CN102283418B - 液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法及装置，属于液体食品的加工领域。将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，达到灭菌要求的压力和保压时间后，液体卸压并被喷入中间储罐中。原料储罐通过管路与高压泵、超高压容器、喷头顺序连接。优点是实现了超高冷等静压灭菌的连续工作，降低设备价格的同时提高了设备的生产能力。

Description

液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法及装置

技术领域

本发明属于液体食品的加工方法及装置。

背景技术

液体食品包括瓜果汁及瓜果汁饮料、蔬菜汁及蔬菜汁饮料、液体奶及含奶饮料、功能饮料、运动饮料、茶饮料等。这种产品通常灌装在瓶、袋或盒中，作为预包装食品出售。通常，瓶使用塑料、玻璃或金属箔材制成，袋和盒则使用塑料、金属箔材或纸等制成。

为保证食品在运输和销售过程中不发生腐败、变质等现象，液体食品在出厂前需要经过灭菌处理，以保证一定的货架期，也称之为保质期。

目前，这种食品的灭菌有两种方式，分别为热灭菌和冷灭菌。

热灭菌的基本工作原理是，把液体食品加热到指定温度，并在此温度保持一定时间，即保温时间。热灭菌方法有多种，如巴氏灭菌法、超高温瞬时灭菌法等等。不同食品使用不同灭菌方法时要求的温度和保温时间不同。

由于热灭菌要对食品进行加热，因此在灭菌的同时会产生“熟”味，引起风味成分的损失和或某些营养成分的变性而失去营养价值。

冷灭菌是利用某种物理作用在室温条件下实现灭菌的，不需要加热，因此不存在热灭菌因加热而产生的问题。冷灭菌也有多种方式，如辐射灭菌、臭氧灭菌、高压脉冲电场灭菌、高压射流灭菌。目前使用最多的是超高冷等静压灭菌，简称为超高压灭菌。

超高压灭菌是使食品经受一定的压力，称之为工作压力，工作压力通常为300MPa－600MPa，并在该压力保持一定时间，称之为保压时间，保压时间通常为5－20min，从而达到使食品中微生物灭活的目的。超高压灭菌的最主要的工作参数就是工作压力和保压时间，这两个工作参数的具体数值需要按照食品的种类及其成分组成、pH值等，以及食品中所含微生物的种类、数量等确定。超高压冷灭菌已经在全世界广泛使用，超高压灭菌设备的年销售量已经达到30亿美元。

目前，超高压灭菌的操作过程为：把食品原料包装在柔性包装，例如，塑料袋、塑料瓶内。把包装好的食品置于高压容器内，密封高压容器并使用高压泵泵入传压介质，使高压容器内的压力达到满足灭菌要求的工作压力，并在该压力保持所需的保压时间，达到保压时间后卸压，然后打开高压容器取出食品。再次放入需要灭菌的食品，重复上述过程。使用的传压介质有乳化水、矿物油或水。

也就是说，目前的超高压灭菌为批量操作方式。超高压设备的工作分为加压、保压和卸压三个阶段。除这些必要的工作时间外，还需要装入和取出食品的辅助工作时间。

高压容器的容积决定了其可以盛放的食品数量，与各工作阶段需要的时间一起决定了设备的生产率。要提高设备生产率，可以采用加大高压容器的容积、减少升压和卸压时间等必要工作时间，以及减少在高压容器内装入和取出食品的辅助工作时间这些途径。

加大高压容器会提高制造难度和设备重量，因而会提高设备价格；

减少升压时间，则要求提高高压泵的输出流量，也会增加设备制造难度，提高设备价格；

减少辅助工作时间则实现要求快速启闭高压容器，不仅会提高高压容器的制造难度，而且会提高使用难度，其结果也会提高设备价格。

发明内容

本发明提供一种液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法及装置，以解决目前超高压灭菌采取批量操作方式存在的效率低、设备复杂的问题。

本发明采取的技术方案是采用下列步骤：

（1）、将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；

（2）、通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，该高压容器的容积是：高压容器的容积=高压泵的输出流量×保压时间，保压时间为5－20min；

（3）、高压容器充满液体原料并达到灭菌要求的工作压力，工作压力为300MPa－600MPa，达到工作压力后开启喷头，液体卸压并被喷入中间储罐中，高压泵的输出流量与喷头的喷出流量一致，以使压力稳定在要求的工作压力。

本发明中高压泵的输出流量为0.5L/min~30 L/min。

本发明中高压容器的压力达到设定的安全压力后，停止高压泵的工作，直到高压容器的压力降至低于设定的安全压力后再启动。

本发明中高压容器的压力低于设定的工作压力后，关闭喷头，停止液体原料的喷出，直到压力达到设定的工作压力后再开启。

液体食品包括瓜果汁和瓜果汁饮料、蔬菜汁和蔬菜汁饮料、液态奶和含奶饮料、功能饮料、运动饮料、茶饮料。

 本发明液体食品的超高冷等静压连续灭菌装置是：

    原料储罐通过管路与高压泵连接，该高压泵通过管路与超高压容器连接，该超高压容器通过管路与喷头连接，该喷头位于中间储罐。

其中的高压泵由增压器和低压源连接构成，增压器的缸体内部滑动连接大活塞，小活塞一和小活塞二，大活塞和小活塞一和小活塞二连接成为一个整体，单向阀一、单向阀三两端分别与原料储罐和高压泵的两个小活塞腔体连接，单向阀二、单向阀四两端分别与高压泵的两个小活塞腔体和超高压容器连接。

其中的低压源由低压泵和换向阀及其管道组成。

本发明的有益效果

1．本发明把液体食品作为传压介质使用，并使用喷头完成卸压，从而实现了超高压灭菌的连续工作，提高了生产率。

2．本发明的超高压容器也是连续工作方式，其容积是按照高压泵的流量和保压时间的要求确定的，在设备生产率相同时可极大地减小高压容器的容积，降低设备价格的同时提高设备生产率；

3．本发明没有辅助工作时间，提高了设备的利用率，也就是提高了设备的生产能力。

4．本发明的装置不再需要在超高压灭菌前把食品灌装在容器内，也就不要求食品容器为柔性材料，因此可以使用玻璃瓶、易拉罐等硬质包装容器；由于食品容器不再需要浸泡在传压介质中，因此可以使用外表面不作防水、防油等处理的纸质包装容器。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1

包括下列步骤：

（1）、将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；

（2）、通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，该高压容器的容积是2.5L：高压容器的容积=高压泵的输出流量×保压时间，保压时间为5min；

（3）、高压容器充满液体原料并达到灭菌要求的工作压力，工作压力为300MPa，达到工作压力后开启喷头，液体卸压并被喷入中间储罐中，高压泵的输出流量与喷头的喷出流量一致，以使压力稳定在要求的工作压力；

本发明中高压泵的输出流量为0.5L/min。

实施例2

（1）、将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；

（2）、通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，该高压容器的容积是180L：高压容器的容积=高压泵的输出流量×保压时间，保压时间为12min；

（3）、高压容器充满液体原料并达到灭菌要求的工作压力，工作压力为450MPa，达到工作压力后开启喷头，液体卸压并被喷入中间储罐中，高压泵的输出流量与喷头的喷出流量一致，以使压力稳定在要求的工作压力。

本发明中高压泵的输出流量为15L/min。

实施例3

（1）、将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；

（2）、通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，该高压容器的容积是600L，高压容器的容积=高压泵的输出流量×保压时间，保压时间为20min；

（3）、高压容器充满液体原料并达到灭菌要求的工作压力，工作压力为600MPa，达到工作压力后开启喷头，液体卸压并被喷入中间储罐中，高压泵的输出流量与喷头的喷出流量一致，以使压力稳定在要求的工作压力。

本发明中高压泵的输出流量为30 L/min。

本发明中高压容器的压力达到设定的安全压力后，停止高压泵的工作，直到高压容器的压力降至低于设定的安全压力后再启动。

本发明中高压容器的压力低于设定的工作压力后，关闭喷头，停止液体原料的喷出，直到压力达到设定的工作压力后再开启。

液体食品包括瓜果汁和瓜果汁饮料、蔬菜汁和蔬菜汁饮料、液态奶和含奶饮料、功能饮料、运动饮料、茶饮料。

    本发明液体食品的超高冷等静压连续灭菌装置是：

    原料储罐1通过管路与高压泵连接，该高压泵通过管路与超高压容器9连接，该超高压容器通过管路与喷头10连接，该喷头位于中间储罐11；

其中的高压泵由增压器2和低压源连接构成，增压器2的缸体内部滑动连接大活塞3，小活塞一4和小活塞二4’，大活塞3和小活塞一4和小活塞二4’连接成为一个整体，单向阀一5、单向阀三5’两端分别与原料储罐1和高压泵的两个小活塞腔体连接，单向阀二6、单向阀四6’ 两端分别与高压泵的两个小活塞腔体和超高压容器连接；

其中的低压源由低压泵8和换向阀7及其管道组成。

其工作过程如下：

经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐1中。为保证该装置的正常运行，液体食品原料中不得含有任何固体颗粒。

由低压泵8输出的低压液体，通常为液压油，通过换向阀7推动增压器的大活塞3向增压器缸体的右端移动，和大活塞连接在一起的小活塞一4和小活塞二4’则随大活塞3一起移动。于是单向阀一5打开，单向阀二6受高压容器内液体压力作用被关闭，小活塞一4缸体空腔中吸入液体食品原料。与此同时，由于小活塞二4’缸体空腔中的液体原料被压缩而压力升高，单向阀三5’关闭，压力升高到大于高压容器9的压力时单向阀四6’打开，高压液体通过管道进入高压容器9。

大活塞3移动到右端极限位置时，换向阀7动作，低压源8输出的低压液体推动大活塞3及与其连接的小活塞一4和小活塞二4’向缸体的左端移动。此时，受高压容器内压力的作用单向阀四6’关闭，单向阀三5’开启，小活塞二4’缸体空腔中吸入原料储罐1中的液体食品原料。与此同时，小活塞一4缸体空腔中的液体原料被压缩而压力升高，将单向阀一5关闭，当压力升高到大于高压容器的压力后，单向阀二6打开，高压液体通过管道进入高压容器9。

大活塞3移动到左端极限位置时，换向阀7再次动作，大活塞3开始向右端移动，重复前述过程。于是，高压液体就会不间断地连续流入高压容器。

高压容器9充满液体原料并达到灭菌要求的压力后，开启喷头10，卸压后的液体原料被喷入中间储罐11中。中间储罐11为无菌储罐，并与无菌灌装机连接，也就是说，中间储罐11的通气口必须安装有空气灭菌装置。中间储罐的通气口用于在中间储罐的液面发生变化时空气的排出和进入。

喷头10的喷孔面积很小，因此对液体的流动具有很高的阻力，该阻力保证了高压容器内的压力始终保持在灭菌要求的工作压力。设计时要保证高压泵的输出流量与喷头的喷出流量保持一致，以实现该目标。

高压容器9的容积按照液体食品原料的流量设计，以保证液体原料在高压容器内停留的时间满足灭菌所需保压时间，如高压泵的输出流量为2L/min，保压时间为5min，则高压容器的容积为10L。 

为安全起见，一旦高压容器9的压力达到设定的安全压力，停止低压泵8的运行，也就是停止了高压泵的工作，直到高压容器的压力降至低于设定的安全压力后再启动。

为保证高压容器内的液体原料所受到的压力满足超高压灭菌的要求，一旦高压容器的压力低于设定的工作压力则关闭喷头10，停止液体原料的喷出，直到压力达到设定的工作压力后再开启。

低压泵8的启动与停止，喷头10的开启和关闭以及换向阀7的动作均由电子自动控制装置完成，该电子自动控制装置属于本领域公知技术。

经过上述过程后，中间储罐11中的液体为经过了超高压灭菌的液体食品，而且是以连续方式进行工作的。灭菌后的液体原料将被泵入无菌冷灌装机进行液体原料的灌装后完成产品生产过程。

Claims (8)

1.一种液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法，其特征在于采用下列步骤：

（1）、将经过榨汁、过滤、澄清和调配的液体食品存放在原料储罐中；

（2）、通过高压泵将液体食品从原料储罐中连续泵入高压容器中，该高压容器的容积是：高压容器的容积=高压泵的输出流量×保压时间，保压时间为5－20min；

（3）、高压容器充满液体原料并达到灭菌要求的工作压力，工作压力为300MPa－600MPa，达到工作压力后开启喷头，液体卸压并被喷入中间储罐中，高压泵的输出流量与喷头的喷出流量一致，以使压力稳定在要求的工作压力。

2.如权利要求1所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法，其特征在于：高压泵的输出流量为0.5L/min~30 L/min。

3.如权利要求1所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法，其特征在于：高压容器的压力达到设定的安全压力后，停止高压泵的工作，直到高压容器的压力降至低于设定的安全压力后再启动。

4.如权利要求1所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法，其特征在于：高压容器的压力低于设定的工作压力后，关闭喷头，停止液体原料的喷出，直到压力达到设定的工作压力后再开启。

5.如权利要求1所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌方法，其特征在于：液体食品包括瓜果汁和瓜果汁饮料、蔬菜汁和蔬菜汁饮料、液态奶和含奶饮料、功能饮料、运动饮料、茶饮料。

6.一种液体食品的超高冷等静压连续灭菌装置，其特征在于：原料储罐通过管路与高压泵连接，该高压泵通过管路与超高压容器连接，该超高压容器通过管路与喷头连接，该喷头位于中间储罐。

7.如权利要求6所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌装置，其特征在于：高压泵由增压器和低压源连接构成，增压器的缸体内部滑动连接大活塞，小活塞一和小活塞二，大活塞和小活塞一和小活塞二连接成为一个整体，单向阀一、单向阀三两端分别与原料储罐和高压泵的两个小活塞腔体连接，单向阀二、单向阀四两端分别与高压泵的两个小活塞腔体和高压容器连接。

8.如权利要求7所述的液体食品的超高冷等静压连续灭菌装置，其特征在于：低压源由低压泵和换向阀及其管道组成。

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