CN110915913A - 用于低水分颗粒食品表面巴氏杀菌或消毒的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使低水分颗粒食品如坚果、燕麦和香料表面巴氏杀菌或消毒的方法和系统，其中所述食品经过预热、在气体中巴氏杀菌或消毒、任选干燥和冷却。用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体包括水蒸汽和一种或多种其它气体，优选为空气。

Description

用于低水分颗粒食品表面巴氏杀菌或消毒的方法和系统
本申请为分案申请，其母案申请的申请日为05/17/2013，申请号为201380025860.4，和发明名称为“用于低水分颗粒食品表面巴氏杀菌或消毒的方法和系统”。
技术领域
本发明涉及使低水分颗粒食品如坚果、种子、谷物和香料表面巴氏杀菌或消毒的方法，优选使病原微生物至少减少5log，其中所述食品经过预热、在气体中杀菌或消毒、任选干燥和冷却。本发明还涉及低水分颗粒食品表面巴氏杀菌或消毒的系统。
背景技术
农产食品经常被无害和致病性微生物自然地污染。在大多数情况中，需要对这些产品进行处理以保持和增加其贮存稳定性。通常的保存技术包括热巴氏灭菌或甚至消毒、辐射和用气体物质灭虫。由于法律限制以及安全和营养因素，后两种技术现在已很少应用。
低水分食品在巴氏杀菌和消毒过程中可能易于变质。低水分食品的水分含量在巴氏杀菌或消毒过程中理想地不应该明显增加。例如杏仁如果在潮湿的环境中处理可能失去它的棕色皮，从而破损坏其质量。常规的巴氏蒸汽杀菌和消毒系统也可能改变口味和在坚果中产生烹制或蒸煮过的味道。
在常规的巴氏杀菌系统中，通常应用常温和常压(即1bar和100℃) 下的蒸汽。在这些条件下，在35秒后沙门氏菌的灭活通常为2.0-3.8 log。当将持续时间增加至65秒时，log减小值增加至4.0-5.7。但水分含量也会显著增加，因此处理持续时间优选限制为35秒或更短。
应用蒸汽可提供有效的热灭活，这是因为首先水蒸汽(蒸汽)的热容非常高并且甚至超过了相同温度下水的热容；其次，如果表面温度低于蒸汽的冷凝温度，水蒸汽在产品表面发生冷凝并渗入空腔和缝隙。
US 2010/0173060涉及一种食品碎片(特别是含油种子)表面巴氏杀菌或表面消毒方法。所述方法的特征在于将所采用的食品预热，和食品的温度低于巴氏杀菌或消毒系统的蒸发温度几度，选择食品的预热温度使其低于饱和温度，优选低于预先设定压力下饱和蒸汽的温度几度，在没有空气的湿气氛中实施处理，其中在低的巴氏杀菌压力下在55-99℃的温度下实施巴氏杀菌。或者在较高的消毒压力下在 100-140℃温度下消毒，热处理的实施时间为1-30分钟，和通过随后在更低压力下的真空干燥从食品表面将冷凝水脱除。
US2010/0136192涉及一种颗粒状食品烘烤和表面巴氏杀菌的方法。在巴氏杀菌阶段，利用振动系统13使流过烘烤区1的空气体积流量减小至0-20Nm3/h/kg产品，和通过阀11和滤网12开始以 0.01-15.0kg蒸汽/h/kg食品的量级向热空气中注入蒸汽。空气和蒸汽的量使得与蒸汽混合的热空气的露点温度比待烘烤的物质的表面温度高约0-8℃。因为这一温差，水在产品表面上冷凝直到表面温度与湿热空气的露点温度相等。由于水的冷凝，在表面上形成水层，其中存在使植物性微生物灭活的最佳条件。
US 2006/040029涉及用于使干燥食品巴氏杀菌的设备，包括冲击室、用于输送干燥食品通过冲击室的输送器、用于产生湿热空气的加热器和供水组件、以及用于使湿热空气循环流过冲击室和到达干燥食品的风扇。
EP1754413涉及一种方法，其中无菌容器(2)松散地填充着多孔但易碎的小麦和大米脆片，加入无菌的氮气……使气体加热(3)，并富含水分(13)……。
US 4,255,459涉及一种方法，其中允许使颗粒状食品连续和迅速地漂白或消毒。
WO 97/38734涉及用于使种子杀菌以去除病原体和其它不希望的真菌和细菌的热处理方法，所述方法的特征在于向种子提供非水基热量，同时针对种子的条件和水分含量调节处理时间和温度，从而使种子由外部及内部受热，同时从种子表面蒸发掉水分，和由此防止了种子冷却和不会发生水分含量变化。
DE 102 03 190涉及减少天然产品如完整种子、干水果和特别是可可豆中细菌数的方法，其中首先将产品在给定的初始温度下引入反应器，在高于产品温度的温度下引入热蒸汽，由此使蒸汽冷凝。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于低水分颗粒食品表面巴氏杀菌或消毒的改进方法和系统。
为了此目的，本发明方法的特征在于用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体包括水蒸汽和一种或多种其它气体，优选为空气。在一个实施方案中，用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体的相对湿度(RH)超过 60％，优选为60-99％，优选为80-98％，优选为70-97％。
已经发现，与蒸汽相比，湿空气在巴氏杀菌和消毒中同样有效，并且与蒸汽相比优点在于湿空气达到可接受的温度时不需要降低操作压力，也就是说，足够低的水蒸汽温度不会负面影响食品超过可接受的水平。概括而言，本发明提供一个附加参数即RH来调节和/或控制巴氏杀菌或消毒过程。
在一个实施方案中，将食品预热至比气体中水蒸汽冷凝温度高的温度，优选至比气体中水蒸汽冷凝温度高1-20℃、优选高2-10℃的温度。
已经发现如此避免或基本避免了食品表面上的冷凝，但尽管如此，巴氏杀菌或消毒仍是有效的，即使已确定微生物的灭活通常是因为在冷凝过程中在食品表面上产生的潜热造成的。食品从巴氏杀菌或消毒气体中吸收水有效地导致了相变(从气相变为液相)和产生的潜热足够用于灭活。
另外，因为冷凝相对受限或者甚至被避免，原则上巴氏杀菌或消毒后不再需要或需要明显更少量的坚果干燥，从而节省或减少了设备、时间和/或能量。
在一个实施方案中，如果预热后进行巴氏杀菌，则用相对湿度为5-70％的气体使食品预热，而如果预热后进行消毒，则用相对湿度为 5-90％的气体。在一个实施方案中，为了补偿源于(预)热的食品温度升高，在预热过程中预热气体的相对湿度逐渐升高。
这样减少了预热过程中食品中水的脱吸，优选减少至少于0.5％，和在巴氏杀菌或消毒过程中需要吸收更少的(外来)水来补偿这种脱吸。作为一个例子，对于水含量为6.0％的坚果，在湿空气内预热过程中，水含量降低至5.8％，和需要非常少的补偿。由于脱吸和随后的吸收可以保持有限，因此这些现象对于食品的影响将同样有制。
在另一个实施方案中，在巴氏杀菌或消毒过程中，气体处于常压±20％，即0.8-1.2bar，优选±10％，即0.9-1.1bar。
本发明的方法允许在常压或接近常压下操作，因此不需要用于巴氏杀菌容器的真空泵，由此在设备和操作成本上提供了相当大的节省。
在另一个实施方案中，食品中和用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体中水活性的差异(ΔAw)为0.01-0.25，优选为0.05-0.20。
在另一个实施方案中，至少预热食品的步骤和使食品巴氏杀菌或消毒的步骤和优选还有冷却和/或干燥步骤在相同的容器或塔或相同的输送器中实施。
优选的是在巴氏杀菌或消毒过程中，食品的表面仍保持基本无冷凝液。
为了进一步减少对食品的影响，巴氏杀菌或消毒的持续时间为 1-10分钟，优选3-7分钟。
通常优选的是巴氏杀菌在70-90℃的温度下实施。
本发明还涉及用于低水分食品如坚果、种子、谷物和香料巴氏杀菌或消毒的系统，所述系统包括至少一个用于在气体中使食品巴氏杀菌或消毒的容器、塔或输送器和用于操作所述系统的控制器，和设置用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体的相对湿度(RH)超过60％、优选 60-99％、优选80-98％、优选70-97％的设施如喷射器、加湿器和/或加热器。
在一个实施方案中，设置控制器以将食品预热至比气体中水蒸汽冷凝温度低5℃、优选低2℃或者更高的温度，优选至高于气体中水蒸汽冷凝温度，优选比气体中水蒸汽冷凝温度高1-20℃、优选2-10℃的温度。
在另一个实施方案中，加湿器和/或加热器包括空气吸入口。
在另一个实施方案中，所述容器为常压容器，即所述系统不包括用来减小容器中压力的真空泵，由此节约设备和操作成本。
在另一个实施方案中，所述系统包括两个或更多个并联的用于使食品在气体中巴氏杀菌或消毒的容器和用于操作所述系统的控制器，其中至少两个容器的容量小于1000kg，优选小于750kg。
已经发现相对小的容器有利于在一个且相同的容器中预热和巴氏杀菌或消毒。当各容器不同步操作时，例如当应用三个容器时，一个处于巴氏杀菌或消毒阶段、一个处于预热阶段和一个处于清空和填料阶段时，可以提高效率。另外，多个容器提供了一定程度的冗余。
在本发明的框架内，术语"冷凝温度"在空气的情况下也称作露点，定义为在给定压力下一定体积的湿气体中水蒸汽冷凝为液态水时的温度。"低水分食品"通常具有9wt％或更低的水含量。
在US 2006/0040029中，经过加热的湿空气中的水分在干燥食品表面冷凝且产生了用于加热干燥食品表面的冷凝热。
EP 1 754 413涉及一种使多孔颗粒消毒的方法，其中颗粒在涡流床中遇到被加热到70-180℃和水含量为8-200g/kg的气体，和该气体的相对湿度被调节为2-100％。
US 4,255,459涉及一种方法，其中允许使颗粒形式的食品连续和迅速地漂白或消毒，使所述食品迅速加热，以在压力下用蒸汽或气体渗透颗粒的外部，保持加热后的颗粒直到微生物和酶发生灭活或破坏，随后迅速降低压力和温度。
在WO 97/38734(D4)中，用热空气加热种子，其中取决于种子的种类和它的水分含量，引入阶段B[加热]和阶段C[停留]的热空气的合适水分含量为60-90％。
DE 102 03 190涉及减少天然产品如完整种子、干燥水果和特别是可可豆中细菌数的方法，其中首先将产品在给定的初始温度下引入反应器，在高于产品温度的温度下引入热蒸汽，由此使蒸汽冷凝。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明，所述附图示意性地给出了本发明的两个实施方案。
图1是本发明的用于巴氏杀菌的系统的第一个实施方案的流程图。
图2是本发明的包括多个较小容器的用于巴氏杀菌的系统的第二个实施方案的流程图。
图1给出了用于低水分食品如坚果、种子、可可豆、谷物、面粉、燕麦、香草、干燥植物或水果、和烟草的巴氏杀菌和消毒的系统1。所述系统包括用于预热食品至预定温度的本身已知的设施(图中未示出)、容量等于或大于一批次的称重料斗2、常压巴氏杀菌容器3、产品出口4和用于冷却离开出口4的食品的设施。
在该实施例中，巴氏杀菌容器3的容量为1500kg和是双层壁的，即通过进料加热介质如蒸汽、水或油至由双层壁限定的空间内可以将容器的内容物保持在预先选定和基本恒定的温度下。容器3配备有一个或多个搅拌元件5，例如螺旋混合器，安装在由电动机7驱动的中心轴6上。
所述系统还包括通常已知的与设备2-4操作相连的管道8和阀9，和用于操作系统的控制器。管道8中的一个在容器3的底部或接近底部形成用于湿热空气的喷射器。
在操作过程中，在合适的设备中用空气将一批1500kg的杏仁或可可豆预热，所述空气温度为95℃和相对湿度(RH)从开始预热时的 5％逐渐升高至预热终点时的70％。将预热后的食品输送至料斗、称重并从此处进料至巴氏杀菌容器。在容器中，温和地搅拌现在82℃的食品，和以合适的流率向容器底部进料温度为84℃、RH为90％和露点为81℃(即食品和露点之间的ΔT为1℃)的湿巴氏杀菌空气。在巴氏杀菌过程中，在食品表面没有可观察到的水冷凝发生。5分钟后，达到了病原微生物的5log减少，清空容器和准备接收下一批次。因为没有发生冷凝，食品不需要干燥。最后，将食品冷却和打包。
在该实施例中，所述系统在稍高于常压例如1.1bar下操作，以保持湿空气流过容器的恒定流量。
图2给出了包括三个并联容器3的系统，它们由公用料斗2进料且每个具有700kg容量。其它方面，所述容器均与图1所示容器相同。这些相对较小的容器有利于在一个且相同的容器中预热和巴氏杀菌或消毒，和能够级联和不同步操作，例如一个处于巴氏杀菌或消毒阶段、一个处于预热阶段和一个处于清空和填料阶段。
本发明并不限于上述实施方案，这些实施方案可以在权利要求的范围内以多种方式进行改变。

Claims (15)

1.一种使低水分颗粒食品如坚果、种子、谷物和香料表面巴氏杀菌或消毒的方法，其中所述食品经过预热、在气体中巴氏杀菌或消毒和冷却，其中用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体包括水蒸汽和一种或多种其它气体，优选为空气，和其中所述食品预热至高于所述气体中水蒸汽冷凝温度的温度。
2.权利要求1的方法，其中用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体的相对湿度(RH)大于60％，优选为60-99％，优选为80-98％，优选为70-97％。
3.权利要求1或2的方法，其中将所述食品预热至比所述气体中水蒸汽冷凝温度高1-20℃的温度。
4.权利要求3的方法，其中将所述食品预热至比所述气体中水蒸汽冷凝温度高2-10℃的温度。
5.前述权利要求任一项的方法，其中如果预热后进行巴氏杀菌，则用相对湿度为5-70％的气体预热食品，和如果预热后进行消毒，则应用5-90％的相对湿度。
6.权利要求5的方法，其中在预热过程中预热气体的相对湿度逐渐升高。
7.前述权利要求任一项的方法，其中在巴氏杀菌或消毒过程中，气体的压力为常压±20％，优选为±10％。
8.前述权利要求任一项的方法，其中食品中和用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体中水活性的差异(ΔAw)为0.01-0.25，优选为0.05-0.20。
9.前述权利要求任一项的方法，其中至少预热食品的步骤和使食品巴氏杀菌或消毒的步骤在相同的容器或塔或相同的输送器中实施。
10.前述权利要求任一项的方法，其中在巴氏杀菌或消毒的过程中，食品的表面保持基本无冷凝液。
11.前述权利要求任一项的方法，其中巴氏杀菌或消毒的持续时间为1-10分钟，优选为3-7分钟。
12.前述权利要求任一项的方法，其中预热步骤、巴氏杀菌或消毒步骤和冷却至低于40℃的步骤的总持续时间为3-30分钟，优选为4-20分钟。
13.用于使低水分食品如坚果、种子、谷物和香料巴氏杀菌或消毒的系统，所述系统包括至少一个用于在气体中使食品巴氏杀菌或消毒的容器、塔或输送器和用于操作所述系统的控制器，其中设置控制器以将食品加热至比用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体中水蒸汽冷凝温度高的温度，优选至比气体中水蒸汽冷凝温度高1-20℃、优选2-10℃的温度。
14.权利要求13或权利要求13前序部分的系统，包括设置用于使食品巴氏杀菌或消毒的气体的相对湿度(RH)超过60％、优选60-99％、优选80-98％、优选70-97％的设施如喷射器、加湿器和/或加热器。
15.权利要求13或14的系统，其中所述容器为常压容器和/或包括两个或更多个并联的用于使食品在气体中巴氏杀菌或消毒的容器，其中至少两个容器的容量小于1000kg，优选小于750kg，优选为250-600kg，和/或其中设置控制器以使至少两个容器不同步操作。
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