超高溫滅菌系統

  一．超高溫滅菌（Ultra High Temperature，簡(jiǎn)稱(chēng)UHT）
UHT產(chǎn)品是指物料在連續流動(dòng)的狀態(tài)下通過(guò)熱交換器加熱至135~150℃，在這一溫度下保持一定的時(shí)間以達到商業(yè)無(wú)菌水平，然后在無(wú)菌狀態(tài)下灌裝于無(wú)菌包裝容器中的產(chǎn)品。UHT產(chǎn)品能在非冷藏條件下分銷(xiāo)，可保持相當時(shí)間而產(chǎn)品不變質(zhì)�，F在，UHT產(chǎn)品已從最初的牛奶拓展到了其它不同品種的飲料，如各類(lèi)果汁、茶飲料等，滅菌溫度為100~135℃。
（一）.目的：殺死所有能導致產(chǎn)品變質(zhì)的微生物，使產(chǎn)品能在室溫下貯 存一段時(shí)間。
（二）.超高溫滅菌加工的類(lèi)型：
超高溫滅菌系統所用的加熱介質(zhì)大都為蒸汽或熱水，按物料與熱介質(zhì)接觸與否，進(jìn)一步可分為兩大類(lèi)，即直接加熱系統和間接加熱系統。根據實(shí)際的生產(chǎn)情況，這里主要介紹超高溫間接加熱系統，按熱交換器傳熱面的不同又可分為板式熱交換系統及管式熱交換系統，某些特殊產(chǎn)品的加工使用刮板式加熱系統。
1．板式熱交換系統
板式熱交換系統具有諸多的優(yōu)點(diǎn)：a. 熱交換器結構比較緊湊，加熱段、冷卻段和熱回收段可有機地結合在一起。b. 熱交換板片的優(yōu)化組合和形狀設計，大大提高了傳熱系數和單位面積的傳熱量。c. 易于拆卸，進(jìn)行人工清洗加熱板面，定期檢查板面結垢情況及CIP清洗的效果。
2．管式熱交換系統
管式熱交換系統的優(yōu)點(diǎn)是：a. 生產(chǎn)過(guò)程中能承受較高的溫度及壓力。b.有較大的生產(chǎn)能力。c. 對產(chǎn)品的適應能力強，能對高粘度的產(chǎn)品進(jìn)行熱處理，如布丁等。
3．板式與管式熱交換系統的比較
對兩種系統，從溫度的變化情況來(lái)看比較接近，從機械設計的角度 來(lái)看:
a. 板式熱交換器很小的體積就能提供較大的傳熱面積，為達到同樣的傳熱量，板式加熱系統是最經(jīng)濟的一種系統。
b. 管式加熱系統因其結構的特性，更加耐高溫和高壓，而板式加熱系統，則受到了板材及墊圈的限制。
c．板式熱交換器，對加熱表面的結垢比較敏感，因其流路較窄，垢層很快會(huì )阻礙產(chǎn)品的流動(dòng)。為了保證流速不變，驅動(dòng)壓力就會(huì )增大，但壓力的增大會(huì )受到結構特別是墊圈的限制；管式熱交換器，由于產(chǎn)品與加熱介質(zhì)之間的溫差較大，較板式熱交換器可能更易結垢，但結垢對產(chǎn)品的流速沒(méi)有太大的影響，因為系統可以承受較大的內壓力，持續生產(chǎn)的制約因素主要是滅菌溫度，結垢層影響了傳熱效率，從而影響了滅菌溫度，造成無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)控制。
d. 兩種加熱系統，由于生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品結垢的影響，造成系統的不穩定，因而都要對系統進(jìn)行清洗，其中包含AIC（無(wú)菌狀態(tài)中間清洗），目的是去除加熱面上沉積的脂肪、蛋白質(zhì)等垢層，降低系統內壓力，有效延長(cháng)一次性連續運轉的時(shí)間；CIP(最后清洗），目的是在AIC之后對加熱系統進(jìn)行徹底的清洗，恢復加熱系統的生產(chǎn)能力。
（三）.超高溫滅菌的一些問(wèn)題
1．熱交換方式
生產(chǎn)過(guò)程的熱交換是以傳導和對流的方式進(jìn)行，在加熱過(guò)程中存在兩種情況：
直接加熱：蒸汽通過(guò)噴射器直接均勻地射入水中，通過(guò)傳導和對流把熱量傳給水。
間接加熱：經(jīng)蒸汽加熱了的熱水通過(guò)隔板加熱另一側的產(chǎn)品，熱量從邊界層通過(guò)隔板傳遞到另一側邊界層幾乎是完全靠傳導，進(jìn)一步將熱量傳遞至產(chǎn)品流中心則通過(guò)傳導和對流來(lái)完成。
2．熱交換器
用間接方法傳遞熱量的設備稱(chēng)為熱交換器。熱交換器有被隔板隔開(kāi)的兩個(gè)通道，熱水流過(guò)一條通道，而產(chǎn)品流過(guò)另一條通道。產(chǎn)品在熱交換器中與加熱介質(zhì)存在兩種流動(dòng)，一種為逆向流動(dòng)，一種為并流流動(dòng)，如圖：
不同的產(chǎn)品，特別是奶制品，對熱敏感性較強，生產(chǎn)過(guò)程中，當牛奶的溫度高于65℃時(shí)，就易產(chǎn)生垢層，交換器熱傳遞表面與牛奶的溫差過(guò)大，會(huì )使牛奶中蛋白質(zhì)在隔板面形成結焦的機會(huì )增加，導致傳熱系數的下降。在滅菌段，一般熱水溫度比產(chǎn)品的滅菌溫度高2-3℃為隹。
逆向流動(dòng)過(guò)程，產(chǎn)品在行程中逐漸被加熱，且溫度總是比同一點(diǎn)的加熱介質(zhì)的溫度低幾度；而并流流動(dòng)過(guò)程中，兩者在同一點(diǎn)上的溫差變化較大。在并流中，產(chǎn)品的最終溫度不可能比產(chǎn)品和加熱介質(zhì)混合所獲得的溫度高。在逆向流動(dòng)中，則沒(méi)有這一限制，產(chǎn)品可以加熱到比加熱介質(zhì)進(jìn)口溫度低2-3℃。
3．加熱過(guò)程控制
產(chǎn)品在加熱過(guò)程中不能有沸騰現象發(fā)生，原因有： 第一． 產(chǎn)品沸騰后所產(chǎn)生的蒸汽將占據系統流路，從而減少了產(chǎn)品的滅菌時(shí)間，使滅菌效率降低。第二． 產(chǎn)品在沸騰后，流路中由于蒸汽氣泡的作用，會(huì )產(chǎn)生較強的湍流現象，造成系統中流量及溫度的極不穩定。第三．產(chǎn)品在加工過(guò)程中，沸騰所產(chǎn)生的氣泡將增加產(chǎn)品在加熱表面變性及結垢的機會(huì )，影響熱傳遞及產(chǎn)品的品質(zhì)。
為了防止沸騰，在某一溫度下，產(chǎn)品流路的內部壓力不能小于該溫度下的飽和蒸汽壓。由于產(chǎn)品中主要成份為水，這個(gè)壓力與水的飽和蒸汽壓相近，如135℃下需保持0.2 MPa（即2 公斤壓力 kgf/cm2）的壓力以避免料液沸騰，150℃則需要 0.375MPa的內部壓力。根據經(jīng)驗得知，為更好地防止產(chǎn)品在加熱時(shí)沸騰，所提供的內部壓力至少要比飽和蒸汽壓高0.1 MPa。
4．產(chǎn)品流速及熱水流速的控制
前面已講過(guò)，為了減少產(chǎn)品在傳熱隔板面的結垢狀況，保證產(chǎn)品的品質(zhì)，在滅菌段，一般熱水溫度比產(chǎn)品的滅菌溫度高2-3℃為隹。為達到這一目的，產(chǎn)品流速及熱水流速之間要保持一個(gè)相對穩定的比例。我們知道，確定產(chǎn)品的流速大小由紙包機的生產(chǎn)能力所決定，包含包裝機的實(shí)際生產(chǎn)量及保證包裝機正常生產(chǎn)所需要的一定的回流量（如兩臺6000包/小時(shí)的TBA/9機，生產(chǎn)量為3000 L/h，從而滅菌機的產(chǎn)品流速定為3300~3400 L/h）。一般來(lái)說(shuō)，熱水流速為產(chǎn)品流速的1.1~1.2倍是比較合適的。熱水流速過(guò)低，要達到設定的滅菌溫度（如牛奶為137℃ ）， 必然要消耗更多的蒸汽，使熱水側的溫度升得更高，可能達到140℃以上或更高，這將會(huì )大大影響產(chǎn)品品質(zhì)，也會(huì )增加交換器因結垢堵塞的機會(huì )，縮短了正常生產(chǎn)時(shí)間。

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