一種含果肉飲料的無菌制備工藝

劉波 李前勇

近年無菌灌裝工藝普及，由于料液和果肉的特性不同，殺菌要求也不同。果肉飲料為避免過度高溫殺菌，料液和果肉分別殺菌，再無菌狀態下混合。無菌果肉飲料制備主要由以下幾部分組成：料液管式UHT、果肉管式UHT、料液暫存無菌罐、果肉暫存無菌罐、在線混合無菌系統、暫存無菌罐。

調配好的料液經過料液UHT 殺菌，輸送至料液暫存無菌罐；調配好的果肉經過果肉UHT 殺菌，輸送至果肉暫存無菌罐；料液和果肉再按照一定比例進行在線混合，混合后進入暫存無菌罐，供至無菌灌裝機進行灌裝，見圖1。

一、物料的無菌

料液管式UHT，采用列管式的UHT，采用過熱水進行SIP，具有獨立的CIP/SIP 功能，作用是將調配好的料液進行殺菌，達到無菌。

果肉管式UHT，采用套管式的UHT，采用過熱水進行SIP，具有獨立的CIP/SIP 功能，作用是將調配好的果肉進行殺菌，達到無菌。果肉流經的換熱器內套管設置有特殊結構的凸起，增加果肉流動時的擾動狀態，提高熱傳遞效率。為降低果肉的破損，應采用剪切力較低的泵進行輸送，推薦采用轉子泵。在結構設計上，應盡量避免壓力驟變，例如背壓閥進出口壓力差較大導致果肉破損。在對椰果果肉殺菌的應用上，椰果果肉濃度可達到45%。

二、混合環境的無菌

料液暫存無菌罐、果肉暫存無菌罐、在線混合無菌系統、暫存無菌罐是無菌果肉飲料制備的重要組成部分，通過潔凈蒸汽進行SIP，達到無菌狀態。見圖2。

料液暫存無菌罐，上下封頭均為碟形，采用經過過濾的潔凈蒸汽對罐內以及相關管路進行SIP。無菌罐設置有冷卻水夾套，用于蒸汽SIP 后對罐體進行冷卻。生產時，罐內通過無菌的壓縮氣背壓，保持一定的壓力，用于供料和無菌保持。

圖1

圖2

果肉暫存無菌罐，上封頭為碟形，下封頭為錐形，避免果肉在罐內的大量殘留。采用經過過濾的潔凈蒸汽對罐內以及相關管路進行SIP。無菌罐設置有冷卻水夾套，用于蒸汽SIP 后對罐體進行冷卻。果肉無菌罐設置有頂部立攪拌，對果肉進行攪拌，防止果肉在罐底堆積。攪拌器選擇時，要考慮避免對果肉造成破碎。生產時，罐內通過無菌的壓縮氣背壓，保持一定的壓力，用于供料和無菌保持。

料液和果肉的在線混合中，對于混合比例的控制，目前常用的有兩種方式。一種是采用轉子泵和流量計結合的方式，通過流量計檢測的流量來控制轉子泵的轉速。另一種方式是采用調節閥和流量計聯動控制的方式，通過流量計檢測的流量來控制調節閥的開度。

圖3

圖3 是轉子泵和流量計結合的方式。考慮減少顆粒的破損以及計量的精度，推薦采用轉子泵。轉子泵由于泵腔內有葉輪做旋轉運動，結構復雜。要達到無菌衛生要求，轉子泵的機封需要通入屏蔽蒸汽來保證無菌條件，同時轉子泵接液部分都要考慮能夠徹底的CIP/SIP，不能存在清洗衛生死角，對轉子泵的要求會很高。無菌的轉子泵造價較高，價格達十多萬，維護工作比較困難。

圖4

圖4 是調節閥和流量計結合的方式，成本則要低很多。料液側的調節閥是帶類似聚四氟乙烯膜片的無菌型的調節閥，而果肉側的調節閥則應采用帶定位器調節的隔膜閥。同樣的流通面積的L 型調節閥和隔膜閥相比，隔膜閥比L型調節閥的流通通徑大很多，也就是隔膜閥允許流通的果肉尺寸更大，對果肉的破損程度就會小很多。調節閥內部結構比較簡單，具有良好的CIP/SIP 性能，能夠達到無菌衛生的要求，并且與無菌相關的維護件僅僅是隔膜，維護簡單，更加無菌安全。在中性產品的應用上，也已有成功的應用經驗。

果肉和料液混合后，進入暫存無菌罐。暫存無菌罐的上下封頭均為碟形，在下封頭處設置了磁力攪拌器，使混合好的果肉保持懸浮狀態，避免灌裝到瓶子內的果肉含量不均勻，同時磁力攪拌器無機械密封，不存在泄漏的風險。另外，暫存罐相當于灌裝機的液缸，需要提供穩定的灌裝壓力，因此暫存罐的壓力和液位的控制要穩定。

制備無菌含果肉飲料的過程中，需要關注兩點。一個是無菌產品被污染的風險，導致產品變質，因此要采用無菌可靠性高的結構；另一個是果肉顆粒在進入果肉UHT輸送至灌裝機這一段的果肉破損問題。對于一些果肉，可能會變形成絲狀物，在灌裝閥處被截留而影響灌裝。不同果肉的特性不同，因此在設備的設計制造過程中，需要考慮果肉特性，進行針對性的調整。