《今日原創》系列之十一｜食品殺菌技術領航食品安全和節能增效

1、 殺菌技術對食品安全的重要意義

食品工業發展至今，從食品企業生產出來的有傳統的、外來的、開發的各類食品，採用的包裝材料也是不斷推新。在食品生產過程中就涉及到食品安全問題。食品安全有兩層含義，一個是食品物料食用方面的安全，另一方面是包裝材料品相方面的安全。

在食品食用安全方面，即所謂的食品殺菌，絕大多數是通過高溫方式滅除產品中的所有細菌，從而達到商業無菌的狀態（保證產品貨架期的食用安全）。

實現食品商業無菌的狀態，這一目標看似簡單，真正要做好卻非易事。這是由於各種各樣的食品具有不同的特性，在進行高溫殺菌時對包裝形式、包裝材料、傳熱特點、加熱方式、設備結構等都有著不同的要求。

例如八寶粥類產品，由於產品在殺菌過程中為了產品的c，需要在高溫狀態下停留較長的時間，當糊化工藝完成後產品中的細菌被殺滅的程度也已經完全超出了食品殺菌所需要的時間，其產品的安全性完全可以得到保證。

例如火腿腸產品，在制訂殺菌工藝時需要在滿足商業無菌要求的前提下同時要考慮到褐變、彈性、口感、......等一系列理化指標，要對升溫時間、殺菌時間、殺菌溫度、降溫速度、反壓壓力等殺菌工藝過程參數進行精準控制，才能夠獲得穩定的產品質量。

在這裡我們難以將各類產品都一一列出，從食品的種類方面來講有液態、固態、膏狀、肉類、植物蛋白類飲料、乳品、果蔬、水產品、......。上述每一種產品都有自己的特點，對應著這些特點，須有相應的殺菌技術，這些技術反映在殺菌設備的升溫速度、熱分佈的均勻度、壓力的控制精度、各個殺菌階段（升溫、保溫、降溫）的溫度──壓力控制模式、產品中心溫度的測量技術、......這些技術都關係到食品的安全 。

各種食品種類在殺菌時都有各自的殺菌工藝要求，再加之這些食品會隨著市場的要求採用不同種類的包裝材料，例如馬口鐵三片罐、鋁合金兩片罐、鋁箔盒、塑料杯、塑料盒、耐高溫蒸煮袋、充氣鋁箔袋、玻璃瓶等，這樣將會派生出種類繁多的產品種類來，殺菌過程中既要保證產品衛生方面安全性的要求，又要滿足保證在殺菌過程中包裝材料的無損傷就需要殺菌設備在結構設計、流程設計等諸多方面滿足相應的要求。

例如針對熱分佈的要求，一些產品，如充氣的自立袋在殺菌過程中的升溫階段都會設置一段或是兩段的保溫過程（還有一些兩片罐的殺菌工藝中也會採用這樣的工藝設置），實際情況是這些保溫階段並不是必須的，而是因為在升溫的過程中難以做到使殺菌釜內所有的產品都在一個較小的溫度範圍內進行同步的升溫，而所有的產品都處於同一個容器內，即只有一個壓力，保溫的目的也就是暫時停止升溫，等待溫度滯后的產品溫度提升起來之後再繼續升溫，這樣也就保證了殺菌釜內所有的產品的包裝材料所受到的內外壓差基本相同，進而做到在保證包裝材料安全性的前提下達到產品殺菌安全性的要求。

對於食品的殺菌，既要滿足殺菌的徹底性要求，又要保證在殺菌過程中包裝材料的完好性的指標，這些就是對殺菌釜在設計過程中所提出技術要求的依據，也是食品安全的要求在殺菌技術中的具體體現。

通過前面我們對食品安全方面的分析，我們可以得到這樣的結論：要獲得最佳的殺菌效果，就須根據具體的產品進行具體的分析：產品物料的特性、包裝材料的特性、產品的產量、保質期的要求......等一系列的參數指標，來設計出最佳的殺菌工藝和殺菌設備。畢竟在殺菌之前的所有工序都是在提高產品的品質，而所有的高溫殺菌處理都是對產品品質的一個降低的過程。我們的目的、也是我們的優勢就在於可以把這種降低做到最小。

2、 現代高溫殺菌技術的發展進程

食品殺菌技術的發展，是伴隨著包裝材料的進步而前進的。最早的高溫殺菌產品是採用馬口鐵加以包裝的，所以最初的殺菌釜就是採用蒸汽在密閉的容器中直接對包裝在馬口鐵罐頭中的食品進行高溫殺菌。由於馬口鐵罐頭這種包裝材料自身有相當的剛性和強度，也就是說可以承受一定的壓差，所以在殺菌過程中的升溫、保溫、降溫等階段不需要對殺菌釜內的反壓進行嚴格的設置。至今美國的FDA規程在涉及到高溫殺菌設備時僅僅只對最傳統的蒸汽式殺菌釜有所規定的原因。

隨著科技的進步，新材料、新包裝層出不窮，伴隨著這些技術的發展，與之相適應的殺菌技術和殺菌設備也在同步地前進。

例如有了高溫蒸煮袋之後，就需要在殺菌釜內建立起相應的反壓壓力以防止高溫蒸煮袋的爆裂，這樣蒸汽式殺菌釜就不能適應了，隨之就出現了水浴式的殺菌方式，利用高溫熱水來作為傳熱介質，殺菌釜內的壓力高於水的汽化壓力，從而獲得了很好的殺菌效果。

再後來，PE瓶、玻璃瓶、耐高溫鋁箔袋、鋁箔盒、兩片罐、耐高溫塑料杯、PVDC腸衣、......相繼出現，與之相適應的測噴淋式、上噴淋式、氣汽混合熱風式、氣汽混合噴霧式…等結構形式的殺菌釜也就同步湧現。總之，殺菌釜技術的進步是與食品殺菌工藝和包裝材料的發展密切相關的。

全新模式的連續式殺菌釜：連續式多塔靜水壓式殺菌釜

連續多塔靜水壓式殺菌裝置，是在高塔式靜水壓殺菌裝置的基礎演變而來的，其最大的特點，就是可以使產品在灌裝（或是包裝）完成後在較為短暫的時間內進入殺菌釜內進行升溫、殺菌，這就為生產效率的提升、產品質量的改進、生產環境的優化極為有利的條件。下面就對連續多塔靜水壓式殺菌裝置與大家一起進行較為詳細的探討。

先談一下連續高塔式殺菌釜

是利用靜水壓的原理，把產品進出殺菌艙的通道用水加註滿后將具有壓力的氣體通道加以密封，這樣就可以既保持殺菌艙內的壓力，還可以使產品順暢地通過，如圖所示原理（U形管原理）。由圖中可以看出，殺菌艙內的壓力數值是取決於水柱的高度的。連續多塔靜水壓式殺菌裝置則是在連續高塔式靜水壓裝置的基礎上，將一個高塔分為幾段，也就是將多個U形管串聯，使其每個U形管的壓力疊加，最終在殺菌艙體內獲得所需要的較高壓力。連續多塔靜水壓式殺菌裝置所殺菌的產品是盛裝在固定於兩條具有一定間隔距離的鏈條之間的小管狀籠筐內的。這個小的管狀籠筐的結構是根據被殺菌產品的特性而設計的（包裝材料特性、包裝形狀、包裝規格、產品物料、產品殺菌工藝要求等），不同的產品、不同的規格、不同的包裝材料、不同的殺菌工藝要求，都會有相對應的小籠筐結構。

在連續多塔靜水壓式殺菌釜中，產品盛裝在固定於兩條具有一定間隔距離的環形鏈條之間的小管狀籠框內連續不斷地依次經過殺菌釜內的所有工藝段（升溫、保溫、降溫），從而完成一個完整的殺菌工藝過程，這是與普通殺菌釜所不同的最關鍵一點。普通殺菌釜是在一個固定的容器內按所需工序的時間先後順序來完成一個完整的殺菌工藝的各個工序過程。正是這一點的不同，連續式多塔靜水壓式殺菌釜的先進性才被充分地體現了出來。

升溫、保溫、降溫等工藝區段是固定的，這樣在控制方面來說就可以把各個工藝區段的參數設置、調整控制的非常精準、平穩；

每個被殺菌產品都會按同一個速度經過所有的工藝區段，所以幾乎不存在普通殺菌釜所具有的熱分佈不均衡的問題；

後段產品降溫所回收的熱量可以用在前段產品升溫；

所有的產品在包裝后可以在很短的時間內以同樣的等待時間進入殺菌釜，更有利於產品質量的穩定和一致。

3、 節能增效技術在高溫殺菌方面的創新

在食品企業的生產活動中，高溫殺菌工序所消耗掉的能源佔據相當大的比例。在現有市場上存量的殺菌釜中，節能增效技術應用的是比較有限的，即使有一些節能方面應用，也是僅限於較大規模的食品企業採取一些效果有限的方式。每個食品生產企業能源消耗方面具體的數據在這裡難以準確地統計出來，但是如果採用節能技術，高溫殺菌工序這部分能源節省20~40%應該是可以做到的。

下面我們就來討論一下節能增效技術應用到高溫殺菌工藝中的途徑。

可從以下方面來將節能增效技術應用到高溫殺菌工藝中：

將高溫殺菌產品在殺菌結束后回收所攜帶的熱量用於產品升溫階段，使產品在使用蒸汽升溫前的溫度得以提高。這樣的模式非常適合殺菌前溫度較低的肉製品殺菌設備，且節能效果非常明顯；

將回收的熱量用於產品原料的前處理工序，這樣的模式適用於殺菌前溫度較高的產品，如飲料等；

將回收的熱量用於其它場合，例如保溫庫、暖氣、鍋爐、衛生等。

先探討一下對現有普通殺菌釜進行節能增效的途徑，這是一台普通雙罐水浴式殺菌釜的流程圖，和在此基礎上增加了一個溫水儲罐的流程圖。

普通的殺菌釜在產品殺菌結束后，僅僅是將循環熱水儲存在熱水罐內，處於高溫狀態下的產品和罐體、管道所攜帶的熱量卻隨冷卻水丟失掉了。

為了回收、利用產品在高溫殺菌后所攜帶的熱量，僅僅是增加一個儲存溫水的常壓管，就可以將這部分熱能回收儲存起來。當殺菌結束后，仍然是將殺菌循環熱水送回到高溫熱水儲罐內。然後再利用溫水儲罐內的溫水來對殺菌釜內的產品和罐體進行初步的降溫，再將這部分熱水送回到溫水儲罐內。

最後再進冷卻水進行冷卻。在進冷卻水之前，產品和殺菌釜罐體的溫度已經下降了許多（具體的數值由產品殺菌前溫度、殺菌溫度決定）。

在下一次的殺菌時，首先將溫水儲罐內的溫水送入殺菌釜內，將回收的產品殺菌預熱釋放給待殺菌的產品。這一過程中，產品的溫度越低，餘熱的利用率就越高。

開啟循環泵使溫水充分地與產品進行熱交換，使熱水所攜帶的熱量盡量多地傳遞給產品和罐體。產品開始殺菌前的溫度越低，傳遞的熱量就越多。

對於其它類型殺菌釜的節能方式也是這樣的模式。

對於連續式多塔靜水壓式殺菌釜，其節能增效技術的應用效果更是非常顯著。

在連續式多塔靜水壓式殺菌釜中，產品是連續不斷地進入和輸出的，

在冷卻側，循環水的溫度被產品給加熱了，將溫度升高的水送到加熱側的對應段，熱水所攜帶的熱量釋放給了需要加熱的產品，之後溫度降低了的水再回到降溫段，這一過程是分不同的溫度區段進行的，所以熱量回收效率很高。

作者簡介：邵濰淮 出生於1959年6月

工作經歷

1982年畢業後分配到洛陽市煤礦機械廠，任洛陽市煤礦機械廠任技術科長；

1991年到洛陽市春都集團技術中心，任技術中心副主任，負責設備和生產管理；

2002年到溫州市龍強機械有限公司；

2006年到溫州天宇機械有限公司；

2014年底到上海沛愉機械有限公司，

2016年在山東鼎泰盛食品工業裝備有限公司至今。

主要工作成績

主持設計西安國萃大豆肽飲料（600罐/分鐘）生產線；

主持設計愛之味飲料（600罐/分鐘）生產線；

主持設計成都銀鷺八寶粥（1200罐/分鐘）生產線；

主持規劃、設計無錫魅力廚房新米粥（320袋/分鐘）生產線；

參與編寫《包裝機械產品選用手冊》（2010年）；

參與編寫《罐頭工業手冊》（2016年）；

撰寫論文《試論食品殺菌的工藝與裝備》發表於《包裝與食品機械》2010年第3期上；

撰寫論文《創新設計的多用途全自動連續式殺菌釜》發表於《包裝與食品機械》2010年第4期上；

參與編寫《食品殺菌釜》JB/T11373-2013；

《連續殺菌釜》發明專利（ZL 2010 1 0224121.6）的主持人；

其它有關殺菌釜方面的專利12項。

獲得榮譽

罐頭工業協會專家委員會委員（2014年）；

（中國）肉類加工機械專家委員會委員（2015年）；

機械工業食品機械標準化技術委員會委員（2015年）；

溫州市《自然科學優秀論文獎》（2011年）；

溫州市《科學技術進步》一等獎（2012年）