第八章--杀菌机械与设备下.ppt

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杀菌机械与设备,第二节包装食品杀菌机械与设备,常见的包装食品杀菌机械与设备：

立式杀菌锅卧式杀菌锅回转式杀菌锅常压连续杀菌设备静水压连续杀菌设备水封式连续高压杀菌设备,包装食品杀菌机械与设备是用于包装密封以后的食品杀菌。

按照杀菌温度不同可分为常压、高压、超高压杀菌设备，按杀菌设备操作方式分为间歇式和连续式。

（一）立式杀菌锅（加压间歇杀菌设备）,1、结构A、筒体：

用厚6-7mm钢板成形后焊接而成，为了减少热量损失，在锅体外表面包上80mm厚的石棉网层。

B、锅盖：

一般做成半球形锅盖上面设有：

吹气阀：

做反压用排气阀：

排除空气安全阀压力表、温度表冷却盘管：

冷却罐头用锅盖开启：

侧面设有一平衡锤，可绕锅体转动。

锅盖密封：

锅体口边缘凹槽嵌有密封材料蝶形螺栓自锁锲形块：

顺时针锁，逆时针开,C、锅底：

做成半球形设有“+”字形蒸汽吹泡管，小孔开口在两侧或底部，不能直接对准罐头，使罐头受热不均匀。

排水阀D、配套设备：

杀菌篮：

装罐电动葫芦：

起吊空气压缩机：

加反压2、特点：

可作常压杀菌或高压杀菌，3、适用：

中、小型罐头厂中品种多、数量少情况时杀菌，但操作不连续,

（二）卧式杀菌锅,1、特点A、容量大B、只作高压杀菌生产肉类、水产品罐头为主的大中型罐头厂中最常见C、杀菌篮下面装有四个铁轮，靠导轨将杀菌篮推入杀菌锅中，因此锅体部分位于车间地平面以下。

D、由于卧式放置，其占地面积大,2、操作过程：

A、加热：

蒸汽从8薄膜阀门16锅底部进入锅内4、7、13排气（空气）。

排气要尽量干净B、冷却：

冷水2泵16锅内15排出C、反压：

压缩空气9锅内压力显示12、安全阀5D、其它结构与立式杀菌锅一样。

（三）回转式杀菌锅,1、原理：

2、杀菌过程：

A、过热水制备：

冷水冷水泵21单向阀19手阀13上锅5当锅内水达到一定水位时，液位控制12工作，控制冷水泵21自动停止运转，同时开启阀14，通入加热蒸汽，加热达到一定温度时阀14关闭。

贮水锅水温的设定：

比杀菌温度高5-20，对小型罐可取小值。

B、向杀菌锅送水：

自动装篮机装篮（每层罐头之间用带孔的软性垫板隔开）由轨导送入杀菌锅压紧机构将罐头压紧固定挂上保险杆（以防止杀菌完毕开启时杀菌篮自动溜出）关闭锅盖。

打开上下锅连接阀9，热水经97下锅，当杀菌锅水位到达一定程度时，液位控制器16发出信号，连接阀9自动关闭延时1-5分钟（由继电器调整）重新打开连接阀9上下锅压力相近。

注意：

a、上锅水流入下锅时间为50-90秒，这样使罐头受热均匀，否则各罐头间受热时间相差太大。

b、必须要的1-5分钟的延时，因为罐头一开始压力只有一个大气压，当外面压力过大时，会使罐头被压瘪，只有当罐头内部建立起一个压力时，才能再开启连接阀9，延迟时间长短由罐头材料而定，传热系数大的取小值。

C、加热升温打开加热阀15、循环泵22，下锅回转体回转，形成下锅水循环。

回转体回转可以在5-45rpm内无级调速，同时可正反交替回转，一般正转6mim，停止1min，反转6min这样设置。

注意：

加热时间5-20min，时间长短取决于：

贮水锅与杀菌锅水温差、罐型、品种,蒸汽,D、杀菌：

上述各有关装置的开启状态一直维持到杀菌完毕，在这时期通过自动调节阀10与11控制上锅压力以保证下锅也维持一定压力。

E、热水回收：

蒸汽阀15关闭，冷水泵21开启，冷水经17从上面进入下锅，下锅热水经单向阀23压入上锅，上锅中水位达到一定高度时，阀9关闭，同时加热阀14开启。

F、冷却：

由阀18、8、6形成冷水节流，使下锅保持一定压力，超过压力时部分水从6排出，经过一定时间加压冷却后，蝶阀8逐渐打开，直至下锅为常压,G、排水：

循环泵22、冷水泵21、冷水阀20关闭，排泄阀24打开排水H、启锅出罐,8,6,冷水,3、特点A、因杀菌篮回转及热水强制循环，锅内水温分布均匀B、选择适当的回转速度可以提高传热效率，缩短杀菌和冷却时间C、改善产品质量，罐头内热分布均匀，不会形成温度梯度，这样不会在罐壁因部分过热形成粘结现象。

D、节能（热水重复使用）E、自动化程度高F、操作要求高G、热水循环可能使锅体结垢，因此需要有水处理设备H、设备造价高,（四）常压连续杀菌设备,1、适用：

水果、部分果蔬及不要求完全无菌的低酸性食品如牛乳等。

2、分类：

连续式水煮是为进行高速连续巴氏杀菌设计而成，我国现有：

单层式：

由铝制棍构成的辊式输送链带动前进三层式由刮板输送链在槽内由下向上移动五层式,三层常压连续杀菌设备结构,组成：

传动机构进罐机构送罐链槽体出罐机构报警系统控温系统,传动系统主传动系统：

作用：

拖动送罐链组成：

电机：

电磁调速电动机（无级变速）弹性联轴器2：

两轴同心度要求不高两级斜齿轮减速箱3安全离合器6：

特点：

过载保护圆弧齿圆柱蜗杆减速箱33带动主动轴30蜗杆调节器11：

调节送罐链张紧程度圆弧齿圆柱杆减速箱12，带动主动轴26,拨罐系统：

进罐输送带系统：

由电机21带动皮带轮23，拖动两根三角皮带旋转。

在送罐链传动轴上，装有一六角控制轮，见书P376图9-13拨罐装置：

由电机10带动拨罐板，电动转动则由六角控制轮控制。

拨罐板长度=罐头高度*每次拨罐数-8mm（两端留有间隙，防止卡死）,送罐链输送链一般采用6mm厚45号扁钢冲压而成，用套筒与轴销连接，刮板固定在销轴上（它可自由装拆）；刮板中心距：

41.3*3（三节距）、41.3*2（二节距），具体根据各种罐头的需要选型。

注意：

两刮板间距（罐头外径2+罐外高2）1/2，以防止罐头在刮板间转身而出现卡罐现象。

槽体水平段：

设有一溢流口，以保证槽内液位高度：

H=罐头外径+5mm，H过大：

出现竖罐现象；H过小：

罐头露在外面。

转弯段：

可自动装卸及通过螺栓调节间距，以防卡罐发生间隙S=罐外径+5mm,3、常压杀菌设备的讨论,层数：

单数层、双数层。

以单数层为好，这样不会造成进出罐在同一方向，以造成操作不便。

结构：

一般设计成直线型，以防止卡罐现象发生。

大罐杀菌和冷却A、用从上至下杀菌路线B、用喷雾冷却的形式，以提高传热系数。

罐头输送路线：

A、从下至上：

下层为杀菌，第二层为杀菌或冷却两用槽，第三层为冷却槽。

B、从上至下：

下层为冷却，最上层为杀菌。

（五）静水压连续杀菌设备,1、原理：

利用水柱高度造成的压力来决定饱和蒸汽的压力，以维持杀菌所需的温度2、结构及杀菌过程3、特点A、该设备为高速、连续式加压杀菌设备，生产能力大（每分钟1000罐）B、罐头的温度及压力的上升和下降是逐步变化的，可避免杀菌过程中罐的变形和损伤。

在进罐柱顶部，水温近似于罐头初温（82-88），在进罐柱底部，水温近似于蒸汽室温度（110-115），因此在进入蒸汽室前有一个平稳的温度梯度。

在出罐柱底部，水温115-118，在出罐柱顶部，水温为88-93这样又形成一个温度梯度,C、适用性强，对各种包装容器（罐、瓶、软罐）都适用。

D、外形高大，需要专门的厂房，有时为了使机体更紧凑，将冷却过程在杀菌区上面，形成双层式设备，但进出罐都在最高处，不方便。

E、罐头在输送过程中常因浮罐等因素而卡罐，为此将输送带中的刮板改成装罐筒，其上钻有很多小孔，避免卡罐F、适用规格性能差，受载罐板限制对圆形罐：

其外径不能超过86.5mm,对方形罐:

尺寸不能超过100*86.5mm罐高度无限制为此可改成“十”字形载罐板或双链G、水必须预处理后才能进入设备中，处理后水的硬度低于100PPm,（六）水封式连续高压杀菌设备,1、于1966年创始于法国，装置见书P388页图9-192、此设备用链式输送带携带容器经水封式转动阀门送入杀菌锅鼓形阀作用：

向杀菌室进罐加压杀菌后的出罐隔离高压区与常压区鼓形阀转动阀门浸没在水中，其密封作用通过两点而成：

水压、机械力3、经鼓形阀后的容器在杀菌室中进行杀菌，由于链带的下面设有一导轨板，使罐头在传送过程中就可进行轴向回转，如不需要搅动杀菌则可将导轨拆除。

4、在杀菌过程中，有时在杀菌室中另外用空气加压在压力蒸汽加热室内需用风扇不断地将蒸汽和空气充分混匀,5、罐头杀菌完毕后，进入加压冷却室，冷却室压力与杀菌室一致。

两室间用钢板隔开，并包有绝热材料，冷却室冷水需经常更换，并使冷却水强制循环。

6、从加压冷却室出来的罐头经鼓形阀至常压冷却槽，直至罐头中心温度40。

7、特点（与静水压式相比较）A、两者都是连续高压杀菌设备B、利用浸没在水中的鼓形阀将高压部分与常压部分分开C、在杀菌冷却过程中，罐头自身滚动，时间比静水压设备短D、蒸汽、水、空间、劳动力的利用上比较经济E、供进出罐的鼓形阀门承受压力相当大F、压力突然变化较大，不适合软罐头杀菌8、适用范围欧洲：

主要用于果蔬和乳品制品杀菌亚洲：

主要用于果蔬和乳品制品杀菌北美洲：

用于药物杀菌,二、软罐头食品杀菌设备,1、软罐头食品杀菌特点A、软罐头膜层厚度只有75-100m，一般可以看作没有热阻B、软罐头属于平板加热型，与金属罐加热不同C、软罐头包装食品在100以上加热杀菌时，由于残留空气、水蒸汽和食品膨胀结果，在包装袋内产生压力，使薄膜袋破裂。

D、软罐头放置问题：

杀菌过程中，必须要有盘子来装软罐头，不能象金属罐那样相互叠结。

现在各国工业生产上使用软罐头杀菌时平放或竖放都很成功，关键是要保证加热介质的循环。

2、软罐头杀菌设备分类A、按照操作方式分：

间歇式、连续式现在常用的还是间歇式B、按照加热方式分：

热水加热、蒸汽和空气混合气加热一般情况热水加热适用于间歇式杀菌，而蒸汽和空气混合则用于连续式杀菌。

热水加热：

需要有一机械泵使锅内水循环，每分钟循环一次，否则锅内水温度会层化。

蒸汽空气混合气加热：

需要一风机，通常蒸汽和空气混合后才送入锅内，以期获得分布比较均匀温度。

3、软罐头连续超高温杀菌机的结构结构可分为：

装盘机构外部水槽特殊水封阀锅体自动控制机构传动机构,A、装盘机构：

软罐头在设备中的运行依靠载盘器运行；一般将软罐头放在盘子上，叠成5层，叠好的盘子装入到载盘器中，载盘器运行过程中可使软罐头始终保持水平位置。

B、外部水槽：

是一个热水槽，其作用是：

a、预热软罐头（升温升压）b、保持杀菌锅内压力（密封作用）c、冷却杀菌后罐头（降温降压）C、水封阀：

作用是密封，使杀菌锅有一定压力；采用链带带动载盘器运行，链带有两条，一条在外部水槽中输送，另一条在杀菌锅内运行，两链条不连接，可减少因链条经过水封阀而引起密封压力不够高的现象。

D、锅体：

软罐头在锅体内进行杀菌和冷却，即锅体分上下两部分，上层为杀菌，温度高达135-150，下层为冷却水。

E、自动控制系统：

控制锅体内温度、压力、冷却水流量等。

F、传动机构：

因其中有一链条在锅内运行，因此传动轴需经过轴封机构带动链条运行，这就需要一种耐磨、耐热密封材料。

第三节其他杀菌技术与设备,1,2,高电压脉冲电场非热杀菌技术与设备,食品的辐照杀菌技术与设备,3,超高静压杀菌技术与设备,4,脉冲强光非热杀菌原理与设备,5,主要内容,概况,高压脉冲电场的处理系统,高压脉冲电场杀菌机理,影响高压脉冲电场杀菌效果的因素,在食品中的应用研究,一、高电压脉冲电场非热杀菌技术与设备,概况,英国学者就发现25kV/cm直流脉冲能有效致死营养细菌和酵母菌。

20世纪80年代以来,20世纪90年代中后期,美国、日本等发达国家研究比较活跃，并制造了成套的技术设备。

我国开始进行这方面的研究。

高压脉冲电场（pulsedelectricfield，PEF）是一种非热处理技术，具有处理时间短，温升小，能耗低和杀菌效果明显等特点，成为近几年来国内外研究的热点之一。

早在1967年,高压脉冲电场的处理系统,脉冲发生器,处理室,高压脉冲电场杀菌装置的核心部分。

高压脉冲发生器用来产生10kV以上的脉冲，该高压脉冲被加到处理室电极的两极板上，在处理室内产生10kV/cm以上的强电场。

处理室与高压脉冲发生器相连接，它的主要作用是将高压脉冲电场传递给流经此室的液体食品，以达到杀菌的目的。

处理系统,良好的高压脉冲处理系统是高压脉冲电场杀菌技术得以应用的前提。

设计的关键是脉冲发生器和处理室。

高压脉冲电场的处理系统,指数衰减波,方波,震荡波、交变波,指数形脉冲容易产生，但低于最高电压36.8的电压无杀菌作用，且能使食品的温度升高,这两种波的效果都不是很好,方波脉冲比指数形脉冲杀菌效果更好，对细菌有致命作用，但需脉冲整形网络，结构复杂，对电路的设计及元器件的要求高，成本也比较高,脉冲发生器,指数衰减波,方波,高压脉冲电场的处理系统,静态分批式,连续式,食品在处理室内受到高压脉冲电场作用时，要避免电火花的产生。

一旦产生电火花电极就会被腐蚀，食品被电解，产生气泡。

因此，在设计食品处理室时，应着重解决好以下问题：

电极表面要尽可能光滑以减少电子的逸出采用圆形电极以避免电场集中，为食品提供一个均匀的高压脉冲电场。

处理室内装有电极和冷却装置（PEF连续工作，电极温度会升高），同芯电极的连续式处理室，电容小，结构简单，不易放电。

规模小、考虑影响因素较少，不适于大规模工业化应用。

处理室,食品处理装置结构简图,高压脉冲电场杀菌机理,1.Hamilton和Sale（1967）理论,2.Zimmermann（1986）电崩解理论,3.Tsong（1991）电穿孔理论,4.空穴理论,7.电解产物效应,6.粘弹极性形成模型,5.电磁机制模型,高压脉冲电场杀菌机理,1.Hamilton和Sale（1967）理论,当一个外部电场加到细胞两端时，就会产生跨膜电位（TMP）。

对半径r处于均匀场强E中的球形来说，其沿电场方向的跨膜电位可由下式得出：

U（t）=1.5rE式中：

u沿电场方向的跨膜电位，t；r细胞半径，m；E电场强度（kV/mm），并且认为当跨膜电位（TMP）达到1V时，细胞膜便失去功能。

高压脉冲电场杀菌机理,细胞膜被视为电容，在高压电脉冲作用下，膜两侧电位差进一步变大，由于电荷相反，它们相互吸引形成挤压力，当TMP达到临界崩解电位差时，细胞膜就开始崩解，导致细胞膜穿孔（充满电解质）形成，进而在膜上产生瞬间放电，使膜分解。

2.Zimmermann（1986）电崩解理论,A细胞膜电位差为Vm；B外加电场矿远大于跨膜电位差Vm时，细胞膜受挤压变薄；C细胞膜上的电位差达到临界崩解电位差硌时，细胞膜崩解并导致穿孔；D细胞膜大面积崩解。

高压脉冲电场杀菌机理,由于微生物细胞在高压脉冲电场的作用下细胞膜上的双磷脂层和蛋白质暂时变得不稳定导致的一种现象。

在外加电场的作用下其细胞膜压缩并形成小孔，通透性增加，小分子物质如水分子可透过细胞膜进入细胞内，致使细胞体积膨胀，最后导致细胞膜破裂，细胞内容物外漏，使细胞死亡。

3.Tsong（1991）电穿孔理论,高压脉冲电场杀菌机理,正是由于这种高压脉冲能量直接转换成的冲压式机械能，引起液体食品中微生物细胞内部的强烈振动和细胞膜破裂等现象，从而产生杀菌效应。

4.空穴理论,放电终了瞬间，气套处形成空穴，由于压力突然减小，液体又以超声速回填空穴，形成第二个超声回填空穴冲击波。

放电时，产生强大的脉冲电流,高压通路，进而形成气套,压力由气套传给液体，形成强大超声液压冲击波,空穴,空穴,高压脉冲电场杀菌机理,电磁理论认为电场能量与磁场能量是相互转换的，在两个电极反复充电与放电的过程中，磁场起了主要杀菌作用，而电场能向磁场的转换保证了持续不断的磁场杀菌作用。

这样的放电装置在放电端使用电容器与电感线圈直接相连，细菌放置在电感线圈内部，受到强磁场作用。

5.电磁机制模型,高压脉冲电场杀菌机理,此模型认为，一是细菌的细胞膜在杀菌时受到强烈的电场作用而产生剧烈振荡，二是在强烈电场作用下，介质中产生等离子体，并且等离子体发生剧烈膨胀，产生强烈的冲击波，超出细菌细胞膜的可塑性范围而将细菌击碎。

6.粘弹极性形成模型,7.电解产物效应,此理论指出在电极施加电场时，电极附近介质中的电解质电离产生阴离子，这些阴阳离子在强电场作用下极为活跃，穿过在电场作用下通透性提高的细胞膜，与细胞的生命物质如蛋白质、核糖核酸结合而使之变性。

影响高压脉冲电场杀菌效果的因素,电场强度脉冲持续时间处理室特性,脉冲电场工作参数,微生物特性,食品特性参数,温度脉冲特性,微生物的种类生长时间,生长条件,pH值水的活性,成分电导率离子强度,影响高压脉冲电场杀菌效果的因素,电场强度,温度,持续时间,脉冲特性,处理室,电场强度时影响杀菌效果最重要的因素之一，当超过微生物的临界跨膜电压时，微生物死亡率随场强的增加而增加。

刚开始的杀菌效果随脉冲时间的延长而明显增强，但达到拐点值后，脉冲时间的增加对杀菌效果基本无影响。

随着处理温度上升（在24-60范围内），杀菌效果会有所提高，其提高的程度一般在10倍以内。

液体食品适中的温度有利于杀灭微生物。

所有波形中，振荡波杀灭微生物的效率最低；方波的效率比指数波的效率高；双极性脉冲波形对大肠杆菌的致死率比单极性波形高。

结构、体积、缝隙、流速和停留时间等因素对杀菌效果均有一定的影响,脉冲电场工作参数,影响高压脉冲电场杀菌效果的因素,微生物的种类,生长条件,不同菌种对电场的承受力不同。

无芽孢菌较有芽孢菌更易被杀灭，革兰氏阴性菌较阳性茵易于被杀灭。

相同条件下用电场灭菌，不同菌种存活率由高到低为：

霉菌、乳酸菌、大肠杆菌、酵母菌,培养基成分、温度、氧浓度对灭菌率有影响，其机理尚不清楚，但在PEF中不考虑这些因素将导致错误的结论,生长时期,处于对数生长期的菌体比处于稳定期的菌体对电场更为敏感，PEF对处在稳定生长期微生物的杀菌率低于处于对数生长期的微生物,微生物特性,影响高压脉冲电场杀菌效果的因素,对不同食品成分，不同物质结构的灭菌效果不同。

脉冲电场的杀菌效果随介质离子强度的下降而增加。

低电导率情况下灭菌率较高。

介质pH值下降杀菌效果稍有提高。

降低水活性将会导致灭菌率降低。

成分,电导率,pH值,水的活性,食品特性参数,离子强度,二、食品的辐照杀菌技术与设备,

（一）品的辐照杀菌的作用特点

（1）优点

（2）缺点,概念：

利用辐射源产生的射线或加速器产生的高能电子束辐照食品及农产品，抑制发芽、推迟成熟、杀虫灭菌，达到延长保藏时间和稳定、提高食品质量的操作过程。

二、食品的辐照杀菌技术与设备,

（二）食品的辐照杀菌技术原理,二、食品的辐照杀菌技术与设备,（三）食品的辐照杀菌工艺及原理1.杀菌工艺

（1）工艺流程,二、食品的辐照杀菌技术与设备,

（2）辐照杀菌类型2.辐照剂量的决定因素,三、超高静压杀菌技术与设备,

（一）UHP杀菌技术特点

（二）UHP杀菌设备1.UHP杀菌装置的分类,三、超高静压杀菌技术与设备,三、超高静压杀菌技术与设备,三、超高静压杀菌技术与设备,三、超高静压杀菌技术与设备,2.UHP杀菌装置的组成,三、超高静压杀菌技术与设备,

（1）UHP杀菌处理容器

（2）加压装置-UHP泵（3）辅助装置,四、脉冲强光非热杀菌原理与设备,

（一）脉冲强光技术及特点

（二）脉冲强光非热杀菌原理

（1）脉冲强光的产生

（2）脉冲光处理系统组成,四、脉冲强光非热杀菌原理与设备,（三）脉冲强光非热杀菌装置,四、脉冲强光非热杀菌原理与设备,四、脉冲强光非热杀菌原理与设备,四、脉冲强光非热杀菌原理与设备,