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5.9.5 无菌包装产品杀菌系统的产品加热器

在无菌包装系统中,产品加热器将产品加热到杀菌温度。产品杀菌系统所用的产品 加热器分两大类:直接加热器和间接加热器。

5.9.5.1 直接加热器

直接加热器是加热介质(蒸汽)和产品直接接触的加热器,分为两种:蒸汽喷射式和蒸 汽注入式。

蒸汽喷射加热器是在喷射室内将蒸汽喷射入产品中,如图5-55所示,而蒸汽注入式 加热器是在充满蒸汽的室内注入产品,如图5-56所示。这两种加热器目前仅限用于质 地均匀和黏度较低的产品。

直接加热的优点是加热非常迅速,产品感官质量的变化很小,而且大大地降低了间接 加热通常遇到的结垢和产品灼伤的问题。其缺点是:由于在产品中增加了蒸汽冷凝水使 产品的体积增大,会影响产品在保温管中的流速。这种流速的改变在制订杀菌工艺规程 时必须加以考虑。

根据生产要求,有时由蒸汽加入的水需要除去以保持产品浓度不变。关于水分的除 去将在冷却一节中讨论。先就蒸汽质量而言,直接加热所用的蒸汽必须是高质量的,而且 必须不含不凝结气体,因此必须严格控制锅炉用水添加剂的使用。

蒸汽

产品

产品和蒸汽冷凝液的混合物

图5-55 蒸汽喷射式加热器

图5-56 蒸汽注入式加热器

图5-57 板式热交换器

5.9.5.2 间接式加热器

间接式加热器是在产品和加热介质之间有物理分隔的加热器。间接加热器有三种类型: 板式热交换器、管式热交换器和括板式热交换器。

加热/冷却介质

(1)

产品

(2)

图5-58 管式热交换器

(1)三管式 (2)二管式

(1) 板式热交换器 板式换热器(图5-57) 适用于黏度较低的均质流体。在板式热交换器中, 金属板既起分隔作用又起传热面的作用。在板的一 边是流动的产品,另一边是加热介质,板与板之间有 密封垫圈,将许多块板压紧在一起便构成了一台板 式换热器。板的数量可以根据需要进行调整。

(2) 管式热交换器 管式热交换器使用两根 或三根同心套管作为传热面,如图5-58所示。在两根同心套管中,产品在中心管中流 动,而加热介质在外层管中流动。在三根同心套管中,产品在中间的管层中流动,而加热 介质在中心管和外层管中流动,加热介质和产品的流动方向相反。还有一种管式热交换 器是由外壳和盘管组成,也称之盘管式热交换器,如图5-59所示。产品在盘管内流动,而 加热介质以相反方向在壳体中流动。管式热交换器适用于低黏度和中等黏度的均质产品。

(3) 刮板式热交换器 刮板式热交换器通常用于黏稠食品。图5-60是刮板式热交 换器的示意图,是由夹套热交换管以及与夹套管同心安装的、有刮板的回转轴构成。回转 的刮板连续不断地将管壁上的产品刮下,防止了产品在管壁上的积集和烧焦。加热介质 在壁的另一边,可以是蒸汽或热水。

有些产品的杀菌系统使用了产品对产品的热交换,所采用的热交换器可以是板式或 管式。在这种系统中,热交换面的两边都是产品,不同的是一边是热的无菌的产品,而另 外一边是冷的待加热杀菌的产品。这样的热交换过程称热量回收或热量再生,可节省能 量及降低生产成本。

图5-59 盘管式热交换器

传热介质

产品

图5-60 刮板式热交换器

在设备设计、操作和控制上,应保证热量再生器中已经杀菌的产品的压力至少要比未 经杀菌的产品的压力大6.89kPa。这个压差可以保证热量再生器的传热面的任何可能的 泄漏,只能是杀过菌的产品进入未杀菌的产品。为了便于监测,应安装一只精确的压差记 录仪。压差记录仪的一只感应头必须安装在热的杀过菌的产品的出口处,另外一只感应 头安装在冷的待杀菌的产品的进口处。安装前压差仪应使用精确的标准压力表进行校 准,之后每三个月至少校准一次,或在任何需要的时候进行校准。使用产品对水的热量再 生器,同样需要安装压差仪,且须符合上述要求。

5.9.5.3 加热器加热特性比较

各类加热器的加热特性有很大的差别,图5-61是类似产品在4种不同加热器中的 加热曲线的比较。

图5-61 各类热交换器加热特性比较

从图中可以看出,直接蒸汽加热和管式热交换的升温时间最短。有些产品如牛乳或 冰淇淋对热敏感,不宜长时间加热,宜采用这种加热器杀菌。

管式热交换器具有很好的加热特性是由于管内流速很高。高速流动造成了高度湍流 的流动状态,这样不仅加快了传热速度,而且避免了食品颗粒在管壁上的沉积,保证了长 效的高传热速率。

括板式热交换器的加热和冷却曲线比较缓慢,适宜于高黏度产品和含颗粒食品的杀菌。

板式热交换器的加热曲线和冷却曲线更为缓慢,适宜于果蔬汁的加热杀菌。