食品加工机械与设备-第五章1杀菌设备

第 三 节 杀 菌 设 备 杀 灭 和 抑 制 食 品 中 微 生 物 的 主 要 方法 有 热 、 冷 、 辐 射 、 盐 渍 、 干 燥 、 烟 熏等 。 通 常 采 用 加 热 灭 菌 的 办 法 。 1、 加 热 方 法 湿 热 杀 菌 法 是 利 用 热 水 和 蒸 汽 直 接加 热 以 达 到 杀 菌 目 的 ， 最 常 用 的 方 法 。 干 热 杀 菌 法 是 利 用 热 风 、 红 外 线 、微 波 等 加 热 以 达 到 杀 菌 目 的 。杀 菌 的 目 的 ： 杀 死 食 品 中 的 致 病 菌 菌 、腐 败 菌 剂 破 坏 食 品 中 的 酶 活 性 ， 使 食品 在 特 定 的 条 件 下 有 一 定 保 存 期 ， 尽可 能 保 护 食 品 的 营 养 成 分 和 风 味 。 2、 杀 菌 的 温 度 和 时 间 的 关 系温 度 和 时 间 都 是 杀 灭 微 生 物 的 所 需 条 件 温度 越 高 ， 杀 菌 时 间 越 短 。 但 在 破 坏 微 生 物 作 用 上 ，同 样 有 效 的 不 同 温 度 时 间 组 合 对 食 品 的 损 害 程度 远 远 不 同 。 3、 微 生 物 对 高 温 的 敏 感 性 微 生 物 对 高 温 的敏 感 性 比 食 品 对 高 温的 敏 感 性 要 大 ， 温 度每 上 升 10 ， 使 食 品变 质 的 化 学 反 应 速 率加 快 1倍 ， 同 样 ， 使 微生 物 破 坏 的 速 率 加 快10倍 。 故 采 用 超 高 温 短 时灭 菌 （ UHT） 处 理 ，以 保 证 食 品 质 量 。 一 、 立 式 杀 菌 锅 属 于 间 歇 式杀 菌 设 备 ， 不 盖锅 盖 ， 也 可 用 于常 压 间 歇 杀 菌 ，小 型 企 业 使 用 较多 。 一 、 立 式 杀 菌 锅 结 构 锅 体 用 钢 板 压 制 成 圆 筒 后 焊 接 而 成 ， 底 部 封 头 多 为 球 形 。 锅 体 内 壁 装 有 垂 直 导 轨 ， 使 杀 菌 篮 与 内 壁 保 持 一 定 距 离 ，以 利 水 汽 循 环 。 锅 口 周 边 设 有 与 锅 盖 槽 孔 相 对 应 的 蝶 形 螺 栓 ， 作 为 夹 紧锅 盖 与 锅 体 的 构 件 。 锅 口 的 边 缘 凹 槽 内 嵌 有 密 封 填 料 ，保 证 杀 菌 时 密 封 良 好 。适 用 ： 常 压 、 加 压 杀 菌 二 、 卧 式 杀 菌 锅 也 属 于 间 歇 式 杀 菌 设 备 ， 中 小 型 企 业 使用 较 多 。 三 、 回 旋 式 杀 菌 锅 属 于 间 歇 式 杀 菌 设 备 ， 由 上 下 两 个 锅 体组 成 ， 结 构 见 图 ， 上 锅 是 一 个 高 压 高 温 的 贮水 锅 ， 用 于 制 备 下 锅 的 过 热 水 。 下 锅 为 高压 杀 菌 锅 ， 内 有 转 体 支 架 ， 可 通 过 转 动 装置 带 动 支 架 转 动 在 5-45r/min。 特 点 ： 传 热 快 、 加 热 时 间 短 、 营 养 破坏 少 、 用 于 热 敏 感 食 品 。 三 、 回 旋 式 杀 菌 锅 装 满 罐 头 的 杀 菌 蓝 通 过 轨 道 推 入 后 ，利 用 压 紧 装 置 固 定 于 回 转 架 内 ， 随 回 转 架翻 转 。 为 保 证 回 转 架 轨 道 与 进 车 轨 道 对 正 ，传 动 装 置 没 有 定 位 装 置 ， 限 定 回 转 架 的 停止 位 置 。传 动 过 程 ： 传 动 装 置 回 转 体 转 动 杀 菌 篮转 动 罐 头 转 动 ， 且 始 终 处 于 热水 中 A. 杀 菌 程 序(a)制 备 过 热 水 ： 加 热 贮 水 锅 中 的 水 ， 升 温 速 度 为4 6 min。 一 般 应 比 杀 菌 温 度 高 5 20 。(b)向 杀 菌 锅 送 水 ： 杀 菌 篮 装 入 杀 菌 锅 ， 贮 水 锅 的 热水 压 入杀 菌 锅 。 要 求 在 5 90s内 完 成 送 水 。 (c)升 温 ： 打 开 杀 菌 锅 加 热 阀 蒸 汽 使 锅 内 迅 速 升 温 。在 进 行 加 热 的 过 程 中 ， 开 动 回 转 体 和 循 环 泵 ， 使水 强 制 循 环 以 提 高 传 热 效 率 。(d)杀 菌 ： 杀 菌 锅 水 温 保 持 所 设 定 的 杀 菌 温 度 。 循 环泵 、 回 转 体 连 续 运 行 。(e)热 水 回 收 ： 杀 菌 锅 的 高 温 水 被 压 注 回 贮 水 锅 ， 转入 冷 却 工 序(f)冷 却 ： 加 压 冷 却 （ 保 持 杀 菌 时 压 力 ） ； 降 压 冷 却时 ， 压 力 应 有 规 律 地 递 减 。(g)排 水 ： 冷 却 过 程 完 成 后 ， 循 环 泵 和 冷 水 泵 停 止 运 转 ， 排 水 。(h)启 锅 ： 拉 出 杀 菌 篮 ， 全 过 程 结 束 。 冷 却 方 式 （ 有 三 种 可 供 选 择 ） 反 压 冷 却 降 压 冷 却 降 压 冷 却 常 压 冷 却 直 接 降 压 冷 却 B. 特 点(a) 杀 菌 篮 回 转 具 有 搅 拌 作 用 ， 再 加 上 热 水 泵 强制 循 环 ， 锅 内 热 水 形 成 强 烈 的 涡 流 ， 使 锅 内温 度 分 布 更 加 均 匀 ， 同 时 提 高 了 罐 外 传 热 效 率 。 (b) 杀 菌 篮 的 翻 转 产 生 罐 头 的 “ 摇 动 效 应 ” ， 使传 热 效 率 得 以 提 高 ， 导 致 杀 菌 和 冷 却 时 间 大 大 缩 短 。(c) 传 热 均 匀 且 速 度 高 ， 产 品 质 量 好 且 稳 定 。 对于 肉 类 罐 头 ， 其 翻 转 可 防 止 油 脂 和 胶 冻 的 析 出 ； 对 于高 黏 度 、 半 流 体 和 热 敏 性 食 品 ， 不 会 产 生 因 罐壁 处 的 局 部 过 热 而 形 成 粘 结 现 象 。(d) 过 热 水 回 收 并 重 复 利 用 ， 大 幅 度 减 少 了 蒸 汽消 耗 量 ， 运 行 费 用 低 。(e) 自 动 化 程 度 高 ， 过 程 参 数 均 自 动 调 节 控 制 。(h) 有 效 地 改 善 产 品 的 色 香 味 ， 减 少 营 养 成 分 的损 失 。 四 、 淋 水 式 杀 菌 机 是 一 种 卧 式 高 压 杀 菌 设 备 ， 主 要 用 于果 蔬 类 、 肉 类 、 鱼 类 、 蘑 菇 和 方 便 食 品的 高 温 杀 菌 。 组 成 ： 高 压 杀 菌 锅 、 热 水 离 心 泵 、 板 式换 热 器 、 分 水 系 统 、 控 制 装 置 、 贮 水 区 、 管 道和 阀 门 等 。原 理 ： 以 封 闭 的 循 环 水 为 工 作 介 质 ， 用 高 流 速 喷淋 方 法 对 罐 头 进 行 加 热 及 冷 却 杀 菌 。 五 、 超 高 温 杀 菌 机 械 设 备 超 高 温 短 时 杀 菌 是 将 食 品 在 瞬 间 加 热 到高 温 而 达 到 杀 菌 目 的 。 通 常 杀 菌 温 度 从 120 提 高 到 135145 ， 仅 需 3 5s就 可 以 将 微 生 物 的 孢 子完 全 杀 死 。 几 乎 不 影 响 食 品 的 色 、 香 、 味等 ， 对 牛 乳 、 果 汁 等 热 敏 感 的 食 品 尤 其 适用 。 1、 超 高 温 短 时 杀 菌 方 法 a、 直 接 加 热 杀 菌 法 和 间 接 加 热 杀 菌 法 。 直 接 加 热 杀 菌 法 是 用 蒸 汽 或 电 阻 管 直 接 加 热物 料 ， 转热 效 率 高 ， 但 不 易 控 制 。 间 接 加 热 杀 菌 法 是 加 热 介 质 通 过 热 交 换进 行 加 热 。 b、 设 备 要 求 ： 必 须 保 证 物 料 瞬 时 超 高 温 杀 菌 和 加 热 后迅 速 冷 却 。 、 超 高 温 短 时 杀 菌 设 备 组 成 超 高 温 短 时 杀 菌 设 备 组 成 主 要 由 预 热器 、 杀 菌 器 、 冷 却 器 、 均 质 机 和 清 洗 设 备CIP构 成 。 流 体 食 品 由 泵 和 均 质 机 连 续 输 送 进 行预 热 、 杀 菌 、 冷 却 等 加 工 进 入 下 一 道 工 序 ，清 洗 设 备 在 设 备 开 机 前 和 关 机 后 对 全 套 设备 进 行 程 序 控 制 清 洗 ， 保 证 设 备 在 无 菌 条件 下 运 转 。 （ 一 ） 直 接 加 热 超 高 温 短 时 杀 菌 设 备1、 蒸 汽 加 热 式 杀 菌 设 备 有 两 种 ： 喷 射 式 加 热 器 是 加 热 器 将 蒸 汽 喷 射 到牛 乳 流 体 中 ； 注 入 式 加 热 器 是 将 牛 乳 注 入蒸 汽 流 中 。（ 1） 喷 射 式 加 热 器 a、 原 理 ： 将 蒸 汽 喷 射 到 牛 乳 中 ， 使 牛 乳迅 速 升 温 到 140 ， 然 后 通 过 真 空 罐 瞬 间冷 却 至 80 b、 直 接 蒸 汽 喷 射 杀 菌 设 备 工 艺 流 程 图 d、 直 接 蒸 汽 喷 射 杀 菌 温 度 -时 间 曲 线 （ 2） 注 入 式 超 高 温 杀 菌 a、 原 理 将 牛 奶 或 其 他 原 料 注 入 到 过 热 蒸 汽 加 热 设 备中 ， 由 蒸 汽 瞬 间 加 热 到 杀 菌 温 度 而 完 成 杀 菌 过 程 。 b、 （ 二 ） 间 接 式 杀 菌 设 备 -板 式 换 热 器板 式 换 热 器 是 以 成 型 传 热 板 片 为 传 热 面 的高 效 间 壁 换 热 器 。冷 热 流 体 分 别 是 条 形 和 网 状 薄 层 湍 流 连 续通 过 板 片 两 侧 的 空 间 ， 进 行 热 交 换 。液 体 食 品 如 牛 乳 、 果 计 等 的 杀 菌 ， 同 时 还应 用 于 液 体 物 料 的 在 线 加 热 和 冷 却 ； 板 式 换 热 器 片 式 换 热 器 结 构 示 意 图1-前 支 架 2-上 角 孔 3-环 形 橡 胶 垫 圈 4-分 界 板 5-导 杆 6-压 紧 板 7-后支 架 8-压 紧 螺 杆 9-连 接 管 10-片 框 橡 胶 垫 圈 11-下 角 孔 12-传 热 片 a、 密 封 垫 圈为 了 防 止 流 体 的 外 漏 和 内 漏 ， 板 间 应 放置 密 封 垫 圈垫 圈 耐 热 、 耐 压 、 耐 腐 蚀 、 有 弹 性 。周 边 垫 圈 与 角 孔 垫 圈1、 主 要 构 件 b、 传 热 板 (1)单 边 流 同 一 种 液 体 的 进 出 口 角 孔 ， 在 设 备 同 一 侧 的 轴 线 。 将 相 邻 两 片水 平 放 在 一 起 ， 流 体 呈 直 线 方 向 流 动 。左 片 上 ， 第 一 种 液 体 从 左 上 角 孔 流 入 片 间 ， 从 金 属 片 下 左 角 孔流 出 ， 两 个 右 角 孔 垫 圈 隔 离 ， 在 右 角 孔 上 第 二 种 液 体 则 流 到 传 热片 的 另 一 侧 。特 点 ：同 一 种 流 体 的 进 出 口在 设 备 的 同 一 侧 (2) 对 角 斜 流 同 一 种 液 体 进 出 口 两 角 孔 在 对 角 线 的 两 端 点 位 置 上 ， 左 右 片 的 结 构 不 一 样 ， 垫 圈 也 不 一 样 。 片 间 流 动 的 总 方 向 是 对 角 线 方 向 。 需 要 有 两 种冲 模 压 制 2 特 点（ 1） 传 热 效 率 高 。 由 于 换 热 板 间 距 小 ， 板 面 上 有 波纹 或 凸 凹 状 花 纹 ， 流 体 高 速 通 过 ， 形 成 湍 流 ， 故 传 热系 数 高 ， 一 般 可 达 35004000W/(m2 )（ 2） 结 构 紧 凑 。 板 式 换 热 器 在 较 小 的 结 构 内 可 容 纳较 大 的 传 热 面 积 。 按 单 位 体 积 的 结 构 中 所 占 传 热 面 积算 比 管 式 换 热 器 高 47倍 。(3） 适 应 性 广 。 增 减 换 热 板 数 ， 改 变 板 的 组 合 ， 可 满足 多 种 不 同 生 产 工 艺 的 要 求 。（ 4） 适 于 处 理 热 敏 性 的 物 料 。 因 物 料 在 换 热 器 内 通过 的 时 间 短 ， 受 热 所 产 生 的 损 失 少 。(5） 操 作 卫 生 安 全 。 拆 装 容 易 ， 可 就 地 清 洗 ， 流 体 有泄 漏 时 易 发 现 ， 能 保 持 良 好 的 卫 生 条 件 。（ 6） 热 量 得 到 充 分 利 用 ， 节 约 热 能 。 d、 牛 乳 灭 均 时 间 温度 曲 线 2、 套 管 式 超 高 温 杀 菌 设 备 由 两 根 不 锈 钢 管 组 成 的 双 套 盘 管 ， 利 用 内 外管 间 环 形 间 隙 进 行 热 交 换 。 a、 工 艺 流 程 b、 工 作 过 程 物 料 通 过 供 料 泵 1进 入 双 套 盘 管 2的 外 层 通道 ， 与 内 层 通 道 已 杀 菌 的 高 温 物 料 热 交 换 而 预热 ， 进 入 灭 菌 室 3由 高 温 桶 内 蒸 汽 间 接 加 热 到135 ， 保 温 3-6s， 进 双 套 盘 管 内 层 通 道 被 冷却 到 出 料 温 度 ( 65 ) 刮 板 式 超 高 温 杀 菌 设 备 （ 不 做 介 绍 ） 罐 头 杀 菌 设 备 1、 种 类 普 通 罐 头 软 罐 头 2、 概 念 a、 软 罐 头 ： 国 外 叫 蒸 煮 袋 或 盒 ， 是 指 用 软 质容 器 包 装 ， 经 100 以 上 高 温 杀 菌 后 达 到 商 业 无菌 ， 保 质 期 在 一 年 以 上 的 包 装 食 品 。 b、 普 通 罐 头 ： 传 统 的 用 金 属 或 玻 璃 罐 装 的 食品 。 3、 应 用 一 般 有 肉 类 、 水 产 类 、 蔬 菜 类 、 水 果 类 等 。 普 通 罐 头 杀 菌 装 置 1、 根 据 温 度 和 操 作 的 方 法 分 ： 连 续 式 ： 卧 式 链 带 杀 菌 机 、 螺 旋 式 连 续 杀 菌 机 常 压 间 歇 式 ： 立 式 敞 口 杀 菌 锅 、 浴 槽 式 杀 菌 器杀 菌设 备 连 续 式 ： 静 水 压 杀 菌 机 、 水 封 式 连 续 杀 菌 机 高 压 间 歇 式 ： 卧 式 杀 菌 锅 、 回 旋 式 杀 菌 锅 2、 不 同 方 法 的 特 点 a、 不 同 压 力 和 温 度 类 别 压 力 温 度 应 用 常 压 式 1Pa 100 PH 4.5的 酸 性 食 品 加 压 式 0.1MPa 120 肉 类 罐 头 b、 不 同 操 作 方 式 间 歇 式 ： 多 品 种 、 小 批 量 、 中 小 型 企 业 连 续 式 ： 品 种 少 、 大 批 量 、 大 型 企 业 3、 远 红 外 加 热 杀 菌(1) 原 理 构 成 物 质 的 基 本 质 点 是 电 子 、 原 子 或 分 子 ，这 些 质 点 即 使 处 于 基 态 都 在 不 停 地 运 动 着 振 动 或 转 动 。 这 些 运 动 都 有 自 己 的 固 有 频 率 。当 遇 到 具 有 某 个 频 率 的 红 外 线 辐 射 时 ， 如 果 红外 线 的 频 率 与 基 本 质 点 的 固 有 频 率 相 等 ， 则 会发 生 与 振 动 学 中 共 振 运 动 相 似 的 情 况 ， 质 点 会吸 收 红 外 线 并 使 运 动 进 一 步 激 化 ； 如 果 二 者 的频 率 相 差 较 大 ， 那 么 红 外 线 就 不 会 被 吸 收 而 可能 穿 过 。 （ 2） 特 点(1)热 辐 射 率 高 使 用 远 红 外 线 加 热 食 品 有 着 较 高 的 热 辐 射 率(2)热 损 失 小 辐 射 加 热 不 存 在 传 热 界 面 ， 远 红 外 线 直 接 辐 射 到 被 加 热 物 体 的 表面 。 (3)容 易 进 行 操 作 控 制 远 红 外 线 同 其 它 光 波 一 样 ， 具 有 直 接 传 播 、 漫 反 射 和 镜 反 射 的性 质 ， 因 此 可 以 通 过 光 的 集 散 、 遮 断 机 构 ， 更 合 理 地 控 制 辐 射 热 ，使 之 在 加 热 器 中 更 为 有 效 地 被 利 用 ， 以 提 高 加 热 质 量 ， 减 少 热 损失 。 (4)加 热 速 度 快 ， 传 热 效 率 高 运 用 远 红 外 线 加 热 ， 热 源 与 物 料 不 直 接 接 触 ， 因 此 可 以 在 保 证物 料 不 过 热 的 情 况 下 ， 提 高 发 热 体 (辐 射 体 ， 也 即 热 源 )的 温 度 。(5)有 一 定 的 穿 透 能 力 即 对 物 体 内 部 直 接 加 热 的 能 力 。(6)产 品 质 量 好 远 红 外 线 的 光 子 能 量 比 紫 外 线 、 可 见 光 线 都 要 小 ， 只 会 产 生 热 效 果 ， 不 会 引 起 食 物 成 分 的 化 学 变 化 。因 此 不 仅 可 用 于 一 般 的 粉 状 和 块 状 物 料 杀 菌 ， 而且 还 可 用 于 咖 啡 豆 、 花 生 和 谷 物 的 杀 菌 和 灭 霉 以及 袋 装 食 品 的 直 接 杀 菌 。 4、 火 焰 连 续 杀 菌 设 备这 种 设 备 的 热 源 不 用 蒸 汽 ， 而 是 用 特 制 燃烧 器 或 直 接 火 焰 对 铁 盒 罐 头 进 行 加 热 杀 菌 。燃 气 可 用 煤 气 、 丁 烷 、 丙 烷 等 。特 别 适 用 于 蘑 菇 、 玉 米 、 青 豆 、 胡 萝 卜 等蔬 菜 罐 头 的 杀 菌 。