超高温杀菌技术设备.pdf

超 高 曰 皿 杀 菌 技 术 设 备 曾劲松 白路 ( 轻工业西安机械设计研究所 7 1 0 0 8 6 ) ( 陕西科技 大学机 电学 院) 随着我国经济 的发展和人 民生活水平 的提高 ， 各种饮料 、乳品的消费 日益增长 ，自然对食品包装 也提出了更高的要求 ：保质期长 、口味不变。超高 温杀菌正是达到这一要求的理想途径之一。超高温 杀菌是指将流体或半流体 在 2 8 s内加热到 1 3 5 o C 1 5 0 C，然 后再 迅速冷 却到 3 0 o C 4 0 C。这 个过 程 中，细菌的死亡速度远比食品质量受热发生化学变 化而劣变 的速度快 ，因而瞬间高温 可完全杀死 细 菌 ，但对食 品的质量影响不大 ，几乎可完全保持食 品原有的色 、香 、味 。 近年来 国外先进的 UH T设备不断被进 口，刺 激着国内企业对此类设备的开发生产 。本文根据作 者长期以来设备的开发实践 ，对现在流行 的几种有 代表性的 U H T系统进行分析 ，以便有利于国产化。 1 设备分类 按照物料 与加热介 质是否接触 ， U H T瞬时杀 菌过程可分为间接式加热法和直接混合式加热法两 类 ( 见表 1 ) 。 直接混合式加热法 ，可按两种形式进行 ：一是 注射式 ，即将高压蒸汽注射到待杀菌物料 中；另一 种是喷射式 ，即将待杀菌物料喷射到蒸汽中。 间接加热 U H T过程是采用 中压蒸 汽或 中压水 为加热介质 ，热量经过固体换热壁转传 给待加热杀 菌物料 。 2 S MS I P-6 81 0 9 0 UHT 它是环形套管式超高温杀菌设备 ，属于管式热 交换型 ，由荷兰斯托 克( S T O C K)公 司研制生产 。 国内已有数十台投入使用 ，运行性能稳定 ，是设备 生产企业消化制造的首选形式 。 2 1 环形套管式 U H T结构 环形套管式 U H T结构如图 1 所示 。 2 2 环形套管式 U H T原理 ( 以无菌奶生产线为例) 工艺简图如图 1所示 ： 原 t d t 柬 注 ：a ) 1 4层环形管主体b )平衡罐系统 c )均质机 d )酸、碱、水箱及计量系统 e )泵、阀及管道 f ) 电 气控制系统 图 1 环形套 管式 U H T结构及工作原理 从调味贮罐来的原料奶经过平衡罐缓冲后 ，由 泵送人环形套管第三层进行预热 ( 由对流的热牛奶 供 给热量 ) 。预热后 的牛奶进入均质机进行第一次 均质 ，均质压力为 4 Mp a 。均质后 的牛奶进入第 四 层进行 第二次预热 ( 由对流的热 牛奶供 给热量 ) 。 然后直接进入环形套管第一层进行超高温杀菌 ( 由 中压蒸 汽供 给热量 ) ，杀菌温度为 1 3 5 o C，加热 2 8 维普资讯 后 ，牛奶再进入环形套管第三层和第 四层的夹层中 进行热能 回收再利用 。杀菌后的牛奶从环行套管第 三层 出来后进行 第二次均质 ，均质压 力为 2 5 M p a 。 最后进入环 形套管第二层 进行冷却 ，出料温度 在 2 5 左右时 ，即可包装或灌装贮存。 2 3 设备 特 点 2 3 1 结构紧凑 ，占地面积小 ，附属设备少 ，投资 较小。 2 - 3 2 清洗系统 中酸、碱 、水均通过计量泵计量 ， 与管路系统 中的水混合 ，使其浓度保持稳定 。 2 - 3 - 3 控制系统灵活而准确 。 2 3 4 对于 目前国内的加工手段 ，环形管子弯制难 度较 大 。 2 4制造关键 此设备环形管主体共有 四层 ，每一层环形管 中 又套有 1 2层套管 ，且管壁较厚 ，在弯制和安装时 要保证套管同心和管子 内壁光洁度不被破坏 ，一般 采用在套管中加水冷冻后靠模具拉弯 ；或在套管之 间装上弹簧后靠模具拉弯 ，弹簧可以不取 出，形成 牛奶湍流和管道之间的支撑 。 从环形套 管第一层 出来的牛奶 已经是无菌 了 ， 为了保持其无菌状态 ，完善的自动工艺控制是非常 必要 的。要求工艺人员与 自控人员在编写程序时密 切配合 ，同时也要根据现场生产进行程序调整 。 3 Pa s t e r i z i n g De o d o r i z i n g UHT 它是直接混合式的注射式超高温杀菌设备 ，由 日本精研舍研制生产 ，成功的应用于豆奶 、牛奶等 生产线中。 3 1 直接混合式 U m 结构 直接混合式 U H T结构如图 2所示。 3 2直接混合式 U HT原理( 以豆奶生产线为例) 工艺简图如图 2所示。 秉 巨 均质机 料液经过平衡罐准备后 ，由板式换热器预热到 8 5 后 ，进入蒸汽喷射器直接与蒸汽混合杀菌 ，温 度为 1 4 2 C 。为达到杀菌 目的，在蛇形管中保温 4 s ， 最后进入脱臭 、闪蒸系统 。此系统采用真空泵负压 抽气 ，豆奶因减压而急剧膨胀 ，温度很快降至 7 5 左右 ，并 去除水分和腥 味 ，恢复 豆奶 中原有 的水 分 ，再对豆奶均质 、冷却 ，最后无菌储存或直接灌 装 。 3 - 3 设备 特点 3 3 1 占地面积较 大 ，附属设备较多 ，投资较大 ， 但制造难度小。 3 - 3 2 清洗时 ，要接人 C I P工段配好的酸 、碱 、水 直接进行清洗 ，所 以该 U H T系统必须配备相应的 CI P工 段 。 3 3 - 3 由于蒸汽与奶直接混合 ，杀菌效果更彻底 ， 且换热效率高。 3 3 4 使用 的蒸汽必须是干饱和蒸汽 ，不含油 、有 机物和异臭 ，故只有饮用水才能作为锅炉用水 。为 了保证加热蒸汽干燥 ，除过滤器外 ，还需设置汽液 分离器 。 3 3 5 由于有脱臭过程 ，对于需要保 留芳香味的物 料会除去芳香昧 ，故不宜采用此 U H T设备。 3 4 制造关键 其中的蒸汽喷射泵是关键设备 ，不但要能有效 的分布蒸汽 ，而且要保证豆奶在湍流下与蒸汽充分 混合 ，所 以零件 的制造加工精度较高 ，装配要保证 公差 。 其简图如图 3所示 。 蒸汽 爿1 一 l ! 4 搿 扳丈接热 墨 注 ：a )缓 冲罐 b )板 式换热器 及其管路 c )蒸 汽喷射 器d )闪蒸罐及 冷凝 器 圈 2 直接混合式 U H -I l 结构及工作原理 圈 3 蒸汽喷射泵筒圈 混 合 液 板式换热式 U H T 它是间接加热式超高温杀菌设备 ，广泛应用于 果汁、茶等饮料生产线 中。 4 1 板式 换热 式 U H T结构 板式换热式 U H T结构如图 4所示 。 4 2 板式换热式 U H T原理( 以果汁生产线为例 ) 工艺简图如图 4所示 。 维普资讯 注 ：a )平衡罐b )板式 换热器c )均质机d )泵 、阀及 其 管路 系统e )电气控制系统 图 4板式换热式 U H T设备结构及工作原理 料液经过平 衡罐准备后 ，用泵 打入板式 换热 器 ，预热到 7 5 后，再进入均质机进行均质 。然后 由两个板式换热器很快加热到 1 1 5 ，并保温 3 s以 上 ，这样果汁中的细菌立即被杀死 。被杀菌后的果 汁返 回预热板式换热器的另一侧 ，预热 刚来的冷果 汁的同时，冷却 自己。最后果汁可直接热灌装或进 入冰水热交换器 中 ，使其温度 降至 5 左 右 ，进行 冷灌装和无菌封 口。 4 3 设备特点 4 3 1 占地面积小 ，附属设备较少 ，投资小。 4 3 2 清洗时 ，该 U H T必须配备 C I P工段 。板式 换热器拆卸清洗较麻烦 。 4 3 3 由于预热 、杀菌以及最后的物料冷却都用板 式换热器 ，所以只要增减板 片便可调整供给热量 ， 即可实现不 同工艺要求的温度 。故其适应范围广 ， 操作灵活 。 4 3 4 此工艺过程是针对果汁而言的 ，即先预热物 料，然后进入均质机打碎脂肪球 ，最后让物料进入 板式换热器杀菌 。对于其它物料 ，可能要将均质机 放在杀菌后面。 4 4制造关键 换 热 的物料衡算 以及板 式换热器 的选型 较容 易 ，加之制造安装难度也不大 ，故在 国产 U H T设 备中，此机型最多 。 5 上述三种 U HT设备 比较 通 过 以上分析 ，我们不难 看 出 ，板式换 热式 U H T设备 占地面积最小 ，投资小 ，但对于一些粘稠 颗粒、易结垢的物料 ，如豆奶等不宜采用 。 环形套管式 U H T占地 面积 较小 ，投 资 比直接 混合式 U H T少，且热效率较高。 直接混合式 U H T占地 面积较大 ，投 资也较大 ， 但杀菌最彻底。由于有脱臭过程 ，所 以在工艺上应 考虑是否会造成芳香味及营养物质的损失 。 厂家选用 U H T设备时应综合考虑物料 的性能、 工艺要求和经济性等因素。 另外 ，这三种 U H T设备都 需要 A I C ( A s e p t i c I n t e r me d i a t e C l e a r i n g ) 中 间 清 洗 过 程 和 C I P ( C l e a r i n g i n P l a c e )清洗过程 。A I C的 目的是为 了 进行下一个生产周期 ，通常在 由于故障强迫停止生 产时进行 ；而生产后都应进行 C I P清洗 ，以保证管 道的无菌状态 。所 以用合适 的 C I P工段来配合 U r r 工作 ，这在工艺上是十分必要的。 ( 参考文献略 ) 广 州乳品企业与英 雄共筑 抗 “ 非典“长城 2 0 0 3年 5月4日，在广州风行牛奶有限公司的厂区内，举行了 “ 风行牛奶与英雄共筑抗 非典长城的牛奶捐赠仪式” 。 广州风行牛奶负责人捐赠仪式上称 ： “ 从今天起 ，我公 司将 向战斗在抗 非典一线的广 州市市属 1 5家医疗单位和广 州 日报 等 5家新 闻单位共 2 4 2 O多人免 费提供优 质牛奶，直至抗 非典 胜利结束为止” 。在筒捷 的捐赠仪 式结束后，一车车 的牛奶 离开厂 区大 门奔赴各抗 “ 非典”重点医院。预计 首批 5 0 o 0多箱赠品将会在未来 2 - 3天 内源源 不断地送抵各 受赠单位 。 在近 期全国各地 发生的 “ 非典” 严重地影 响 了，甚 至是威胁着 人们 的身体 健康 ，打破 了人们 平静 的正常 生活。我们 抗 “ 非典”英雄 白衣天使毫不畏惧 ，不顾个人安危 ，与疫魔展开 了顽 强的斗争 ，他们那种无私的奉献精神 ，深深地感 动着我 们每 一个人 。然而，抗 “ 非典”最为有效 的方法就是 做好预防工作 ，加强锻炼和补充营养 ，可以提 高人的 自身机体 的免疫力 和抗病毒能力。牛奶是一种接近 完善的健康食 品，经 常饮用牛奶 ，对增强人们的体 质和提 高免疫 力有很 大的帮助 。 广州风行牛 奶这 次捐赠之举 ，不但 向战 斗在抗 “ 非典 ”一线的英雄们表达 了敬 意和关心 ，还 表现 出他们愿为筑起抗 “ 非 典”长城作 出微簿之力 ，只要众志成城 ， “ 非典 ”这个疫魔 一定会被我们战胜。 另外 ，为表 示对战斗在抗 “ 非典”一线 的英雄们 的敬 意和关心，