第九章 食品杀菌机械与设备

4.1.欧姆杀菌技术与设备 欧姆杀菌是利用电极，将电流（一般50~60 Hz 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 部而达到直接杀菌的目的。 欧姆杀菌与其他任何一种电加热方法的区别在 于有直接接触食品的电极(与微波加热不同)、 一定频率(没有限制，除非受到无线电和微波 频率的特殊限制)以及波形。 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。
③ 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；
④ 移动部件少，维护费用低。
4.2. 超高压杀菌技术与设备 超高压杀菌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100 MPa~1 000MPa的压力一段时间后，杀灭食品中的 微生物的过程。 同时使酶、蛋白质、淀粉等生物高 分子物质失活、变性及糊化。
套管式
2）.典型管式换热器 A 蛇管式换热器
蛇管式换热器
B 套管式 换热器
演示
C 管壳式 换热器
演示
D 翅片管式换热器
2.1.2.典型设备-列管式杀菌机 结构：由供液泵管式加热杀菌器、回流管道等
构成。
RP6L2型列管式热交换器
工作过程
物料用高压泵送入不锈钢加热管内，蒸汽通 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 出。达不到要求的回流重新进行杀菌操作。
传热板：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 使流体的湍动，有利于换热。
波纹板
密封垫圈：作用是使传热板组合后形成互不相连 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。
2.2.3.工作原理
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 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。
料液入 口
蒸汽入 口
工作流程
2.3.2 注入式蒸汽杀菌装置 结构：
一种圆筒形蒸汽直接加 热容器
工作原理：
物料从上端注入，过热 蒸汽从中间喷入，保温 一段时间完成杀菌过程， 杀菌好的产品从底部排 出。
拉吉奥尔超高 温系统组成
两个预热器 加热器 闪蒸器 冷却器
9.3 固态或包装食品杀菌机设备
高压杀菌锅又称杀菌釜，分为立式和卧式两种。 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 或加压杀菌，对品种多， 批量小的食品尤为适用； 卧式杀菌锅一般只能作 高压杀菌用，大、中型罐 头厂较多采用
膨胀罐（闪蒸罐）、冷凝器和泵等。
细孔
料液入口
蒸汽入口
工作过程：
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。 在不到1s的时间内料液即由喷入的蒸汽加热 到140℃，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。 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 细孔 却降温。
1.2杀菌方法：
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（HTST）、 高温瞬时杀菌（UHT）
1.3 杀菌设备分类
a.按温度：常压杀菌(热水槽)，高压杀菌(杀菌锅)
b.按操作方式：间歇式，连续式
c.按使用的热源：蒸汽加热杀菌设备，热水加热~， 火焰加热~，照射杀菌~ 、微波加热~、欧姆加热~、 远红外~ d.按设备结构：板式杀菌设备、管式~、釜式~ e .按物料状态：流体食品杀菌设备、成型食品~
欧姆杀菌装置组成 欧姆杀菌装置主要由泵、柱式欧姆加热器、保温管 和控制仪表等构成。 其中主要部件柱式欧姆加热器是一根加塑料衬里 的不锈钢管，由4个或多个电极座及中间连接管组 成。
欧姆杀菌具有如下优点：
① 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； ② 液体和颗粒之间温度差异很小，产品拥有更高 的安全水平；
欧姆杀菌技术的原理 由于大部分食品是含有适度溶解盐离子的水溶 液，具有较好的导电性，根据欧姆定律，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 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。
欧姆杀菌的机理： 通电加热致使温度升高 而灭菌； 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。
超高压装置的构成
超高压装置的主要部分是高压容器和加减压装 置, 辅助构件。 超高压装置的加压方式有直接加压和间接加压 之分。
微波杀菌设备
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？
活动压紧板 上导杆
固定压紧板 后支柱 下导杆 后端板
密封垫片 换热板片 前端板 夹紧螺栓
动画演示
2.3 蒸汽直接杀菌设备
直接加热杀菌是指采用蒸汽和物料直接混合，使
物料快速杀菌。 蒸汽喷射式：蒸汽喷射到被杀菌的物 料中加热杀菌 注入式：物料注入到热蒸汽中进行杀菌
两种形式
2.3.1 蒸汽喷射杀菌装置 系统组成：预热器、蒸汽喷射器、保温管、
超高压对食品品质的影响
对蛋白质和酶的影响：研究结果表明，超高压对蛋白质的 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。 使得蛋白质原始结构伸展，从而导致 其变性， 蛋白质的压致变性和热致变性一样。一般100～ 300 MPa的压力引起的蛋白质变性是可逆的，超过300 MPa 引起的蛋白质变性是不可逆的。 对淀粉的影响：超高压可使淀粉改性，加压到400～600 MPa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。 对脂类、风味物质、维生素等的影响：脂类耐压程度较低， 100～200 MPa 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 各种小分子物质的天然结构几乎没有影响。
高压杀菌的作用机理：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 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， 对食品成分的共价键的影响很小。
超高压对微生物的影响
对微生物细胞形态的作用：在压力作用下，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 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：30~50mPa的静压能影响基 因表达和蛋白质的合成。在大于400~600mPa压力时， 线粒体和细胞质会发生改变； 对微生物细胞膜的作用：压力对细胞膜的破坏而导致了 膜渗漏； 压对微生物芽孢壳的作用：细菌芽孢可被高于1000mPa 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。
9.2 流体食品杀菌机械与设备
2.1 管式杀菌设备
2.2 板式杀菌设备
—— 管式换热器
—— 板式换热器
2.3 蒸汽直接杀菌设备
2.1 管式杀菌设备
2.1.1管式杀菌器（换热器）类型
1）.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 并联的方式组成一个完整的换热功能单元。
单管式
列管式
浮头列管式换热器 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 管板与内封头构成的浮头管箱，可在壳体内自由 移动。
套管式杀菌机
2.2 板式杀菌设备
2.2.1.板式换热器的结构
由许多薄的金属传热板平行排列组装于支架上， 相邻板片的边缘衬有橡胶垫圈，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 道的大小。
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？
3.1.立式杀菌锅 组成：杀菌锅、杀菌篮、检测仪表等。
立式杀菌锅的加 热方式有蒸汽和热 水两种； 冷却方式分常压水 冷和空气反压水冷 两种。
3.2.卧式杀菌锅 卧式系菌锅是一个平卧的圆筒体，筒体的前部有一 个锅盖。
回转式杀菌机 结构 贮水锅
杀菌锅
管路系统 杀菌蓝 控制箱
工作过程
制备过热水：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。 向杀菌锅送水：启动程序，要求在50~90s内完成送水并达 到一定程度。 加热升温：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。 一般5～20min 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。 热水回收：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。 冷却、排水：冷水泵启动，向杀菌锅注入冷却水，冷却过 程完成后排水。 启锅：拉出杀菌篮，全过程结束。
第九章 食品杀菌机械与设备
9.1 概述 9.2 流体食品杀菌机械与设备
9.3 固态或包装食品杀菌机械与设备
9.4 新型食品杀菌机械与设备
9.1. 概 述
1.1杀菌目的：
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， 方便其他工序的操作或满足色香味之食用要求。
3.3.连续杀菌设备
3.3.1 常压连续杀菌设备
B 水浸式连续杀菌机
A 喷淋连续杀菌机
3.3.2 加压连续杀菌设备
9.4 新型杀菌技术与设备
被FDA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 (Microwave and Radio Frequency) 欧姆和电感加热 (Ohmic and Inductive Heating) 高压处理 (High Pressure Process—i ) 脉冲电场 (Pulsed Electric Field) 高压放电 (High Voltage Arc Discharge) 脉冲强光 (Pulsed Light) 振荡磁场 (Oscillating Magnetic Fields) 紫外线 (Ultraviolet Light) 超声波 (Ultrasound) x射线杀菌(X．Rays)