列管式超高溫瞬時滅菌機的特點和電氣控制

摘要： 本文介紹了超高溫瞬時滅菌和商業無菌的含義，論述了列管式超高溫瞬時滅菌的工藝過程、原理、結構特點，從而論證了這是一門提高熱交換效率，降低能耗的先進技術。
關鍵詞：超高溫瞬時滅菌；管式換熱器；板式換熱器
Feature and Electrical Control of Tubular UHT(Ultra-high Temperature) Sterilizing
ZHANG you-liang1 ZHAO gang2 FU jian-sheng2
(1.Xi’an Huasun Packaging Technology Research Insitute,Xi’an 710086, China
2. Xi’an Huawei Technical Development of light Industrial Machinenry Co.,LTD)
Abstract: The article narrates the implication of UHT sterility and commercial one,and discusses its process,theory,structure,thus it testified it is a advanced technology,which both improve effiency of heat-exchange and reduce energy.
Key words: UHT sterility Tubular- exchange Plate- exchange
隨著國內人民生活水平的提高，“學生飲用奶計劃”等項目的推廣，飲用液態乳制品有了較高的認識。我國的國情是，牛奶主要是養牛戶和小型企業分散飼養，多分布于北方的小城鎮附近。這些本來就不充分的奶源，沒有完整的冷鏈系統，牛奶無法運往中心城市，在某種程度上增加了乳品企業的生產成本。為了解決鮮牛奶的運輸，就必須進行牛奶的無菌處理和包裝，將包裝的產品銷往本地區中心城市，讓人們真正的喝上鮮牛奶而不是還原液態奶，促進養牛業的興旺發達，改善人們的飲食習慣，提高人口素質。隨著市場化的需求，國內產生了無數家大型和超大型乳品企業，這些大型企業引進國外超高溫滅菌機和無菌包裝設備，投入了大量的資金購置設備，產生了不斐的經濟效益，緩解了乳品的消費需求。高昂的價格使中小型乳品企業無法引進國外設備，迫切需求適合于國情的牛乳超高溫瞬時滅菌設備。
1.超高溫瞬時滅菌的含義
牛乳經過135 ~150 C，2~8秒的殺菌過程的這種工藝設備稱之為超高溫瞬時殺菌。經過超高溫殺菌的牛乳，仍然可能含有可存活的孢子甚至微生物，但是它們不會在發生微生物轉變，使產品發生微生物個體的繁衍而腐敗，稱之為商業無菌。一般情況下，產品達到商業無菌就證明產品為合格的產品。經過無菌包裝后，可保持30~60天，使產品保持原有風味的品質。
在牛乳的高溫處理過程中，最普通的化學變化之一是由蛋白質和還原糖相互作用產生一種黑色素的褐變作用。盡管牛乳褐變的速度隨溫度的上升而加快，并不與超高溫范圍溫度內殺菌效率上升速度正比。一般而言，溫度上升10 C，褐變速率不到3倍。在135 C以上溫度，殺菌效應比褐變效應的增長要快的多。在140 C，殺菌效應的褐變效應速率增長大2000倍，在150 C更增長到大5000多倍，因此牛乳在135 C或者更高溫度進行處理可以成為顏色變化很小的無菌產品。這種方法殺菌實際上并不比高溫短時巴氏殺菌的牛乳黑。在實踐中，人們總結出，牛乳在135 C~150 C超高溫范圍和幾秒鐘情況下進行處理，就有可能獲得事實上沒有存活的細菌或很少有抵抗能力的孢子，以及比傳統灌裝殺菌更少不良色澤的牛乳制品。
大多數乳品企業的超高溫滅菌采用的殺菌溫度135 C保持時間8秒，滅菌后，最終孢子數0.0004/毫升，已經達到了商業無菌的理想狀態。
2.原料奶的預處理
在牛奶中，菌類繁殖比較快，為了保證奶原料的質量，為進一步生產提供優質的原料，收購采集的奶必須進行預處理，是乳品廠生產過程中不可少的工段，直接影響產品的品質。預處理過程包括脫氣、凈乳、初始殺菌（63-65℃/15秒）、冷卻（4℃）、冷藏（4℃），如圖1所示。
脫氣可以提高牛奶標準化精度，減少巴氏殺菌機結垢，并保護均質頭。凈乳主要除去白細胞、乳腺組織、灰塵等。初始殺菌有利于殺死原奶中的嗜冷菌，延長貯存時間。

圖1 原料奶處理工藝流程圖
3. 列管式超高溫瞬時滅菌
3.1超高溫滅菌的工藝過程
超高溫滅菌的工藝過程是將原料奶放入平衡罐，通過浮球閥控制液位，利用奶泵送入滅菌系統，圖2所示。將奶加熱至83℃，送入

圖5 升溫滅菌系統工藝原理圖
滅菌加熱主要是6bar的蒸汽通過板式換熱器HE1，將循環水加熱到140℃，通過管式換熱器3，將從均質機出來的奶加熱到137℃，經過保溫管保持4-8秒，達到滅菌的目的。板式換熱器HE1的控制是通過檢測管式換熱器3出口奶的溫度，利用TC44（包括Pt100、PLC、人機界面、電氣轉換器等）控制氣動薄膜閥V44的流量，達到要求的滅菌溫度。
為了使用者對加熱情況的了解，加熱過程設置了3處溫度檢測點，TE9檢測管式換熱器3循環熱水的入口溫度，如果該處溫度過高，說明管式換熱器3換熱效率過低，就要對設備進行清洗。TE44是監測殺菌溫度，TE45、TE42同時檢測保溫管的溫度，說明保溫溫度的重要性。
管式熱交換器4對滅菌奶第一次降溫，溫度從137℃降到85℃，利用該熱量，將循環水溫度從85℃升到110℃，充分利用了熱源。
3.3.3降溫系統
降溫系統是把高溫瞬時滅菌奶從137℃高溫，快速分次降到25℃的包裝溫度，將包裝余料的回流奶降到4℃，貯存或回流到平衡罐。降溫系統主要由4個管式換熱器組成，如圖6所示。
管式換熱器1主要是將殺菌后的奶降到20-25℃的可包裝的溫度，用V26調節冷卻水的流量，達到合適的溫度。
管式換熱器2是利用殺菌奶第1次降溫后的余熱，將原料奶加熱到85℃，輸送到均質機。完成了殺菌奶第2次降溫和原料奶的第1次升溫。
后續包裝機包裝產量同超高溫瞬時殺菌機的產量基本匹配，一般情況下產量低于殺菌機，這樣才能保證產品的供給和產品品質。管式換熱器4是對回流奶降溫到4℃儲存或流入平衡罐。