瞬時殺菌在明膠生產(chǎn)中的應用研究

張仕庭

羅賽洛（溫州）明膠有限公司 浙江 溫州 325401

明膠的工業(yè)生產(chǎn)不可能在無菌情況下進行，殺菌的目的是使明膠的濾菌效果更純凈，這樣適用于食品和藥品應用。在設定時間和設定溫度下加熱明膠就可以達到這個目的。即明膠液濃縮后增加瞬時高溫滅菌的設備，將濃膠液中的細菌和孢子殺死。國內(nèi)外將微生物污染限制在1000到10000個因數(shù)。現(xiàn)在各個明膠廠都在不斷優(yōu)化滅菌工藝，下面介紹一種國外較早的明膠滅菌工藝，為我們今后明膠滅菌工藝的優(yōu)化具有參考意義。

1 應特瓦納發(fā)表的滅菌流程

明膠瞬時滅菌的原理和設備是西德應特瓦納在1966年發(fā)表的（1），以后各國都襲用這個方法，直到工1976年英國APV公司才在應特瓦納的模型基礎上不斷優(yōu)化改進，采用滅菌器與真空蒸發(fā)機相結(jié)合，將設備簡化，使造價降低操作方便。應特瓦納發(fā)表的滅菌流程示意圖如圖1所示。

膠液從濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)送到緩沖罐（1），緩沖罐的容積為可容納幾分鐘生產(chǎn)量的膠液，罐中的液位用浮球控制，當緩沖罐的液位達到要求，進料口將自動關閉。不銹鋼離心泵（2）將緩沖罐內(nèi)的膠液送入板式換熱器（3），膠液溫度從55 ℃被蒸汽加熱到75℃，再用螺桿泵將膠液壓入蒸汽注射器，并在注射器混入6-9bar飽和蒸汽，使膠液瞬間被加熱到140～142℃，加入蒸汽量由氣動調(diào)節(jié)閥（6）調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的開度是由蛇形管中的溫度傳感器（7）所控制的，保證使溫度控制在一定的范圍。蛇形管的長度為使明膠流過的時間正好為4秒鐘。因為明膠受熱溫度對滅菌是個關鍵因素，所以控溫儀往往帶有自動溫度記錄，以備查考。跟飽和蒸汽混合后的濃膠通過調(diào)節(jié)閥（8）以切線方向噴入分離器（9）中，濃膠進入分離器后劇烈沸騰汽化，同時其溫度驟降到70～80℃，基本上恢復到滅菌前的溫度，調(diào)節(jié)閥開啟程度受分離器的真空度所控制，真空度穩(wěn)定。分離器下部的濃膠用螺桿泵（10）連續(xù)抽出并送入另一臺換熱器（11），使?jié)饽z和冷卻水熱交換，溫度下降到40～50℃以便送到擠膠設備。分離器產(chǎn)生的蒸汽在冷凝器（12）中冷凝，其不凝性氣體則通過水環(huán)真空泵（13）排出。經(jīng)過這樣處理，可以得到無菌明膠，以符合感光制藥及食品工業(yè)等要求[1]。

2 改進后瞬時高溫滅菌系統(tǒng)

2.1 殺菌器的工作原理

（1）在殺菌器的進蒸汽端通入0.5MPa以上的飽和蒸汽，待殺菌的膠液從殺菌器的另一端口通入；使膠液與蒸汽在殺菌器的第一道混合器里進行混合，隨著螺桿泵連續(xù)不斷推進，膠液與蒸氣進入第二道混合器，此時在兩道混合器的作用下，膠液與蒸汽已充分混合，整體溫度可均勻達到≥138℃；在此恒定的高溫及壓力下，通過U型管道（4s以上），最后進入分離室，完成滅菌； 膠液與蒸汽能夠持續(xù)均勻通過殺菌系統(tǒng)，從而實現(xiàn)細菌的高效滅菌，提高產(chǎn)品的合格率。

（2）為保證持續(xù)平衡，進入殺菌器的膠液是采用高擠壓的螺桿泵對殺菌系統(tǒng)進行供膠，殺菌蒸汽管道安裝了自動調(diào)節(jié)閥門；為確保有效的成功殺菌，在殺菌器U型管道裝有溫度傳感器，對蒸汽調(diào)節(jié)閥門進行自控。為防止影響產(chǎn)品的質(zhì)量，同時在蒸汽管道中安裝了316L25μ的蒸汽過濾器，保證了潔凈的蒸汽質(zhì)量。

2.2 滅菌系統(tǒng)工藝流程

濃膠液從濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)持續(xù)送到濃膠罐（1），濃膠罐可以多個并聯(lián)。每個濃罐都設有液位變送器，當液位達到設定值，進料口的氣動將自動關閉。從濃膠罐出膠用螺桿泵（2）輸送，當一個罐物料走完，可以在不停產(chǎn)的情況下切換到另一個罐，保證生產(chǎn)連續(xù)性。將膠液和6-9bar飽和蒸汽混合，飽和蒸汽進口端設置一蒸汽過濾器（3），保證蒸汽清潔，膠液溫度和飽和蒸汽混合后，瞬間被加熱到140-143℃。加入飽和蒸汽量由氣動調(diào)節(jié)閥（4）調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的開度與蛇形管中的PT100（5）相關聯(lián)， 保證使溫度控制在一定的范圍。在預先設定的殺菌溫度下停留到規(guī)定時間，蛇形管的長度為使明膠流過的時間正好為4 秒鐘。殺菌時間由加熱罐的流量和料位決定。殺菌器是明膠生產(chǎn)中的關鍵控制點（CCP），必須嚴密監(jiān)測殺菌參數(shù)。如果殺菌溫度和/或殺菌時間沒有達到臨界標準，成品的微生物質(zhì)量就不能保證。跟飽和蒸汽混合后的濃膠通過調(diào)節(jié)閥（6）以切線方向噴入旋風分離器（7）中，由于壓力突然下降，濃膠進入分離器后劇烈沸騰汽化，同時其溫度驟降到45一55 ℃，基本上恢復到滅菌前的溫度， 調(diào)節(jié)閥開啟程度受分離器的真空度所控制， 真空度穩(wěn)定。形成的蒸汽作為蒸汽冷凝物被被吸入冷凝器（10）中冷凝， 其不凝性氣體（氧氣、二氧化碳和氮氣）則被水環(huán)真空泵（13）排出。冷凝水通過離心泵（14）輸送到熱水罐儲存，用于生產(chǎn)提膠用水。控制閥由分離器的料位控制，反過來分離器的料位又由計算模塊決定，這個計算模塊和分離器的流量以及需要的停留時間（殺菌時間）有關。濃膠罐的料位可以調(diào)節(jié)變頻給料泵的流量。螺桿泵（8）將明膠從分離器送到袋式過濾器（9）。這個泵由袋式過濾器的輸出壓力控制，而袋式過濾器安裝在螺旋式換熱器入口處。分離器出來的膠液再通過袋式過濾器，蒸汽溫度過高時，明膠會局部燃燒，生成不可溶的黑色或棕色斑點。袋式過濾器將這些斑點從明膠中去除。

2.3 操作工藝

①運行前須確保關閉殺菌系統(tǒng)入膠閥，放空閥，出膠閥；②開啟殺菌真空泵，冷凝器水泵，冷凝回收泵；③待真空度達≥0.085mpa，開啟蒸汽閥，調(diào)節(jié)蒸汽保溫管出口壓力在3-5bar；④達以上要求后，開啟入膠閥，出膠泵；檢測分離室液位，溫度應控制在55℃以下；⑤調(diào)節(jié)蒸汽入口閥，確保殺菌溫度在138-143℃之間；⑥使用時注意觀察蒸汽過濾器前后壓差應＜0.1mpa，不在此范圍時，應拆出清洗；⑦此殺菌配置適用于日產(chǎn)量在20t左右，可根據(jù)自身產(chǎn)量選型具體參數(shù)[2]。

3 結(jié)束語

通過在高溫滅菌系統(tǒng)儲膠罐內(nèi)設置攪拌裝置，可以實現(xiàn)在濃膠液的暫時存儲而不會凍住；同時還實現(xiàn)對出料完畢的儲膠罐自動進料，從而實現(xiàn)高溫滅菌的流水化操作，實現(xiàn)高溫滅菌的高效自動化，降低了人力成本，也同時提高了生產(chǎn)效率。另外，還可以通過蒸汽作為動力推動出料管中的料液出料，從而減少出料泵的功率，降低能耗，節(jié)省支出。