超高温瞬时灭菌设备的应用现状

2013~2014学年第一学期《食品无菌加工技术》课后作业论文题目：超高温瞬时灭菌设备的应用现状学院：生物与农业工程学院专业：食品科学与工程班级：XXXXX学号：XXXXX姓名：XXXXX任课教师：XXXXX超高温瞬时灭菌设备的应用现状（生物与农业工程学院XXX XXX）摘要：随着人们对食品安全问题的日益关注及科学技术的发展, 食品杀菌技术不断得到研究与应用。

超高温瞬时灭菌技术作为一种高效的杀菌技术而备受推崇，超高温瞬时灭菌设备也在流体食品生产中得到广泛应用。

文章介绍了超高温瞬时灭菌设备的灭菌原理及应用现状。

关键词：超高温瞬时灭菌技术；超高温瞬时灭菌设备；应用现状“十一五”以来，我国食品工业持续快速增长。

据统计，2011年，全国规模以上食品企业已达3.1万家，占全国工业产值的比重9.1%，支柱地位不断强化[1]。

随着经济的发展和人民生活水平的提高，各种饮料、乳品的消费日益增大，自然对食品质量提出更高要求：保质期长，口味不变。

超高温瞬时灭菌技术是达到这一要求的不二途径。

自上世纪中期研究出超高温瞬时灭菌技术后,各种式样的超高温瞬时灭菌机应运而生,并在食品行业中被广泛应用。

究其杀菌原理可分为直接加热和间接加热两种。

国内生产的超高温灭菌机大多采用间接加热,较常见的设备有波纹管式成套灭菌系统和板式成套灭菌系统。

目前,超高温瞬时灭菌机已广泛应用在乳品、果蔬汁类饮料、乳酸菌类饮料、咖啡饮料、酒类、冰淇淋及调味品等流体食品生产中,尤其是管式超高温灭菌机，还可以处理略带有颗粒与纤维的其他液态食品,具有其他设备无可比拟的优越性,受到食品生产企业的青睐[2]。

文章就超高温瞬时灭菌设备的灭菌原理、特点以及应用现状进行综述。

1超高温瞬时灭菌（UHT）技术1.1 超高温瞬时灭菌技术的定义超高温瞬时灭菌是指将流体或半流体在2~8s内加热到135℃~150℃，然后再迅速冷却到30℃~40℃。

这个过程中，微生物细菌的死亡速度远比食品质量受热发生化学变化而劣变的速度快，因而瞬间高温可完全杀死细菌，但对食品的质量影响不大，几乎可完全保持食品原有的色香味[3]-[6]。

1.2 超高温瞬时灭菌原理流体食品的微生物类群依据细菌的最适生长温度区域,通常可分为:低温菌、嗜冷菌、适温菌和嗜热菌。

其中低温菌、适温菌对热处理很敏感,在UHT热处理过程中将会失去活性；但嗜冷菌的芽抱(包括绝大部分的原生芽抱和部分厌氧芽抱, 如柱状芽抱杆菌)和耐热菌的芽抱却是耐热的,其中嗜热脂肪芽抱杆菌最耐热,但绝大多数嗜热菌在20~30 ℃pH 4.6以下就停止生长繁殖。

因此UHT处理的主要目的是杀灭产品中的大部分芽抱,残留的少数嗜热菌的芽抱只要在产品贮存过程中不生长繁殖引起产品腐败, 就可以认定产品是商业无菌的[7]。

通常温度越高, 杀死微生物所需要的时间越短。

2超高温瞬时灭菌设备近年来国外先进的超高温瞬时灭菌设备不断被进口，刺激着我国国内企业对此类设备的开发生产。

下面对现在流行的几种有代表性的超高温瞬时灭菌系统进行分析。

按照物料与加热介质是否接触，超高温瞬时灭菌过程可分为间接式加热法和直接混合式加热法两类。

直接混合法加热式，可按两种形式进行：一是注射式，即是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。

间接加热超高温瞬时灭菌是采用中压蒸汽或中压水为加热介质，热量经过固体换热壁转传给待加热杀菌物料[8]。

2.1 环形套管式UHT[9]它属于管式热交换型，由荷兰斯托克（STOCK）公研制生产。

国内已投入使用，它运行性能稳定，是设备生产企业消化制造的首选形式。

其特点为：①结构紧凑，占地面积小，附属设备少，投资较小；②清洗系统中酸、碱、水均通过计量泵计量，与管路系统中的水混合，使其浓度保持稳定；③控制系统灵活而准确；④对于目前国内的加工手段，环形管子弯制难度较大。

2.2 直接混合式UHT[10]它是注射式超高温杀菌设备，由日本精研舍研制生产。

它以成功使用于豆奶、牛奶等生产线。

其特点为：①占地面积较大，附属设备较多，投资较大，但制造难度小。

②清洗系统时，要接入CIP工段配好的酸、碱、水液直接进行清洗，所以该UHT系统必须配备相应的CIP工段。

③由于蒸汽与奶直接混合，杀菌效果更彻底，且换热效率高。

④使用的蒸汽必须是干饱和蒸汽，不含油、有机物和异臭。

故只有饮用水才能作为锅炉用水。

为了保证加热蒸汽干燥，除过滤器外，还需设置汽液分离器。

⑤由于有脱臭过程，对于需要保留芳香味的物料会除去芳香味，故不宜采用此UHT设备。

2.3板式换热式UHT它是间接加热式超高温杀菌设备，广泛的使用于果汁、茶等饮料生产线中。

其特点为：①地面积小，附属设备较少，投资小。

②清洗系统时，该UHT 必须配备CIP工段。

板式换热器拆卸清洗较麻烦。

③由于预热、杀菌及最后的物料冷却都用板式换热器，所以只要增减板片便可调整供给热量，即可实现不同工艺要求的温度。

故其适应范围大，操作灵活。

④此工艺过程是针对果汁而言，即先预热物料，然后进入均质机打碎脂肪球，最后让物料进入板式换热器杀菌。

对于其他物料，可能要将均质机放在杀菌后面。

3 超高温瞬时灭菌设备的应用现状超高温瞬时杀菌技术的杀菌效果特别好,几乎可达到或接近灭菌的要求,而且杀菌时间短,物料中营养物质破坏少,营养成分保存率达92%以上,大大优越于传统的热力杀菌法。

配合食品无菌包装技术的超高温式杀菌装置在国内外发展很快,目前这种杀菌技术已广泛用于杀菌乳、果汁及各种饮料、豆乳、酒等产品的生产中。

3.1 超高温瞬时灭菌设备在乳饮料中的应用含乳饮料是指以鲜乳或乳制品为原料，经发酵或未经发酵加工制成的饮料，蛋白质含量不低于1％，加工过程中往往添加有部分增稠济、糖、稳定剂、酸味剂等添加物质[11]。

乳饮料经过135~150℃，2~8s的杀菌过程的过程称之为超高温瞬时灭菌。

经过超高温杀菌的牛乳，仍然可能含有可存活的孢子甚至微生物，但是它们不会在发生微生物转变，使产品发生微生物个体的繁衍而腐败，即“商业无菌”[12]。

丁裕海[13]研制了超高温灭菌朱古力牛乳的制作方法及其合理,可行的超高温杀菌生产工艺,经长时间观察和尝试发现该产品具有稳定性好、口感佳等特点。

高雪峰等[14]利用改进的满意度函数，结合RSM对超高温灭菌纯牛奶的瞬时超高温杀菌工艺参数进行优化，建立了关于d值得二次多项数学模型，得到UHT纯牛奶杀菌的最佳工艺参数：杀菌温度136℃，杀菌时间3s。

结果表明：采用UHT工艺条件，纯牛奶的感官质量明显改善，每100gUHT纯牛奶蛋白质平均含量提高了0.2g，。

韦艳姿等[15]利用超高温瞬时灭菌设备对豆浆进行灭维生素损失减少659.18g/L菌，结果表明，在135 ℃±5 ℃下保持3s~7s后,豆浆中的所有细菌以及各种芽孢菌都被杀灭,产品处于比较安全的状态。

将产品放置于36℃恒温箱内保存,连续30天每天测定其细菌总数和大肠菌群。

36℃下保10天内,产品细菌总数未超出1 cfu/mL，30天后产品细菌总数仍未超过10 cfu/mL,远远低于QB/T 2132《植物蛋白饮料豆乳和豆乳饮料》中规定的极限值100 cfu/mL。

大肠菌群未检出,产品口感保持良好。

3.2 超高温瞬时灭菌设备在果蔬汁饮料中的应用果蔬汁饮料是以各种果蔬或其浓缩果汁（浆）为原料，经预处理、榨汁、调配、杀菌、无菌灌装或热灌装等主要工序而生产的各种果蔬汁及其饮料产品。

果蔬汁饮料的杀菌工艺正确与否，不仅影响产品的保藏性，还影响产品质量。

果蔬汁饮料杀菌的目的主要是消灭微生物，以免果蔬汁饮料败坏，以及钝化酶的活性。

超高温瞬时灭菌设备在果蔬汁饮料中的应用，即果蔬汁经脱气，均质后，迅速泵入高温瞬时杀菌器，快速加热至果汁温度达93±20℃，维持15~30s，即可达到杀菌的目的，特殊情况下采用120℃以上保持3~5s的加热杀菌。

王金峰[16]等在得出了果汁灭菌结束时所需的最低温度的基础上利用数值模拟的方法对橙汁的超高温瞬时灭菌进行了计算。

同时使用实验对CFD计算的结果进行了验证，误差在9.5%以内，表明CFD对橙汁的超高温灭菌的模拟式可行的。

模拟得出了不同温度时的灭菌的最理想时间条件分别为：135℃（408K），13s；140℃(413K)，12s；145℃（418K），12s；150℃（423K），11s。

3.3 超高温瞬时灭菌设备在酒类中的应用我们知道,经过过滤后的啤酒,还含有少量的酵母活细胞或少量的杂菌,为了保证啤酒的生物稳定性,需将酵母活细胞或杂菌杀死,即通过巴氏杀菌。

而实际生产中的巴氏灭菌过程,时间往往比较长，投资费用高,生产运行费用加大。

目前国外的较常用灌装，前清酒后进行巴氏杀菌,即超高温瞬时灭菌。

王嵩[17]等研究了超高温瞬时灭菌技术对啤酒质量的影响，同时对成品啤酒的理化指标、风味物质、微生物稳定性和感官品评等进行了测定。

结果表明，使用超高温瞬时灭菌技术可以最大限度的保持啤酒的新鲜度，对啤酒风味物质的破坏更小，酒体口感协调，杀菌效果更加优异。

卫彩霞[18]分别对啤酒装瓶后杀菌和装瓶前杀菌，即相应的杀菌设备分别为隧道式杀菌机和超高温瞬时灭菌机。

结果表明，使用隧道式杀菌机灭菌时，最高杀菌温度不能超过70℃,一般控制在68~70℃,杀菌时间为30~60s,杀菌温度过高或时间过长,对啤酒质量都很不利,而采用超高温瞬时灭菌机杀菌时，热能冷能消耗低、杀菌时间短且节省大量能源。

3.4 超高温瞬时灭菌设备在茶饮料中的应用茶饮料的pH 值一般为5~7，属于低酸性饮料。

引起茶饮料变质的微生物主要是细菌，为保证饮料的安全性和贮藏性，须对茶饮料进行杀菌处理。

由于茶汤组分的复杂性和体系的不稳定性,尤其是绿茶茶汤氧化还原电位最低,体系最不稳定,因此经热加工尤其是杀菌处理后,其感官品质变化很大[19]。

但采用UHT杀菌可避免茶饮料杀菌后色泽加深和风味劣变，加入B-CD和VC可加强杀菌效果，加入防腐剂也可增强杀菌效果或减少杀菌时间。

杀菌后罐装时充入氮气或二氧化碳、排除氧气，可稳定茶汤中的儿茶素物质。

4 超高温瞬时灭菌设备的应用前景食品安全是人类生存永恒的主题，是人民生活质量提高的标志。

超高温瞬时灭菌食品的卫生安全性已被公认，而且其在有效杀灭微生物的前提下，最大限度地保留了食品的营养成分，这不得不说是其最大优势。

但是我们也应该看到，超高温瞬时灭菌设备的应用是有很大限制的，即仅限于流体或半流体食品，且在应用过程中还存在各种各样的技术难题。

因此我们要进一步努力探究超高温瞬时灭菌设备的应用前提，解决其应用障碍，扩大超高温瞬时灭菌设备在食品中的应用范围。

另外，加强其与包装技术的结合应用，这或许能够为超高温瞬时灭菌设备的发展应用创造出一片新的天地。

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