第九章食品杀菌机械与设备.pdf

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1、第九章第九章 食品杀菌机械与设备食品杀菌机械与设备 9.1 9.1 概述概述 9.2 9.2 流体食品杀菌机械与设备流体食品杀菌机械与设备 9.3 9.3 固态或包装食品杀菌机械与设备固态或包装食品杀菌机械与设备 9.4 9.4 新型食品杀菌机械与设备新型食品杀菌机械与设备 1.1杀菌目的：杀菌目的：主要是杀死食品中的微生物，防止食品腐败，主要是杀死食品中的微生物，防止食品腐败，往往伴随使食品脱水、完成一定的生物化学变化，往往伴随使食品脱水、完成一定的生物化学变化，方便其他工序的操作或满足色香味之食用要求。方便其他工序的操作或满足色香味之食用要求。1.2杀菌方法：杀菌方法：化学杀菌：主要使用强

2、氧化剂化学杀菌：主要使用强氧化剂 物理杀菌：巴氏杀菌、高温短时杀菌（物理杀菌：巴氏杀菌、高温短时杀菌（HTST）、）、高温瞬时杀菌（高温瞬时杀菌（UHT）9.19.1.概概 述述 1.3 杀菌设备分类杀菌设备分类 a.按温度：按温度：常压杀菌常压杀菌(热水槽热水槽)，高压杀菌，高压杀菌(杀菌锅杀菌锅)b.按操作方式：按操作方式：间歇式，连续式间歇式，连续式 c.按使用的热源：按使用的热源：蒸汽加热杀菌设备，热水加热蒸汽加热杀菌设备，热水加热，火焰加热火焰加热，照射杀菌，照射杀菌、微波加热、微波加热、欧姆加热、欧姆加热、远红外远红外 d.按设备结构：按设备结构：板式杀菌设备、管式板式杀菌设备、管

3、式、釜式、釜式 e.按物料状态：按物料状态：流体食品杀菌设备、成型食品流体食品杀菌设备、成型食品 9.2 9.2 流体食品杀菌机械与设备流体食品杀菌机械与设备 管式换热器管式换热器 板式换热器板式换热器 2.1 管式杀菌设备管式杀菌设备 2.2 板式杀菌设备板式杀菌设备 2.3 蒸汽直接杀菌设备蒸汽直接杀菌设备 2.1 2.1 管式杀菌设备管式杀菌设备 2.1.12.1.1管式杀菌器（换热器）类型管式杀菌器（换热器）类型 1 1）.管式杀菌器的构成形式管式杀菌器的构成形式 管式杀菌器可由多种管状组件构成以串联和或管式杀菌器可由多种管状组件构成以串联和或并联的方式组成一个完整的换热功能单元。并联

4、的方式组成一个完整的换热功能单元。单管式单管式 列管式列管式 套管式套管式 蛇管式换热器蛇管式换热器 A A 蛇管式换热器蛇管式换热器 2 2）.典型管式换热器典型管式换热器 B B 套管式套管式换热器换热器 C C 管壳式管壳式换热器换热器 演 示 演 示 D D 翅片管式换热器翅片管式换热器 2.1.2.2.1.2.典型设备典型设备-列管式杀菌机列管式杀菌机 结构：结构：由供液泵、管式加热杀菌器、回流管道等由供液泵、管式加热杀菌器、回流管道等构成。构成。RP6L2型列管式热交换器型列管式热交换器 工作过程工作过程 物料用高压泵送入不锈钢加热管内，蒸汽通物料用高压泵送入不锈钢加热管内，蒸汽通

5、入壳体空间后将管内流动的物料加热，物料在管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温度和保持时间后排内往返数次后达到杀菌所需温度和保持时间后排出。达不到要求的回流重新进行杀菌操作。出。达不到要求的回流重新进行杀菌操作。由壳体、浮头、传热管束等构成。由壳体、浮头、传热管束等构成。管束一端的管板以法兰与壳体相联接，另一端的管束一端的管板以法兰与壳体相联接，另一端的管板与内封头构成的浮头管箱，可在壳体内自由管板与内封头构成的浮头管箱，可在壳体内自由移动。移动。浮头列管式换热器浮头列管式换热器 套管式杀菌机套管式杀菌机 2.2 2.2 板式杀菌设备板式杀菌设备 由许多薄的由许

6、多薄的金属传热板金属传热板平行排列组装于支架上，平行排列组装于支架上，相邻板片的边缘衬有相邻板片的边缘衬有橡胶垫圈橡胶垫圈，压紧后可以达到，压紧后可以达到密封的目的，且垫片的厚度可调节板间流体的通密封的目的，且垫片的厚度可调节板间流体的通道的大小。道的大小。2.2.1.板式换热器的结构板式换热器的结构 传热板：传热板：每块金属板面由水压机冲压成凹凸规则的每块金属板面由水压机冲压成凹凸规则的波纹，使流体均匀流过板面，增加传热面积，并促波纹，使流体均匀流过板面，增加传热面积，并促使流体的湍动，有利于换热。使流体的湍动，有利于换热。波纹板 密封垫圈：密封垫圈：作用是使传热板组合后形成互不相连作用是使

7、传热板组合后形成互不相连的冷热流体的两个进出通道。的冷热流体的两个进出通道。可以布置成直线流动或对角流动两种方式可以布置成直线流动或对角流动两种方式。每块板的四角上各开一孔，借圆环垫圈的密封作每块板的四角上各开一孔，借圆环垫圈的密封作用，使四个孔中只有两个圆孔和板面上的物料相用，使四个孔中只有两个圆孔和板面上的物料相通，另外两个圆孔与另一侧热源相通。冷、热流通，另外两个圆孔与另一侧热源相通。冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过金属板进行换热。体交替地在板片两侧流过，通过金属板进行换热。2.2.3.工作原理工作原理 固定压紧板 夹紧螺栓 前端板 换热板片 密封垫片 后端板 下导杆 后支柱 活动压

8、紧板 上导杆 动画演示 直接加热杀菌直接加热杀菌是指采用蒸汽和物料直接混合，使是指采用蒸汽和物料直接混合，使物料快速杀菌。物料快速杀菌。两种形式两种形式 蒸汽喷射式：蒸汽喷射式：蒸汽喷射到被杀菌的物蒸汽喷射到被杀菌的物 料中加热杀菌料中加热杀菌 注入式：注入式：物料注入到热蒸汽中进行杀菌物料注入到热蒸汽中进行杀菌 2.3 2.3 蒸汽直接杀菌设备蒸汽直接杀菌设备 2.3.1 蒸汽喷射杀菌装置蒸汽喷射杀菌装置 系统组成：系统组成：预热器、预热器、蒸汽喷射器蒸汽喷射器、保温管、保温管、膨胀罐（闪蒸罐）、冷凝器和泵等。膨胀罐（闪蒸罐）、冷凝器和泵等。蒸汽入口蒸汽入口 料液入口料液入口 细孔细孔 工作

9、过程：工作过程：蒸汽通过细孔与料液流动方向成直角的方位蒸汽通过细孔与料液流动方向成直角的方位强制喷射到料液中去的。强制喷射到料液中去的。在不到在不到1s的时间内料液即由喷入的蒸汽加热的时间内料液即由喷入的蒸汽加热到到140，其中一部分蒸汽冷凝，它的潜热传递，其中一部分蒸汽冷凝，它的潜热传递给牛乳，几乎在瞬间就把牛乳加热到杀菌温度。给牛乳，几乎在瞬间就把牛乳加热到杀菌温度。喷射过程中，牛乳等料液和蒸汽均处于一定压喷射过程中，牛乳等料液和蒸汽均处于一定压力之下，杀菌后的物料进入真空泵蒸发浓缩并冷力之下，杀菌后的物料进入真空泵蒸发浓缩并冷却降温。却降温。蒸汽入蒸汽入口口 料液入料液入口口 细孔细孔

10、工作流程工作流程 工作原理：工作原理：物料从上端注入，过热物料从上端注入，过热蒸汽从中间喷入，保温蒸汽从中间喷入，保温一段时间完成杀菌过程，一段时间完成杀菌过程，杀菌好的产品从底部排杀菌好的产品从底部排出。出。2.3.2 注入式蒸汽杀菌装置注入式蒸汽杀菌装置 结构：结构：一种圆筒形蒸汽直接加一种圆筒形蒸汽直接加热容器热容器 两个预热器两个预热器 加热器加热器 闪蒸器闪蒸器 冷却器冷却器 拉吉奥尔超高拉吉奥尔超高温系统组成温系统组成 9.3 9.3 固态或包装食品杀菌机设备固态或包装食品杀菌机设备 高压杀菌锅高压杀菌锅又称又称杀菌釜杀菌釜，分为立式和卧式两种。，分为立式和卧式两种。主要用于固体物

11、料或食品包装成品的杀菌。主要用于固体物料或食品包装成品的杀菌。立式杀菌锅可用作常压立式杀菌锅可用作常压或加压杀菌，对品种多，或加压杀菌，对品种多，批量小的食品尤为适用；批量小的食品尤为适用；卧式杀菌锅一般只能作卧式杀菌锅一般只能作高压杀菌用，大、中型罐高压杀菌用，大、中型罐头厂较多采用头厂较多采用 3.1.3.1.立式杀菌锅立式杀菌锅 组成：组成：杀菌锅、杀菌篮、检测仪表等。杀菌锅、杀菌篮、检测仪表等。立式杀菌锅的加立式杀菌锅的加热方式有蒸汽和热热方式有蒸汽和热水两种；水两种；冷却方式分常压水冷却方式分常压水冷和空气反压水冷冷和空气反压水冷两种。两种。3.2.3.2.卧式杀菌锅卧式杀菌锅 卧式

12、系菌锅是一个平卧的圆筒体，筒体的前部有一卧式系菌锅是一个平卧的圆筒体，筒体的前部有一个锅盖。个锅盖。回转式杀菌机回转式杀菌机 结构结构 贮水锅贮水锅 杀菌锅杀菌锅 管路系统管路系统 杀菌蓝杀菌蓝 控制箱控制箱 工作过程工作过程 制备过热水：制备过热水：向贮水锅泵入一定量的冷水，打开贮水锅加向贮水锅泵入一定量的冷水，打开贮水锅加热阀加热到设定温度，与此同时装入杀菌篮，闭门。热阀加热到设定温度，与此同时装入杀菌篮，闭门。向杀菌锅送水：向杀菌锅送水：启动程序，要求在启动程序，要求在5090s5090s内完成送水并达内完成送水并达到一定程度。到一定程度。加热升温：加热升温：由于热交换，水温下降，打开蒸

13、汽加热阀加热，由于热交换，水温下降，打开蒸汽加热阀加热，同时开动回转体和循环泵，使水强制循环以提高传热效率。同时开动回转体和循环泵，使水强制循环以提高传热效率。一般一般5 520min20min 杀菌：杀菌：通过控制蒸汽阀，使杀菌锅水温保持所设定的杀菌通过控制蒸汽阀，使杀菌锅水温保持所设定的杀菌温度。温度。热水回收：热水回收：杀菌完成后，锅内的高温水被压注回贮水锅，杀菌完成后，锅内的高温水被压注回贮水锅，贮水锅水满后，连接阀关闭，并转入冷却工序。贮水锅水满后，连接阀关闭，并转入冷却工序。冷却、排水：冷却、排水：冷水泵启动，向杀菌锅注入冷却水，冷却过冷水泵启动，向杀菌锅注入冷却水，冷却过程完成后

14、排水。程完成后排水。启锅：启锅：拉出杀菌篮，全过程结束。拉出杀菌篮，全过程结束。3.3.3.3.连续杀菌设备连续杀菌设备 3.3.1 3.3.1 常压连续杀菌设备常压连续杀菌设备 A 喷淋连续杀菌机喷淋连续杀菌机 B 水浸式连续杀菌机水浸式连续杀菌机 3.3.2 3.3.2 加压连续杀菌设备加压连续杀菌设备 9.4 9.4 新型杀菌技术与设备新型杀菌技术与设备 被被FDAFDA列入研究对象的电磁和辐射杀菌方法中包括：列入研究对象的电磁和辐射杀菌方法中包括：微波和电磁波微波和电磁波 (Microwave and Radio Frequency)(Microwave and Radio Frequ

15、ency)欧姆和电感加热欧姆和电感加热 (Ohmic and Inductive Heating)(Ohmic and Inductive Heating)高压处理高压处理 (High Pressure Process(High Pressure Processi)i)脉冲电场脉冲电场 (Pulsed Electric Field)(Pulsed Electric Field)高压放电高压放电 (High Voltage Arc Discharge)(High Voltage Arc Discharge)脉冲强光脉冲强光 (Pulsed Light)(Pulsed Light)振荡磁场振荡磁场

16、 (Oscillating Magnetic Fields)(Oscillating Magnetic Fields)紫外线紫外线 (Ultraviolet Light)(Ultraviolet Light)超声波超声波 (Ultrasound)(Ultrasound)x x射线杀菌射线杀菌(X(XRays)Rays)欧姆杀菌欧姆杀菌是利用电极，将电流（一般是利用电极，将电流（一般5060 5060 HzHz 的低频电流）直接导入食品，借助食品本身的低频电流）直接导入食品，借助食品本身介电性质，使热量以内能的形式产生在物料内介电性质，使热量以内能的形式产生在物料内部而达到直接杀菌的目的。部而达

17、到直接杀菌的目的。4.1.4.1.欧姆杀菌技术与设备欧姆杀菌技术与设备 欧姆杀菌与其他任何一种电加热方法的区别在欧姆杀菌与其他任何一种电加热方法的区别在于于有直接接触食品的电极有直接接触食品的电极(与微波加热不同与微波加热不同)、一定频率一定频率(没有限制，除非受到无线电和微波没有限制，除非受到无线电和微波频率的特殊限制频率的特殊限制)以及波形以及波形。欧姆杀菌技术欧姆杀菌技术适于处理适于处理高颗粒密度和高粘度的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、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。果汁的巴氏杀菌等。欧姆杀菌技术的原理欧姆杀菌技术的原理 由于大

18、部分食品是含有适度溶解盐离子的水溶由于大部分食品是含有适度溶解盐离子的水溶液，具有较好的液，具有较好的导电性导电性，根据，根据欧姆定律欧姆定律，将电流通，将电流通过连续流动的物料通道即可对物料进行加热，加热过连续流动的物料通道即可对物料进行加热，加热范围与食品导电率均匀性和食品在电阻加热器中停范围与食品导电率均匀性和食品在电阻加热器中停留时间有关。留时间有关。欧姆杀菌的机理：欧姆杀菌的机理：通电加热致使温度升高通电加热致使温度升高 而灭菌；而灭菌；在通电的两电极间的菌体细胞由于受到所加电场在通电的两电极间的菌体细胞由于受到所加电场的作用导致菌体细胞膜的破坏而灭菌。的作用导致菌体细胞膜的破坏而灭

19、菌。欧姆杀菌装置主要由欧姆杀菌装置主要由泵、柱式欧姆加热器、保温管泵、柱式欧姆加热器、保温管和和控制仪表控制仪表等构成。等构成。其中主要部件其中主要部件柱式欧姆加热器柱式欧姆加热器是一根加塑料衬里是一根加塑料衬里的不锈钢管，由的不锈钢管，由4 4个或多个电极座及中间连接管组个或多个电极座及中间连接管组成。成。欧姆杀菌装置组成欧姆杀菌装置组成 欧姆杀菌具有如下优点：欧姆杀菌具有如下优点：以体积加热方式处理食品液体和颗粒，升温快以体积加热方式处理食品液体和颗粒，升温快速均匀，热破坏小；速均匀，热破坏小；液体和颗粒之间温度差异很小，产品拥有更高液体和颗粒之间温度差异很小，产品拥有更高的安全水平；的安

20、全水平；不存在传热表面，降低了设备结垢的可能性，不存在传热表面，降低了设备结垢的可能性，设备连续运行时间长；设备连续运行时间长；移动部件少，维护费用低。移动部件少，维护费用低。超高压杀菌超高压杀菌是指将食品原料充填到柔软容器中密封，是指将食品原料充填到柔软容器中密封，再将其投入到静水的高压装置中高压处理。加再将其投入到静水的高压装置中高压处理。加100 100 MPa1 000MPaMPa1 000MPa的压力一段时间后，杀灭食品中的的压力一段时间后，杀灭食品中的微生物的过程。微生物的过程。同时使酶、蛋白质、淀粉等生物高同时使酶、蛋白质、淀粉等生物高分子物质失活、变性及糊化。分子物质失活、变性

21、及糊化。4.2.4.2.超高压杀菌技术与设备超高压杀菌技术与设备 高压杀菌的作用机理：高压杀菌的作用机理：杀菌主要是破坏微生物的细杀菌主要是破坏微生物的细胞膜和细胞壁，使蛋白质凝固，抑制微生物中酶的胞膜和细胞壁，使蛋白质凝固，抑制微生物中酶的活性和遗传物质的复制等实现的。高压主要破坏菌活性和遗传物质的复制等实现的。高压主要破坏菌体蛋白质中的非共价键。如氢键、二硫键和离子键，体蛋白质中的非共价键。如氢键、二硫键和离子键，对食品成分的共价键的影响很小。对食品成分的共价键的影响很小。超高压对微生物的影响超高压对微生物的影响 对微生物细胞形态的作用：对微生物细胞形态的作用：在压力作用下，球菌发生变在压

22、力作用下，球菌发生变形，变成杆状形态发生变化。压力升高到导致细胞膜破形，变成杆状形态发生变化。压力升高到导致细胞膜破坏时，细胞质会泄漏从而造成细胞死亡；坏时，细胞质会泄漏从而造成细胞死亡；对微生物遗传机制的作用：对微生物遗传机制的作用：3050mPa3050mPa的静压能影响基的静压能影响基因表达和蛋白质的合成。在大于因表达和蛋白质的合成。在大于400600mPa400600mPa压力时，压力时，线粒体和细胞质会发生改变；线粒体和细胞质会发生改变；对微生物细胞膜的作用：对微生物细胞膜的作用：压力对细胞膜的破坏而导致了压力对细胞膜的破坏而导致了膜渗漏；膜渗漏；压对微生物芽孢壳的作用：压对微生物芽

23、孢壳的作用：细菌芽孢可被高于细菌芽孢可被高于1000mPa1000mPa的压力直接杀死，但如此高的压力不适宜直接应用在实的压力直接杀死，但如此高的压力不适宜直接应用在实际生产中，需要重新寻找新的工艺设计际生产中，需要重新寻找新的工艺设计。超高压对食品品质的影响超高压对食品品质的影响 对蛋白质和酶的影响：对蛋白质和酶的影响：研究结果表明，超高压对蛋白质的研究结果表明，超高压对蛋白质的一级结构没有影响，对二级结构有稳定作用，对三级和四一级结构没有影响，对二级结构有稳定作用，对三级和四级结构影响很大。级结构影响很大。使得蛋白质原始结构伸展，从而导致使得蛋白质原始结构伸展，从而导致其变性，其变性，蛋白

24、质的压致变性和热致变性一样。一般蛋白质的压致变性和热致变性一样。一般100100300 MPa300 MPa的压力引起的蛋白质变性是可逆的，超过的压力引起的蛋白质变性是可逆的，超过300 300 MPa MPa 引起的蛋白质变性是不可逆的。引起的蛋白质变性是不可逆的。对淀粉的影响：对淀粉的影响：超高压可使淀粉改性，加压到超高压可使淀粉改性，加压到400400600 600 MPaMPa可使淀粉糊化，且吸水量也发生改变。其原因是压力可使淀粉糊化，且吸水量也发生改变。其原因是压力可使淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变。可使淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变。对脂类、风味物质、维生素等的影响：对

25、脂类、风味物质、维生素等的影响：脂类耐压程度较低，脂类耐压程度较低，100100200 MPa 200 MPa 下基本上可变成固体，但解压后会再复原。下基本上可变成固体，但解压后会再复原。试验表明，超高压对食品中的风味物质、维生素、色泽及试验表明，超高压对食品中的风味物质、维生素、色泽及各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。超高压装置的主要部分是高压容器和加减压装超高压装置的主要部分是高压容器和加减压装置置,辅助构件。辅助构件。超高压装置的加压方式有超高压装置的加压方式有直接加压直接加压和和间接加压间接加压之分。之分。超高压装置的构成超高压装置的构成 微波杀菌设备微波杀菌设备 设备构成上与微波干燥设备类似，在下章讲设备构成上与微波干燥设备类似，在下章讲 思考题 1.杀菌机械有哪些类型，各有何特点？2.直接杀菌设备为什么必须安置闪蒸器？3.管式杀菌设备的列管类型有哪几种？有何特点？4.叙述回转杀菌釜的一般工作过程 5.欧姆杀菌的基本装置是什么？简述该杀菌方式与传统热杀菌的方式线比较，有何特点？