杀菌温度及压力 PPT课件

高温蒸煮技术培训 食品企业必须了解的知识 塑料软包装企业营销客务必读 主讲 续三军 浙江港发软包装有限公司 技术研发中心 缘聚港发 携手双赢 1 塑料包装分类塑料包装结构高温蒸煮锅压力控制锅内压力与温度的关系海拔高度与蒸煮杀菌压力水煮消毒设备与工艺无菌包装食品的加工中的常见问题与处理 本期学习内容 目录 2 关于塑料包装的分类 GB T10004 2008 新塑料包装标准介绍 3 PET PEPET R CPPBOPA PEBOPA R CPPPET BOPA R CPPBOPA BOPA R CPPPET AL R CPPPET AL BOPA R CPPBOPA AL BOPA R CPP 常用水 蒸煮包装结构 4 以往 常见软包装材料厂与食品厂之间发生关于蒸煮袋破袋的质量投诉 究其原因不外乎 食品厂在正常的121 20 30分钟的蒸煮条件下处理过的包装食品在出厂后出现 涨袋 问题 涨袋 问题的原因是在规定的蒸煮条件下 包装袋内的水份及气体受热膨胀 而气体是热的不良导体 因而在规定的蒸煮条件下 包装内容物的中心并未达到彻底杀菌所需要的温度及时间 于是 残存的微生物在适宜的条件下继续繁殖而导致经过杀菌的包装物发生 涨袋 为了达到彻底杀菌的目的 于是 食品厂就提高蒸煮的温度或延长杀菌的时间 提高蒸煮温度的直接结果就是包装袋内的空气或水份受热膨胀得更加严重 包装袋内的压力进一步提高 使得包装袋的破袋率明显上升 从上述分析中不难看出 杀菌不彻底与蒸煮时破袋的原因都是包装袋内的压力大于蒸煮锅内的压力所致 因此 如何控制蒸煮锅内的压力以使包装袋在蒸煮过程中不发生膨胀才是解决问题的关键所在 高温蒸煮锅的压力控制1 5 高温蒸煮锅的压力控制2 下图为日本蒸煮锅生产企业其网站发布的生产流程图 6 HISAKAWORKSLTD是以生产高温高压蒸煮锅为主业的企业 自1975年以来 已为世界各地食品 医药企业提供了2000多台杀菌装置 该企业生产的软包装食品杀菌装置 基本分为热水喷淋式 热水满水式 蒸汽式3种类型 目前主推的是热水喷淋式的软包装食品杀菌装置 从工作原理 生产流程上看 该企业生产的热水喷淋式的软包装食品杀菌装置与世界上其他企业的产品基本上是一致的 与其他企业不同的是 该企业还会配套提供AMMU控制系统 AdvancedMonitoringManagementUnit 该系统中集成了HISAKAWORKSLTD多年应用蒸煮杀菌装置的经验数据 可有效地解决杀菌过程中蒸煮袋的破袋问题 高温蒸煮锅的压力控制3 7 笔者曾与国内一些生产蒸煮杀菌装置的企业接触 这些企业是将控制技术作为选择件来销售的 而国内大部分的客户因投资额的限制 通常只选购硬件而放弃选购软件 由此而导致的与破袋 涨包相关的质量投诉层出不穷 使用高温蒸煮锅的客户都知道在高温杀菌过程中需要向锅内施加 反压 以防止蒸煮袋发生破袋现象 而何时开始施加 反压 施加多大的 反压 为合适 则鲜见报道 HISAKAWORKSLTD是将蒸煮锅的温度与压力作为两个独立的参数进行控制 他们依据传热理论对装有不同种类内容物的真空袋 含水包装袋 含气包装袋进行演算 计算出在达到所需的温度时包装袋内的气体受热膨胀及水分受热蒸发后在袋内形成的压力值 给蒸煮锅施加相同数值的 反压 使得袋内外的压力平衡 从而彻底消除了蒸煮袋受压变形 变皱及破袋的可能性 希望国内使用蒸煮袋的客户对蒸煮锅的压力控制问题给予足够的重视 高温蒸煮锅的压力控制4 8 高温蒸煮杀菌是延长食品保质期的一个有效方法 长期以来已被很多食品厂广泛应用 常用的蒸煮袋有以下几种结构 PET AL PA RCPP PET PA RCPP PET RCPP PA RCPP等 目前在四川 重庆 湖南 浙江 东北地区 在一些熟肉制品的包装上 PA RCPP结构应用得比较多 近两年 使用PA RCPP的食品厂对软包装材料生产企业的投诉较多 反映的主要问题是脱层与破袋 通过调查 发现一些食品厂在蒸煮加工过程中存在着一些不规范的问题 一般来讲 杀菌时间在121 的温度下应当是30 40分钟 但很多食品加工企业对杀菌时间的规定很随意 甚至有的达到了90分钟的杀菌时间 在杀菌温度的应用上 很多食品厂采用0 18 0 25MPa的蒸汽压力进行杀菌 并称在这种压力条件下 锅内的温度就是121 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系1 9 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系2 右图是笔者从本公司实验室中的医用杀菌锅上拍摄的压力表的照片 从照片中可得出如下的一组压力 温度对应数据 表压MPa0 0720 1070 1500 2000 250温度 115121127133138 5从上表中可以发现 121 所对应的饱和蒸汽的压力值为0 107MPa 0 2MPa的饱和蒸汽压力对应的温度为133 也就是说 如果某食品厂以0 2MPa的饱和蒸汽压力进行蒸煮杀菌 那么 蒸煮锅内的温度将是133 而不是121 在走访中笔者发现 一些软包装企业所采购的实验用蒸煮锅 当温度表显示为121 时 有的蒸煮锅的压力表示值为0 12 0 14MPa 有的蒸煮锅则为0 16 0 18MPa 另据某食品厂反映 当其蒸煮锅的压力显示为0 2MPa时 温度表的示值只有108 以笔者的经验 国家对各类仪表有年检制度 其中压力仪表属强制性年检的仪表 也就是说 在正常情况下 压力仪表应当是比较准确的 而温度测量仪表不属于强制性年检的类别 所以 测温仪表的准确度是要打折扣的 10 目前 绝大多数软包装企业所生产的所谓高温蒸煮袋所要求的蒸煮温度一般都是121 也有个别的企业要求的是115 或126 几乎没有人要求采用135 的杀菌温度 笔者曾遇到一起投诉 一客户使用我公司生产的YH3660粘合剂 在塑 塑复合的情况下可耐126 30分钟蒸煮加工 用于加工PA RCPP结构的蒸煮袋 交货后 食品厂反映破袋率达到20 据了解 该客户使用的蒸煮温度是121 时间不详 从客户处搜集复合样品后 在我公司实验室中用蒸煮锅分别用121 和126 杀菌40分钟 均未见到破袋现象 只是随着温度的升高 向外卷边现象变得比较严重 在126 蒸煮前后 对蒸煮袋的外形几何尺寸进行测量检查的结果 发现袋子的热收缩率达到了6 37 当把温度升高到135 时 部分袋子出现了破袋现象 从上述现象进行推论 该食品厂的实际杀菌温度一定是高于其声称的121 的 因此 作为生产蒸煮袋的复合软包装企业 应当对其下游客户的要求及其实际运行情况有充分的了解 这样 在发生质量投诉时 才能迅速地找到问题的真正原因 避免不必要的损失 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系3 11 目前 很多生产蒸煮袋的软包装企业都已购置了实验用的高压蒸煮锅 在此建议这些企业首先应对自有的蒸煮锅的温度表进行校正 校正的方法 在锅内注入一定量的清水 以能淹没温度传感器为限 在不盖盖的情况下 将水加热至沸腾 检查此时温度指示是否为100 处在高海拔地区的 此时的温度可能会在98 100 之间 淘出部分水 露出温度传感器 把锅盖盖严 将温度提高到121 观察此时的蒸煮锅压力表的示值是否为0 107Mpa 处在高海拔地区的 此时的压力值可能会在0 110 0 120MPa之间 如果在校正过程中 上述数据能够吻合 说明该蒸煮锅的压力表和温度表都处于良好的状态 否则 就应请专业人员对压力表或温度表进行调校 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系4 12 近期 笔者在网上发现一篇论文 其题目是 高压蒸汽灭菌器中温度与压力的关系 这篇论文发表在2003年第30期的 微生物学报 上 其作者是安徽农业大学生命科学学院的唐欣昀等5人 这篇论文是一篇专业性很强的文章 采用物理化学方法分析了高压蒸汽灭菌器 俗称蒸煮锅 中混合气体的温度与压力的关系 对蒸煮灭菌过程中逐步排出蒸煮锅中冷空气的必要性给出了理论上的依据 下表是论文中经过缜密的数学计算得出的蒸煮锅中温度与压力的关系 表1 杀菌器中保留不同量空气时温度与压力的关系表中的 压力表读数 所采用的压力单位分别是kgf cm2 lbf in2和kPa 而目前普遍使用的压力单位是MPa 兆帕 如果将压力单位改换成MPa 则可得到表2 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系5 13 表2 杀菌器中保留不同量空气时温度与压力的关系注a 实际压力 压力表读数 MPa 0 1013MPa仔细解读表2 我们可以得出以下的几个结论 1 当蒸煮锅的压力表读数达到0 1035MPa时 蒸煮锅内的实际压力 又可称绝对压力 为0 2048MPa 2 当蒸煮锅中未装入任何被灭菌的包装物 只有空气的状态下 将蒸煮锅密闭起来并通入高压蒸汽 当蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 蒸煮锅内的温度只有92 7 3 假如蒸煮锅内货架及被杀菌的包装物占有了锅内50 的空间 另一半为空气的状态下 将蒸煮锅密闭起来并通入高压蒸汽 当蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 蒸煮锅内的温度只有109 2 4 假如蒸煮锅内货架及被杀菌的包装物占有了锅内50 的空间 另一半为空气的状态下 将蒸煮锅密闭起来并通入高压蒸汽 在加热的同时 开启排气阀缓慢地 百分之百地排出蒸煮锅中的空气后 当蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 蒸煮锅内的温度可以达到121 5 上述论文作者所在地为合肥 其海拔高度为27米 所以在计算蒸煮锅内的实际压力 绝对压力 时增加的常数为0 1013MPa 一个标准大气压 从以上5个结论进行推理 我们可以得到如下的推论 1 在一个蒸煮锅中 货架所占的容积是固定的 而每次被杀菌的包装物所占的容积是不固定的 为了在蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 使蒸煮锅内的实际温度达到所需的121 就必须在蒸煮锅的压力示值达到0 1035MPa之前 将锅内原有的空气完全排放出去 也就是说 在蒸煮锅的操作规程中 必须有一个排出蒸煮锅内空气的过程 如果没有进行排气或排气不净 则蒸煮锅内的实际温度就会不同程度地低于所需的121 2 蒸煮锅内的实际压力 又称绝对压力 是决定蒸煮锅内在没有空气的条件下可达到的温度的重要条件 而蒸煮锅的压力表读数表示的是蒸煮锅内与蒸煮锅外的压力差 如想计算锅内的实际压力 就应从表3中查找所在地区的大气压力值 或对当地 当时的大气压进行实际测量 通过计算 求得所需的表压值 蒸煮锅内的温度与压力的对应关系6 14 表1 杀菌器中保留不同量空气时温度与压力的关系 15 表2 杀菌器中保留不同量空气时温度与压力的关系 16 表3 我国部分地区海拔高度和大气压力 17 3 假如蒸煮锅内货架及被杀菌的包装物占有了锅内50 的空间 另一半为空气的状态下 将蒸煮锅密闭起来并通入高压蒸汽 当蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 蒸煮锅内的温度只有109 2 4 假如蒸煮锅内货架及被杀菌的包装物占有了锅内50 的空间 另一半为空气的状态下 将蒸煮锅密闭起来并通入高压蒸汽 在加热的同时 开启排气阀缓慢地 百分之百地排出蒸煮锅中的空气后 当蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 蒸煮锅内的温度可以达到121 5 上述论文作者所在地为合肥 其海拔高度为27米 所以在计算蒸煮锅内的实际压力 绝对压力 时增加的常数为0 1013MPa 一个标准大气压 从以上5个结论进行推理 我们可以得到如下的推论 1 在一个蒸煮锅中 货架所占的容积是固定的 而每次被杀菌的包装物所占的容积是不固定的 为了在蒸煮锅的压力表显示为0 1035MPa时 使蒸煮锅内的实际温度达到所需的121 就必须在蒸煮锅的压力示值达到0 1035MPa之前 将锅内原有的空气完全排放出去 也就是说 在蒸煮锅的操作规程中 必须有一个排出蒸煮锅内空气的过程 如果没有进行排气或排气不净 则蒸煮锅内的实际温度就会不同程度地低于所需的121 2 蒸煮锅内的实际压力 又称绝对压力 是决定蒸煮锅内在没有空气的条件下可达到的温度的重要条件 而蒸煮锅的压力表读数表示的是蒸煮锅内与蒸煮锅外的压力差 如想计算锅内的实际压力 就应从表3中查找所在地区的大气压力值 或对当地 当时的大气压进行实际测量 通过计算 求得所需的表压值 18 例一 夏季在成都地区进行121 蒸煮杀菌时 所需的表压值 从表2可查得 在蒸煮锅内没有空气的状态下 达到121 时的实际压力值为0 2048MPa 从表3可查得 成都地区夏季的平均大气压力为0 0946MPa 此时 蒸煮锅的压力表读数应为 0 2048 0 0946 0 11029 MPa 例二 冬季在长沙地区进行121 蒸煮杀菌时 所需的表压值 同理 蒸煮锅的压力表读数应为 0 2048 0 1018 0 1030 MPa 高温蒸煮杀菌是一项常用的延长包装食品保质期的措施 高温蒸煮杀菌包装是我国复合软包装行业的一个大宗产品 每年都会在食品厂 软包装厂及其供应商之间发生很多起质量纠纷 纠纷的起因大多是破袋率高及外观不良 究其原因 除了软包装企业在选材与内部质量控制上存在漏洞外 很大程度上是食品厂的蒸煮杀菌温度过高所致 据笔者调查 目前很多食品厂在进行蒸煮杀菌时 所采用的压力 压力表读数 为0 2 0 25MPa 而他们在向软包装企业采购蒸煮包材时所报出的杀菌温度一般都是121 从表2可以得知 在低海拔地区 当表压为0 2069MPa时 蒸煮锅内的实际温度为134 5 如表压达到0 25MPa 温度将会超过138 希望国内从事生产蒸煮包装材料的软包装企业能够对食品厂杀菌工艺予以关注 19 海拔高度与蒸煮杀菌压力 蒸煮杀菌的温度与压力 一文中曾就海拔高度与蒸煮杀菌锅的表压的关系进行过讨论为了方便读者 本文拟给出海拔高度 蒸煮锅压力 蒸煮温度的速查表 至于各生产企业所处地理位置的海拔高度 可在互联网上或当地测绘局查到 20 水煮消毒设备与工艺 目前 国内有相当一部分包装食品是采用100 以下热水浸泡一段时间的方法进行消毒 大家俗称之为巴氏消毒或水煮 消毒 巴氏消毒法是法国微生物学家巴斯德为葡萄酒消毒时发明 并以他的名字来命名的一种消毒方法 指在规定时间内以不太高的温度处理液体食品的一种加热灭菌方法 巴氏消毒是乳品加工中的一个重要环节 它可消灭所有的致病菌 酵母 霉菌和绝大部分其它细菌 因其灭菌的对象范围有限 只适用于杀死无芽孢的肠道细菌 但并不能达到灭菌的程度 此法可以达到消毒目的 又不致损害食品质量 21 水煮消毒设备与工艺2 巴氏消毒法分低温法 60 65 灭菌15 30分钟 高温法 70 80 消毒5 15分钟 有些不耐高温的液体如牛奶 啤酒和葡萄酒等 不能加热到煮沸的温度 100 可采用较低的温度 70 80 灭菌 这种灭菌法首先由巴斯德发现 故此得名 它的主要理论依据是 无芽孢细菌加热到60 65 经过15 30分钟可以死亡 而加热到70 80 则只需5 10分钟即被杀死 牛奶用巴氏消毒法 用70 75 或用80 经几秒钟可达到消毒目的 这样可以杀死致病菌 特别是无芽孢的肠道细菌 保证营养成分不被破坏 巴氏灭菌法应用到啤酒加热约65 经30分钟 用此法生产的啤酒称为熟啤酒 22 水煮消毒设备与工艺3 目前国内用户所采用的水煮 消毒 法 温度一般在80 85 或90 100 时间在30分到120分 消毒的对象也不是葡萄酒或牛奶等流体物质 而是果冻 榨菜 豆制品等配有独立包装袋的非流体物质 所以 尽管消毒的理论依据是一样的 但此种消毒方法已不是严格意义上巴氏消毒法 应当称其为 热 水浸 泡 消毒法或 开 水煮 沸 消毒法 巴氏消毒通常在管道中进行 由于葡萄酒或牛奶是均一性的物质 且含有大量水分 所以其热传导迅速 升温快且均匀 因此消毒的程度容易控制 23 水煮消毒设备与工艺4 高温蒸煮灭菌是在杀菌锅中进行的 包装食品要事先均匀地分层码放在货架上 以保证其在杀菌过程中受热均匀 而且 由于杀菌锅中的温度较高 121 或135 可以有效地弥补包装物的外形不同一性所带来的受热不均的问题 而包装食品的水煮消毒过程存在着几个明显的问题 1 包装物的几何形状不固定 包装物中心达到消毒所需温度的时间不一致 2 由于水煮消毒是在常压下进行的 被消毒的包装袋受热膨胀是不可避免的 袋内的游离水分越多 则出现破袋现象的机率就越高 24 水煮消毒设备与工艺5 3 空气是热的不良导体 随着包装袋的膨胀 热传导的速率会下降 包装袋里的内容物的受热的均匀性会发生明显的变化 4 在水煮消毒机中 包装食品的码放往往是很随意的 有可能是稀稀拉拉互不相靠 也可能是堆积在一起 在前者情况下 消毒效果能够得到保证 在后者情况下 处于 堆芯 里的包装袋的消毒效果就难以保证 5 在水煮消毒机中 不同位置间的温度差是显而易见的 因为在此类设备中 热水的流动性是靠 蒸汽泡 热对流和传送带的缓慢移动来维持的 而不象高温蒸煮锅是靠循环泵强制实现的 所以 在水煮消毒机中温度的差异将会导致消毒效果的差别 25 水煮消毒设备与工艺6 水煮消毒的温度不断提高 消毒时间不断延长的原因 实际上是在上述五种问题综合作用的条件下 不时出现个别的 涨包 现象而产生的结果 解决问题的思路 1 规范包装物的几何形状2 尽量减少包装物中的游离水分3 减少消毒机中水的温差4 尽量使被消毒包装物均匀分布且互不遮挡从另一个角度讲 由于水煮消毒的方法只能够杀死 消除或充分抑制部分微生物 使之在短期内不发生危害作用 并不能清除或杀灭所有微生物 如芽苞等 因此 残存在包装内容物中的未被杀灭的微生物 如如芽苞等 在适宜的条件下仍然会繁殖 并最终导致包装食品的腐败 所以 采用水煮消毒方法处理过的包装食品 尤其是熟肉制品 必须放置在低温环境下储存 运输 销售 或者只限于在秋冬季节生产 销售 否则 必然发生内容物腐败变质的问题 26 无菌包装食品的加工中的常见问题与处理 一 涨包a 对于进行过121 以上蒸煮杀菌的包装食品而言 涨包意味着前期的杀菌不彻底 导致杀菌不彻底的原因可能是 i 杀菌的温度不够高或杀菌的时间不够长 ii 包装袋内的内容物过多 iii 包装袋在蒸煮锅内码放得不合理 导致包装袋受热不均匀 iv 包装袋内的游离水过高 及蒸煮锅的反压设置不合理 包装袋内水气膨胀 导致内容物受热不均匀 b 对于进行过水煮消毒的包装食品而言 涨包意味着包装食品的保质期已过 注 包装食品在货架上出现涨包现象的原因是食品加工企业的消毒或灭菌不彻底的表现 而不是所谓 包装袋漏气 的结果 经过水煮消毒处理的熟肉制品 尤其不适于在常温下储运 27 二 破袋a 从热封边处分开i 从软包装企业的封口处分开 纵向热封刀长度与袋子长度的比值不是整数倍 在少压了一次的封口位置封口强度较差 ii 从食品企业的封口处分开充填时 内容物沾在封口处 导致封口强度不降 b 从热封边内侧破裂i 杀菌温度过高 ii 内容物含游离水或空气过多 iii 制袋时 火候 过大 所谓制袋时 火候 过大可能是封口温度过高 封口压力过大 制袋速度偏慢的综合作用结果 使得封口处的内层薄膜被压得过薄 导致该处复合薄膜的抗拉伸强度变低 包装袋内游离水或空气过多 在过高的杀菌温度作用下 会造成包装袋的过度膨胀 使复合薄膜受到过大的拉伸力而破袋 c 包装袋的热封层与其外层脱层 袋子从热封口内侧内层破裂 i 杀菌温度过高 ii 内容物含游离水或空气过