CN110140849A - 一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺：（1）在颗粒搅拌平衡罐内设置液位传感器，根据液位传感器反馈的液位信号控制搅拌转速；（2）将颗粒搅拌平衡罐内搅拌均匀的含颗粒饮料送入预加热系统中预加热并保温一段时间；（3）将预加热保温后的含颗粒饮料送入灭菌系统中加热灭菌并保温一段时间；（4）对灭菌保温后的含颗粒饮料进行冷却；（5）将冷却后的含颗粒饮料依次通过出口压力控制器和处于完全打开状态的出口背压阀后送至灌装区；出口压力控制器为长度和口径可根据需要选取的用于让颗粒无损通过的管道。本发明工艺解决了颗粒中心温度的升温问题、颗粒灭菌后的破损问题、颗粒的沉淀问题、长时间循环杀菌导致的颗粒糜烂问题。
Description
技术领域
本发明涉及饮料生产技术领域，特别涉及一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺。
背景技术
含颗粒饮品具有较高的营养价值和独特的口感风味，是在国内兴起、东南亚市场热销的饮品，在我国也广为消费者接受。但国内外暂时没有这种给予连续性杀菌高浓度颗粒饮料的工艺设备，很多客户只能选择杀菌锅、杀菌釜，但其设备灭菌能力低，每个批次灭菌量受限，不能连续供应，中途需要换罐供料。同时锅内升温后中心温度不达标导致杀菌不彻底，并且锅壁表面容易结垢焦糊及清洗困难，以及维护成本高等问题困扰着诸多客户。其次，客户每次调整产品时都需要通过人工操作，运行效率低且误操作风险大。
目前市场上含颗粒的饮品包括含有椰果的椰奶饮品、含有草莓颗粒的果汁、含有黄桃果肉的果汁、含有芦荟颗粒的果汁、含有谷物颗粒的谷物饮品等。对此类产品中的普通微生物及所有致病菌营养体，在巴氏杀菌过程中就可以杀死，但是一些巴氏杀菌杀不死的耐热芽孢还是会影响到产品的保质期。为了确保产品能在常温下存放一定时间，必须对产品进行更高温度的灭菌。随着加工技术的发展，一种通过升高温度和缩短保持时间也能达到灭菌效果的技术发展起来，这种灭菌方式被称为超高温瞬时灭菌工艺。
但是，现有的对含颗粒饮品的超高温灭菌工艺还存在以下问题：颗粒中心温度的升温杀菌问题、颗粒灭菌后颗粒的破损问题、平衡缓冲罐中颗粒的沉淀问题、含颗粒物料长时间循环杀菌导致的糜烂问题等。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，可适用于各种含颗粒饮品，能够完全破坏颗粒和料液中可生长的微生物和芽孢，以最大限度的减小产品在物理、化学及感官上的变化，处理产品能达到商业无菌的水平，可在非冷藏条件下进行储存、运输和销售，属于含颗粒液体类饮品加工领域一种新型先进的加工工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，包括以下步骤：
（1）在颗粒搅拌平衡罐内设置液位传感器，根据所述液位传感器反馈的液位信号控制搅拌转速；
（2）将所述颗粒搅拌平衡罐内搅拌均匀的含颗粒饮料送入预加热系统中预加热并保温一段时间；
（3）将预加热保温后的含颗粒饮料送入灭菌系统中加热灭菌并保温一段时间；
（4）对灭菌保温后的含颗粒饮料进行冷却；
（5）将冷却后的含颗粒饮料依次通过出口压力控制器和处于完全打开状态的出口背压阀后送至灌装区；所述出口压力控制器为长度和口径可根据需要选取的用于让颗粒无损通过的管道。
优选地，在步骤（1）之前，预先对系统进行CIP清洗和SIP清洗，进行SIP清洗时，开启所述出口背压阀。
优选地，当前端和/或后端设备出现故障时，将水罐中的RO水顶入系统中，并将系统中的含颗粒饮料顶入所述颗粒搅拌平衡罐内暂存，在系统中循环RO水，维持系统的无菌状态。
优选地，在步骤（1）中，采用框式搅拌器，根据液位高低控制所述框式搅拌器的转速，使所述颗粒搅拌平衡罐内在不同液位高度均能保持颗粒悬浮的均匀性。
优选地，在步骤（4）中，通过换热媒介对冷却前的含颗粒饮料换热降温，所述换热媒介用于配合步骤（2）中的含颗粒饮料进行预加热。
优选地，在步骤（2）中，保温后使颗粒的中心温度达到保温温度。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，通过预加热及保温解决了颗粒中心温度不达标的问题；在含颗粒饮料循环杀菌过程中，通过采用管道式出口压力控制器替代出口背压阀背压，解决了颗粒灭菌后的破损问题；通过在颗粒搅拌平衡罐中设置液位传感器，不仅解决了颗粒的沉淀问题，还有效的保证了不同液位下颗粒悬浮的均匀性；该生产工艺生产产品口味和质量稳定、换热效率高、日常维护简单、节能环保。
附图说明
附图1为应用本发明工艺的含颗粒饮料连续性超高温灭菌生产线的结构示意图。
其中：1、产品无菌缓冲储罐；2、水罐排放阀；3、CIP进液管及截止阀；4、水罐回流阀；5、水罐；6、罐CIP截止阀；7、CIP切换阀；8、RO水进口阀；9、罐回流切换阀；10、前处理送料观察视镜；11、进料控制阀组；12、系统回流观察视镜；13、CIP清洗电导率检测仪；14、颗粒搅拌平衡罐；15、SIP过热水罐；16、SIP切换阀；17、转子泵；18、流量计；19、预升温换热器；20、预升温温度检测仪；21、预升温温度控制阀；22、预升温保持器；23、灭菌段换热器；24、灭菌段温度控制阀；25、灭菌段温度检测仪；26、灭菌持温器；27、二套热水升温系统；28、一套热水升温系统；29、热回收换热器；30、塔水冷却换热器；31、颗粒平衡罐排放阀；32、颗粒平衡罐出料阀；33、水料截止阀；34、RO水进口单向阀；35、排放回收切换阀；36、冰水冷却换热器；37、出口压力控制器；38、出口背压阀；39、系统回流排放切换阀；40、回流颗粒过滤器；41、SIP回流切换阀；42、液位传感器。
、CIP站清洗液进；B、前调配含颗粒物料进；C、产品回流；D、一级RO水进；E、CIP酸/碱清洗母液进；F、颗粒料液残料回收出；G、产品出口；H、7℃冰水进；I、17℃冰水出；J、32℃冰水进；K、42℃冰水出；L、蒸汽进；M、去灌装区。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明工艺用于处理浓度≤60%，即100g物料中果肉颗粒含量不大于60g的物料，物料由规格≤5×5×5mm的果肉颗粒和料液按比例混合制成。
本发明加工工艺，通过采用一套热水升温系统28和二套热水升温系统27的分梯段式升温方式，根据产品特性设置不同的预升温温度，并进入预升温换热器19进行预升温，例如95℃，在此温度进入预升温保持器22，持温特定时间：例如10s、20s、30s等，根据产品传热特性决定持温时间的长短，通过预升温温度检测仪20实时反馈进入预升温保持器22的温度，温度偏差通过预升温温度控制阀21调温，确保恒定温度的物料进入后续灭菌段换热器23进行最终控温杀菌。采用双热水升温系统控温，预升温段、杀菌段各司其职，保持系统稳定，这样能有效保证产品灭菌处理彻底，同时双热水升温系统能降低设备运行能耗，实现节能降耗。
采用双热水升温系统控温，不仅能够节省能耗。由于颗粒的吸热特性，颗粒从25℃直接升至138℃后进入灭菌段保温时颗粒所述吸收的热量远大于颗粒从90℃升至138℃后进入灭菌段保温时颗粒所吸收的热量，颗粒吸热越多，越影响灭菌段的保温温度，即影响杀菌效果。因此，采用双热水升温系统控温，使颗粒在预升温阶段保温时颗粒的中心温度达到保温温度，大幅降低了颗粒在灭菌段保温时吸收的热量，使颗粒在灭菌段保温时能够有效的进行灭菌。
由于颗粒经过系统的出口背压阀38阀芯时的挤压破损，导致灭菌后颗粒破损较为严重。而出口背压是为了维持灭菌段的升温效果设计的，只有系统带压的情况下杀菌段灭菌温度才能升至100℃以上。生产含颗粒饮品选择任何形式出口背压阀38均没法避免颗粒流过阀芯时的挤压破损。在本发明工艺中，通过采用出口压力控制器37背压，根据需要选择不同长度不同口径的管道，在系统切入进料生产后，将出口背压阀38完全打开，系统压力通过出口压力控制器37来控制。参考管道阻尼器的原理，通过选择适当长度适当口径的管道进行出口阻尼增压实现背压，这样就避免了颗粒通过背压阀阀芯时的挤压破损问题。
产品平衡罐为后端提供恒定处理流量及压力，而颗粒密度一般都比较大，颗粒物料暂存过程中颗粒容易出现沉淀现象，导致出料输送转子泵17送出的物料颗粒含比不同影响后端换热均匀性及最终产品浓度比例。本发明工艺中，采用颗粒搅拌平衡罐14以及框式搅拌器，防沉淀效果好。并且罐底配有液位传感器42，模拟量检测输出，通过实时检测罐内液位的高低，模拟量输出反馈给罐顶搅拌电机调整框式搅拌器的搅拌转速，不仅解决了颗粒的沉淀问题，还有效的保证了不同液位下颗粒悬浮的均匀性，保证了后端换热的均匀性以及最终产品的浓度比例。
超高温系统运行过程中难免会出现各种问题不能持续生产，例如前端和/或后端设备出现故障，导致系统内的物料循环杀菌，而循环杀菌又会持续导致颗粒破损率持续上升，大大降低饮品的口感。在生产工艺上，一旦前后端设备出现故障时，颗粒循环杀菌时间达到上限，系统要保证无菌环境又不能停机等候，一旦停机系统就要重新进行CIP/SIP工艺，大大提高生产成本和时间。本发明工艺通过配置一套水罐5，水罐5和颗粒搅拌平衡罐14利用颗粒平衡罐出料阀32和水料截止阀33直接连接，连接距离非常之短，有效减少产品和RO水混合损耗。出现特殊情况时，将水罐5中的RO水直接置换系统内产品物料，同时将系统内物料顶入颗粒搅拌平衡罐14中暂存，利用RO水代替物料在系统中循环杀菌，确保系统内无菌环境的正常运行，同时通过置换系统内部介质解决了物料长时间循环导致的产品内颗粒糜烂问题。
另外生产前后的料顶水和水顶料排放工艺非常常见，但在顶料过程中，要保证颗粒搅拌平衡罐14内物料不能全部让后端输送转子泵17给吸走，引起泵抽空导致无菌环境破坏等风险出现，一般会将颗粒搅拌平衡罐14设置一个最低保护液位，一旦低于此保护液位才开始顶液工艺，但往往设置的储罐保护液位又成了产品混合损耗的一部分。通过水罐5中RO水直接置换系统内产品物料，也可以节省部分物料。
含颗粒物料通过前处理送料观察视镜10进入进料控制阀组11后进入颗粒搅拌平衡罐14，罐底配有液位传感器42，模拟量检测输出，通过实时检测罐内液位高低，模拟量输出反馈给罐顶搅拌电机调整其搅拌转速，让其做到高中低不同液位下搅拌转速不同来实现罐内颗粒悬浮效果的一致性。产品再流经颗粒平衡罐排放阀31，此阀用于生产结束和CIP清洗排空罐内残液使用，接着产品流经颗粒平衡罐出料阀32，出料至SIP切换阀16，此阀门用于系统做SIP≥140℃过热水灭菌，整个系统需要密闭背压才能实现，而颗粒搅拌平衡罐14为常压罐无法实现此功能，所有就需要通过SIP切换阀16将SIP过热水罐15引入系统进行SIP过热水灭菌。随后产品再通过转子泵17输出，转子泵为容积泵，输送过程中对于产品中的颗粒破损率可以控制的很小。产品再通过后端流量计18实时检测系统流量反馈给转子泵17改变输出频率大小控制系统流量，随后产品进预升温换热器19进行第一次升温至95℃，进入预升温保持器22，其作用是将第一次升温的物料进行保持杀菌，并将温度传递至颗粒的中心位置，为后端设备起到彻底杀菌的目的。其控温方式通过预升温温度检测仪20实时反馈进入预升温保持器22的温度，温度偏差通过预升温温度控制阀21调温，确保恒定温度的物料进入后续灭菌段换热器23进行最终控温杀菌。采用双热水系统控温，包含二套热水升温系统27和一套热水升温系统28，预升温、杀菌段控温各司其职，保持系统稳定，这样能有效保证产品灭菌处理彻底的同时，降低设备运行能耗，实现节能降耗。杀菌段控温也是通过灭菌段温度检测仪25实时反馈进入灭菌持温器26的温度，温度偏差通过灭菌段温度控制阀24调温，确保进入灭菌持温器26的杀菌温度的恒定，产品通过保持杀菌后再进入热回收换热器29，通过回收的低温热水进行预先冷却，再依次经过塔水冷却换热器30、冰水冷却换热器36冷却后进入出口压力控制器37。在系统切入进料生产后，将出口背压阀38完全打开，系统压力通过出口压力控制器37来控制。参考管道阻尼器原理，根据需要选择不同长度不同口径的管道进行出口阻尼增压实现背压，这样就避免了颗粒通过背压阀阀芯时的挤压破损问题。而出口背压阀38也只有在做SIP系统灭菌的时候才会开启，正常生产时不会使用。经过系统灭菌后的产品最终进入产品无菌缓冲储罐1，通过此罐缓冲并供给后端灌装设备进行灌装。
系统CIP清洗时，通过水罐排放阀2、颗粒平衡罐排放阀31，将罐内残液排放干净；再通过CIP进液管及截止阀3将化学药剂加入水罐5中，清洗液通过水罐5调配后进入水料截止阀33，再通过颗粒平衡罐出料阀32进入转子泵17输送给后端并进行循环清洗。清洗液经过产品无菌缓冲储罐1再回流至系统回流观察视镜12后，通过CIP清洗电导率检测仪13检测清洗液浓度，再进入罐回流切换阀9，此阀门间隔切换用于清洗进入颗粒搅拌平衡罐14回料管路，随后清洗液再通过系统回流排放切换阀39，再进入回流颗粒过滤器40过滤颗粒物，防止后端清洗器堵塞，后再进入SIP回流切换阀41，此阀门用于SIP灭菌时直接切换回流至SIP过热水罐15使用；随即清洗液进入水罐回流阀4，此阀门用于间隔打开清洗回流管，清洗液再经过罐CIP截止阀6，此阀和水罐回流阀4相互切换进行清洗，然后清洗液再进入CIP切换阀7，此阀门用于间隔性清洗罐和进料控制阀组11的进料管。
此工艺特殊情况下还能将系统内部物料进行单独回收至前调配，通过系统回流排放切换阀39，切换向下进入排放回收切换阀35，可以选择排放至地沟，也可以直接切换回收至前调配罐进行使用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在颗粒搅拌平衡罐内设置液位传感器，根据所述液位传感器反馈的液位信号控制搅拌转速；
（2）将所述颗粒搅拌平衡罐内搅拌均匀的含颗粒饮料送入预加热系统中预加热并保温一段时间；
（3）将预加热保温后的含颗粒饮料送入灭菌系统中加热灭菌并保温一段时间；
（4）对灭菌保温后的含颗粒饮料进行冷却；
（5）将冷却后的含颗粒饮料依次通过出口压力控制器和处于完全打开状态的出口背压阀后送至灌装区；所述出口压力控制器为长度和口径可根据需要选取的用于让颗粒无损通过的管道。
2.根据权利要求1所述的一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：在步骤（1）之前，预先对系统进行CIP清洗和SIP清洗，进行SIP清洗时，开启所述出口背压阀。
3.根据权利要求1所述的一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：当前端和/或后端设备出现故障时，将水罐中的RO水顶入系统中，并将系统中的含颗粒饮料顶入所述颗粒搅拌平衡罐内暂存，在系统中循环RO水，维持系统的无菌状态。
4.根据权利要求1所述的一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：在步骤（1）中，采用框式搅拌器，根据液位高低控制所述框式搅拌器的转速，使所述颗粒搅拌平衡罐内在不同液位高度均能保持颗粒悬浮的均匀性。
5.根据权利要求1所述的一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：在步骤（4）中，通过换热媒介对冷却前的含颗粒饮料换热降温，所述换热媒介用于配合步骤（2）中的含颗粒饮料进行预加热。
6.根据权利要求1所述的一种用于含颗粒饮料的连续性超高温灭菌工艺，其特征在于：在步骤（2）中，保温后使颗粒的中心温度达到保温温度。
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