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通過(guò)對(duì)工藝要求明顯高于金屬罐的充惰性氣體鋁箔袋包裝產(chǎn)品的殺菌工藝的分析（因?yàn)槌涠栊詺怏w鋁箔袋在殺菌過(guò)程中對(duì)壓力、溫度的變化尤為敏感）及殺菌設(shè)備的選型，淺述了四種結(jié)構(gòu)形式殺菌釜（蒸汽式、側(cè)噴淋式、上噴淋式、水浴式）的優(yōu)點(diǎn)與不足，繼而詳細(xì)介紹了一種具有專(zhuān)利技術(shù)的全新結(jié)構(gòu)形式的多用殺菌釜——可以涵蓋現(xiàn)有各種殺菌釜（除回轉(zhuǎn)以外）的所有功能，同時(shí)又避免了現(xiàn)有各類(lèi)殺菌釜的不足之處，對(duì)食品企業(yè)殺菌工序效率和效益的提高將起到很大的作用。 食品殺菌的主要目的是延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，主要方式是通過(guò)殺菌釜來(lái)進(jìn)行，到目前為止在食品企業(yè)存量的殺菌釜仍然是采用批次式模式進(jìn)行殺菌，即在產(chǎn)品包裝環(huán)節(jié)生產(chǎn)出一定數(shù)量的產(chǎn)品之后再一起被送入殺菌釜內(nèi)進(jìn)行殺菌操作。 在一家食品企業(yè)，是技術(shù)、營(yíng)銷(xiāo)在引導(dǎo)與決定著工藝和裝備。做什么樣的食品，采用哪一種形式的包裝，就要有對(duì)應(yīng)的制作工藝與裝備。在食品的加工過(guò)程當(dāng)中，殺菌設(shè)備往往處于關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)代化的食品加工過(guò)程中，食品殺菌工序往往還承載著食品的熟化、調(diào)理、成型等功能。所以在確定食品生產(chǎn)工藝時(shí)，要根據(jù)所生產(chǎn)的食品特性、準(zhǔn)備選取的包裝形式來(lái)確定殺菌裝備的具體結(jié)構(gòu)形式。下面我們從不同的角度來(lái)分析怎樣才能獲得各種包裝形式的食品與不同結(jié)構(gòu)殺菌設(shè)備之間的最佳匹配狀態(tài)，主要是關(guān)注產(chǎn)品在殺菌過(guò)程中的熱分布及熱穿透的均勻性。 食品殺菌綜述 由于市場(chǎng)的多元化和消費(fèi)層次的不同，同樣的一種食品，會(huì)有不同的包裝材料和包裝形式，為了獲得最大的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益，就要有對(duì)應(yīng)的殺菌設(shè)備。下面我們就對(duì)紅薯深加工制品的殺菌工藝及所需用的殺菌設(shè)備加以討論，以期對(duì)產(chǎn)品、工藝、裝備之間的關(guān)系獲得更深層次的理解。 當(dāng)面向高層次消費(fèi)時(shí)，可對(duì)普通的紅薯進(jìn)行深加工以提升附加值，其制品多采用彩印充惰性氣體的鋁箔袋包裝，導(dǎo)致食品本身的外形和質(zhì)地、食品的色香味等感官指標(biāo)、包裝材料的質(zhì)地和外觀等因素都對(duì)殺菌工藝和裝備提出了相當(dāng)苛刻的要求。我們可以通過(guò)下面的示意圖（圖1、圖2）來(lái)說(shuō)明整個(gè)殺菌過(guò)程中各種參數(shù)的變化，以及引起這些參數(shù)變化的各種原因，據(jù)此便可以找出所具有普遍性的規(guī)律，從而指導(dǎo)我們所從事的殺菌工藝的實(shí)踐活動(dòng)。 
圖1 鋁箔包裝袋示意圖 
圖2 精美的彩印鋁箔袋被制作成自立袋形式，擺在貨架上，具有相當(dāng)好的觀賞性。圖為被殺菌后的鋁箔袋包裝產(chǎn)品。 影響食品殺菌的因素 在殺菌過(guò)程中，要求溫度快速升高，以使被加熱殺菌產(chǎn)品處于較高溫度梯度的傳熱過(guò)程中，讓被殺菌產(chǎn)品的中心部位快速達(dá)到所要求的殺菌溫度，從而縮短整體的殺菌時(shí)間。充氣包裝的食品在升溫過(guò)程中，由于食品包裝袋內(nèi)的傳熱過(guò)程是包裝袋外面的熱量先傳遞給袋內(nèi)的惰性氣體，惰性氣體再將熱量傳遞給袋內(nèi)的食品，導(dǎo)致袋內(nèi)的溫度在升溫階段始終低于袋外的溫度。此外，又因?yàn)殇X箔袋內(nèi)充有惰性氣體，且食品含有許多水分，使得加熱殺菌過(guò)程中袋內(nèi)的空間被氣體和蒸汽所充斥，而氣體傳熱特性和食品又不一樣，這些都是影響食品殺菌的因素。 對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)有如下方程式所描述的性質(zhì)。 (P1*V1)/T1＝(P2*V2)/T2＝常數(shù)（定值） 在初始為1的狀態(tài)下，氣體的壓力為P1、溫度為T(mén)1、體積為V1。當(dāng)殺菌罐內(nèi)的環(huán)境變化到2的狀態(tài)后，溫度由T1升高到T2，要求包裝袋的容積不能有變化（如果包裝袋的容積變化了就會(huì)改變鋁箔袋的形狀），即V2＝V1，那么就一定要使P2＞P1。由于殺菌罐內(nèi)溫度是逐漸升高的，則殺菌罐內(nèi)的壓力也要隨之逐漸地對(duì)應(yīng)升高，才可抵消因溫度升高而引起的袋內(nèi)壓力的變化ΔP，即P2- P1。 另一方面，所有的食品都含有一定水分，鋁箔袋內(nèi)的溫度升高后，空氣中的蒸汽含量也會(huì)相應(yīng)升高，蒸汽遇到溫度較低的產(chǎn)品后由于相變所釋放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣所傳遞的熱量，所以如何促使鋁箔袋內(nèi)壁上的水分蒸發(fā)并在溫度較低的產(chǎn)品上再冷凝從而達(dá)到快速傳遞熱量的目的，這在對(duì)鋁箔袋包裝的產(chǎn)品選取殺菌設(shè)備時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，對(duì)于這一點(diǎn)通過(guò)后面的分析可以清晰的加以表明。 在殺菌罐內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值后，由于被殺菌產(chǎn)品具有一定的大小，產(chǎn)品中心部位的溫度升高要滯后一定的時(shí)間，加之鋁箔袋內(nèi)有大量空氣，傳熱的速度相對(duì)遲緩，所以袋內(nèi)食品的溫度會(huì)緩慢地接近殺菌罐內(nèi)的溫度，這也就是我們?cè)谥贫⒕に囍械谋貢r(shí)間時(shí)所要考慮的首要因素。提高被殺菌食品在殺菌過(guò)程當(dāng)中的傳熱速度，對(duì)于縮短保溫時(shí)間、提高生產(chǎn)效率和殺菌質(zhì)量具有關(guān)鍵的作用。 四種常用殺菌方式分析 
圖3 四種殺菌方式示意圖 對(duì)于鋁箔袋包裝的產(chǎn)品，就現(xiàn)有的殺菌設(shè)備而言，我們有圖3中所列出的四種殺菌方式可以選擇。下面就這四種殺菌方式來(lái)加以分析，看看各種殺菌釜的優(yōu)勢(shì)與不足。 上淋水殺菌方式由于循環(huán)水是從最上面一層淋下來(lái)的，但鋁箔袋在殺菌時(shí)為防止高溫時(shí)的變形，必須是平整地?cái)[放在籠盤(pán)內(nèi)（見(jiàn)圖4），所以從第二層起被殺菌的產(chǎn)品就無(wú)法均勻獲得噴淋下來(lái)的循環(huán)水，也就無(wú)法被均勻的加熱，僅這一點(diǎn)來(lái)看上噴淋方式并不適合充氣鋁箔袋產(chǎn)品。 
圖4 上淋水式殺菌工作狀態(tài)及結(jié)構(gòu)示意圖 蒸汽殺菌方式由于鋁箔袋內(nèi)充有惰性氣體，空氣受熱要膨脹，到高溫時(shí)如要保持鋁箔袋不變形，就必須提高鋁箔袋外部的壓力以平衡鋁箔袋內(nèi)的壓力，從而使袋內(nèi)氣體的體積不增加。由于在飽和蒸汽的狀態(tài)下，蒸汽的溫度與其壓力有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在采用蒸汽殺菌時(shí)如果要在某一溫度下增加殺菌釜內(nèi)的壓力，其方式只能是向殺菌罐內(nèi)充入壓縮空氣，其結(jié)果是殺菌釜內(nèi)將不再是飽和蒸汽的環(huán)境，致使殺菌罐內(nèi)溫度分布嚴(yán)重不均勻，這對(duì)充氣包裝的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是絕對(duì)不可的——原因在于溫度稍有不均勻就會(huì)導(dǎo)致鋁箔袋內(nèi)的氣體膨脹率不同，但所有的產(chǎn)品都是置于同一個(gè)殺菌罐內(nèi)，意味著罐內(nèi)各處的壓力是相同的，最終導(dǎo)致鋁箔袋脹癟不一。 
圖5 蒸汽殺菌狀態(tài)示意圖 為什么蒸汽殺菌時(shí)殺菌罐內(nèi)在一般的情況下不能通入空氣呢？要說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，就要首先了解蒸汽的性質(zhì)。當(dāng)蒸汽遇到比自己溫度低的物體時(shí)，就會(huì)冷凝成水并釋放出大量的熱量（1克蒸汽在發(fā)生相變冷凝成水時(shí)所釋放出的熱量可使50克水的溫度升高約10℃），同時(shí)冷凝水所占據(jù)的體積還不足蒸汽所占體積的1/1000。如果蒸汽中還混合有5%的空氣，則空氣就會(huì)在籠筐中心部位氣體流動(dòng)性差的地方積聚成團(tuán)，使局部的氣體中蒸汽的含量逐步下降，從而導(dǎo)致此處被殺菌產(chǎn)品所接受的熱量明顯少于別處，最終導(dǎo)致殺菌罐內(nèi)被殺菌產(chǎn)品溫度分布不均勻、產(chǎn)品加熱不一的不良后果。當(dāng)然，如果一定要用蒸汽混合空氣的方式來(lái)進(jìn)行反壓殺菌的話(huà)，則必須解決殺菌罐內(nèi)空氣流動(dòng)性差的問(wèn)題，例如采取在殺菌罐內(nèi)加裝風(fēng)扇等措施。 另外值得注意的一點(diǎn)是，工廠中從熱源處通過(guò)管道所供應(yīng)的蒸汽壓力都是比較高的,一般在0.4～0.7MPa,對(duì)應(yīng)于這樣壓力的蒸汽，溫度在150～170℃之間，無(wú)論是經(jīng)過(guò)減壓閥還是其它控制閥門(mén)進(jìn)入殺菌釜的蒸汽都是過(guò)熱蒸汽。這樣高溫度的蒸汽在變?yōu)樗鶎?duì)應(yīng)溫度的飽和蒸汽前，如果遇到包裝材料，就會(huì)使包裝材料的局部（例如包裝袋的邊緣）溫度超過(guò)耐受極限，加上塑料材料的熱傳導(dǎo)性比較差將導(dǎo)致問(wèn)題變得更加嚴(yán)重，這也就是為什么塑料制品的包裝材料不宜使用蒸汽殺菌的原因之一。 側(cè)噴淋殺菌方式就現(xiàn)狀而言，這種結(jié)構(gòu)形式的殺菌釜是專(zhuān)門(mén)為充氣包裝的產(chǎn)品所開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其加熱方式是從側(cè)面噴淋出循環(huán)水對(duì)被殺菌產(chǎn)品進(jìn)行加熱或冷卻。由于所有循環(huán)水幾乎都是同時(shí)噴淋出來(lái)的，所以各處產(chǎn)品所獲得的溫度也相同，基本上可以不考慮溫度分布不均勻的問(wèn)題。在側(cè)噴淋殺菌釜的工作過(guò)程當(dāng)中，罐內(nèi)的循環(huán)水和產(chǎn)品所占據(jù)的容積還不足50%，大部分空間是氣體，所以殺菌罐內(nèi)的壓力調(diào)整就很容易，換言之殺菌罐內(nèi)的壓力可以按設(shè)置要求精確控制，這對(duì)充氣的鋁箔袋來(lái)講是十分有利的。 
圖6 側(cè)噴淋殺菌狀態(tài)示意圖 
圖7 側(cè)噴淋殺菌釜工作時(shí)的狀態(tài) 但是，通過(guò)圖1、圖6、圖7所示意的側(cè)噴淋式殺菌工況可以看到，循環(huán)水只是從產(chǎn)品一側(cè)的上面噴淋向產(chǎn)品，而產(chǎn)品的另一側(cè)及下面則無(wú)法接觸循環(huán)水獲得傳熱，且鋁箔袋內(nèi)的產(chǎn)品又都是堆積在下面，殺菌罐內(nèi)整體的溫度分布雖然均勻，但熱傳遞的效果卻難以提高，這是側(cè)噴淋殺菌釜難以克服的不足之處。 全水式殺菌釜方式 舉個(gè)最通俗不過(guò)的例子，我們買(mǎi)回兩袋速凍水餃，同時(shí)用兩種方式對(duì)其進(jìn)行加熱：一種是等開(kāi)了鍋以后放在籠屜上蒸，另一種是等水沸騰后放在鍋里煮，哪一袋先熟不言而喻。所以從傳熱效果來(lái)講，采用全水式加熱對(duì)產(chǎn)品的殺菌效果是最好的。 由于水在比重上往往大于被殺菌食品，加之鋁箔袋內(nèi)充滿(mǎn)惰性氣體，所以產(chǎn)品在殺菌過(guò)程中始終處于漂浮狀態(tài)，產(chǎn)品的層疊擺放影響到循環(huán)水的流動(dòng)性，繼而又影響到熱分布的均勻性。 
圖8 全水殺菌釜工作狀態(tài)示意圖 另一方面，眾所周知，水在從一處流動(dòng)到另一處的過(guò)程中，總是首先流經(jīng)阻力最小的通道。在裝滿(mǎn)產(chǎn)品的籠筐放置在殺菌釜內(nèi)以后，由于裝載著被殺菌產(chǎn)品的籠筐與殺菌釜四周之間的縫隙總是大于產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的縫隙，所以大部分的水流在殺菌過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有流經(jīng)被殺菌產(chǎn)品。這雖然在熱量上沒(méi)有損耗，卻極大地降低了傳熱的效率，此時(shí)若要提高殺菌效果，只有加大循環(huán)水泵的流量，即加大循環(huán)水在殺菌罐內(nèi)的流速，使流經(jīng)被殺菌產(chǎn)品處的水流按比例也同時(shí)增加一些。由于循環(huán)水泵在殺菌釜工作期間一直處于工作狀態(tài)，這無(wú)形中也損失了大量電能。 在殺菌過(guò)程中，因全水式殺菌釜內(nèi)循環(huán)水的水面一定要漫過(guò)被殺菌的食品，致使籠盤(pán)最下層的產(chǎn)品所受到的壓強(qiáng)要比最上層的產(chǎn)品大，對(duì)于較大規(guī)格的殺菌釜而言，僅僅是這樣的水位差所產(chǎn)生的壓強(qiáng)就足以使被殺菌的鋁箔袋包裝產(chǎn)生變形。同時(shí)，由于殺菌釜內(nèi)95%的空間都被產(chǎn)品和水所占據(jù)，所以全水式殺菌釜在殺菌過(guò)程中對(duì)反壓壓力的控制就顯得波動(dòng)比較大，其控制精度遠(yuǎn)遜于上噴淋與側(cè)噴淋。 。
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