TWM547393U

TWM547393U - 高溫殺菌測試平台

Info

Publication number: TWM547393U
Application number: TW106205896U
Authority: TW
Inventors: 陳禹銘; 王玟乃; 楊炳輝
Original assignee: 財團法人食品工業發展研究所
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-08-21

Description

高溫殺菌測試平台

本創作係有關於一種高溫殺菌測試平台，尤指一種於測試階段可用於諸如流體及半流體物料之高溫殺菌平台。本創作之高溫殺菌測試平台可模擬工廠量產模式及流體/半流體物料殺菌後之品質與性狀，可減少該流體/半流體物料之測試量與成本，故本創作之高溫殺菌測試平台可有效地增加該流體/半流體物料試量產的便利性。

一般市面上無菌包裝液體產品之加工程序包含調配、均質、超高溫瞬間熱殺菌、充填、包裝等步驟，其中該超高溫瞬間熱殺菌係將液體食品在特定殺菌溫度下維持特定時間，以殺死其中的微生物與其內孢子及/或使該微生物中之酵素失去活性使該產品呈現無菌狀態。因此，超高溫瞬間熱殺菌為提高產品保存性與市場流通性之關鍵程序。然而連續式高溫殺菌設備之體積龐大、占地廣且購置成本高，以致大幅提高工廠建置之門檻。再者，在產品上市前，大多必須先於實驗室內反覆進行配方調整與製程條件確認。一般實驗室中所使用之小型熱殺菌設備，係在一加熱槽體內藉由一加熱系統與一加熱介質對加熱迴圈內的物料進行預熱與殺菌，需隨時手動調整泵浦流速並控制殺菌時間，故不易確切掌控。尚且，若物料在高溫狀態下的整體時間過長會影響品質。但侷限於實驗室之測試規模，此問題尚無法解決。新型專利M448136提供一種小型高溫瞬間滅菌機，其特點在於將加熱迴圈浸於含有加熱介質之開放式加熱槽中，將該加熱迴圈中之流體或半流體物質加熱進而完成殺菌。該滅菌機之體積雖小，但其僅適合一般實驗室使用，並無法真實模擬工廠量產時設備之殺菌條件。 CN 203072798 U專利提供一種中試殺菌設備，其特徵在於利用加熱鍋爐將水加熱成熱水，並藉由套管式交換器使該熱水與物料進行熱交換，接著再以自來水冷卻該物料。但該鍋爐設備的購置成本高且占體積龐大，其亦可能衍生工業安全問題，同時其亦有冷卻效率低落之疑慮。習知工廠的高溫殺菌設備多為管式或板式的間接加熱裝置，以蒸氣或熱水作為熱交換物質，其藉由增減管數或板數並搭配流速來調整殺菌時間進而達成殺菌的目的。US 2016106139 A1公開案使用殼管式熱交換器對物料進行加熱；CN 205030449 U專利則使用管式熱交換裝置進行升降溫；且US 6,673,311專利則使用板式熱交換器並配合高壓裝置進行預熱及升溫。本領域長期存在之一問題在於將實驗室規模的製程放大至工廠量產時，容易發生產品性狀及感官品質與實驗室規模有明顯差異之現象；再者，於工廠進行量產測試，則需配合其高溫殺菌設備的最小作業量投入數百公升甚至數噸以上的物料，其操作便利性低且會增加生產測試的成本負擔。因此，有必要開發可適用於實驗室測試及工廠生產且具改良特性之殺菌測試平台。

除非另外定義，否則本文中所用之所有技術及科學術語具有與本創作所屬領域之一般技術者通常所理解相同之含義。雖然類似或等效於本文所述之元件及材料的任何元件及材料可用於本創作之實現或測試中，但現對較佳元件及材料加以描述。本文中所具體提及的所有參考文獻、公開案及專利均以引用的方式併入本文中用於所有目的。應注意，如本文所用，且在隨附申請專利範圍中，除非上下文另外清楚地規定，否則單數形式「一」及「該」可包括複數個指示物。同樣，在本文中，術語「一」、「一或多個」及「至少一個」可互換使用。亦應注意，術語「包含」、「包括」及「具有」可互換使用。通常，本文中範圍表述為自「約」一個特定值及/或至「約」另一特定值。當表述此類範圍時，一實施例包括自一個特定值及/或至另一特定值之範圍。類似地，當值表述為近似值(藉由使用詞語「約」)時，將理解特定值形成另一實施例。將進一步理解，範圍中之每一者之端點相對於及獨立於另一端點均為有意義的。如本文所用，術語「約」係指± 20%、± 15%、± 10%、± 9%、± 8%、± 7%、± 6%、± 5%、± 4%、± 3%、± 2%、± 1%、± 0.5%或± 0.25%。本創作提供一種高溫殺菌測試平台，其所需物料規模介於實驗室與工廠之間，而可實際模擬工廠量產模式並評估流體/半流體物料殺菌後之性狀與品質，進而大幅節省測試成本。本創作係為了解決前述問題之而完成者，可作為以下之形態實現。本創作之一態樣為提供一種高溫殺菌測試平台，其包含：一或多個入料桶槽，其係用於物料之暫存或進料；一定量送料泵，其係設置於該入料桶槽下游，用以輸送該物料；一包含第一加熱介質之第一加熱裝置，其係設置於該定量送料泵之下游，用以將該物料進行預熱；一包含第二加熱介質之第二加熱裝置，其係設置於該第一加熱裝置之下游，用以將該已預熱之該物料加熱至殺菌溫度；一或多個溫度保持裝置，其係設置於第二加熱裝置之下游，用以將該經加熱之物料維持於殺菌溫度下一段時間；一冷卻裝置，其係設置於該溫度保持裝置之下游，用以冷卻該經殺菌之物料；及一或多個出料口，其係設置於冷卻裝置之下游。在另一實施態樣中，各別該一或多個入料桶槽中可容納之物料量為約3公升至約50公升。在另一實施態樣中，各別該一或多個入料桶槽內部進一步設置有一液位感測控制器，其可用於偵測桶槽內水位界限與開啟或停止清洗用水之控制。在另一實施態樣中，該物料係流體或半流體物料。在一較佳實施態樣中，該物料係液體食品。於本創作之高溫殺菌測試平台中，該入料桶槽內之物料係藉由該定量送料泵導入第一加熱裝置及第二加熱裝置。在另一實施態樣中，該定量送料泵具有變頻調整轉速之功能，其可將該物料送至該加熱裝置之流速控制在每小時約1公升至約50公升，較佳在每小時約5公升至約40公升，更佳在每小時約10公升至約30公升。在另一實施態樣中，該定量送料泵出口端設有用於偵測所設定之流速的流量計。在另一實施態樣中，本創作之高溫殺菌測試平台中之該加熱裝置及該冷卻裝置分別包含一蛇管式交換器，其中該蛇管式交換器由不同管徑之內管與外管所組成，及其中該物料係在該內管內移動，且該加熱介質/冷卻介質係在外管中移動。在另一實施態樣中，該內管與該外管之截面積比為約1：1，進而提升加熱介質/冷卻介質之流動性與熱傳效能。在另一實施態樣中，該內管與該外管之流入及流出管徑相同，可因此維持高速紊流。在另一實施態樣中，該第一加熱介質及該第二加熱介質之比熱係數可相同或相異。於本文中，術語「比熱係數」，其係指用於表示物體吸熱或散熱能力。比熱係數越大，表示物體的吸熱或散熱能力越強。它指單位質量的某種物質升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量。比熱係數指使一公斤（kg）重之物質，上升一攝氏度（℃）或熱力學溫標（K）所需的焦耳（J），其國際單位制中的單位為J/(kg·K)。例如，液態水的比熱為4,200 Jkg ^-1K ^-1。在另一實施態樣中，該第一加熱介質之比熱係數大於該第二加熱介質。在另一較佳實施態樣中，該第一加熱介質為水，且該第二加熱介質為矽油。在另一實施態樣中，該第一加熱裝置中該第一加熱介質之溫度與該第二加熱裝置中該第二加熱介質之溫度可相同或相異。在另一較佳實施態樣中，該第一加熱裝置中該第一加熱介質之溫度為約60°C至約97°C，且該第二加熱裝置中該第二加熱介質之溫度為約80°C至約195°C。在另一實施例中，該加熱裝置設有溫度感測控制器，當溫度超過預設值時可自動控制關閉加熱裝置。在另一實施態樣中，本創作之高溫殺菌測試平台中之該一或多個溫度保持裝置之入口端及/或末端設置有用於偵測該物料之實際殺菌溫度之溫度感測器。在另一實施態樣中，該一或多個溫度保持裝置的數量被設置以控制該經加熱物料之殺菌時間為約2秒至約140秒，接著再將經加熱之物料通過冷卻裝置以熱交換方式迅速降溫至便於充填之溫度，最後通過出料口至一容器存放。在另一實施態樣中，該冷卻裝置包含一壓縮機，其可提供低溫水以進行有效率之冷卻。在另一實施態樣中，本創作之高溫殺菌測試平台進一步包括一壓力控制器，其係設置於冷卻裝置與出料口的管路之間。在另一實施態樣中，本創作之高溫殺菌測試平台中之該一或多個出料口中尚包括一無菌隔膜閥，使經殺菌完成且冷卻至便於充填之溫度之物料通過該無菌隔膜閥後以常溫充填至容器存放。本創作之高溫殺菌測試平台具有線上滅菌功能，可以高壓熱水進行管路滅菌，從加熱裝置到充填閥間的閥串與感測元件均為高衛生規格，可維持冷卻管路為無菌狀態，避免物料冷卻時造成交叉污染。該高溫殺菌測試平台具有定位清洗功能，可於不拆除任何管閥件下進行酸鹼清洗，便於使用前後的清潔操作。

以下，基於圖式說明本創作實施例之高溫殺菌測試平台。所描述的具體實施例僅用於說明本創作，並非用以侷限本創作的範圍。如圖1所示為本創作之高溫殺菌測試平台示意圖。本創作之高溫殺菌測試平台之結構組成包含一入料桶槽10、一定量送料泵20、一第一加熱裝置30、一第二加熱裝置31、一組溫度保持裝置40、一冷卻裝置50及一出料口61。續如圖2及圖3所示，將物料(如：液體食品)注入入料桶槽10後，以具變頻控制之定量送料泵20進行輸送，其中該入料桶槽10設有一液位感測控制器71來偵測桶槽內液位界限，進而控制清洗用水之開啟或停止；該入料桶槽10之材質可為透明壓克力，便於肉眼直覺觀察，但其材質不受限於此；該入料桶槽10之容量可為3公升，可視需要擴增其容量或增設一個以上的入料桶槽。入料桶槽10之形狀可由使用者依據實際需求而決定。該定量送料泵20可依據流量計72所偵測之流量回饋，變頻調整該定量送料泵的轉速，使流速與預設一致，其流速可控制在每小時10公升至30公升之間。如圖2及圖3所示，該物料經定量送料泵20輸送至第一加熱裝置30，以間接熱交換方式進行加熱升溫，其中該第一加熱裝置30之第一加熱介質為水，該第一加熱介質之溫度範圍可控制在60°C至97°C之間。物料接著通過第二加熱裝置31，其中該第二加熱裝置31之第二加熱介質為矽油。同樣地，該第二加熱裝置31藉由間接熱交換方式使物料溫度快速達到殺菌溫度。該第二加熱介質之溫度範圍可控制在80°C至195°C。該兩加熱裝置以不同比熱係數之液體為加熱媒介，其中第二加熱介質之比熱係數小於第一加熱介質，使溫度可較快速提高，且藉由兩階段式升溫方式可減少加熱時的能源損耗，並使溫度的調整更具彈性。在一實施態樣中，該第一加熱裝置30及第二加熱裝置31分別包含一蛇管式交換器，其中該蛇管式交換器由不同管徑之內管與外管組成，且該內管與外管之截面積比為約1：1，及其中該物料係在該內管內移動，而該加熱介質係在外管中移動。如圖2及圖3所示，達到殺菌溫度後，物料被送至一至多個溫度保持裝置40，並藉由該調整溫度保持裝置40之組數，使該物料於殺菌溫度下維持所需時間，以達到殺菌目的。該溫度保持裝置40之入口端與出口端可分別設有用於顯示監控物料溫度之溫度感測器73。該溫度保持裝置40的擴充組數可視需求彈性調整，藉此將殺菌時間控制在2秒至140秒之間。完成殺菌程序後，將物料導入冷卻裝置50快速降溫至便於充填之溫度，一般而言為20°C至30°C，或視物料特性調整該溫度。該冷卻裝置50包含一蛇管式交換器，其中該蛇管式交換器由不同管徑之內管與外管組成，且該內管與外管之截面積比為1：1，及其中該物料係在該內管內移動，而冷卻介質係在外管中移動。於本創作之一個較佳實施態樣中，該冷卻介質為冰水。在另一實施態樣中，該冷卻裝置另外包含一冷卻壓縮機。接著將經殺菌的物料通過無菌隔膜閥60由出料口61充填存放至各種容器。在該冷卻裝置50與該出料口61間，可設置一壓力控制器74，使該物料在高於沸點時仍能保持液態狀態。此外，本創作之高溫殺菌測試平台具有定位清洗功能，可於不拆除任何管閥件的情況下進行酸鹼清洗，提高使用前後的清潔操作便利性。且與殺菌測試平台相關之溫度、時間、壓力與流量等條件均可藉由軟體程式記錄於電腦，以數位化管理。本創作之高溫殺菌測試平台可使用符合食品衛生要求之輸送泵且並聯定位清洗(Clean in Place；CIP)清洗泵，可強化使用後之清洗效能。綜上所述，本創作提供一種於測試階段的高溫殺菌測試平台，其最小作業量為3公升，提高工廠測試便利性，可大幅減少測試物料量與成本，並可模擬工廠量產模式及物料(如：液體食品)殺菌後之品質與性狀，有效提高試量產條件的參考價值。以上所述僅為本新型之較佳實施例，凡依本新型申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆在本新型之範圍中。因此，本新型並不限定於上述實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內將上述實施形態適當變形而實施。

10‧‧‧入料桶槽

20‧‧‧定量送料泵

30‧‧‧第一加熱裝置

31‧‧‧第二加熱裝置

40‧‧‧溫度保持裝置

50‧‧‧冷卻裝置

60‧‧‧無菌隔膜閥

61‧‧‧出料口

71‧‧‧液位感測控制器

72‧‧‧流量計

73‧‧‧溫度感測器

74‧‧‧壓力控制器

圖1係本創作之高溫殺菌測試平台示意圖。圖2係本創作之高溫殺菌測試平台示意圖。圖3係本創作之高溫殺菌測試平台之立體示意圖。