超高温灭菌技术

超高温瞬时灭菌机
原理
按照微生物的一般热致死原理，当微生物在高于 其耐受温度的热环境中时，必然受到致命的伤害 。加热促使微生物死亡的原因是由于高温导致蛋 白质的不可逆变化，随后一些球蛋白变得不溶解 ，酶失去活力，从而造成新陈代谢能力的丧失， 因此，细胞内蛋白质凝固变性的难易程度直接关 系到微生物的耐热性，而且这与杀菌条件的选择 密切相关。 大量实验证明，微生物的热致死率是加热温度和 受热时间的函数。
采用套管结构，高效、节能、操作简单。由于物 料受热时间极短，营养损失很小，广泛应用于鲜 奶、豆奶、果汁、饮料、酱油、酒类、冰淇淋浆 料等流体物料的灭菌。 本设备换热器采用套管结 构，高效、节能、操做简单。由于物料受热时间 极短，营养损失小广泛的应用于鲜奶、酱油、饮 料、酒类等流体物料的杀菌或灭菌，也可用于豆 浆、流体药物的杀菌或灭菌。如于均质机配套， 还可用于高粘物料的场合，如甜菜炼乳等。
热破坏反应和温度的关系 T - T1 z T - T1 z Z值：指D值(或TDT值)变化90%所对应的温度 TDT值 变化90% 90%所对应的温度
Log (TDT1 / TDT) = Log (D1 / D) =
(℃或 F)。 变化值 (℃或°F)。即Z值为热力致死时间按 1/10， 10倍变化时相应的加热温度变化 照1/10，或10倍变化时相应的加热温度变化 (℃)。 值越大， (℃)。Z值越大，因温度上升而取得的杀菌 效果就越小。 效果就越小。
的增强作用，但随着浓度提高到8%以上会使芽孢耐热性减 弱。盐浓度的这种保护作用和削弱作用的程度，常随腐败 菌种类而异。；
⑶水分活性： 芽孢对干热的抵抗能力比湿热的强，湿
热下的蛋白质变性和干热下的氧化是导致芽孢死亡的原因 ，由于氧化所需要的能量高于蛋白质变性的能量，故相同 热处理条件下，湿热下的杀菌效果高于干热。；
热破坏反应和温度的关系 T - T1 z T - T1 z Z值：指D值(或TDT值)变化90%所对应的温度 TDT值 变化90% 90%所对应的温度
Log (TDT1 / TDT) = Log (D1 / D) =
(℃或 F)。 变化值 (℃或°F)。即Z值为热力致死时间按 1/10， 10倍变化时相应的加热温度变化 照1/10，或10倍变化时相应的加热温度变化 (℃)。 值越大， (℃)。Z值越大，因温度上升而取得的杀菌 效果就越小。 效果就越小。
超高温瞬时（UHT） 超高温瞬时（UHT）灭菌
关于超高温瞬时（UHT）灭菌，尚没有十 分明确的定义。习惯上，把加热温度为 135-150℃，加热时间为2-8s，加热后产 品达到商业无菌要求的杀菌过程称为UHT 灭菌。 是利用热交换或直接蒸汽加热杀菌后，迅 速冷却的杀菌方法，该方法杀菌效率高， 物料产生的物理、化学变化小。
百度文库
原理 在温度有效范围内，热处理温度每升高10℃，细菌孢 子的破坏速度提高11-30倍，温度越高，起灭菌效果 越明显，而引起的化学变化很小。 当温度在135℃以上，灭菌效果比褐变的增长要快得 多。 140℃，3.6s条件下灭菌效果与褐变速率之比为2000 ：1。 150℃，0.36s条件下，灭菌效果与褐变速率之比为 5000：1。 温度超过150℃，相应加热时间必须随之更加缩短， 这在工艺操作上，准确控制这样的加热时间是很困难 的，因为流速稍微有一点波动就会产生相当的影响。
商业杀菌（Sterilization） 商业杀菌（Sterilization）
又简称为杀菌,是一种较强烈的热处理形式，通常 是将食品加热到较高的温度并维持一定的时间以 达到杀死所有致病菌、腐败菌和绝大部分微生物, 一般也能钝化酶，使杀菌后的食品达到较长的贮 期。但它同样对食品营养成分和品质的破坏也较 大。
超高温瞬时灭菌设备
常见的超高温瞬时灭菌设备主要有板式间接加热 式、自由降膜式和螺旋管（套管）式三大类。 核心部件：加热器 加热方式目前多以蒸汽、过热蒸汽和加压热水为 加热介质，分为间接加热和直接加热。 间接加热有板式、管式、管板式和刮板式； 直接加热有蒸汽直接喷射式和牛乳注入式。
盘管式超高温瞬时灭菌机
UHT发展史 UHT发展史
UHT杀菌法是英国于1956年首创，在1957-1965年 间，通过大量的基础理论研究和细菌学研究后， 才用于生产。 UHT杀菌装置由荷兰的斯托克（Stork）公司在20 世纪50年代初率先研制。 20世纪60年代初，无菌灌装技术获得成功，与UHT 技术相结合，从而发展了灭菌乳生产工艺。 20世纪80年代后，UHT技术得到了更大的发展。 欧姆加热装置、气流式杀菌装置、塔式杀菌装置 等的研发又进一步发展了UHT技术。
微生物的耐热性
腐败菌是食品杀菌的对象，其耐热性与食品的杀 菌条件有直接关系。 影响微生物耐热性的因素有： 热处理时的环境条件 ⑴pH和缓冲介质： 由于多数微生物生长于中性或偏碱
性环境中，过酸和过碱均使微生物耐热性下降，故一般芽 孢在极端pH值环境下的耐热性较中性条件下差。
⑵离子环境： 食品中低浓度食盐对芽孢耐热性有一定
⑷其它介质组成分。
典型芽孢菌的耐热性参数
具体原理
食品热破坏的反应动力学
在某一热处理条件下 食品成分的热处理破坏速率； 微生物、 温度对这些破坏反应的影响。 微生物、酶等热
处理的破坏速率
热破坏反应
一级反应动力学 对数规律
— dc dt = kc
式中：-dc/dt为食品成分浓度减少的速率； c为食品成分的浓度； k为一级反应的速率常数。
加热对食品营养成分和感官品质的影响
有益的结果： 热处理可以破坏食品中不需要的成分； 可改善营养素的可利用率； 提高蛋白质的可消化性； 加热也可改善食品的感官品质等。 不良后果： 这主要体现在食品中热敏性营养成分的损失和感 官品质的劣化。
常见的UHT 产品
新鲜及再制液体奶 浓缩乳 稀奶油 风味乳饮料 发酵乳制品 (酸奶，酪乳等） 乳清饮料 冰淇淋混合料 甜食（蛋奶沙司和布丁） 蛋白饮料
热破坏反应和温度的关系 T - T1 z T - T1 z Z值：指D值(或TDT值)变化90%所对应的温度 TDT值 变化90% 90%所对应的温度
Log (TDT1 / TDT) = Log (D1 / D) =
(℃或 F)。 变化值 (℃或°F)。即Z值为热力致死时间按 1/10， 10倍变化时相应的加热温度变化 照1/10，或10倍变化时相应的加热温度变化 (℃)。 值越大， (℃)。Z值越大，因温度上升而取得的杀菌 效果就越小。 效果就越小。
D值的标注：Dr D值的意义： D值的大小可以反映微生物的耐热性。 在同一温度下比较不同微生物的D值时，D值 愈大，表示在该温度下杀死90%微生物所需的时间 愈长，即该微生物愈耐热。 例：110℃热处理时，原始菌数为1×104 ，热处理3分钟后，残存的活菌数为1×10，求该 热处理的D值。
TDT值：热力致死时间 ( thermal death time ) 值，是指在某一恒定温度条件下，将食品中的某 种微生物活菌（细菌和芽孢）全部杀死所需要的 时间（min）。试验时以热处理后接种培养时无微 生物生长作为全部活菌已被杀死的标准。 TDT值的意义：细菌热力致死时间随致死温度而 异，它表示了不同热力致死温度时细菌及芽孢的 相对耐热性。
超高温灭菌技术
孔旭东 MG10020021
常见的物理灭菌包括热灭菌和冷灭菌。 热灭菌是食品工业常用的方法，有巴氏灭菌法、 高温短时灭菌发和超高温瞬时灭菌法。 巴氏灭菌法（Pasteurization）：中低温、62-65℃ （低于100℃）、30min； 高温短时灭菌 （HTST）：低于100℃，保持时 间短； 超高温瞬时灭菌（Ultra High Temperature treated ，UHT）：120℃，几秒。
本机可用于液态饮料食品无菌热处理系统，利用高 精度的产品/水的温差控制，产品由平衡罐输入到换 热器内，在加热部分与杀过菌的热物料进行换热后 使冷物料温度升到预定值，然后通过由蒸汽加热的 水间接加热到120℃，物料在持温管中维持所要求的 温度一段时间进行超高温杀菌，从持温管出来后与 进入机内的冷物料进行热交换，最后在冷却段冷却 到预定的出口温度，整个过程均在封闭状态下进行 ，达到保证物料的生物稳定性的目的。并可根据用 户对物料加热、保温、杀菌冷却的不同工艺要求进 行特定的组合系统设计，以满足各类工艺要求。
生产处理量：1～4t/h； 杀菌温度：115~145℃； 保温时间：4~6s； 控制方式：手动控制、自动控制。 设备主要配置： 物料泵、平衡桶、加热器、双套盘管换热器、 温度控制及记录仪(可选)、电器控制系统(可选) 等。
欧姆加热法超高温灭菌
是借助通入电流使食品内部产生热量达到杀菌目 的的一种杀菌方法。 原理：所用电流为50-60Hz的低频交流电。根据 Joule定律，在被加热食品内部的任一点，通入电 流所产生的热量为 Q=K（gradV.*gradVo)=K（ΔＶ）exp2 Q——某点处的单位加热功率，(W/m2 ) K——某点处的电导率(S/m)。 S——电导单位西门子，它等于电阻欧姆的倒数 gradV——为任一点处的电位梯度，V/m
影响欧姆杀菌的因素
(一)电导率与温度 (二)电场强度E、频率f (三)流体在加热器中所处的位置与受热程度的 关系 (四)操作因子与欧姆加热速率的关系
欧姆杀菌的优点
1.可生产新鲜、大颗粒产品； 2.不需任何热交换表面； 3.可连续操作； 4.热量在液体中产生，不需借助其液体的传导 或对流； 5.过程易于控制，可立即终止或启动。 可用于低酸或高酸性食品的加工。
1000
热力 热力致死时间（min）
100
Z 10
1 93.5
99
104.5 110 115.5 致死温度（℃）
121
126.5
微生物热力致死速率曲线
•
温度系数及其与Z值的关系
Log Q = 10 Log Q 10 z
Z=
D值、F值和Z值三者之间的关系 值和Z
F值：通常采用121.1℃为标准温度，与此 对应的热力致死时间称为F值，又称杀菌致死 值。因此,在121.1℃时求得的D值乘以n就可 得到F值； 定义：标准下，将一定数量的某种微生物 全部杀死所需的时间； 意义：可用来比较相同Z值细菌的耐热性， F值越大，则表明细菌耐热性越强
微生物热力致死速率曲线
100000
c1
10000
微生物浓度（每毫升芽孢数 每毫升芽孢数）
D
1000
100
10 0 10 20 30 40 50
加热时间（min）
kt Log c = log c1 2.303 斜率为 –k/2.303= -1/D ，则 则 2.303 k
D=
D值 又称为指数递减时间 (decimal reduction 值 time)，为微生物的活菌数每减少90％，也就 ，为微生物的活菌数每减少 ％，也就 ％， 是在对数坐标中c的数值每跨过一个对数坐标 是在对数坐标中 的数值每跨过一个对数坐标 值所对应的时间 (min)。 。
板式灭菌机
板式灭菌机
板式超高温瞬时杀菌机组（UHT）是引进国外超高 温瞬时杀菌技术而研制开发出的新一代流体物料 瞬时杀菌设备。
本设备采用现代工程领域广泛应用的新型高效 BR、BP板式换热器，通过物料和过热蒸汽（或 过热水）的非接触性热交换，使流体物料在较 短时间内达到要求的杀菌温度，传热效果好且 易于清洗，是牛奶、果汁、蔬菜汁等流体饮料 的理想灭菌设备。
欧姆杀菌杀菌流程 1.装置的预杀菌 用电导率与待杀菌物料相接近的一定 浓度的硫酸钠溶液的循环来实现。通过电流加热使之达到一 定温度，通过压力调节阀控制杀菌压力，对欧姆加热组件、 保温管和冷却管进行杀菌。其它设备用传统的蒸汽杀菌法。 用电导率与产品相近的硫酸钠的作为预杀菌溶液的目的是避 免设备从预杀菌到产品杀菌期间电能的大幅度调整，以保持 平稳而有效地过度，且温度波动小。 2.预杀菌液冷却后排出，引入待杀菌物料。通过反压阀利用 无菌空气和气氮气调节压力。 3.物料加热杀菌，再依次进入保温管、冷却管和贮罐，供无 菌充填。 4.生产结束后，切断电源，先用清水清洗，再用80℃的2%的 氢氧化溶液循环清洗30min。
● 豆乳饮料 ● 婴儿食品 ● 果蔬汁 ● 饮料，如茶、咖啡 ● 以植物油脂为基料料的 顶端料（加蛋糕）和奶油 ● 汤类 ● 沙司 ● 果菜泥类 ● 佐料类 ● 营养液类
下列牛奶不适宜于超高温处理： 下列牛奶不适宜于超高温处理：
（1）酸度偏高的牛奶； （2）牛奶中盐类平衡不适当； （3）牛奶中含有过多的乳清蛋白(白蛋白、球蛋 白等)，即初乳。 另外牛奶的细菌数量，特别对热有很强抵抗力的 芽孢及数目应该很低。