焰直接對罐頭加熱。操作時,先在罐頭容器內(nèi)注入少量食鹽水(約占空罐容積的1%~4%),然后裝入產(chǎn)品,經(jīng)預封后送入設備的預熱部分,在這里以傾斜狀態(tài)作回轉運動,并同時受到火焰的加熱,使罐頭內(nèi)的水分快速蒸發(fā),將氣體排出罐外,預熱時間一般為3~5min,然后趁熱封罐。并將罐頭橫放送入殺菌部分,進行急速加熱,在1~2min內(nèi)使罐內(nèi)溫度達到130℃,在此溫度下保持1~5min后離開殺菌部分,進入冷卻段以冷水噴淋冷卻,罐內(nèi)形成高真空度。

這種殺菌方法在罐頭內(nèi)添加的鹽水量少,罐頭重量較常規(guī)方法輕33%。因罐內(nèi)汁液少,轉移到鹽水中的蔬菜成分較少,有利于保持蔬菜的風味,同時罐內(nèi)可獲得一般方法達不到的80~93.3kPa真空度,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和延長了產(chǎn)品保存期。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置

在食品的殺菌上,對于高粘度的液體和固體食品,由于完全不存在熱對流現(xiàn)象,傳熱完全依賴于熱的傳導方式。因此,食品中心部位的升溫速度很慢,而色香味、營養(yǎng)成分和口感等質(zhì)量指標卻因受長時間的加熱和受熱過度而發(fā)生難以避免的變化,致使質(zhì)量降低。為了解決長時間加熱的問題,國外有的國家應用微波高溫殺菌裝置對高粘度液體食品和軟罐頭進行殺菌,取得了成功。國內(nèi)亦有不少廠家都生產(chǎn)微波殺菌設備,品種、型號較多,特別以多管微波殺菌設備引人矚目。(1)微波殺菌的原理

微波加熱的原理在第八章中已有介紹,這里不在重復。但微波的非熱效果(本身對生理的作用)也能對發(fā)育的霉菌孢子進行殺滅。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置(2)高粘度液體食品的管式微波高溫殺菌裝置

該裝置的結構示意圖如圖9-27所示。這是一種適用于處理高粘度物料的連續(xù)殺菌裝置。該裝置由料斗供給液體食品物料,通過定量泵加壓傳送到微波照射部后,利用微波使溫度升高到規(guī)定的溫度。然后,根據(jù)需要,用保溫管使食品在殺菌溫度下殺菌。照射殺菌部選用相當?shù)牟馁|(zhì)及設計合適的攪拌機構,保證物料不因粘帶而阻塞,從而防止了過度的加熱現(xiàn)象。最后,在冷卻管中冷卻后被送出裝置。

在殺菌工藝上,使用與不使用保溫管時的溫度控制如圖9-28所示。殺菌溫度可定至140℃,殺菌時間可在數(shù)十秒鐘至數(shù)分鐘之間選定,殺菌溫度誤差為±2℃以內(nèi),不會產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象。在使用范圍內(nèi),適用于多品種、小批量的食品生產(chǎn)。圖9-27管式微波高溫殺菌裝置結構1—料斗2—定量泵3—微波照射部4—測定溫度部5—保溫管6—冷卻管7—調(diào)壓部8—攪拌器第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置(2)高粘度液體食品的管式微波高溫殺菌裝置

在使用范圍上,可處理的物料有如下幾類:1)醬料:番茄醬、調(diào)味汁類、果醬、餡、豆醬、糊膏類等。2)調(diào)制食品:咖喱、燉燜食品、湯類、嬰兒食品、豆腐渣、芝麻豆腐等。3)飲料:咖啡、紅茶、甜酒等。4)甜食:布丁、果凍、鮮奶油等。5)其他:各種液體醫(yī)藥品、化妝品等。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置(3)固體食品的微波高溫殺菌裝置

所謂的固體食品是指已裝入包裝容器的食品。微波殺菌用的容器只能使用玻璃、塑料薄膜等非金屬類型的容器,由于金屬表面引起微波反射,而達不到殺菌的目的,故不能使用金屬容器。食品充填入容器后,殺菌過程一般分兩個階段進行加熱,即預熱及充分排氣后密封;預熱后升溫,進行高溫殺菌。該裝置的結構示意圖如圖9-29所示。整個裝置由下面幾個部分組成:(1)入口有內(nèi)容物的食品袋由定位器固定位置。(2)預熱預熱至100℃,受熱,排氣。(3)密封作完全密封。(4)測溫確認預熱溫度。(5)加熱食品在殺菌溫度下迅速加熱殺菌。(6)保溫保持殺菌溫度。(7)測溫確認殺菌狀況。(8)冷卻用水或空氣進行充分冷卻。(9)測溫確認冷卻溫度。(10)出口由定位器上取出成品。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置圖9-29固體食品的微波高溫殺菌裝置第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置

有資料介紹,用模擬食品接種耐熱性細菌的孢子10-6~10-7g,加水后,在Fo為5.5條件下分別進行微波加熱殺菌和高壓釜殺菌的對比試驗,結果見表9-2。表9-2不同條件下微波加熱殺菌和高壓釜殺菌的對比試驗注:表中Fo表示殺菌程度。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置

從試驗結果看,對固體物料的殺菌,兩種方法有較大的差異。這是由于固體物料在高壓釜中殺菌時,熱傳導不良,中心溫度升高很慢,因此難以取得令人滿意的殺菌效果。但當采用微波殺菌時,由于感應電的差異,使固體物料的溫度與水溫一樣能很快上升。因此,無論是固體物料還是固體與液體的混合物,都能取得充分而又穩(wěn)定的殺菌效果。該裝置可應用于豬排、大蝦、墨魚及漢堡包的殺菌等。

目前由國內(nèi)研制開發(fā)的多管微波殺菌設備與傳統(tǒng)的單管大功率微波殺菌設備相比,在殺菌的均勻性、生產(chǎn)效率有一定的優(yōu)勢,使用與維修亦比較方便。主要應用范圍如下:1)殺菌保鮮:豆奶粉、麥片、玉米片、芝麻糊調(diào)料、醬菜、肉類、茶葉、花粉等。2)干果烤制:瓜子、花生、板栗、薄皮核桃等。3)液體殺菌:牛奶、果茶、中西藥飲劑、營養(yǎng)液、飲料、調(diào)味品等。4)小包裝殺菌:鹵菜、豆腐干、魚片、牛肉干、梅子、無花果等。5)真空及真空冷凍干燥:脫水蔬菜、活性參、海鮮、熱敏性食品。6)干燥脫水:中藥材、藥丸、香精香料、木板樹、包裝材料、飼料、化工原料等。7)農(nóng)副產(chǎn)品深加工:花生脫皮、大豆脫腥、水果膨化等。8)微波萃取:加速萃取溶解速度,提高萃取率。

國產(chǎn)多管微波殺菌設備外形圖如圖9-30所示。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備1.微波殺菌裝置圖9-30多管微波殺菌設備外形圖第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備2.歐姆殺菌設備(1)歐姆殺菌的基本原理

歐姆殺菌是采用通入電流使食品內(nèi)部產(chǎn)生熱量,達到殺菌的目的。運用常規(guī)熱殺菌的方法,對帶顆粒食品的殺菌是采用管式或刮板式換熱器進行間接熱交換,其過程速率取決于傳導、對流或輻射的換熱條件。要使固體顆粒內(nèi)部達到殺菌溫度,其周圍液體部分必須過熱,這勢必導致含顆粒食品殺菌后質(zhì)地軟爛、外形改變,影響產(chǎn)品品質(zhì)。而采用歐姆加熱,則使顆粒的加熱速率與液體的加熱速率相接近成為可能,并可獲得比常規(guī)方法更快的顆粒加熱速率(約1~2℃/s),因而可縮短加熱時間,得到高品質(zhì)產(chǎn)品。歐姆加熱是利用電極,將50~60Hz的低頻交流電流直接導入食品,由食品本身介電性質(zhì)所產(chǎn)生的熱量,而達到直接殺菌的目的。物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量必將引起介質(zhì)溫度的變化。溫度變化除了與電學性質(zhì)有關外,還與下列熱學性質(zhì)有關:①物料的密度ρ和比熱容c;②物料的熱導率λ。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備2.歐姆殺菌設備(2)歐姆殺菌裝置和操作

歐姆殺菌裝置系統(tǒng)主要由泵、柱式歐姆加熱器、保溫管、控制儀表等組成,如圖9-31所示。其中最重要的部分是由4個以上電極室組成柱式歐姆加熱器(圖9-32)。電極室由聚四氟乙烯固體塊切削而成并包以不銹鋼外殼,每個極室內(nèi)有一個單獨的懸臂電極。電極室之間用絕緣襯里的不銹鋼管連接?？捎米饕r里的材料有聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)和玻璃。第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備2.歐姆殺菌設備圖9-31歐姆加熱器的加熱裝置流程示意圖第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備2.歐姆殺菌設備圖9-32

歐姆加熱器示意圖第六節(jié)微波與歐姆殺菌機械與設備2.歐姆殺菌設備(3)歐姆殺菌產(chǎn)品的品質(zhì)

與傳統(tǒng)罐裝食品的殺菌相比,歐姆殺菌可使產(chǎn)品品質(zhì)在微生物安全性、蒸煮效果及營養(yǎng)、維生素保持方面得到改善。主要優(yōu)點:①可生產(chǎn)新鮮、味美的大顆粒產(chǎn)品;②能使產(chǎn)品產(chǎn)生高的附加值;③能加熱連續(xù)流動的產(chǎn)品而不需要任何熱交換表面;④可加工對剪切敏感的產(chǎn)品;⑤熱量可在產(chǎn)品固體中產(chǎn)生而不需要借助其液體的傳導或對流;⑥系統(tǒng)操作平穩(wěn);⑦維護費用低;⑧過程易于控制,且可立即起動或停止;⑨加工和包裝費用有節(jié)約潛力;包裝的選擇范圍較寬。第七節(jié)超高壓殺菌機械與設備1.食品超高壓殺菌原理

食品超高壓殺菌,即將食品物料以某種方式包裝完好后,放入液體介質(zhì)(通常是食用油、甘油、油與水的乳液)中,在100~1000MPa壓力下作用一段時間后,使之達到滅菌要求。其基本原理就是壓力對微生物的致死作用,主要是通過破壞細胞膜、抑制酶的活性和影響DNA等遺傳物質(zhì)的復制來實現(xiàn)的。(1)超高壓對細胞形態(tài)的影響

極高的流體靜壓會影響細胞的形態(tài)。通過電子顯微鏡觀察:細胞內(nèi)的氣體空泡在0.6MPa壓力下會破裂。在30~45MPa壓力下,能使假單胞菌菌株的形態(tài)發(fā)生外形變長、脫離細胞質(zhì)膜、無膜結構細胞壁變厚。較大的細胞胞壁的機械斷裂而松解,200MPa的壓力可使細胞壁受到破壞。細胞漿中海綿狀或網(wǎng)狀結構的光亮區(qū)和核蛋白體數(shù)目減少。(2)超高壓引起酶類的變性

一般來說,100~300MPa壓力引起的酶變性是可逆的,而超過300MPa引起的變性則是不可逆的。酶的高壓失活的主要機制是:破壞了分子內(nèi)部結構,改變了活性部位上構象。第七節(jié)超高壓殺菌機械與設備2.超高壓對食品中營養(yǎng)成分的影響(1)超高壓對蛋白質(zhì)的影響

高壓使蛋白質(zhì)變性。其原因是由于高壓使蛋白質(zhì)原有結構伸展,導致蛋白質(zhì)體積的改變,利于人體的消化吸收。酶是蛋白質(zhì),高壓處理對食品中酶的活性也是有影響的。例如,在對甲殼類水產(chǎn)品進行高壓處理時,高壓使水產(chǎn)品中的蛋白酶、酪氨酸酶等失活,減緩了酶促褐變及降解反應。但是,壓力也具有增強酶活力的作用。例如,切片的土豆,蘋果和洋梨在壓力較低時,可激活組織中的多酚氧化酶,導致褐變發(fā)生。若加壓到400MPa以上,則酶的活性逐漸喪失,與迅速加熱使酶失活一樣。加壓速率提高同樣能達到快速鈍化酶的目的。使蛋白質(zhì)發(fā)生變性的壓力大小依不同的物料及微生物特性而定,通常在100~600MPa范圍內(nèi)。(2)超高壓對淀粉及糖類的影響

高壓能使淀粉分子的長鏈斷裂,分子結構改變,淀粉變性。如淀粉在常溫下加壓到400~600MPa,即發(fā)生糊化而呈不透明的粘稠糊狀物,吸水量亦發(fā)生改變。第七節(jié)超高壓殺菌機械與設備2.超高壓對食品中營養(yǎng)成分的影響(3)超高壓對油脂的影響

食品中的油脂類耐壓低,常溫下加壓到100~200MPa,即變成固體而解除壓力后則恢復到原狀。另外,