第六章-食品杀菌新技术.

第六章食品杀菌新技术第一节超高温杀菌技术第二节欧姆杀菌技术第三节高压杀菌技术第四节辐射保鲜技术第一节超高温杀菌技术一、超高温杀菌原理二、超高温杀菌的装置系统三、超高温杀菌系统的加热设备超高温瞬时杀菌(UltraHighTemperatureShortTime，简称UHTST)是利用热交换器或直接蒸汽，使食品在130～150℃温度下，保持2～8s后迅速冷却，产品达到商业无菌要求的过程。一、超高温杀菌原理1、微生物的耐热性细菌种类最低生长温度/℃最适生长温度/℃最高生长温度/℃嗜热菌嗜温菌嗜冷菌30~455~15－10～－550~7030~4512～1570~9045~5515～25比较耐热程度：产芽孢菌非芽孢菌；芽孢营养细胞；嗜热菌芽孢厌氧菌芽孢需氧菌芽孢。影响微生物耐热性的因素a.微生物本身的特性污染的种类、污染的数量、生理状态与所处的环境。b.食品成分酸度、水分活度、脂肪、盐、糖、蛋白质、植物杀菌素。c.热处理条件温度、时间（1）微生物致死速率曲线在一定的环境条件和一定温度下，微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。以单位物料内残存的活细胞或芽孢数的对数值为纵坐标，以热处理时间为横坐标作图，所得的曲线即为微生物致死速率曲线。（2）D值指细菌的残存活菌数下降1个对数周期所需的时间。在数值上等于致死速率曲线斜率绝对值的倒数。2、微生物的致死速率与D值图6-1微生物致死速率曲线（1）微生物的热力致死时间(ThermalDeathTime,TDT)就是热力致死温度保持不变条件下，完全杀灭某菌种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。（2）热力致死时间曲线以热处理温度为横坐标，热致死时间(TDT)的对数值为纵坐标，就可以在半对数坐标图上得到一条形为直线的热力致死时间曲线。3、微生物的热力致死时间与Z值（3）Z值热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的度数。在数值上等于热力致死时间曲线的斜率绝对值的倒数。（4）F值某种细菌在121℃时的TDT值称为该细菌的F值，单位为min。图6-2热力致死时间曲线（1）热力递减致死时间(ThermalReductionTime，TRT)是在任何特定热力致死条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度如10-n时所需要的热处理时间(min)。n值称为递减指数(ReductionExponent)。（2）TRT值与n值的选取值相联系，故常将n值标在右下角，写成TRTn。某一热力致死温度条件下原菌数减少到百万分之一(即1/106)需要10min，那么它的TRT6＝10min4、生物的热力递减致死时间讨论D值反映微生物的抗热能力；D值的大小取决于直线的斜率，与原始菌数无关；D值与加热温度、菌种及环境的性质有关；D值的计算：NNDlglg0Z值性质Z值表示微生物耐热性的强弱；不同的微生物有不同的Z值，同一种微生物只有在相同的环境条件下才有相同的Z值。当Z值相同时，F值越大者耐热性越强。F值表示杀菌强度，随微生物和食品的种类不同而异，一般必须通过试验测定。对于低酸性食品，一般取t0=121℃，Z=10℃对于酸性食品，一般取t0=100℃，Z=8℃关于TDT值与TRT值的讨论TDT值只能在和试验时的原始菌相一致时才适用；TRT值可作为确定杀菌工艺条件的依据；TRTn→＝nD当n→∞时，TRTn→TDTTRT值解决了杀菌终点问题。例：12D——最低肉毒杆菌致死温时；对P.A.3679的杀菌强度要求达到5D。5、UHT杀菌效果检验UHT杀菌效果（SterizingEffect,SE）可用某类微生物的芽孢作为试验对象。SE=log[原始芽孢数/最终芽孢数]对PA3679芽孢，3.4s，总孢子数减少12个对数周期；4s，总孢子数减少14个对数周期。135℃,4s，SE大于6-9。表6-1不同温度下的同一原始菌数的UHT杀菌效果表6-2同一温度(135℃)不同原始菌数下的杀菌效果表6-3嗜热脂肪芽孢杆菌的杀菌效果由以上三表可看出，原料乳在135℃或更高温度进行4秒钟的热处理，就能满足满足灭菌乳商业标准(含菌不超过1‰)的要求。因此，采用UHT瞬时杀菌技术可以得到满意的杀菌效果。6、UHT杀菌的品质保证UHT瞬时杀菌技术可最大程度保持食品的风味及品质。原因在于：微生物对高温的敏感程度远远大于食品成分的物理化学变化对高温的敏感程度。图6-4牛乳灭菌及褐变的时间-温度曲线1.变褐的最低时间-温度条件2.灭菌的最低时间-温度条件若选择灭菌条件为110～120℃，15～20min；则两线之间间距甚近，说明生产工艺条件要有十分严格的措施来维持，这在实际上很难办到。而选择UHT灭菌条件137～145℃，2～5s时，两线之间间距较远，说明产生褐变及其他缺陷的危险性较小，生产工艺条件较易控制。按照处理过程不同分类UHT瞬时杀菌直接混合式加热法间接式加热法喷射式注射式二、超高温杀菌的装置系统二、超高温杀菌的装置系统间接式加热法和直接混合式加热法间接式加热：采用高压蒸汽或高压水为加热介质，热量经固体换热壁传给待加热杀菌物料。由于加热介质不直接与食品相接触，所以可较好地保持食品物料的原有风味，故广泛用于果汁、牛乳等。特点：相对成本较低，生产易于控制，但传热效率较低。直接混合式加热：采用高纯净的蒸汽直接与待杀菌物料混合接触，进行热交换，使物料瞬间被加热到135-160℃。直接混合式加热法可按两种方式进行。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。在喷射式中，物料通常向下流动，而蒸汽向上运动。由于加热蒸汽直接与食品相接触，因此对蒸汽的纯净度要求甚高。特点：加热速度快，热处理时间短，食品颜色、风味及营养成分的损失少。二、超高温杀菌的装置系统1、直接混合式加热的超高温瞬时杀菌装置系统2、间接加热的超高温瞬时杀菌装置系统被处理物料的性质不同，UHT杀菌的工艺流程也不同。关键步骤相同：物料由泵送至预热器预热；然后进入直接蒸汽喷射杀菌器；杀菌后物料经闪蒸去除部分水分和降低温度后进入下道工序。1、直接混合式加热的UHT瞬时杀菌装置系统图6-6原料乳由输送泵1送经第一预热器2进入第二预热器3，牛乳升温至75~80℃。然后在压力下由泵4抽送，经调节阀5送到直接蒸汽喷射杀菌器6。在该处，向牛乳喷入压力为1MPa的蒸汽，牛乳瞬间升温至150℃。在保温管中保持这一温度约2、4s时间，然后进入真空膨胀罐9中闪蒸，使牛乳温度急剧冷却到77℃左右。热的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵21使真空罐始终保持一定的真空度。真空罐内部汽化时，喷入牛乳的蒸汽也部分连同闪蒸的蒸汽一起从真空罐中排出，同时带走可能存在于牛乳中的一些臭味。另外，从真空罐排出的热蒸汽中的一部分进入管式热交换的第一预热器2中用来预热原料乳。经杀菌处理的牛乳收在膨胀罐底部，并保持一定的液位。接着，牛乳用无菌乳泵11送至无菌均质机12。经过均质的灭菌牛乳在灭菌乳冷却器13中进一步冷却之后，直接送往无菌罐装机，或送入无菌贮罐。图6-7直接热处理法UHT工艺流程示意图1.平衡罐2.泵3.预热器4.加热器5.高压泵6.直接喷射杀菌器7.分流阀8.膨胀罐9.真空泵10.无菌泵11.无菌均质机12.冷却器13.膨胀罐14.泵15.冷却器图6-8过热（注入式UHT杀菌）装置流程图1.增压泵2.平衡槽3.无菌片式交流换热器4.定时泵5.片式预热器6.注入式加热器7.保温管8.注入式加热器反压阀9.无菌闪蒸罐10.片式蒸汽冷凝器11.无菌泵12.无菌均质机13.水进口14.牛乳进口15.旁通管16.流量控制阀17.热水18.到平衡槽过量灭菌牛乳19.到平衡槽回流管20.产品无菌包装机21.热水温控热敏元件22.冷凝水23.真空度调节管24.排出口25.真空冷凝液泵26.注入器反压阀的控制气27.水汽出口28.往灌装器29.无菌压力表30.装量反压阀31.制品循环32.止逆阀33.蒸汽进口34.切换开关1＃35.就地清洗消毒36.装置反压阀的控制气37.切换开关2＃(手动-自动)38.控制仪表屏39.安全加热范围传感敏感元件40.注入器温控热敏元件41.注入器气动阀的控制气42.进口43.出口利用增压泵1把待处理的原乳或其他乳制品从平衡槽2输送到片式换热器3，并加热到大约60℃。接着，由定时泵4抽出，送入片式预热器5，温度升高到大约77℃。在此温度下，制品进入注入式加热器5，并由输入加热器的蒸汽加热到147℃或更高温度。一般保持这一温度和压力4s。通常在接近加热器底部的地方，装上控制蒸汽的传感器，另一传感器则装在保温管7中部。牛乳经保温管和注入式加热器反压阀8后，进入无菌闪蒸罐9，在特定的真空度下，蒸掉加热时注入的全部蒸汽，从而保持加热前后含水量不变。同时用真空冷凝液泵25使牛乳或其他制品通过片式蒸汽冷凝器10，除掉所含的牧草和饲料等异味、过量的蒸汽和不凝性气体。聚集在闪蒸饱底部的灭菌制品，由无菌泵11送入无菌均质机12。进入均质机时，其温度已经再次降到适合均质作业的温度(77℃)。均质后的灭菌制品进一步在无菌换热器3中冷却到21℃。最后通过转向阀V5，进入无菌包装机或其他下道工序。如果需要，也可输送到无菌贮槽中。转向阀的传感器安装在闪蒸罐进口的保温管中。如果因为某种原因，在此管路上的制品温度低于或降低到杀菌温度以下时，则转向阀将制品返回到平衡槽中重新处理。在没有使用无菌贮槽时，过量的灭菌制品也经由阀门V7返回到平衡槽。图6-9通过间壁式换热器来实现的。常用的间壁式换热器有板式、管式和旋转刮板式。2、间接加热的UHT瞬时杀菌装置系统图6-10间接式UHT热处理法流程简图1.平衡罐2.泵3，6.管式交互换热加热器4.脱气机5.均质机7.高压管式加热器8.冷却器如图平衡罐l中的牛乳经泵2送至预热器3预热以后进行脱气4和均质5，再经预热器6进一步预热后进入管式UHT杀菌器7。加热器3，6为交互换热式，以便回收利用余热。杀菌后的牛乳在预热器3，6中与冷的原乳进行热交换，原乳被预热，而灭菌乳被预冷，最后经冷却器8最终冷却，送往下道工序(无菌充填机等)。图6-11无菌热处理（套管式UHT杀菌）装置流程1,16.贮料筒2.泵3.均质机4.循环消毒器5,7.互换式加热器6,12.均质阀8.UHT加热器9.恒温管10,11.互换式冷却器13.水冷却器14.冷水冷却器15.换热器17.贮槽三、超高温杀菌系统的加热设备1、板式换热器2、环形套管式换热器3、旋转刮板式UHT加热杀菌设备4、直接加热式UHT杀菌设备板式换热器是UHT过程中最常用的一种换热设备。与管壳式热交换器相比，特点为：1、板式换热器热损失小价格低廉有泄漏单位长度的压力损失大传热系数高结构紧凑容易增减传热面积容易清洗干净传热板式板式换热器的主要工作件，一般采用不锈钢冲压制成。其主要结构为螺旋状的同心套管。与管壳式热交换器相比，特点为：2、环形套管式换热器当流量小或者所需传热面积小的情况下适用。可用于较高黏度流体的热交换。没有应力造成的破坏漏失。紧凑，安装容易。用机械方法清洗困难。当用不锈钢管作传热管时，如果传热管长度大于某一限度，为了保持壳侧流均匀，必须加隔板，从而使壳侧流体压力损失增大。较适合于黏度大或流动慢，或者在加热器表面易形成焦化膜的杀菌物料。刮片的设计非常重要。3、旋转刮板式UHT加热杀菌设备4、直接加热式UHT杀菌设备主要由物料泵、蒸汽喷嘴（或物料喷嘴）、真空罐及各种控制仪表构成。最关键的是加热介质与物料相混合的装置。在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。目前这种杀菌技术已广泛应用于牛乳、果汁饮料、豆乳茶、酒等产品的生产过程中。超高温瞬时杀菌技术在食品工业中的应用第二节欧姆杀菌技术一、欧姆杀菌原理二、欧姆杀菌装置三、欧姆杀菌技术在食品工业中的应用欧姆杀菌亦称“通电杀菌”，