超高溫列管式殺菌機在PET瓶含乳飲料生產中的應用

施建強

摘要：為提高殺菌機的生產效率，文章論述了超高溫列管式殺菌機在PET瓶含乳飲料生長過程中的應用，從延長連續生產時間、減少含乳飲料在殺菌過程中的結垢入手，對殺菌機的設計流程、原理進行分析和闡述。

關鍵詞：PET；含乳飲料；列管式殺菌機

中圖分類號：TS262 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）03-0085-02

含乳飲料是指以鮮乳或乳制品為原料，經發酵或未經發酵加工制成的飲料，蛋白質含量不低于1％，加工過程中往往添加有部分增稠濟、糖、穩定濟、酸味濟等添加物質。產品在進行熱灌裝之前，需要超高溫列管式殺菌機對其進行超高溫瞬時殺菌，殺菌溫度一般需要125℃～137℃。由于含乳飲料含有較為豐富的營養物質如蛋白質、淀粉等，該類物質在加熱殺菌過程中會出現結焦、糊化，在列管式換熱器產品側管壁結垢，進而嚴重影響換熱器的換熱效率，增加了殺菌機的清洗頻率，因此影響了殺菌機的生產效率、增加了能源消耗。本文從改善殺菌機的工藝流程、優化殺菌機的換熱面積入手，研究提高殺菌機的生產效率、減少能源消耗。

一、熱灌裝含乳飲料的特點及殺菌工藝

含乳飲料是指以鮮乳或乳制品為原料，經發酵或未經發酵加工制成的飲料，蛋白質含量不低于1％，加工過程中往往添加有部分增稠濟、糖、穩定濟、酸味濟等添加物質。含乳飲料分為中性型乳飲料和酸性乳飲料，按照蛋白質及調配方式分為配制型含乳飲料和發酵型含乳飲料，例如娃哈哈集團生產的“營養快線”屬于配置型含乳飲料，將果汁與牛奶有機結合，借助于牛奶中的蛋白營養成分及果汁的芳香、色澤及其他礦物質營養，起到營養互補、風味及口感相互協調等作用。

含乳飲料特點是含有較高蛋白質含量，另外添加有其他風味輔料，如咖啡、可可、果汁、膳食纖維等；由于具有較為豐富的營養物質，根據不同含乳飲料的屬性，殺菌工藝一般需要125℃～137℃，殺菌時間15～60s不等。

二、超高溫列管式殺菌機的工作原理及特點

超高溫列管式殺菌機是一種間接式加熱的殺菌機，在對飲料進行熱力殺菌的同時，為了有利于食品色、香、味及質構的保持，使熱力對食品品質的影響程度降低在最小限度，通常采用超高溫殺菌溫度125℃～137℃，殺菌時間在保證殺菌效果的前提下盡可能的短。

殺菌機的組成主要包括有：進出料平衡缸系統、預熱升溫段、脫氣系統、均質機、升溫段1、蛋白穩定保持管、升溫段2、殺菌保持管、冷卻灌裝段、塔水冷卻段、冰水冷卻段、熱水加熱循環系統。

三、超高溫列管式殺菌機的工藝流程

圖1超高溫列管式殺菌機工藝流程圖

1－平衡缸 2－脫氣罐 3－熱水罐 4－均質機 5－真空泵 6－預熱升溫段 7－升溫段1 8－蛋白穩定保持管 9－升溫段2 10－殺菌保持管 11－冷卻灌裝段 12－塔水冷卻段 13－冰水冷卻段 14－蒸汽加熱段

四、提高殺菌機生產效率的幾個因素

超高溫列管式殺菌機通常在應用與茶飲料、果汁飲料生產中，通常連續生產時間能夠達到24小時以上甚至30小時以上，而一旦應用于含乳飲料殺菌，往往由于含乳飲料含有豐富的蛋白質等營養成分容易結焦，嚴重影響換熱管的換熱效率，殺菌機的連續生產時間往往不到20小時就需要進行一次CIP清洗，一次清洗時間就得花費2小時左右。為此如何延長連續生產時間，提高殺菌機的生產效率就顯得尤其重要，可從如下幾個方面改善殺菌機的工藝流程：

1．增加升溫段2的換熱面積：含乳飲料在受熱過程中與加熱介質熱水之間的溫度差直接決定了飲料是否會被糊化，在設計殺菌機的過程中，通常需控制熱水最高點的溫度與飲料殺菌設定溫度之間的溫差

小于2℃；

Q＝K×Δt×A

Q——總換熱量；

K——總換熱系數；

Δt——平均對數溫差；

A——換熱面積。

從換熱公式可以看出，總換熱量不變，提高換熱面積，可以降低溫差，進而改善高溫段產品糊化

狀況。

2．提高升溫段2的產品流速：通常在升溫段2控制產品在列管內的流速大于2米/秒，這樣可以有效的控制產品在湍流狀態下換熱，提高換熱效率，另外較高的流速可以有效沖刷換熱管內壁，防止結垢。

3．提高升溫段2的熱水流量：在換熱面積、換熱系數、換熱量恒定的情況下，通過增加加熱介質的熱水流量，可以有效降低高溫點熱水與產品設定殺菌溫度之間的溫差，通常熱水流量為產品流量的

1.5～2倍。

4．設置蛋白穩定段：牛乳中的乳清蛋白易受熱變性，蛋白質的粘度增加，溶解度減小，易在高溫段產生結垢，影響高溫段的殺菌效率，因此針對含乳飲料的殺菌機通常設置有蛋白穩定保持管，一般設置在90℃～95℃的溫度點，保持60秒時間，在這個過程中乳清蛋白提前發生變性，從而減少后續加熱過程中產生的結垢現象。

五、不同溫度段換熱總換熱系數的選取

1．產品在不同溫度下粘度的變化情況。

2．由于產品粘度的變化引起的換熱管換熱效率的變化如下圖：

六、結語

PET瓶包裝含乳飲料是飲料行業的一個重要分支，超高溫列管式殺菌機是含乳飲料在生產過程中核心殺菌設備。因此如何提高殺菌機的生產效率、降低生長過程中的能源、清洗藥劑的消耗就顯得尤為

重要。

參考文獻

[1] 許學勤．食品工廠機械與設備[M]．北京：中國輕工業出版社，2008．

[2] 涂順明，等．食品殺菌新技術[M]．北京：中國輕工業出版社，2004．

[3] 張國治，等．軟飲料加工機械[M]．北京：化學工業出版社，2006．

[4] 黃來發．蛋白飲料加工工藝與配方[M]．北京：中國輕工業出版社，1996．

[5] 陳志．乳品加工技術[M]．北京：化學工業出版社，2006．

（責任編輯：趙秀娟）