食品杀菌新技术-欧姆杀菌技术（食品高新技术课件）

第三节欧姆杀菌技术

一、欧姆杀菌技术概述欧姆加热(ohm-heating)，亦称电阻加热、焦耳加热、电力加热等，是电流在一对电极之间流过连续流动的食品，食品内部产生热量，达到灭菌的目的。此时将食品视为具有一定电阻的导体，在电流的作用下产生焦耳效应，产生热量的大小用焦耳定律描述。

欧姆加热技术与传统热杀菌技术在热量产生和传递方面有着本质的区别。对于粒径小于15mm的食品，常规热杀菌方法是采用管式或刮板式换热器进行间接热交换，其热传递速率取决于传导、对流或辐射的换热条件。（一）欧姆杀菌原理欧姆加热，是利用食品本身所具有的电不良传导性所产生的电阻来加热食品，使食品不分液体、固体均可受热一致，并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率。因而可缩短含大颗粒固体食品的杀菌时间，得到高品质产品，同时更能保持食品颗粒的完整性，是目前用来加工含颗粒食品最为有效的杀菌技术之一。（二）欧姆杀菌技术特点（1）欧姆加热是快速的体积加热欧姆加热是体积加热方式，液体和其中的固体几乎同时加热。固体内部的温度比表面高。加热更加迅速。在传统加热中，固体受热依靠传导液体的热量，因此当固体中心的温度达到灭菌温度时，液体和固体的表面已经过热，降低产品的质量。(2)

流动接近塞状流,形成均匀的温度场(3)

没有传热面,固体表面不会结成硬块,也不会结垢(4)特别适合加热含在大颗粒的食物(直径25mm)和高粘度、热敏性、导热系数低的食品。间壁换热加热大颗粒食品会造成液相过热，加热时间长,营养保留低。(5)可处理固形物含量高达(50-80)%的物料,传统加热中、固体靠液体传导热量,故必须有足够的液体来加热固体。欧姆加热则没有这个问题。(6)欧姆加热是电加热，虽然电能较贵，但其转化率较高（90%）,其他能量的转化率只有(45-50)%,故加热1t产品的能耗与用蒸汽加热是差不多的。(7)对产品的机械损伤小,颗粒非常完整。（三）影响欧姆杀菌的因素（1）电导率

物料的电导率是欧姆加热技术的首要影响因素。大部分食品中都含有一定量的自由水，其中溶解的可解离性酸、盐等物质具有导电性，但不同的食品这些物质的含量和解离程度都不一样，所以电导率也不同，固液体间的电导率差异以及非导电性物质的存在也会影响欧姆加热的效果。食品中如果非导电性物质过多，在加热时，易在其表面使颗粒物料过度受热，所以非导电性物质含量高的食品不适合应用欧姆加热技术。

（2）温度温度对欧姆加热过程的影响是通过改变物料电导率来实现的。物料加热温度越高，电导率也越高，因而加热速率也随着物料温度的上升而增大。在室温下，颗粒的电导率比液体低，但当温度升高时，颗粒的电导率会增大并超过液体的电导率。因此，当食品中液体的温度达到加工要求时，颗粒的温度往往要高于液体的温度，从而避免了液体过度受热，而颗粒固体物料受热不足的情况。（3）固体的大小、形状、方向、密度和含量采用欧姆加热处理含有颗粒的食品，一般要求其颗粒直径小于25mm，这是因为若颗粒过大，不能保证在流经电场时得到足够的热处理。 固体的形状对欧姆加热也有影响。而且，当固体的长宽比较大时，其方向对欧姆加热也有影响，固体垂直和平行于电场两相的温度不同，但方形和球形颗粒没有方向问题。颗粒密度过大或在粘度低的液体中，有可能沉淀在加热器底部，而导致颗粒过度受热。对颗粒的形状保持以及其中营养物质的保存都不利。相反，密度过小的颗粒在加工过程中会悬浮在液体表面。在欧姆加热过程中，颗垃悬浮在液体表面或沉淀在底部，都不能很好地估计其在加热器内的滞留时间和受热情况。

在欧姆加热中，颗粒物料的含量一般在20%-70%之间。对颗粒含量较高的食品，一般要求颗粒小且具有一定的柔韧性，并且为了减小颗粒间的空隙度，还要求颗粒具有多样的几何形状。对颗粒含量较低的食品，则要采用粘度较大的液体来保持颗粒的悬浮状态。

（4）粘度欧姆加热过程中，如果液体粘度过小，颗粒会沉淀在加热器的底部，而液体则直接流经电极，从而导致固液两相受热不均；液体粘度越大，加热速率就越大。这是因为液体粘度增大时，固液两相的对流传热系数变小。但粘度过大时，颗粒之间、颗粒与加热器管壁之间的相互摩擦都会破坏颗粒的结构完整性。如果液体中含有淀粉，则会发生淀粉凝胶化，导致粘度增加。同时颗粒受热失水等因素都能影响载流液体的粘度。因此对含淀粉等粘稠成分在加工前要进行预糊化处理,而对易失水的颗粒食品在加工过程中要注意保持液体粘度。（5）热容当物料中的颗粒和液体的电导率趋于稳定时，物料的受热情况依赖于其特定的热容。热容越大受热越快。颗粒中的水分含量比液体中的水分含量低很多，由于水分的热容较小。所以即使在固、液电导率相同的情况下。颗粒的受热升温速度要快于液体。

（6）物料的质量流量在加热功率一定的情况下，物料的升温与质量流量成反比，所以应当控制流量稳定。否则会引起物料的温度变化。另外，流速的横向分布也会影响加热速率，若横向速率不一致，会引起温度上的差异。（7）前处理

对欧姆加热的食品进行前处理有预热(煮)、酶处理、化学处理等。颗粒物料进行加热之前，通常要预热(煮)来提高颗粒的电导率，缩小颗粒和液体之间的电导率差异。对酱料进行预热时，还能散失其中的部分水分，防止加热过程中液体粘度变化。预热处理还能熔化除去食品内的非导电物质如脂肪，除去颗粒物料中的空气，使影响食品稳定性的酶类变性失活，软化颗粒，对肉制品还能起到上色作用。酶处理则如对淀粉进行预糊化，还可以使肉组织软化，增加其风味；化学处理法可将物料在盐或酸溶液中浸泡来调节颗粒的导电性能。二、欧姆杀菌装置(一)装置（二）欧姆杀菌工艺操作1.装置的预杀菌用电导率与待杀菌物料相接近的一定浓度的硫酸钠溶液的循环来实现。通过电流加热使之达到一定温度，通过压力调节阀控制杀菌压力，对欧姆加热组件、保温管和冷却管进行杀菌。其它设备用传统的蒸汽杀菌法。用电导率与产品相近的硫酸钠的作为预杀菌溶液的目的是避免设备从预杀菌到产品杀菌期间电能的大幅度调整，以保持平稳而有效地过度，且温度波动小。2.预杀菌液冷却后排出，引入待杀菌物料。通过反压阀利用无菌空气和气氮气调节压力。3.物料加热杀菌，再依次进入保温管、冷却管和贮罐，供无菌充填。4.生产结束后，切断电源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氢氧化溶液循环清洗30min。（三）欧姆加热杀菌产品品质欧姆加热处理的食品与传统罐装灭菌的食品相比，由于欧姆加热是连续性灭菌处理，其品质获得很大的改善。具体表现为微生物安全性，蒸煮效果及营养保留方面大大优越于传统法。三、欧姆杀菌的应用欧姆杀菌技术适于处理高颗粒密度和高粘度的液体物料，如肉汤、布丁的杀菌，液态蛋制品、果汁的巴氏杀菌等。目前，此技术在美国正广泛应用于低酸性或高酸性食品的加工，在13本用于生产酸牛奶的草莓、鱼糜制品及豆腐的加工等，在国内主要用于肉的解冻和牛奶、豆浆的加热杀菌。由于欧姆杀菌技术本身的局限性，使其在推广应用过程中的使用范围受到了一定的限制。①由于欧姆加热的适用性由食品物料的电导率来决定,因此对于一些脂肪、油、酒精、骨、纯净水或晶体结构(如冰)等非离子化的食品不适用该技术。②由于大颗粒物料电阻的不均匀性，而电流倾向于通过导电率更高的部分，同时，大颗粒快速加热后，在冷却时随着压力下降，会产生膨化和其它一些问题，目前，欧姆杀菌技术能够处理的食品颗粒的最大尺寸为1／4英寸。限制了欧姆杀菌技术在大颗粒物料上的应用。③由于本装置的设计以管道特征为主，因此，本技术的应用主要是液态食品的杀菌技术，应用范围受到了明显的限制。