食品杀菌设备的相关讲义

2020/6/7,1,第6章食品杀菌设备,2020/6/7,2,杀菌，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：一是要求杀死食品中所污染的致病菌、腐败菌，破坏食品中的酶而使食品在特定环境中，如密闭的瓶内、罐内或其他包装容器内，有一定的保存期；二是要求在杀菌过程中尽可能地保护食品中营养成分和风味。所以，经杀菌后的食品属于商业无菌。,2020/6/7,3,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。物理杀菌法见图71。化学杀菌法是使用过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸钠等杀菌剂。由于化学杀菌存在化学残留物等影响，当代食品杀菌方法趋向于物理杀菌法。,2020/6/7,4,影响消毒剂作用的因素,消毒剂,细菌,环境,种类,浓度,作用时间,菌龄,种类,有机物,温度,酸碱度,化学灭菌,2020/6/7,5,选择适当的消毒剂,低毒,价廉,低破坏,易贮藏,方便,有效,2020/6/7,6,物理杀菌法分类,2020/6/7,7,湿热杀菌法,湿热杀菌方法中，有巴氏杀菌法、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法之分。所谓巴氏杀菌(Pasteurization)是低温长时间杀菌法，杀菌温度低于100，保温时间是30min。高温短时杀菌法（HTST），杀菌温度一般在100以下，如牛奶的HST杀菌温度为85，保持15s以上。超高温瞬时杀菌法（UHT），杀菌温度在120以上，仅保持几秒钟。HTST和UHT杀菌法，不但效率高，而且食品的组织和外观及营养和风味的保存都较其他杀菌方法好。,2020/6/7,8,据上述的杀菌方法而相应发展起来的饮料杀菌设备(Germskiller)种类较多。物料的形态分别为：流体饮料的杀菌设备流体饮料指未经包装的乳品、果汁等物料。有直接式和间接式之分。直接式是以蒸汽直接喷入物料中进行杀菌。间接式是用板、管换热器对饮料进行热交换进行杀菌的。,2020/6/7,9,罐装饮料的杀菌设备,罐装饮料及瓶装饮料等有包装容器的饮料，处理这类物料的杀菌设备根据杀菌温度不同可分为常压杀菌设备和加压杀菌设备。常压杀菌设备的杀菌温度为100以下，用于PH值小于4.5的饮料产品杀菌。加压杀菌设备一般在密闭的设备内进行，压力大于0.1MPa，温度常用120左右。常压和加压杀菌设备在操作上亦可分为间歇式和连续式。根据杀菌设备所用热源不同又可分为直接蒸汽加热杀菌设备、热水加热杀菌设备、火焰连续杀菌机等。,2020/6/7,10,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。,2020/6/7,11,第一节直接加热杀菌设备,直接加热杀菌法是对物料用蒸汽直接加热杀菌。采用此法的杀菌加热器有两种型式，即喷射器和注入器。喷射器是把蒸汽喷射到被杀菌的料液中进行杀菌；注入器则把液料注入到热蒸汽气氛中进行杀菌的。优点：加热时间短，接触面积大，高温处理在瞬时进行，对热敏性制品影响小。缺点：蒸汽必须经过脱氧和过滤，以除去蒸汽中的凝结水和不纯净物。,2020/6/7,12,（一）真空瞬时加热杀菌装置（VTIS）,VTIS是利用蒸汽直接杀菌的装置。其装置由预热器、冷却器、保持管、蒸发室、蒸汽喷射器及泵等组成。1、VTIS装置流程与运行把物料先从平衡槽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，其压力和流量由控制阀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。,2020/6/7,13,蒸汽喷射（VTIS）装置流程,2020/6/7,14,2、装置的运行调节,调节装置包括有：比重的自动调节温度的自动调节装置的清洗和消毒自动化,2020/6/7,15,3、VTIS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：（1）蒸汽喷射器（2）无菌泵（3）无菌均质机,2020/6/7,16,蒸汽喷射器,2020/6/7,17,（二）注入式瞬时加热杀菌装置,把物料注入到过热蒸汽加热器中，由蒸汽瞬时加热到杀菌温度，完成杀菌过程的装置。1、拉吉奥尔装置(LaguiIharre)2、热真空装置(Thermovacsystem)3、帕拉莱斯托尔装置(Palaristorsystem)4、过热装置(Ultrathermsystem),2020/6/7,18,拉吉奥尔超高温装置1高压泵2预热器(水汽)3预热器(蒸汽)4加热器5闪蒸罐6无菌泵7冷却器8真空泵T1、T2调节器V2阀门,2020/6/7,19,热真空装置1原料泵2预热器(水汽)3预热器(蒸汽)4加热器5闪蒸罐6无菌泵7、8冷却器9热汽冷凝器10真空泵,2020/6/7,20,过热装置注入式加热器,2020/6/7,21,第二节板式、螺旋板式和刮板式换热器,一、板式换热器(Plateheatexchanger)（一）板式换热器的结构及特点板式换热器由许多冲压成型的金属薄板组成。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)和超高温瞬时（UHT）杀菌。,2020/6/7,22,板式换热器,2020/6/7,23,2020/6/7,24,片式热交换器组合示意图1-前支架2-上角孔3-圆环橡胶垫圈4-分界板5-导杆6-压紧板7-后支架8-压紧螺钉9、10、14-连接管11-板框橡胶垫圈12-下角孔13-换热片,2020/6/7,25,压板,中间接管,支架,换热片,密封圈,冷热流体进出管,板式换热器的组成,2020/6/7,26,片式热交换器流程示意图,2020/6/7,27,板式换热器流程组合,2020/6/7,28,呈直线方向流动、呈对角线方向流动的工作示意图,2020/6/7,29,2020/6/7,30,（二）板式杀菌装置及流程,1、高温短时(HTST)板式杀菌装置2、超高温瞬时(UHT)板式杀菌装置,2020/6/7,31,全自动板式高(超)温杀菌成套设备,2020/6/7,32,2020/6/7,33,二、螺旋板式换热器(Screw-plateheatexchanger),螺旋板式杀菌器主要是由两张平行的钢板卷制成具有两个螺旋通道的螺旋体。加上端盖、接管等构成。换热时，两介质在两螺旋通道内可作逆向流动，即一种介质由中心以螺旋式流向周边，另一种介质由周边以螺旋式流向中心，两介质也可作并流流动和错流流动。,2020/6/7,34,螺旋板式杀菌器与传统的列管式杀菌换热器相比较，其特点是：,传热效率高能有效地利用流体的压头损失有自洁作用，不易污塞结构紧凑，体积小可利用低温热源，并能精确控制温度温差应力小，热损失小，制造简单，材料利用率高，不用管材,2020/6/7,35,螺旋板式杀菌器的主要缺点,承压能力受限制检修、清洗困难流体阻力较大,2020/6/7,36,螺旋板式杀菌器的结构,根据通道布置的不同和使用的条件，螺旋板式杀菌器有以下三种基本形式：I型螺旋板式杀菌器型螺旋板式杀菌器型螺旋板式杀菌器,2020/6/7,37,I型螺旋板式杀菌器(a)P0.6MPa(b)P2.5MPa,2020/6/7,38,不可拆式（型）,2020/6/7,39,型螺旋板式杀菌器(a)P0.6MPa(b)P1.6MPa,2020/6/7,40,型螺旋板式杀菌器,2020/6/7,41,可拆式（型、型）,2020/6/7,42,三、刮板式热交换器(Scrapedsurfaceheatexchanger),刮板式热交换器的原理是被加热或冷却的料液从传热面一侧流进，由刮板在靠近传热面处连续不断地运动使料液成薄膜状流动，亦称之为刮面式热交换器。刮板的作用不仅在于提高热交换器传热系数，而且还可以起乳化，混合等作用，用于处理热敏性强，粘度高的食品时，既不会发生表面焦糊，也不用担心会受热过度，国外已广泛用在带肉果汁及桔子酱生产上。,2020/6/7,43,刮板式热交换器1料液进、出口2传热媒体（冷、热）进、出口3刮板4传热壁5料液通道6传热媒体（冷、热）通道7保温层8转轴,2020/6/7,44,该机特点,1、能高压操作；2、能处理固形物混合液；3、高粘度液也能得高传热系数(2093-3373Wm2)；4、温度差大也能运转，不烧焦。用途：高粘度物质的冷却、加热、杀菌、抖动、冻结、换气、焦化、混合、乳化、结晶化等。,2020/6/7,45,第三节管式杀菌机和套管式超高温瞬时灭菌机,一、管式杀菌机(Pipeheatexchanger)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。结构与工作原理工作过程为：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排出；若达不到要求，则由回流管回流重新进行杀菌的操作。,2020/6/7,46,2020/6/7,47,特点,（1）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。（2）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。（3）在密封的情况下操作，可以减少杀菌产品受污染的可能性。（4）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，所产生的应力使管子易弯曲变形。管式杀菌机适用于高粘度液体的杀菌，如蕃茄酱、果汁、咖啡饮料、人造奶油、冰淇淋的杀菌。,2020/6/7,48,二、套管式超高温瞬时灭菌机(Thimble-UHT),用途与特点用于鲜乳的杀菌，也适用于果汁、饮料等流体。(1)采用超高温瞬时加热，对食品的色香味影响小，杀菌效率高；(2)能充分利用余热，节能效果显著；(3)全部采用不锈钢管材，在完全密闭的条件下操作，符合食品卫生要求，配有自动化操作控制装置，对产品质量有保证；(4)操作方便，占地面积小，可配用就地清洗装置。,2020/6/7,49,超高温瞬时灭菌机,2020/6/7,50,超高温瞬时杀菌机的安装尺寸1电气箱2灭菌机主体3离心泵4节流阀5回流桶6电动蒸汽阀,2020/6/7,51,超高温杀菌机的流程图1-供料泵2-双套盘管3-加热器4-背压阀5-出料三通旋塞6-贮槽7-进料三通旋塞8-温度自动记录仪9-电动调节阀10-中间泵11-蒸汽阀12-冷水阀13-进水阀14-三通旋塞15-支阀16-总阀,2020/6/7,52,全自动套管式超高温灭菌脱气机组,2020/6/7,53,管式超高温流程,2020/6/7,54,卧式杀菌锅,其容量一般比立式的大，同时可不必用电动葫芦。但一般不适用于常压杀菌，只能作高压杀菌用。,2020/6/7,55,卧式杀菌锅装置图1-水泵2-水箱3-溢流管4-、7、13-放气管5-安全阀6-进水管8-进气管9-压缩空气进气管10-温度计录仪11-温度计12-压力表14-锅门15-排水管16-薄膜阀门17-锅体,2020/6/7,56,热水回转式杀菌釜1,2020/6/7,57,热水回转式杀菌釜2,2020/6/7,58,热水回转式杀菌装置3,2020/6/7,59,热水回转式杀菌装置4,2020/6/7,60,采用波浪状热水喷淋、均一性加热、多阶段升温、多阶段加热杀菌和两阶段冷却，对包装的食品在短时间内完成调味、杀菌和冷却的节能型杀菌方式。杀菌釜的两侧设置有众多喷嘴，波浪状热水喷入杀菌托盘与托盘之间的缝隙，在维持其周围温度的同时，被杀菌物直接接受热水喷淋，食品的中心温度误差极少。与传统的高温高压杀菌锅相比，温度控制的精度高，品温的升温速度和冷却速度快。,2020/6/7,61,多阶段升温和多阶段杀菌方式使用最小限度的热量，与传统高温高压杀菌方式相比，食品的风味、口感和色泽不变.此外，不产生蒸馏异味和糊味。热水回转式杀菌装置系列设备可用于各种罐头、玻璃瓶装、塑料瓶装、易拉罐装、蒸煮袋装的多种饮料与食品，如鱼类罐头、肉类罐头、八宝粥、火腿肠、牛奶、果蔬罐头、米饭、肉酱等。,2020/6/7,62,连续式喷淋杀菌机,2020/6/7,63,第四节微波杀菌装置,（一）微波杀菌的原理微波是指频率比高频还要高的电波，能以光速向前直进，当遇到物体阻挡就引起反射、穿透、吸收等现象。微波在金属表面引起反射；在介质损失较小的物质(塑料、玻璃、陶瓷等)中能穿透；碰到食品之类介质损耗较大的物质，则吸收后使其分子引起摩擦，把电波能转变为热能，电波强度则急剧下降。因此，用塑料薄膜、纸张等包装的食品，由于微波能穿透过去被内容物吸收，将电能转化为热能而得到加热。这种加热是迅速而均匀的。同时，存在于食品中的微生物菌体同样也会吸收电能而使温度上升，这种热效应破坏了菌体中蛋白质等成分，从而杀死微生物。另外，微波的非热效果(本身对生理的作用)也能对发育的霉菌孢子进行杀灭。,2020/6/7,64,（二）高粘度液体食品的管式微波高温杀菌装置,在杀菌工艺上，杀菌温度可定为140，杀菌时间可在数十秒钟至数分钟之间选定，杀菌温度误差为土2以内，不会产生焦糊现象。在使用范围内，适用于多品种、小批量的食品生产。在使用范围上，可处理的物料有如下几类：酱料：番茄酱、调味汁类、果酱、馅、豆酱、糊膏类等。调制食品：咖喱、炖焖食品、汤类、婴儿食品、豆腐渣等。饮料：咖啡、红茶、甜酒等。甜食：布丁、果冻、鲜奶油等。其他：各种液体医药、化妆品等。,2020/6/7,65,管式微波高温杀菌装置结构1料斗2定量泵3搅拌器4微波照射部5测定温度部6保温管7冷却管8调压部,2020/6/7,66,微波酒醋老熟、液体杀菌设备,2020/6/7,67,（三）固体食品的微波高温杀菌装置,这里所指的固体食品是指已装入包装容器的食品，微波杀菌用的容器只能使用玻璃、塑料薄膜等类型的容器。一般分两个阶段进行加热。预热充分排气后密封升温，进高温杀菌,2020/6/7,68,固体食品的微波高温杀菌装置,2020/6/7,69,固体杀菌微波设备1,2020/6/7,70,固体杀菌微波设备2,2020/6/7,71,第五节食品超高压杀菌装置,一、定义和特点,1、定义：是指将软包装或散装的食品放入密封的、高强度的施加压力容器中，常以水或矿物油等流体作为传递压力的介质，在高静压（一般在100MPa压力以上）条件下处理一定时间，以达到贮藏保鲜食品的目的。把能够承受超高压的容器称为超高压容器，把产生与维持超高压的一系列技术称为超高压技术（UltraHighPressureProcessing，简称UHPP），又称为高压技术（HPP）或高静压技术（HighHydrostaticPressure，HP）。,2020/6/7,72,2、机理,当食品在液体介质中体积被压缩后形成高分子物质立体结构的氢键、离子键、疏水键等非共价键即发生变化，结果导致蛋白质变性、淀粉糊化、酶失去活性、微生物等被杀死。但在此过程中，对构成蛋白质等高分子物质及维生素、色素和风味物质等低分子物质的共价键无影响。因此，该技术的优越性就在于能最好地保持被加工食物天然的色、香、味及营养成分，同时又能有效地克服传统的热加工方式处理食品所带来的种种缺陷，给食品加工业注入了新的活力。,2020/6/7,73,3、优点,超高压技术与传统的热处理相比，优点有：（1）处理过程为液体介质的瞬间压缩过程，灭菌均匀，效率高、耗能低；（2）属于冷加工技术，因此不会破坏食品中原有的营养、风味、色泽等有效成分，减少热敏成分的损失，并且不会产生热处理所带来的蒸煮味，能够更好地保持食品原有的性状与风味；（3）可以在保持食品原有风味条件下“冷杀菌”，经简单加热后再食用，扩大半调理食品的用途；（4）改善生物多聚体的结构，并可改善某些物料的内部组织结构，有可能获得具有新物性的食品。（5）简化食品加工工艺，节约能源，提高加工原料的利用率，无“三废”污染。目前，超高压技术已被应用于果汁、果酱、肉制品、乳制品、海产品、谷类及豆类的加工中。,2020/6/7,74,二、超高压设备的分类,1、按照规模有实验型与工业化生产型实验型食品超高压装置容器容积小，工作压力高，可达1000MPa；工业规模型高压容器容积大，工作压力相对较低，一般不高于600MPa。2、按UHP容器的放置位置分类分为立式和卧式两种立式UHP处理设备，占地面积小，但物料的装卸需专门装置。卧式UHP处理设备，物料的进出较为方便，但占地面积较大。,2020/6/7,75,3、按加压方式分为直接加压式和间接加压式。直接加压方式中，UHP容器与加压装置分离，用增压机产生UHP液体，然后通过UHP配管将UHP液体运至UHP容器，使物料受到UHP处理。间接加压方式中，UHP容器与加压液压缸呈上下配置，在加压液压缸向上的冲程运动中，活塞将容器内的压力介质压缩产生UHP，使物料受到UHP处理。,2020/6/7,76,直接加压与间接加压方式的特征对比,2020/6/7,77,三、超高压杀菌原理,1、超高压杀菌原理是压力对微生物的致死作用，高压改变了微生物的形态与结构，影响其生物化学反应，同时使细胞膜和细胞壁被破坏，从而影响微生物原有的生理活性机能，甚至发生不可逆变化。在400600MPa压力下，高压可杀死细菌、酵母和霉菌，可避免一般高温杀菌所带来的不良影响。,2020/6/7,78,2、超高压灭菌的影响因素,压力值的大小以及保压时间的长短压力越高，保压时间越长，灭菌效果越好；一般来说，压力越高，达到相同灭菌效果的处理时间越短。体系pH值通常认为，体系处于酸性条件下，超高压杀菌效果会增强。体系温度一般来说，体系处于非正常的低温或高温下，超高压灭菌效果会增强；,2020/6/7,79,体系中的成分组成食品中的一些大分子物质如蛋白质、多糖以及脂类等成分的存在会对微生物有保护作用，而一些抑菌剂的存在会使超高压的灭菌效果增加。微生物的种类对于超高压处理的耐受性，不同的微生物有所不同。按照从小到大排列，分别为：病毒霉菌酵母菌革兰氏阴性菌3000；但管道线Re30000为效果最好。(2)热能改变污水的物理状态。增大污物与洗涤剂溶液的化学反应速度。减少清洗液的粘度，使Re增大。增大污物中可溶物质的溶解量。,2020/6/7,90,（3）化学能化学能主要来自化学洗涤剂。（4）水的溶解作用水为极性化合物，对油脂性污物几乎无溶解作用，对碳水化合物、蛋白质、低级脂肪酸有一定的溶解作用，对电解质及有机或无机盐的溶解作用较强。（5）机械作用由运动而产生的作用，如搅拌、喷射清洗液产生的压力和摩擦力等。,2020/6/7,91,4、影响洗涤效果的因素,（1）清洗剂种类主要有酸碱类等，其中氢氧化钠和硝酸应用最为广泛。（2）清洗剂浓度提高清洗剂浓度时，可适当缩短清洗时间或弥补清洗温度的不足。清洗剂浓度增高会造成清洗费用的增加，而且浓度的增高并不定能有效地提高清洗效果，因此厂家有必要根据实际情况确定合适的浓度。（3）洗液温度通常而言，温度每升高10，化学反应速度会提高1.5-2.0倍，清洗速度也相应提高，清洗效果较好。清洗温度般不低于60。,2020/6/7,92,（4）清洗时间清洗时间受许多因素的影响，如清洗剂种类、浓度、清洗温度、产品特性、生产管线布置以及设备设计等。清洗时间必须合适，太短不能对污物进行有效去除，太长则浪费资源。（5）清洗流量保证流量实际上是为了保证清洗时的清洗液流速，从而产生一定的机械作用，目嗵过提高流体的湍动性来提高冲击力，取得定的清洗效果。,2020/6/7,93,CIP清洗系统,2020/6/7,94,图3.17CIP清洗系统,图中三个容器为CIP清洗的对象设备，它们与管路、阀门、泵以及清洗液贮罐等构成了CIP循环回路。同时，借助管阀组的配合，可以允许部分设备或管路在清洗的同时，另一些设备正常运行。图中的容器1正在进行就地清洗；容器2正在泵入生产过程中的用料；容器3正在出料。管路上的阀门均为自动截止阀，根据控制系统的讯号执行开闭动作。,2020/6/7,95,1,2,3,4,5,6,7,三罐式CIP系统1.控制柜2.酸液罐3.碱液罐4.热水罐5.片式热交换器6.过滤器7.供液泵,2020/6/7,96,二、CIP的结构,1、管道2、清洗装