食品机械与设备 课件 第12章 食品杀菌机械与设备

第12章食品杀菌机械与设备2023/11/111食品腐败的主要原因：（1）微生物分解利用食品，导致有机高分子物质降解为低分子物质及其他代谢产物；（2）内外援酶的催化加速成熟转化过程；（3）氧化、光催化作用引起食物中化学不稳定物质的酸败。第一节概述杀菌相关概念2023/11/112食品杀菌方法食品杀菌的方法有物理杀菌和化学杀菌两大类。化学杀菌主要使用过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸等杀菌剂杀灭微生物，虽操作简单，但化学残留影响食品安全。现代食品杀菌多采用物理杀菌，物理杀菌有热杀菌和冷杀菌（非热杀菌）。热杀菌有巴氏杀菌、高温短时杀菌、超高温瞬时杀菌。冷杀菌有臭氧杀菌、超高压杀菌、紫外杀菌、辐照杀菌、脉冲电场杀菌等。2023/11/113巴氏杀菌杀菌温度60-90℃，保持长时间。高温短时杀菌（HTST）杀菌温度一般在100℃以上，保持较短时间。超高温瞬时杀菌（UHT）杀菌温度一般在120℃以上，仅保持几秒钟。2023/11/114食品杀菌设备种类（常见）根据杀菌温度不同，分常压杀菌设备（100℃以下、酸性食品）和加压杀菌设备（100℃以上，0.1MPa，肉罐头、乳液、果汁）；根据操作方式不同，分间歇式和连续式设备；根据杀菌设备所用的热源不同，分为蒸汽加热杀菌设备，微波加热杀菌设备，欧姆杀菌设备等；根据杀菌设备所用的结构不同，分为板式杀菌设备，管式杀菌设备和釜式杀菌设备。5食品杀菌设备种类（新型）热水+微波杀菌、热风+射频波加热杀菌、热水+超声波杀菌；优越性：（1）杀菌设备的工作温度和压力能满足高温短时杀菌工艺的要求。（2）传热效率大幅提高，热能得到充分利用。（3）设备功能大大提高，实现了一机多能，可满足不同物料、品质、罐型的杀菌。（4）实现了杀菌过程操作和数据记录的电脑控制。非热杀菌技术与设备冷杀菌是利用非热力因素（如压力、电场、强光甚至过滤等），使食品达到商业无菌的同时破坏食品中的酶活性的一种杀菌方法。根据不同的非热力因素可分为：高压杀菌、脉冲强光杀菌、磁场杀菌和辐射杀菌。7直接加热杀菌设备原理采用高热纯净的蒸气直接和被杀菌的食品物料接触进行热交换，使物料快速达到杀菌的目的。主要形式：蒸汽喷射式和被加热食品注入式直接加热杀菌。优点：加热时间短，接触面积大，最大限度减少对热敏性物料的影响，食品色香味和营养成分损失小。缺点：蒸汽必须经过脱氧和过滤，以除去蒸汽中的凝结水和杂质。2023/11/118蒸汽喷射杀菌装置及工作过程主要有预热器、蒸汽喷射杀菌器、膨胀罐、冷凝器、保温管及泵等组成。2023/11/1192023/11/1110注入式直接加热杀菌装置2023/11/11112023/11/1112板式杀菌机械与设备板式杀菌设备是间接式杀菌设备，其关键部件是板式热交换器，它由许多冲压成型的金属薄板组合而成。广泛用于乳品、果汁饮料、清凉饮料和啤酒等食品的高温短时和超高温瞬时杀菌。2023/11/1113板式换热器2023/11/1114板式换热器的特点1.传热效率高（空隙小、高流速、凹凸沟纹、湍流）2.结构紧凑，设备占地面积小（1m2—200m2）3.适宜于热敏性物料的杀菌（加热时间短）4.有较大的适应性（传热板片数、间距可调）5.操作卫生、安全，容易清洗6.节约热能（受热物料预热后流入物料---换热器）7.密封垫圈容易从波纹片上脱落（60℃以上）8.垫圈易变形、老化，需经常更换9.承压不高，温度受限2023/11/1115板式杀菌设备结构及流程2023/11/11162023/11/1117板式杀菌设备操作第一阶段：预灭菌135℃，30min第二阶段：生产第三阶段：原位清洗第四阶段：无菌中途清洗2023/11/1118管式杀菌设备主要有加热管、前后盖、器体、旋塞、高压泵、安全阀等部件组成，基本结构为：壳体内有不锈钢加热管，形成加热管束，壳体与加热管束间用管板连接。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成产品排出，若达不到要求，则由回流管回流，重新进行杀菌的操作。2023/11/1119

管式杀菌设备特点加热器由无缝不锈钢环行管制造，无密封圈和死角，可承受较高压力；在较高压力产生湍流，保证制品均匀性和较长运行时间；在密封下操作，可减少杀菌产品受污染的可能性；管内外温度有差异，管子易弯曲变形。适宜于高粘度液体的杀菌，如茄酱、果汁、咖啡饮料、人造奶油、冰淇淋等的杀菌。20（一）列管式换热器2023/11/1121（二）螺旋管式换热器螺旋管制成扁形，并缠绕在壳体内的中心圆柱上。工作时液料通过泵由液料入口进入螺旋管内，自下向上流动，从出料管排出，装人瓶或罐内。蒸汽自上方输入壳内与螺旋管之间，对管内的料液加热。这种换热器主要用于果汁的巴氏短时杀菌。特点是结构简单，操作方便，容易清洗，能连续生产。2023/11/1122（三）套管式换热器使用和操作清洗：向贮槽16内注清水，然后打开进料三通旋塞5的循环通道，即关闭进料通道，启动供料泵，用清水洗清灭菌机；当贮槽中的水将放尽时，再转动进料三通旋塞5。供料；与上述操作同时打开蒸汽阀门1，料液进入套管8进行预热，再进入蛇形管内进行高温瞬时灭菌，然后返回套管进行冷却，最后通过出料三通旋塞15输出。回流：若经一次灭菌没有达到要求，可转动出料三通旋塞，使料液回流贮槽，重新送入管内再次灭菌，直达符合要求为止。清洗：每班次灭菌结束时，将最后的料液通过进料三通旋塞后，立即转动旋塞，使贮槽内的水流入，进行清洗直到排出水变清为止，同时关闭蒸汽阀，并放净加热器内的蒸汽。2023/11/11232023/11/1124釜式杀菌设备釜式杀菌设备，又称杀菌锅，有卧式和立式两种，以卧式杀菌锅为主。主要用于罐头食品等的高压杀菌。2023/11/1125卧式杀菌锅结构2023/11/11262023/11/11272023/11/1128全水式杀菌机特点1.杀菌均匀，由于回转杀菌篮的搅拌作用，加上热水由强制泵循环，使锅内热水形成强烈的涡流，水温均匀一致；2.杀菌时间短，杀菌篮回转，传热效率提高；3.有利于产品质量的提高；4.由于过热水重复利用，节省了蒸汽；5.杀菌与冷却压力自动调节，防止包装容器变形和破损；6.设备较复杂，投资大，杀菌过程热冲击较大。2023/11/1129常压连续杀菌设备主要用于水果类和一些蔬菜圆形罐头的常压连续杀菌，它有单层，三层和五层三种。层数主要取决于生产能力的大小，杀菌时间的长短和车间面积的大小等。2023/11/1130微波与欧姆杀菌机械与设备(一)微波杀菌装置在食品的杀菌上，对于高黏度的液体和固体食品，由于完全不存在热对流现象，传热完全依赖于热的传导方式。因此，食品中心部位的升温速度很慢，而色香味、营养成分和口感等质量指标因受长时间的加热和受热过度使其质量下降。为了解决此问题，国外应用微波高温杀菌装置对高黏度液体食品和软罐头进行杀菌，并取得成功。31微波杀菌原理微波的热效应：食品中微生物菌体会吸收电能而使温度上升，这种热效应破坏了菌体中蛋白质等成分，从而杀死微生物。此外，微波的非热效应：指在没有明显温度变化或温度处于亚致死的情况下，细胞所发生的生理、生化和功能上的改变，又称生物学效应。主要包括对细胞的生长速度及特性、对细胞膜、对蛋白质和核酸空间构象、对生物代谢平衡等方面的影响。32管式微波高温杀菌装置2023/11/1133固体食品微波高温杀菌装置2023/11/1134袋装食品的微波杀菌机微波滚筒干燥杀菌机微波瓶装食品杀菌设备牛肉干微波干燥杀菌设备2023/11/1135微波杀菌的特点时间短速度快低温杀菌可保证食品质量杀菌彻底效率高，节约能源，操作方便微波加热的不均匀性影响微波杀菌的因素有哪些？家用微波炉能灭菌吗？2023/11/1136（二）欧姆杀菌技术与装备欧姆杀菌原理欧姆杀菌采用电极，将50-60Hz的低频交流电直接导入食品物料，进行欧姆加热，因为食品本身介电性质使食品内部产生热量，而达到杀菌目的。在杀菌过程中，食品杀菌温度除与物料电学性质有关外，还与物料热导率、热熔等热学性质有关。2023/11/1137欧姆杀菌装置欧姆杀菌装置流程图欧姆加热器示意图2023/11/1138欧姆杀菌特点比较适宜含颗粒状的流体食品能使产品产生高的附加值能加热连续流动的产品而不需要任何热交换表面可加工对剪切敏感的食品热量可在产品固体中产生而不需借助流体的对流和传导系统操作平稳，维护费用低，过程易于控制2023/11/1139第七节超高压杀菌机械与设备超高静压（ultrahighhydrostaticpressure）处理技术，也被称为高静压（highhydrostaticpressure，HHP）处理技术、超高压（ultrahighpressure，UHP）处理技术或高压（highpressureprocessing，HPP）处理技术，它是采用100-1000MPa静态液压力作用于食品或生物制品等物料，可以在常温或较低温度下达到杀菌、抑酶及改善物料性质的效果。它对食品物料的热损伤小，处理时间短，耗能少，因此，超高静压杀菌技术是利用超高静压处理达到杀死物料中腐败菌和致病菌目的的一种杀菌新技术。2023/11/1140超高压杀菌原理改变微生物的细胞形态结构破坏微生物细胞膜钝化微生物细胞内酶的活性抑制生化反应影响DNA的复制2023/11/1141高压食品加工技术特点与热加工相比，可以避免营养成份损失和重量损失；由于高压对小分子物质作用很小，因此风味物质、色素、维生素等成份保存完好；时间短，能耗低。其能耗仅为加热法的十分之一；保质期长。2023/11/11422023/11/1143

食品的超高静压处理过程中压力-温度-时间关系图2023/11/1144国内超高压设备简介2023/11/1145最近生产的超高静压处理系统外观图2023/11/1146高压腔体密封前后示意图2023/11/1147日本超高压设备简介2023/11/1148细菌芽孢杀菌处理效果图---扫描电镜观察结果凝结芽孢杆菌芽孢（a）（未处理，群体图）（b）(未处理，个体图)

（c）（500MPa和80℃处理10min）（d）(80℃处理10min)2023/11/1149嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢（a）（未处理）

（b）（500MPa和80℃处理10min）（c）(500MPa和50℃处理10min)2023/11/1150透射电镜观察结果（a）（未处理）横切面（b）（500MPa和80℃处理10min）横切面

（c）（未处理）纵切面（d）（500MPa和80℃处理10min）纵切面凝结芽孢杆菌芽孢2023/11/1151超高压食品简介2023/11/11522023/11/1153第八节脉冲电场杀菌技术与应用脉冲电场杀菌技术，又称高强度脉冲电场或高强度电场脉冲杀菌技术，是将高电压脉冲（15-100kV/cm）作用于电极间的物料，以杀灭物料中微生物的一种新型杀菌技术。其高强度的电场是通过电容组贮存来自高压直流电源的大量能量，然后以高电压脉冲的形式释放出去形成的，达到破坏微生物细胞膜、杀死微生物的作用。2023/11/1154脉冲电场杀菌原理脉冲电场的杀菌作用与脉冲电场对细胞膜的影响密切相关。当微生物被置于高压脉冲电场中时，细胞膜会被破坏，从而导致细胞内容物外渗，引起细胞死亡。关于脉冲电场杀菌机理的解释，人们提出好几种理论，被认可程度较高的有：细胞膜的电崩溃和细胞膜电穿孔。2023/11/1155脉冲电场杀菌技术特点可以避免热杀菌的缺陷，很大程度地减少了杀菌过程对食品中营养素的破坏和对食品感官品质的影响它要求被处理的物料能够耐受高电场的作用，也就是需要低的导电率、不含有或不产生气泡，对液态物料中固体颗粒大小也有限制作用时间短、均匀、效率高及经济等。2023/11/11562023/11/1157脉冲电场在食品杀菌中的应用果蔬汁的脉冲电场处理牛奶的脉冲电场处理蛋液的脉冲电场处理其他液态食品的脉冲电场处理2023/11/1158脉冲电