專利名稱：一種固體食品的超高溫殺菌方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體食品的加熱殺菌方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，特別是涉及固體食品的超高溫殺菌方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
目前固體食品的主要加熱殺菌方式仍在采用十九世紀(jì)出現(xiàn)的阿氏殺菌方法及其改良方法。在殺菌釜中以高于100℃的溫度加熱殺菌并反壓冷卻的殺菌釜?dú)⒕椒ㄈ允亲钪饕臍⒕侄?。這些殺菌方法具有相同的特征在一定壓力下隔著容器通過(guò)蒸汽或熱水或火焰加熱包裝中的食品，使食品的中心升溫到殺菌溫度。這一過(guò)程必然使傳熱效率受到限制。如果包裝中的食品是有液體和固體混合物，殺菌時(shí)通過(guò)包裝材料加熱包裝中的液體后，再傳熱到固體食品表面，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)使食品的中心升溫到殺菌需要的溫度，這種情況下必然導(dǎo)致液體受到過(guò)度加熱。如果完全是固體，通過(guò)包裝材料和包裝內(nèi)的氣體傳熱到固體食品表面，然后再通過(guò)熱傳導(dǎo)使食品中心升溫到殺菌需要的溫度，這種情況下，傳熱效率更低，固體食品表面與包裝材料接觸的部分受到過(guò)度加熱。包裝越大固體食品體積越大加熱升溫以及冷卻降溫時(shí)間就越長(zhǎng)。對(duì)于不同原料、不同包裝量和不同包裝形式的低酸性食品，100℃以上的加熱殺菌時(shí)間在10min～2hr之間，多數(shù)在20min～1hr之間。這樣的加熱強(qiáng)度，嚴(yán)重破壞了食品的風(fēng)味，降低了食品品質(zhì)，熱敏性強(qiáng)的食品則根本不可能采用這種殺菌方法，因而大大限制了可加工的食品品種。雖然回轉(zhuǎn)式殺菌方法、分段升溫殺菌方法等改進(jìn)的殺菌釜?dú)⒕夹g(shù)可以有效地縮短加熱時(shí)間，降低加熱強(qiáng)度，但并不能根本改變殺菌時(shí)加熱強(qiáng)度過(guò)高的缺陷。其根本性的原因就是隔著容器進(jìn)行間接加熱導(dǎo)致的傳熱效率低下，導(dǎo)致升溫及降溫速度緩慢，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部分食品受到過(guò)度加熱。
人們?yōu)闇p少固體罐頭食品的殺菌加熱強(qiáng)度，提高產(chǎn)品品質(zhì)做了很多努力。從《現(xiàn)代食品工程高新技術(shù)》(高福成等·北京中國(guó)輕工業(yè)出版社，1997年)第三篇第十一章中可以了這方面的進(jìn)展。近年來(lái)，歐姆殺菌的日臻成熟使液體與固體顆?；旌系氖称返某邷貧⒕蔀榭赡?。通過(guò)50～60Hz的低頻交流電加熱已經(jīng)預(yù)熱的食品，配合無(wú)菌冷卻和無(wú)菌灌裝可以獲得較高品質(zhì)的包裝食品。殺菌溫度可達(dá)140℃，殺菌時(shí)間在0.2～15min，由于電場(chǎng)加熱的均勻性，避免了作為傳熱介質(zhì)的液體部分的過(guò)熱，大大提高了食品的品質(zhì)。但是歐姆殺菌技術(shù)僅僅適用于液體中顆粒含量小于40％的食品，限制了其應(yīng)用范圍，并且由于采用刮板冷卻方法，降溫速度受到限制，仍然有較高的加熱強(qiáng)度。目前還沒有針對(duì)完全是固體的食品的超高溫殺菌方法。
理想的加熱殺菌效果應(yīng)該能夠在達(dá)到商業(yè)滅菌條件的同時(shí)最大限度地保證食品品質(zhì)，各種殺菌技術(shù)中超高溫短時(shí)(瞬時(shí))殺菌技術(shù)有比較明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。超高溫(UHT)殺菌的一般的定義是在135～150℃下加熱2～8s，加熱后產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無(wú)菌要求的殺菌過(guò)程。這一殺菌條件相對(duì)低酸性食品常規(guī)殺菌中采用的101～135℃高溫殺菌溫度，溫度高10～40℃，因此稱為超高溫。而對(duì)于一些酸性和高酸性食品，在常規(guī)殺菌方法中采用小于100℃的殺菌溫度，而在超高溫殺菌設(shè)備中進(jìn)行殺菌的時(shí)候，加熱溫度可能在80～135℃，溫度也高10～40℃，這種殺菌溫度通常也稱為超高溫殺菌。因此一定意義上超高溫是一個(gè)相對(duì)的概念。在《乳品超高溫殺菌和無(wú)菌包裝》(美·徐守淵·北京中國(guó)和輕工業(yè)出版社，1986年)以及《現(xiàn)代食品工程高新技術(shù)》第三篇(高福成·北京中國(guó)輕工業(yè)出版社，1997年)等文獻(xiàn)中可以了解到各種液體食品的超高溫殺菌方法、裝置及原理。從上世紀(jì)50年代英國(guó)科學(xué)家對(duì)牛奶的超高溫殺菌的開拓性研究開始，近60年來(lái)低酸性液體食品的超高溫殺菌技術(shù)無(wú)論是在理論研究還是在技術(shù)應(yīng)用上都取得了巨大的成功。由于能夠在營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味特性得到最大保存的條件下使低酸性液體食品長(zhǎng)時(shí)間保藏，給乳制品及其它蛋白飲料制品的生產(chǎn)加工帶來(lái)了革命性的變化。目前超高溫殺菌的理論基礎(chǔ)已十分牢固。大量的殺菌熱力學(xué)及食品化學(xué)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，微生物對(duì)高溫的敏感性高于多數(shù)食品成分對(duì)高溫的敏感性，高溫下(130～150℃)能在很短時(shí)間內(nèi)有效地殺死微生物，并較好地保持食品應(yīng)有的品質(zhì)。這一理論完全適用于固體食品，但因?yàn)楣腆w食品不容易實(shí)現(xiàn)高效換熱，技術(shù)上存在的困難使固體食品的超高溫殺菌尚未得到應(yīng)用。液體食品的超高溫殺菌設(shè)備，如直接加熱式(蒸汽噴射式、食品注入式)及間接加熱式(管式、片式、刮板式)等多種形式的超高溫殺菌技術(shù)及設(shè)備已經(jīng)很成熟?？梢圆殚喓蜋z索到APV國(guó)際公司、α-LAVAL公司的大量有關(guān)專利技術(shù)。這些技術(shù)方法采用的各種與蒸汽混合物或者高效換熱加熱方法都是完全針對(duì)液體的，不能應(yīng)用到固體食品。值得指出的是，所有超高溫殺菌技術(shù)除了配合高效快速的無(wú)菌冷卻外，無(wú)菌包裝是必須的配套技術(shù)?，F(xiàn)在無(wú)菌包裝技術(shù)已達(dá)到較高水平，大量產(chǎn)生無(wú)菌空氣(或氮?dú)?形成無(wú)菌空間以及對(duì)包裝材料的滅菌和無(wú)菌設(shè)備清洗的有關(guān)技術(shù)已日臻完善。
目前中式菜肴的工業(yè)食品加工越來(lái)越廣泛，從馬口鐵罐頭到軟包裝罐頭食品，品種種類很多，但長(zhǎng)架壽的低酸性罐頭食品都是采用高溫長(zhǎng)時(shí)間殺菌的，過(guò)高加熱強(qiáng)度產(chǎn)生的沉悶風(fēng)味嚴(yán)重影響了食品的食用價(jià)值風(fēng)味，缺乏中式菜肴應(yīng)有的新鮮感。中式菜肴的加工有炒、煎、炸、燉、燒、燴、鹵、拌等形式，現(xiàn)在市場(chǎng)上的包裝中式菜肴食品品種主要是傳統(tǒng)中式菜肴中加熱強(qiáng)度比較大的種類，例如采用燒、煮、燉、鹵等工藝加工的食品。而占日常飲食更大比例的炒菜則基本沒有。目前常規(guī)殺菌技術(shù)在處理肉類時(shí)，會(huì)產(chǎn)生組織破壞(肌肉纖維松散、食用時(shí)抗剪強(qiáng)度過(guò)低，失去肉的鮮嫩口感)、風(fēng)味沉悶(長(zhǎng)時(shí)間加熱形成明顯的蒸煮味)的缺陷，在消費(fèi)者對(duì)飲食風(fēng)味質(zhì)量的要求不斷提高的今天，這樣的食品缺乏吸引力。常規(guī)殺菌技術(shù)更無(wú)法應(yīng)用于炒菜中常見的熱敏性的蔬菜原料。
本發(fā)明的目的就是建立一種對(duì)象完全是固體的食品超高溫短時(shí)殺菌方法，通過(guò)大幅度降低加熱強(qiáng)度，使被殺菌的食品的風(fēng)味、組織和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)得到有效的以至根本性的提高，使得一些熱敏性的固體食品如中式菜肴可以通過(guò)工業(yè)加工成為長(zhǎng)架壽包裝食品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明固體食品超高溫殺菌方法包括以下步驟(1)待殺菌的食品進(jìn)入一個(gè)封閉空間；(2)對(duì)上述封閉空間施加以高于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓的壓力；(3)已經(jīng)被加熱的氣體或可作為食品成分的液體傳熱介質(zhì)完全占據(jù)上述封閉空間并且以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式加熱食品表面，再通過(guò)熱傳導(dǎo)，使固體食品中心溫度達(dá)到殺菌條件；(4)停止強(qiáng)制對(duì)流，對(duì)封閉空間逐步降低壓力直至負(fù)壓，食品快速蒸發(fā)散熱降溫，同時(shí)排除蒸汽和殘余液體傳熱介質(zhì)；或者對(duì)封閉空間逐步降低壓力直至負(fù)壓，食品快速蒸發(fā)散熱降溫之后，再通過(guò)低溫傳熱介質(zhì)以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式冷卻食品，使食品進(jìn)一步降溫，并排除殘余液體傳熱介質(zhì)；或者不通過(guò)降壓蒸發(fā)散熱降溫，而直接通過(guò)低溫傳熱介質(zhì)以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式冷卻食品，使食品降溫冷卻，并排除殘余液體傳熱介質(zhì)；(5)完成殺菌的食品脫離封閉空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。
一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置甲，該裝置包括多個(gè)殺菌容器21，為頂部敞開的容器狀物體，底部或全部是固體食品不能通過(guò)而傳熱介質(zhì)能自由通過(guò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用來(lái)在殺菌過(guò)程中裝載經(jīng)過(guò)預(yù)加工的固體食品；一個(gè)稱之為殺菌頭19的一個(gè)端面敞開的容器狀構(gòu)件；一個(gè)稱之為殺菌座25的一個(gè)端面敞開并能與殺菌頭密封配合的容器狀構(gòu)件，殺菌頭和殺菌座能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)，分開時(shí)殺菌容器能夠進(jìn)入兩者之間，合攏時(shí)兩個(gè)敞開的端面通過(guò)密封圈18密閉形成封閉的殺菌空間并包含殺菌容器。
一套使殺菌頭與殺菌座之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并使兩者形成封閉空間的機(jī)械裝置；一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)20，固定在殺菌頭內(nèi)部蓋住殺菌容器敞口，傳熱介質(zhì)能自由通過(guò)而食品不能通過(guò)的，作用是防止強(qiáng)制換熱加熱殺菌時(shí)固體食品隨著傳熱介質(zhì)流動(dòng)；一套將殺菌容器推入殺菌座合適位置，并在殺菌冷卻結(jié)束后將殺菌容器推出的機(jī)械裝置；一個(gè)限壓閥15，用來(lái)保持殺菌空間內(nèi)壓力高于殺菌時(shí)的最高反滲透水分蒸汽壓；一個(gè)無(wú)菌空氣發(fā)生器5，用來(lái)形成殺菌空間無(wú)菌空氣正壓；一個(gè)真空泵6，用來(lái)形成真空蒸發(fā)時(shí)殺菌空間的負(fù)壓；一個(gè)真空緩沖罐7，用來(lái)緩沖真空；一個(gè)吸出泵8，當(dāng)冷凝水及(或)傳熱介質(zhì)在真空緩沖罐中液位達(dá)到一定高度時(shí)，該泵開始工作，克服負(fù)壓，將冷凝水及(或)傳熱介質(zhì)排出，完成后自動(dòng)關(guān)閉；一個(gè)截止閥24，用來(lái)啟閉無(wú)菌空氣與殺菌空間之間的連接；一個(gè)截止閥26，用來(lái)啟閉真空緩沖罐與殺菌空間之間的連接；一個(gè)截止閥12，用來(lái)啟閉傳熱介質(zhì)與殺菌空間的連接；一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，用來(lái)自動(dòng)控制殺菌操作過(guò)程；一套就地清洗(CIP)系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)與食品和傳熱介質(zhì)接觸的是設(shè)備的內(nèi)部表面進(jìn)行自動(dòng)清洗和滅菌。
本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)傳熱介質(zhì)壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置乙，特別適用于傳熱介質(zhì)是蒸汽的情況，與裝置甲相比，其特征在于另外包括一個(gè)減壓閥44，連接高壓蒸汽源與蒸汽包；一個(gè)蒸汽包1，連接在殺菌容器和減壓閥之間，用來(lái)緩沖蒸汽流量穩(wěn)定蒸汽壓力；本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，減壓閥出口工作壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。限壓閥排出的蒸汽，可以作為二次蒸汽回收利用。
一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置丙，特別適用于傳熱介質(zhì)是氣體，例如二氧化碳、氮?dú)?、空氣等的情況，與裝置甲相比，其特征在于另外包括一個(gè)氣體壓縮機(jī)17，用來(lái)形成傳熱介質(zhì)的壓力；一個(gè)氣體加熱器45，用來(lái)加熱傳熱介質(zhì)；一個(gè)氣體冷卻器46，用來(lái)冷卻傳熱介質(zhì)；一個(gè)三通閥14，連接殺菌空間、傳熱介質(zhì)加熱器和傳熱介質(zhì)冷卻器，用來(lái)轉(zhuǎn)換傳熱介質(zhì)的加熱與冷卻；一個(gè)氣體緩沖罐42，用來(lái)緩沖傳熱介質(zhì)的流量和穩(wěn)定壓力；一個(gè)氣體凈化器43，用來(lái)凈化壓縮后的傳熱介質(zhì)，徹底清除其中的油污及異味本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，壓縮機(jī)輸出工作壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。經(jīng)限壓閥排出的氣體，如果有價(jià)值，可以回收利用。
一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置丁，適用于傳熱介質(zhì)是液體，包括水不溶性液體如油脂、水和水溶液(例如鹽水、湯汁)，特別適用于水不溶性液體傳熱介質(zhì)，與裝置甲相比，其特征在于另外包括一個(gè)傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐9，用來(lái)儲(chǔ)存?zhèn)鳠峤橘|(zhì)，接受循環(huán)使用的傳熱介質(zhì)和蒸汽的分離器回收的傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)加熱器28，用來(lái)加熱傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)冷卻器13，用來(lái)冷卻傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)泵11，用來(lái)輸送傳熱介質(zhì)進(jìn)入高壓殺菌空間殺菌、形成對(duì)固體食品的強(qiáng)制對(duì)流；一個(gè)傳熱介質(zhì)凈化器16，用來(lái)過(guò)濾傳熱介質(zhì)，使傳熱介質(zhì)能夠循環(huán)使用；一個(gè)三通閥14，連接殺菌空間、傳熱介質(zhì)加熱器和傳熱介質(zhì)冷卻器，用來(lái)轉(zhuǎn)換傳熱介質(zhì)的加熱與冷卻；一個(gè)截止閥10，連接在傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐底部，當(dāng)傳熱介質(zhì)是水不溶性液體時(shí)，用來(lái)排除在儲(chǔ)罐底部的水及水溶液；一個(gè)排空管27，安裝在傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐頂部，對(duì)于非水溶性傳熱介質(zhì)，用來(lái)排除殺菌過(guò)程中從固體食品中帶出的少量經(jīng)過(guò)限壓閥降壓后變成蒸汽的水分，對(duì)于水或水溶液，用來(lái)排出經(jīng)過(guò)限壓閥降壓后變成蒸汽的那部分水分；一個(gè)截止閥47，連接真空緩沖罐和傳熱介質(zhì)加入口，用來(lái)補(bǔ)充傳熱介質(zhì)損失；一個(gè)止回閥29，連接傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐與真空吸出泵，用來(lái)防止傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐中氣體和液體向真空緩沖罐中倒流；這一裝置特別適用于非水溶性傳熱介質(zhì)，如油脂，因?yàn)橛椭诩訜岷屠鋮s過(guò)程中不存在相變，沒有蒸發(fā)過(guò)程，不會(huì)造成能量損失，并且許多油脂品種是高度耐熱加工的。對(duì)于水或水溶液作為傳熱介質(zhì)，在經(jīng)過(guò)限壓閥降壓后會(huì)有部分水分蒸發(fā)，造成能量損失。這一裝置要求傳熱介質(zhì)輸送泵的輸出壓力較高。本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，傳熱介質(zhì)輸送泵輸出壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
一種用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置戊，適用于傳熱介質(zhì)是液體，包括水不溶性液體如油脂、水和水溶液(例如鹽水、湯汁)，特別適用于傳熱介質(zhì)是水或水溶液，與裝置丁相比，其特征在于另外包括一個(gè)空氣壓縮機(jī)4，用來(lái)形成封閉空間大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓的空氣壓力，并且以無(wú)菌空氣為空氣來(lái)源；一個(gè)壓縮空氣凈化器3，用來(lái)徹底清除壓縮空氣中的油污及異味；一個(gè)空氣壓縮機(jī)貯罐2，用來(lái)緩沖壓縮空氣；一個(gè)截止閥23，連接殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐，作用是啟閉殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐的連接；一個(gè)止回閥22，連接殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐，作用是防止殺菌時(shí)加熱介質(zhì)向壓縮空氣緩沖罐內(nèi)倒流；本裝置在強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，傳熱介質(zhì)輸送泵的輸出壓力大于壓縮空氣壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)水分最大蒸汽壓，壓縮空氣緩沖罐與傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐保持壓力平衡。本裝置的傳熱介質(zhì)輸送泵雖然出口處凈壓力很高，但是由于進(jìn)口壓力也很高，兩者差值不大，因此對(duì)傳熱介質(zhì)輸送泵本身的壓頭要求不高。
與傳統(tǒng)的食品高溫殺菌設(shè)備——高壓殺菌釜間隙性長(zhǎng)時(shí)間大批量操作相比，本發(fā)明的方法是通過(guò)每次殺菌相對(duì)少量——通常是一個(gè)包裝容量——的食品在多個(gè)殺菌工作位置的短時(shí)連續(xù)操作來(lái)達(dá)到一定的工作效率。因此本發(fā)明的方法的實(shí)用性與殺菌時(shí)間，也就是達(dá)到殺菌溫度所需傳熱時(shí)間密切相關(guān)。而傳熱時(shí)間與食品的外形密切相關(guān)。
傳熱時(shí)間和固體食品外形的關(guān)系，可以通過(guò)傳熱學(xué)計(jì)算獲得具體的數(shù)據(jù)。計(jì)算方法來(lái)自《食品工程原理·上冊(cè)》第二章第三節(jié)(無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院等·北京輕工業(yè)出版社，1985年)。有關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自《食品常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》第一部分(食品常用數(shù)據(jù)手冊(cè)編寫組·北京中國(guó)食品出版社，1985年)以及《食品科學(xué)手冊(cè)》III篇(日本·食品科學(xué)手冊(cè)編輯委員會(huì)·北京輕工業(yè)出版社，1989年)；本發(fā)明的殺菌傳熱過(guò)程是傳熱介質(zhì)對(duì)食品表面的對(duì)流換熱和食品表面向內(nèi)部的熱傳導(dǎo)組成，其中后者是傳熱控制因素，并且是典型的不穩(wěn)定傳熱，符合不穩(wěn)定傳熱的微分方程∂T∂t=α(∂2T∂x2+∂2T∂y2+∂2T∂z2),α=λρC,]]>α——導(dǎo)溫系數(shù)，λ——導(dǎo)熱系數(shù)，ρ——比重，C——比熱容。為求解這一微分方程，可把食品的形狀簡(jiǎn)化為球狀、圓柱狀和圓形片狀，這樣可以簡(jiǎn)化微分方程，得到準(zhǔn)數(shù)形式的求解 ——過(guò)熱余溫準(zhǔn)數(shù)， Tf——恒溫介質(zhì)溫度，T——任意時(shí)刻任意點(diǎn)的溫度，T0——初始溫度；Bi——畢渥準(zhǔn)數(shù)(Biotnumber)；F0——傅立葉準(zhǔn)數(shù)(Fourier number)；L0——幾何相似準(zhǔn)數(shù)，表示相對(duì)位置。最終通過(guò)球體、圓柱體及平板不穩(wěn)定導(dǎo)熱線圖進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。關(guān)于對(duì)象選擇，通常加熱殺菌的固體食品主要原料是肉類、蔬菜，相對(duì)而言，蔬菜含水量高，傳熱系數(shù)大，因此選用傳熱系數(shù)小的肉類為對(duì)象，包括瘦肉和脂肪。脂肪是常見食品中傳熱系數(shù)最小的種類之一。瘦肉及脂肪的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、比重如表1。
分析固體食品常見形狀，將有關(guān)的外形尺寸設(shè)定如下顆粒狀食品，倘化為球體，φ＝0.2～2.6cm；條狀食品，簡(jiǎn)化為長(zhǎng)圓柱體，L＝3cm，φ＝0.2～1.0cm；片狀食品，簡(jiǎn)化為短圓柱體，δ＝0.2～1.0cm，φ＝3cm，參見圖6。有關(guān)溫度條件，初始溫度預(yù)處理后食品溫度60℃，
根據(jù)圖12A到12D所示的標(biāo)號(hào)(0)到(4)，Ww和Lw的大小將表示為

在表的(4)中的Ww/2的大小中，“0.96”表示當(dāng)孔7的開口延伸到偏轉(zhuǎn)線圈6時(shí)偏轉(zhuǎn)線圈6的內(nèi)表面的大小。
通過(guò)如上述形成孔7，能夠改善插入損耗S21和絕緣度S12。此外，由于反射損耗S11和S22也隨著Ww的大小改變，那么通過(guò)適當(dāng)設(shè)定Ww值就能得到很小的反射特性。
圖13A到13D表示改變孔7的開孔大小所提供的例子。如圖11A到11D和圖12A到12D中，通過(guò)改變孔7橫向方向的Ww的大小和縱向方向Lw的大小得到S參數(shù)的變化。確定獲得提供最大磁能的特性的條件，(也就是說(shuō)，在中心頻率上磁鐵退磁最大)并且提供最佳插入損耗。從而找到有關(guān)孔尺寸的最佳條件如下(1)孔在垂直于鐵氧體構(gòu)件主表面方向上的凸起的平面形狀的延伸需要包括磁鐵間的間隙或通過(guò)鐵氧體組件的磁鐵和磁鐵構(gòu)件間的間隙，和(2)孔在平行于鐵氧體構(gòu)件的主表面方式上的凸起平面形狀的延伸應(yīng)當(dāng)大于或等于鐵氧體構(gòu)件在平行于鐵氧體構(gòu)件的主表面方向上的寬度范圍。換句話說(shuō)，需要提供這樣的孔，使得當(dāng)從某個(gè)距離處看該孔時(shí)，就能夠看到整個(gè)鐵氧體構(gòu)件并且能夠看到兩個(gè)磁鐵的邊緣或者夾有鐵氧體組件的磁鐵和磁鐵構(gòu)件的邊緣。
圖13A表示孔具有滿足上述第一和第二條件的最小尺寸的一個(gè)例子。圖13C表示孔具有滿足這些條件的最大尺寸的例子。圖13B表示孔具有中間尺寸的例子，圖13D表示孔的尺寸小于滿足上述條件的最小尺寸的例子。在圖13A，13B、13C中，能夠獲得低插入損耗和高絕緣特性。
如在此實(shí)施例中所示，當(dāng)孔7的開口大體為四邊形時(shí)，由于增加了使偏轉(zhuǎn)線圈遠(yuǎn)離鐵氧體組件的效果，則不必加寬孔的開孔區(qū)域。
降溫過(guò)程中降壓蒸發(fā)的水分損失也關(guān)系到本發(fā)明的方法的應(yīng)用價(jià)值。殺菌結(jié)束后肉的平均溫度160℃，大氣平衡后肉的平均溫度100℃，而在120℃時(shí)蒸發(fā)潛熱為2205.2kJ/kg，肉的熱容C＝3.4kJ/kgK。通過(guò)熱量平衡容易估算出每公斤肉超高溫殺菌之后達(dá)到與大氣平衡時(shí)蒸發(fā)水分0.085公斤。大氣平衡狀態(tài)下肉的平均溫度100℃，在0.081大氣壓下的平均溫度45℃，水在80℃時(shí)蒸發(fā)潛熱為2307kJ/kg，肉的熱容C＝3.4kJ/kgK，通過(guò)熱量平衡容易估算出每公斤肉達(dá)到大氣平衡時(shí)肉蒸發(fā)水分0.081公斤。由上面兩項(xiàng)估算可知在殺菌后的降壓冷卻過(guò)程中，肉類大約要損失17％的水分。蔬菜有更大的熱容，水分損失在15～20％。在通常情況下肉的加熱成熟過(guò)程中，一般要失去30～50％的水分，蔬菜在作為菜肴的加工過(guò)程中，在不同品種、加工強(qiáng)度和調(diào)味強(qiáng)度下一般要失去10～80％的水分。從食品工藝上說(shuō)，本發(fā)明殺菌方法的冷卻過(guò)程中水分損失屬于可以接受的范圍。另外，可通過(guò)在預(yù)處理工序控制加熱和加工強(qiáng)度、對(duì)水分的去除的進(jìn)行預(yù)留控制等方法使最后進(jìn)入包裝的產(chǎn)品的水分含量達(dá)到食品在食用時(shí)應(yīng)有的含水量。如果食品的水分含量對(duì)食品品質(zhì)至關(guān)重要，可以不采用減壓蒸發(fā)散熱降溫冷卻，而采用低溫傳熱介質(zhì)直接強(qiáng)制對(duì)流換熱來(lái)降溫冷卻。
本發(fā)明的方法的生產(chǎn)效率也關(guān)系到本發(fā)明的實(shí)用性。對(duì)典型的小尺寸固體食品采用本發(fā)明的方法進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)能力估算如下。超高溫殺菌20～60s，其他工序操作時(shí)間20s，合計(jì)工作時(shí)間為40～80s，設(shè)定每個(gè)殺菌容器工作容量為500克，每臺(tái)機(jī)組有10個(gè)殺菌頭，則每小時(shí)加工能力為450～900包，即0.26～0.45噸，按照每日2班計(jì)，每班6小時(shí)，日產(chǎn)2.7～5.4噸，年產(chǎn)810～1620噸。這一生產(chǎn)效率是具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的。同時(shí)，為了提高效率，還可以通過(guò)多容器同時(shí)殺菌，參見圖12，或者大容量殺菌容器殺菌后，無(wú)菌分裝后再包裝，可以大大提高生產(chǎn)效率。另外，采用本發(fā)明的方法的連續(xù)回轉(zhuǎn)式的多頭高效率殺菌設(shè)備在技術(shù)原理上也是可行的。
雖然設(shè)備的封閉殺菌空間要耐受最高達(dá)到12atm的壓力和最低達(dá)到0.07atm的真空，但是本發(fā)明每次殺菌相對(duì)少量——通常是一個(gè)包裝容量——的食品，因此殺菌空間體積很小，例如，上述每周期殺菌500克的例子中，正常情況下殺菌容器的直徑僅為8-15cm，由于壓力容器的壁厚與設(shè)備的體積尺寸負(fù)相關(guān)，只需要正常的結(jié)構(gòu)尺寸就可以耐受這些工作條件。這一點(diǎn)意味著更小的設(shè)備體積，更少的制造材料，也意味著更低的制造成本。
在設(shè)備衛(wèi)生維護(hù)上，由于與食品以及傳熱介質(zhì)接觸部分的設(shè)備內(nèi)面包圍的體積很小，很容易實(shí)現(xiàn)CIP清洗和熱空氣滅菌。
這一裝置的自動(dòng)控制涉及的溫度控制、壓力控制、液位控制、閥門啟閉控制、操作時(shí)間控制、機(jī)件行程控制等等都是常規(guī)的自動(dòng)控制方法，可以通過(guò)微機(jī)控制，普通自動(dòng)控制專業(yè)技術(shù)人員就可以解決本發(fā)明的裝置的自動(dòng)控制技術(shù)問題。
使得殺菌頭與殺菌座之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)并密封的機(jī)械裝置的功能可以解析為三個(gè)方面一方面是運(yùn)動(dòng)方向的定位以保證兩者密封配合的精確，一方面是兩者分開和合攏運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，一方面是密封后抵抗最高達(dá)12atm的壓力的鎖緊裝置。方向定位可采用定位導(dǎo)桿，通過(guò)固定在與殺菌座相連為一體的構(gòu)件上的周向均布的多根導(dǎo)桿軸與殺菌頭上的導(dǎo)桿軸套相配合，精確限定殺菌頭的運(yùn)動(dòng)。參見圖13圖14圖15。兩者分開和合攏的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)可以采用齒輪齒條裝置來(lái)完成，齒條沿殺菌頭運(yùn)動(dòng)方向固定在殺菌頭上，驅(qū)動(dòng)齒輪的受力軸承及電動(dòng)機(jī)與減速器固定在與殺菌座連為一體的構(gòu)件上，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)殺菌頭運(yùn)動(dòng)。齒輪齒條的動(dòng)力與傳動(dòng)裝置普通的機(jī)械專業(yè)人員即可實(shí)施設(shè)計(jì)。參見圖18圖19。殺菌頭和殺菌座的鎖緊可以通過(guò)有徑向(殺菌頭的徑向)進(jìn)給的軸承固定在與殺菌座連為一體的構(gòu)件上的周向均布的多個(gè)偏心輪作用于殺菌頭上的垂直于殺菌頭所受壓力合力方向的類似法蘭盤的凸出平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。工作方式為，在殺菌頭與殺菌座合攏后，偏心輪以最小直徑方向面對(duì)殺菌頭上的凸出平臺(tái)，徑向進(jìn)給到其上方，旋轉(zhuǎn)，直徑逐漸變大，鎖緊殺菌頭與殺菌座的密封。工作時(shí)，殺菌空間內(nèi)壓力使偏心輪受力后偏心輪摩擦力增加，自鎖不旋轉(zhuǎn)，保證殺菌空間不產(chǎn)生泄漏。殺菌及冷卻結(jié)束后，偏心輪反向旋轉(zhuǎn)，松開殺菌頭與殺菌座的密封，徑向后退，完成一個(gè)周期的動(dòng)作。參見圖16圖17。偏心輪的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，普通的機(jī)械專業(yè)人員即可實(shí)施設(shè)計(jì)。
將殺菌容器推入、定位和推出的機(jī)械裝置，普通的機(jī)械設(shè)計(jì)人員即可完成。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置所涉及的設(shè)備加上殺菌容器輸入和輸出傳送帶經(jīng)過(guò)設(shè)備組合就能夠形成機(jī)組，這一組合是普通的化工和食品設(shè)備專業(yè)人員就能夠設(shè)計(jì)完成的。而涉及到這一方法的應(yīng)用價(jià)值的主要問題是這一機(jī)組如何與無(wú)菌包裝系統(tǒng)連接。
采用本發(fā)明的方法殺菌的固體食品的包裝形式可以是真空軟包裝、非真空軟包裝、半硬質(zhì)包裝(例如紙塑復(fù)合包裝)、硬質(zhì)包裝(例如玻璃瓶和馬口鐵罐)。對(duì)于采用本發(fā)明的方法殺菌加工的中式菜肴最好采用硬質(zhì)材料充惰性氣體包裝，比較采用軟質(zhì)材料的真空包裝，在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中沒有外壓壓緊作用，可以減少不同固體食品之間的傳質(zhì)及組織受壓破壞造成的風(fēng)味品質(zhì)和物理感官品質(zhì)的降低。
馬口鐵罐的無(wú)菌灌裝系統(tǒng)與本發(fā)明的強(qiáng)制換熱超高溫殺菌系統(tǒng)配合有可能取得最理想的效果。例如預(yù)處理食品→強(qiáng)制換熱超高溫殺菌→常壓蒸發(fā)冷卻→馬口鐵罐無(wú)菌灌裝→流水冷卻→成品。采用這樣的系統(tǒng)組合可以取消殺菌設(shè)備的傳熱介質(zhì)冷卻系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，殺菌工序與包裝工序緊密連接，趁熱包裝，部分蒸發(fā)過(guò)程在灌裝后仍在進(jìn)行，封罐后自然形成真空，無(wú)需抽真空或充惰性氣體。
應(yīng)用本發(fā)明的方法的超高溫殺菌機(jī)組與無(wú)菌包裝機(jī)可以采用下面的配合形式所述的機(jī)組的多個(gè)殺菌頭殺菌座組合平行排列，進(jìn)出口兩側(cè)是殺菌容器輸入傳送帶和輸出傳送帶，并分別有殼體圍護(hù)。有關(guān)的其他設(shè)備組合在另一殼體之中，通過(guò)管路與殺菌頭殺菌座組合連接。預(yù)處理后的食品由殺菌容器輸入傳送帶送至殺菌頭殺菌座組合入口處，由殺菌容器推入、定位和推出的機(jī)械裝置送入殺菌工作位置，殺菌結(jié)束后，又由殺菌容器推入、定位和推出的機(jī)械裝置推出進(jìn)入輸出傳送帶，使殺菌容器被鉤掛在輸出傳送帶上，到達(dá)灌裝漏斗上方時(shí)，敞口朝下，固體食品靠自重下墜通過(guò)漏斗進(jìn)入無(wú)菌包裝機(jī)灌裝管中?？盏臍⒕萜鹘?jīng)過(guò)一個(gè)解除掛鉤的裝置釋放后進(jìn)入工藝循環(huán)。輸入輸出傳送帶殼體內(nèi)保持無(wú)菌空氣正壓。
很多固體食品品種和中式菜肴品種都是帶有一定比例的湯汁的，在生產(chǎn)中，采用本發(fā)明的方法的殺菌裝置和可以和液體超高溫殺菌設(shè)備配合使用，將固體和液體部分離后分別殺菌，在無(wú)菌灌裝時(shí)按照一定比例混合，即可生產(chǎn)出帶有一定比例的湯汁的固體食品。
本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的固體食品殺菌釜高溫殺菌方法相比，大大降低了殺菌時(shí)間和加熱強(qiáng)度，有利于食品的風(fēng)味品質(zhì)、外觀品質(zhì)和組織品質(zhì)的提高。
這里用本發(fā)明的殺菌方法與目前常規(guī)的殺菌釜中軟罐頭殺菌方法的溫度曲線與受熱強(qiáng)度進(jìn)行比較。根據(jù)上文的傳熱學(xué)計(jì)算可以認(rèn)為升溫時(shí)間48s，常壓蒸發(fā)及真空蒸發(fā)15s在本發(fā)明的方法的殺菌工藝參數(shù)范圍之內(nèi)，并以此作為依據(jù)作出大致的直接強(qiáng)制換熱固體食品超高溫殺菌的溫度曲線。對(duì)照方法為中式肉制品的450g軟包裝產(chǎn)品的常規(guī)殺菌過(guò)程(中式肉品快餐分段升溫?zé)崃⒕に囇芯俊?zhàn)民等·食品科學(xué)·2001，vol.22，No.8)。由圖10可見，直接強(qiáng)制換熱固體食品超高溫殺菌方法的加熱強(qiáng)度遠(yuǎn)比常規(guī)殺菌低，并且差距是巨大的。
超高溫殺菌有利于食品品質(zhì)有兩方面的因素。一方面，隨著溫度的升高，微生物致死速率的增加大大高于食品化學(xué)反應(yīng)速率的增加，提供了高溫下短時(shí)間殺菌的可能性，即在達(dá)到商業(yè)滅菌條件的同時(shí)，使有害的食品化學(xué)反應(yīng)降低到最低程度。由圖11(圖中數(shù)據(jù)取自《食品科學(xué)手冊(cè)》IV篇·日本·食品科學(xué)手冊(cè)編輯委員會(huì)·北京輕工業(yè)出版社，1989年)可以看出耐熱微生物(圖中以嗜熱脂肪芽胞桿菌為例)的致死速率數(shù)常數(shù)直線比大多數(shù)食品化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)直線相比更為陡峭，對(duì)溫度更為敏感。嗜熱脂肪芽孢桿菌的致死溫度系數(shù)QΔT℃＝10，高于大多數(shù)酶促反應(yīng)的溫度系數(shù)Q10值1.4～2.0和大多數(shù)生物學(xué)反應(yīng)的Q10值2.0～2.5，也說(shuō)明了這一問題。(微生物致死溫度系數(shù) m1和m2——T1和T2下的熱處理致死率常數(shù)；t1和t2——T1和T2下的熱力致死時(shí)間。化學(xué)反應(yīng)溫度系數(shù)Q10=K2K1,]]>K1和K2——T1和T2下的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，T1-T2＝10)。因此，有理由認(rèn)為本發(fā)明的方法對(duì)于固體食品的殺菌后的風(fēng)味品質(zhì)、外觀品質(zhì)和組織品質(zhì)的提高有明顯作用。
本發(fā)明的方法在殺菌的強(qiáng)制對(duì)流加熱過(guò)程中，只要傳熱介質(zhì)不含氧氣，食品就不會(huì)接觸氧氣，使氧化反應(yīng)受到限制，也對(duì)提高食品品質(zhì)有利。
殺菌技術(shù)是食品加工的核心技術(shù)，液體食品的超高溫殺菌技術(shù)使液體食品具有更多的品種、更好的質(zhì)量、更長(zhǎng)的貨架壽命，對(duì)液體食品工業(yè)，包括乳品工業(yè)、果汁飲料工業(yè)、植物蛋白飲料工業(yè)等，帶來(lái)了革命性的變化。本發(fā)明的固體食品超高溫殺菌方法可以選用不同的傳熱介質(zhì)，具有廣泛的品種適應(yīng)性，有可能改變目前罐裝固體食品加工業(yè)的狀況，增加新的品種，改善有品種的質(zhì)量，延長(zhǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的貨架壽命。
本發(fā)明的方法和裝置特別適用于中式菜肴尤其是中式炒菜的殺菌。解析中式炒菜的典型加工過(guò)程 大多數(shù)中式菜肴的炒制過(guò)程不超過(guò)1～3min，用作炒菜的大量的油(通常循環(huán)使用)被加熱到很高的溫度甚至接近燃點(diǎn)(200～300℃)，通過(guò)強(qiáng)烈的攪拌油浴使食品得到迅速加熱，基本上是一個(gè)高溫短時(shí)(當(dāng)然含水量高的食品溫度不可能超過(guò)100℃)加熱過(guò)程，相當(dāng)程度上保存了食品中的風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)成分。采用油脂作為傳熱介質(zhì)的本發(fā)明的超高溫殺菌裝置能夠很大程度上模擬上述工藝過(guò)程。同時(shí)由于中國(guó)飲食文化“食不厭精膾不厭細(xì)”的傳統(tǒng)，許多固體食品傳統(tǒng)上都被加工得體積很小，通常顆粒直徑不超過(guò)1.0cm，條狀直徑一般不超過(guò)0.6cm，片狀厚度不超過(guò)0.4cm，特別適合強(qiáng)制換熱超高溫殺菌。
以水或湯汁為傳熱介質(zhì)的直接強(qiáng)制換熱殺菌方法對(duì)一些清淡的食品品種更為適宜，有可能大大豐富罐裝清水蔬菜及水果的品種，提高現(xiàn)在生產(chǎn)的清水蔬菜及水果品種的質(zhì)量。
以氣體為傳熱介質(zhì)的直接強(qiáng)制換熱殺菌方法為一些食品——例如低含水量熱敏性食品原料——的殺菌提供了獨(dú)特的方法。本發(fā)明的方法也完全可以用于傳統(tǒng)罐頭食品和一些國(guó)外食品品種的加工，并可望顯著地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。


圖1是裝置甲的系統(tǒng)工作原理圖，圖中21-殺菌容器，19-殺菌頭，25-殺菌座，18-密封圈，20-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，15-限壓閥，5-無(wú)菌空氣發(fā)生器，6-真空泵，7-真空緩沖罐，8-吸出泵，24-截止閥，26-截止閥，12-截止閥；圖2是裝置乙的系統(tǒng)工作原理圖，圖中44-減壓閥，1-蒸汽包，其余同圖1；圖3是裝置丙的系統(tǒng)工作原理圖，17-氣體壓縮機(jī)，45-氣體加熱器，46-氣體冷卻器，14-三通閥，42-氣體緩沖罐，43-氣體凈化器，其余同圖1；圖4是裝置丁的系統(tǒng)工作原理圖，圖中9-傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐，28-傳熱介質(zhì)加熱器，13-傳熱介質(zhì)冷卻器，11-傳熱介質(zhì)泵，16-傳熱介質(zhì)凈化器，14-三通閥，27-排空管，48-傳熱介質(zhì)泵，47-截止閥，29-止回閥，其余同圖1；圖5是裝置戊的系統(tǒng)工作原理圖，圖中4-空氣壓縮機(jī)，3-壓縮空氣凈化器，2-空氣壓縮機(jī)，23-截止閥，22-止回閥，其余同圖4；圖6是食品形狀簡(jiǎn)化示意圖，圖中a-球體，b-長(zhǎng)圓柱體，c-圓柱體；圖7是粒狀肉的直徑與達(dá)到目的溫度所需傳熱時(shí)間關(guān)系圖。橫坐標(biāo)是粒狀肉的直徑，單位是cm，縱坐標(biāo)是達(dá)到目的溫度所需的傳熱時(shí)間，單位是min，d是脂肪曲線，e是瘦肉曲線；圖8是條狀肉的直徑與達(dá)到目的溫度所需傳熱時(shí)間關(guān)系圖。橫坐標(biāo)是條狀肉的直徑，單位是cm，縱坐標(biāo)是達(dá)到目的溫度所需的傳熱時(shí)間，單位是min，f是脂肪曲線，g是瘦肉曲線；圖9是片狀肉的厚度與達(dá)到目的溫度所需傳熱時(shí)間關(guān)系圖。橫坐標(biāo)是片狀肉的厚度，單位是cm，縱坐標(biāo)是達(dá)到目的溫度所需的傳熱時(shí)間，單位是min，h是脂肪曲線，i是瘦肉曲線；圖10是本發(fā)明的方法的超高溫殺菌溫度曲線與殺菌釜常規(guī)殺菌溫度曲線比較圖。橫坐標(biāo)是殺菌時(shí)間，單位是min，縱坐標(biāo)是溫度，單位是℃；h是超高溫殺菌固體食品表面溫度曲線，i是超高溫殺菌固體食品中心溫度曲線，j是常規(guī)殺菌包裝內(nèi)面溫度曲線，k是常規(guī)殺菌包裝中食品中心溫度曲線；圖11是嗜熱脂肪芽胞桿菌的微生物致死溫度系數(shù)及各種食品反應(yīng)速度常數(shù)同溫度的關(guān)系圖。橫坐標(biāo)是絕對(duì)溫度的倒數(shù)，單位是1/K×103，縱坐標(biāo)是反應(yīng)速度常數(shù)，單位是1/min；圖12是殺菌頭與殺菌座組合中多容器同時(shí)殺菌的情況，圖中21-殺菌容器，19-殺菌頭，25-殺菌座；圖13是殺菌頭與殺菌座組合的剖面圖，圖中21-殺菌容器，19-殺菌頭，25-殺菌座，18-密封圈，20-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，30-導(dǎo)桿軸，31-真空入口，32-無(wú)菌空氣入口；圖14是圖13的A-A視圖，圖中21-殺菌容器，19-殺菌頭，25-殺菌座，33-偏心輪；圖15是圖13的B-B視圖，圖中30-導(dǎo)桿軸，19-殺菌頭，20-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，25-殺菌座，33-偏心輪；圖16是偏心輪的局部剖面圖，圖中25-殺菌座，33-偏心輪，19-殺菌頭，18-密封圈；圖17是圖16的D-D向視圖，圖中33-偏心輪，19-殺菌頭，25-殺菌座；圖18是驅(qū)動(dòng)殺菌頭與殺菌座相對(duì)運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條裝置原理圖，圖中49-傳熱介質(zhì)出口管道，50-齒條，51-鍵，52-齒輪驅(qū)動(dòng)軸，53-齒輪，54-密封圈壓蓋，48-緊固螺釘，55-動(dòng)密封圈，25-殺菌座，30-導(dǎo)桿軸，19-殺菌頭；圖19是圖18的C-C向視圖，圖中49-傳熱介質(zhì)出口管道，50-齒條，52-齒輪驅(qū)動(dòng)軸，53-齒輪，54-密封圈壓蓋，48-緊固螺釘，55-動(dòng)密封圈，25-殺菌座；圖20是本發(fā)明的方法的裝置各個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)組合，以及系統(tǒng)組合與無(wú)菌包裝機(jī)聯(lián)合使用的系統(tǒng)示意圖，圖中21-殺菌容器，38-輸入傳送帶，36-輸出傳送帶，37-無(wú)菌包裝機(jī)，41-成品，34-外殼，38-輸入傳送帶外殼，39-輸出傳送帶外殼，44-外殼；圖21是本發(fā)明的方法的裝置與無(wú)菌包裝機(jī)的配合。圖中21-菌容器，39-輸出傳送帶外殼，36-輸出傳送帶，40-進(jìn)料漏斗及無(wú)菌包裝機(jī)進(jìn)料管。
參照附圖再進(jìn)一步敘述本發(fā)明參照附圖1來(lái)說(shuō)明裝置甲的工作步驟。開始階段閥12閥26關(guān)閉，閥24打開，保持殺菌區(qū)域的無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭19運(yùn)轉(zhuǎn)到最高位置，殺菌容器21進(jìn)入殺菌頭19和殺菌座25之間，殺菌頭19向下移動(dòng)容納殺菌容器21并和殺菌座25靠攏，通過(guò)密封圈18完全密封；強(qiáng)制對(duì)流加熱階段關(guān)閉閥24；打開閥12高壓傳熱介質(zhì)經(jīng)進(jìn)入殺菌空間；殺菌頭19內(nèi)殺菌容器21上方，有一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)20，覆蓋殺菌容器的敞口，使食品不會(huì)隨傳熱介質(zhì)移動(dòng)；限壓閥15的作用是保持殺菌空間內(nèi)的傳熱介質(zhì)壓力高于殺菌空間內(nèi)殺菌時(shí)的最高水分蒸汽壓；冷卻階段關(guān)閉閥12，停止強(qiáng)制對(duì)流換熱；打開閥26，逐步降低殺菌空間內(nèi)的壓力，直到閥26完全打開，達(dá)到不高于0.07atm的壓力，食品降壓蒸發(fā)，迅速散熱降溫到40～50℃；結(jié)束階段閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，然后殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器23裝著殺菌后的食品離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。此時(shí)裝置又回到初始工作狀態(tài)，開始下一個(gè)周期的工作。
參照系統(tǒng)附圖2來(lái)說(shuō)明裝置乙的方法的工作步驟。開始階段操作與裝置甲相同；強(qiáng)制對(duì)流加熱階段關(guān)閉閥24；打開閥12傳熱介質(zhì)進(jìn)入殺菌空間，與食品強(qiáng)制換熱后，經(jīng)限壓閥排放；冷卻階段關(guān)閉閥12，停止強(qiáng)制對(duì)流換熱；打開閥26，逐步降低殺菌空間內(nèi)的壓力，直到閥26完全打開，達(dá)到不高于0.07atm的壓力，這時(shí)食品降壓蒸發(fā)，迅速散熱降溫到40～50℃；結(jié)束階段閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，然后殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器23裝著殺菌后的食品離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。排放蒸汽可以回收利用。此時(shí)裝置又回到初始工作狀態(tài)，開始下一個(gè)周期的工作。
參照附圖3來(lái)說(shuō)明裝置丙的工作步驟。開始階段閥12閥26閥29關(guān)閉，閥24打開，保持殺菌區(qū)域無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭19運(yùn)轉(zhuǎn)到最高位置，殺菌容器21進(jìn)入殺菌頭19和殺菌座25之間，殺菌頭19向下移動(dòng)容納殺菌容器21并和殺菌座25完全密封；用作傳熱介質(zhì)的氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)17的壓縮達(dá)到一定壓力，再經(jīng)過(guò)一個(gè)氣體凈化器43，徹底去除氣體中的油污和異味，然后進(jìn)入緩沖罐42，緩沖罐的作用是穩(wěn)定氣體傳熱介質(zhì)的流量和壓力。強(qiáng)制對(duì)流換熱階段關(guān)閉閥24；打開閥12傳熱介質(zhì)進(jìn)入殺菌空間，與食品強(qiáng)制換熱后，經(jīng)過(guò)減壓閥排放；冷卻階段第一種方法，當(dāng)加熱殺菌過(guò)程完成后，關(guān)閉閥12，停止強(qiáng)制對(duì)流換熱，打開閥26，逐步降低殺菌空間內(nèi)的壓力，直到閥26完全打開，達(dá)到不高于0.07atm的壓力，這時(shí)食品降壓蒸發(fā)，最終溫度達(dá)到40～50℃，完成冷卻，或者采用第二種方法，減壓蒸發(fā)降溫后，再次打開閥12，三通閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)以流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品迅速降溫直到常溫，完成殺菌冷卻工藝，或者不通過(guò)降壓蒸發(fā)降溫而采用第三種方法，在加熱殺菌過(guò)程完成后不關(guān)閉閥12，而使閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品降溫到常溫；蒸發(fā)的蒸汽部分冷凝在真空緩沖罐7中，并在底部聚集，當(dāng)達(dá)到一定液位后，自動(dòng)控制系統(tǒng)使傳熱介質(zhì)吸出泵8自動(dòng)啟動(dòng)，將傳熱介質(zhì)排出；止回閥29防止吸出泵8停止工作后空氣向真空緩沖罐中倒流；結(jié)束階段對(duì)于第一種冷卻方法，冷卻結(jié)束后，關(guān)閉閥26，打開閥24，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序，或者對(duì)于第二第三種冷卻方法，冷卻結(jié)束后，關(guān)閉閥12，閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，然后殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器21裝著殺菌后的食品離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。此時(shí)裝置又回到初始工作狀態(tài)，開始下一個(gè)周期的工作。
參照附圖4來(lái)說(shuō)明裝置丁的工作步驟。開始階段與裝置丙的操作步驟相同；強(qiáng)制對(duì)流換熱階段關(guān)閉閥24；打開閥12，三通閥14打開到連接殺菌座25和傳熱介質(zhì)加熱器30，啟動(dòng)傳熱介質(zhì)輸送泵11，傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱器加熱到100～190℃，進(jìn)入殺菌空間，排除殺菌空間內(nèi)的空氣，與食品強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制換熱；傳熱介質(zhì)通過(guò)傳熱介質(zhì)凈化器16過(guò)濾凈化后回到傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐9；進(jìn)入傳熱介質(zhì)貯罐中的水分降到常壓，由于處于過(guò)熱狀態(tài)，迅速蒸發(fā)，蒸汽由排空管27排除，冷凝水則由吸出泵10在水分液位達(dá)到一定高度時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)吸出后排放；冷卻階段第一種方法，當(dāng)加熱殺菌過(guò)程完成后，關(guān)閉閥12，停止強(qiáng)制對(duì)流換熱；打開閥26，逐步降低殺菌空間內(nèi)的壓力，直到閥26完全打開，達(dá)到不高于0.07atm的壓力，這時(shí)食品降壓蒸發(fā)，迅速散熱降溫到100～40℃，如果真空度較高，最終溫度達(dá)到40～50℃，完成冷卻階段，或者采用第二種方法，在完成一種方法的全部過(guò)程后，再次打開閥12，三通閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品迅速降溫直到常溫，完成冷卻工藝，或者不通過(guò)降壓蒸發(fā)降溫而采用第三種方法，在加熱殺菌過(guò)程完成后不關(guān)閉閥12，而使閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品降溫到常溫；蒸發(fā)的蒸汽以及殘余的傳熱介質(zhì)在真空緩沖罐7中分離，并在底部聚集，當(dāng)達(dá)到一定液位后，自動(dòng)控制系統(tǒng)使傳熱介質(zhì)吸出泵8自動(dòng)啟動(dòng)，將傳熱介質(zhì)吸入傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐9；止回閥29防止在吸出泵8停止工作時(shí)空氣和液體向真空緩沖罐倒流；結(jié)束階段對(duì)于第一種冷卻方法，冷卻結(jié)束后，關(guān)閉閥26，閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序，或者對(duì)于第二第三種冷卻方法，在冷卻結(jié)束后，關(guān)閉閥12，閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，然后殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器21裝著殺菌后的食品離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。此時(shí)裝置又回到初始工作狀態(tài)，開始下一個(gè)周期的工作；在操作過(guò)程中無(wú)論傳熱介質(zhì)的性質(zhì)如何都一定會(huì)出現(xiàn)傳熱介質(zhì)損失，通過(guò)打開閥47將無(wú)菌的傳熱介質(zhì)自動(dòng)吸入真空緩沖罐，進(jìn)入傳熱介質(zhì)循環(huán)，補(bǔ)充傳熱介質(zhì)損失。
參照附圖5來(lái)說(shuō)明裝置戊的工作步驟。開始階段閥12閥23閥26閥29關(guān)閉，閥24打開，保持殺菌區(qū)域無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭19運(yùn)轉(zhuǎn)到最高位置，殺菌容器21進(jìn)入殺菌頭19和殺菌座25之間，殺菌頭19向下移動(dòng)容納殺菌容器21并和殺菌座25完全密封；強(qiáng)制對(duì)流換熱階段關(guān)閉閥24；打開閥23，使殺菌空間內(nèi)達(dá)到超過(guò)殺菌時(shí)最高水分蒸汽壓的壓力，這一壓力通常為1～12atm；打開閥12，三通閥14打開到連接殺菌座25和傳熱介質(zhì)加熱器30，啟動(dòng)傳熱介質(zhì)輸送泵11，傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱器加熱到100～190℃，進(jìn)入殺菌空間，排除殺菌空間內(nèi)的空氣；止回閥22使傳熱介質(zhì)不流進(jìn)入壓縮空氣管路；傳熱介質(zhì)通過(guò)傳熱介質(zhì)凈化器16過(guò)濾凈化后回到傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐9；冷卻階段第一種方法，當(dāng)食品加熱殺菌過(guò)程完成后，關(guān)閉閥12閥23，停止強(qiáng)制對(duì)流換熱；打開閥26，逐步降低殺菌空間內(nèi)的壓力，直到閥26完全打開，達(dá)到不高于0.07atm的壓力，食品迅速蒸發(fā)散熱降溫40～50℃，完成冷卻，或者采用第二種方法，蒸發(fā)散熱降溫后，再次打開閥12，三通閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品迅速降溫到常溫，完成冷卻，或者不通過(guò)降壓蒸發(fā)降溫而采用第三種方法，在加熱殺菌過(guò)程完成后不關(guān)閉閥12閥23，而使閥14連接冷卻器和殺菌空間，低溫傳熱介質(zhì)流經(jīng)殺菌容器內(nèi)的固體食品，使食品降溫直到常溫；結(jié)束階段對(duì)于第一種冷卻方法，冷卻結(jié)束后，關(guān)閉閥26，閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序，或者對(duì)于第二第三種冷卻方法，在冷卻結(jié)束后，按照順序關(guān)閉閥23閥12，閥24打開，保持殺菌空間內(nèi)部無(wú)菌空氣正壓，然后殺菌頭向上移動(dòng)到最高位置，殺菌容器21裝著殺菌后的食品離開殺菌空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序；此時(shí)裝置又回到初始工作狀態(tài)，開始下一個(gè)周期的工作；圖13圖14圖15表達(dá)的是殺菌頭和殺菌座的結(jié)構(gòu)組成。殺菌頭19的外圍是一個(gè)與殺菌座25同為一體的外殼，圖示位置固定有均勻分布的4根導(dǎo)桿軸30，殺菌頭上的導(dǎo)桿軸套與導(dǎo)桿套配合，使殺菌頭上下移動(dòng)時(shí)能夠準(zhǔn)確地與殺菌座25配合。殺菌座上有真空管道入口的31，無(wú)菌空氣入口32，壓縮空氣入口沒有在圖上表達(dá)。工作時(shí)，殺菌頭21上升到最高位置，如圖13中虛線所示，殺菌容器21從一側(cè)進(jìn)入工作位置，殺菌結(jié)束后又從另一側(cè)離開工作位置。
圖16圖17是偏心輪工作原理圖。工作原理是，當(dāng)殺菌頭19與殺菌座25達(dá)到密封位置時(shí)，偏心輪軸承固定在殺菌座25上的偏心輪33沿著其軸向向殺菌頭方向移動(dòng)，到達(dá)位置后，旋轉(zhuǎn)，鎖緊殺菌頭19與殺菌座25，加上密封圈18的作用保證殺菌時(shí)1～12atm下不出現(xiàn)泄漏。殺菌結(jié)束后，偏心輪旋轉(zhuǎn)松開，后退，殺菌頭上升，開始下一個(gè)周期的操作。
圖18圖19是驅(qū)動(dòng)殺菌頭與殺菌座相對(duì)運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條裝置工作原理圖。齒條50被固定在與殺菌頭19連為一體的傳熱介質(zhì)出口管道49上，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒條上下運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)殺菌頭19與殺菌座25相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了保證運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，在傳熱介質(zhì)出口管道與殺菌座之間有一個(gè)動(dòng)密封圈55，密封圈壓蓋54固定密封圈的位置，緊固螺釘48用來(lái)緊固密封圈壓蓋與殺菌座。
圖20是本發(fā)明的方法的裝置各個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)組合，以及系統(tǒng)組合與無(wú)菌包裝機(jī)聯(lián)合使用的系統(tǒng)示意圖。工作方式如下經(jīng)預(yù)處理的食品分裝入殺菌容器21，經(jīng)過(guò)傳送帶38到達(dá)殺菌頭進(jìn)口，由殺菌容器推入裝置推入殺菌頭工作位置，進(jìn)入殺菌工序，殺菌結(jié)束后，進(jìn)入傳送帶36，送入無(wú)菌包裝機(jī)37無(wú)菌包裝后得到成品41。設(shè)備外殼為34，56，39，57，外殼34內(nèi)部容納的是傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐，傳熱介質(zhì)泵、傳熱介質(zhì)加熱器、傳熱介質(zhì)冷卻器、傳熱介質(zhì)凈化器、真空緩沖罐、真空緩沖罐傳熱介質(zhì)吸出泵、壓縮空氣緩沖罐及凈化器、管路、動(dòng)力系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。外殼56、39、57內(nèi)部分別是輸入傳送帶38、輸出傳送帶36和殺菌頭與殺菌座組合。外殼內(nèi)部在工作時(shí)保證完全無(wú)菌。
圖21是本發(fā)明與無(wú)菌包裝機(jī)銜接方式示意圖。完成殺菌的殺菌容器21被固定在傳送帶36上，殺菌容器隨著輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)到灌裝管40的上方時(shí)，殺菌容器的敞口倒轉(zhuǎn)，食品靠自重墜入灌裝管道40中，進(jìn)入包裝容器。
權(quán)利要求
1.一種固體食品超高溫殺菌方法。該方法包括以下步驟(1)待殺菌的食品進(jìn)入一個(gè)封閉空間；(2)對(duì)上述封閉空間施加以高于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓的壓力；(3)已經(jīng)被加熱的氣體或可作為食品成分的液體傳熱介質(zhì)完全占據(jù)上述封閉空間并且以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式加熱食品表面，再通過(guò)熱傳導(dǎo)，使固體食品中心溫度達(dá)到殺菌條件；(4)停止強(qiáng)制對(duì)流，對(duì)封閉空間逐步降低壓力直至負(fù)壓，食品快速蒸發(fā)散熱降溫，同時(shí)排除蒸汽和殘余液體傳熱介質(zhì)；或者對(duì)封閉空間逐步降低壓力直至負(fù)壓，食品快速蒸發(fā)散熱降溫之后，再通過(guò)低溫傳熱介質(zhì)以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式冷卻食品，使食品進(jìn)一步降溫，并排除殘余液體傳熱介質(zhì)；或者不通過(guò)降壓蒸發(fā)散熱降溫，而直接通過(guò)低溫傳熱介質(zhì)以均勻流速流經(jīng)固體食品，以強(qiáng)制對(duì)流方式冷卻食品，使食品降溫冷卻，并排除殘余液體傳熱介質(zhì)；(5)完成殺菌的食品脫離封閉空間，進(jìn)入無(wú)菌包裝工序。
2.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，該裝置包括多個(gè)殺菌容器(21)，為頂部敞開的容器狀物體，底部或全部是固體食品不能通過(guò)而傳熱介質(zhì)能自由通過(guò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用來(lái)在殺菌過(guò)程中裝載經(jīng)過(guò)預(yù)加工的固體食品；一個(gè)稱之為殺菌頭(19)的一個(gè)端面敞開的容器狀構(gòu)件；一個(gè)稱之為殺菌座(25)的一個(gè)端面敞開并能與殺菌頭密封配合的容器狀構(gòu)件，殺菌頭和殺菌座能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)，分開時(shí)殺菌容器能夠進(jìn)入兩者之間，合攏時(shí)兩個(gè)敞開的端面通過(guò)密封圈(18)密閉形成封閉的殺菌空間并包含殺菌容器；一套使殺菌頭與殺菌座之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并使兩者形成封閉空間的機(jī)械裝置；一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(20)，固定在殺菌頭內(nèi)部蓋住殺菌容器敞口，傳熱介質(zhì)能自由通過(guò)而食品不能通過(guò)的，作用是防止強(qiáng)制換熱加熱殺菌時(shí)固體食品隨著傳熱介質(zhì)流動(dòng)；一套將殺菌容器推入殺菌座合適位置，并在殺菌冷卻結(jié)束后將殺菌容器推出的機(jī)械裝置；一個(gè)限壓閥(15)，用來(lái)保持殺菌空間內(nèi)壓力高于殺菌時(shí)的最高水分蒸汽壓；一個(gè)無(wú)菌空氣發(fā)生器(5)，用來(lái)形成殺菌空間無(wú)菌空氣正壓；一個(gè)真空泵(6)，用來(lái)形成真空蒸發(fā)時(shí)殺菌空間的負(fù)壓；一個(gè)真空緩沖罐(7)，用來(lái)緩沖真空；一個(gè)吸出泵(8)，當(dāng)冷凝水及(或)傳熱介質(zhì)在真空緩沖罐中液位達(dá)到一定高度時(shí)，該泵開始工作，克服負(fù)壓，將冷凝水及(或)傳熱介質(zhì)排出，完成后自動(dòng)關(guān)閉；一個(gè)截止閥(24)，用來(lái)啟閉無(wú)菌空氣與殺菌空間之間的連接；一個(gè)截止閥(26)，用來(lái)啟閉真空緩沖罐與殺菌空間之間的連接；一個(gè)截止閥(12)，用來(lái)啟閉傳熱介質(zhì)與殺菌空間的連接；一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，用來(lái)自動(dòng)控制殺菌過(guò)程的全部操作過(guò)程；一套就地清洗(CIP)系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)與食品和傳熱介質(zhì)接觸的是設(shè)備的內(nèi)部表面進(jìn)行自動(dòng)清洗和滅菌。本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)傳熱介質(zhì)壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
3.一種按照權(quán)利要求2所述的裝置，特別適用于傳熱介質(zhì)是蒸汽的情況，其特征在于另外包括一個(gè)減壓閥(44)，連接高壓蒸汽源與蒸汽包；一個(gè)蒸汽包(1)，連接在殺菌容器和減壓閥之間，用來(lái)緩沖蒸汽流量穩(wěn)定蒸汽壓力；本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，減壓閥出口工作壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
4.一種按照權(quán)利要求2所述的裝置，特別適用于傳熱介質(zhì)是氣體，例如二氧化碳、氮?dú)?、空氣等的情況，其特征在于另外包括一個(gè)氣體壓縮機(jī)(17)，用來(lái)形成傳熱介質(zhì)的壓力；一個(gè)氣體加熱器(45)，用來(lái)加熱傳熱介質(zhì)；一個(gè)氣體冷卻器(46)，用來(lái)冷卻傳熱介質(zhì)；一個(gè)三通閥(14)，連接殺菌空間、傳熱介質(zhì)加熱器和傳熱介質(zhì)冷卻器，用來(lái)轉(zhuǎn)換傳熱介質(zhì)的加熱與冷卻；一個(gè)氣體緩沖罐(42)，用來(lái)緩沖傳熱介質(zhì)的流量和穩(wěn)定壓力；一個(gè)氣體凈化器(43)，用來(lái)凈化壓縮后的傳熱介質(zhì)，徹底清除其中的油污及異味；本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，壓縮機(jī)輸出工作壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
5.一種按照權(quán)利要求2所述的裝置，適用于傳熱介質(zhì)是液體，包括水不溶性液體如油脂、水和水溶液(例如鹽水、湯汁)，特別適用于水不溶性液體傳熱介質(zhì)，其特征在于另外包括一個(gè)傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐(9)，用來(lái)儲(chǔ)存?zhèn)鳠峤橘|(zhì)，接受循環(huán)使用的傳熱介質(zhì)和蒸汽的分離器回收的傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)加熱器(28)，用來(lái)加熱傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)冷卻器(13)，用來(lái)冷卻傳熱介質(zhì)；一個(gè)傳熱介質(zhì)泵(11)，用來(lái)輸送傳熱介質(zhì)進(jìn)入高壓殺菌空間殺菌、形成對(duì)固體食品的強(qiáng)制對(duì)流；一個(gè)傳熱介質(zhì)凈化器(16)，用來(lái)過(guò)濾傳熱介質(zhì)，使傳熱介質(zhì)能夠循環(huán)使用；一個(gè)三通閥(14)，連接殺菌空間、傳熱介質(zhì)加熱器和傳熱介質(zhì)冷卻器，用來(lái)轉(zhuǎn)換傳熱介質(zhì)的加熱與冷卻；一個(gè)排空管(27)，安裝在傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐頂部，對(duì)于非水溶性傳熱介質(zhì)，用來(lái)排除殺菌過(guò)程中從固體食品中帶出的少量經(jīng)過(guò)限壓閥降壓后變成蒸汽的水分，對(duì)于水或水溶液，用來(lái)排出經(jīng)過(guò)限壓閥降壓后變成蒸汽的那部分水分；一個(gè)截止閥(47)，連接真空緩沖罐和傳熱介質(zhì)加入口，用來(lái)補(bǔ)充傳熱介質(zhì)損失；一個(gè)止回閥(29)，連接傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐與真空吸出泵，用來(lái)防止傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐中氣體和液體向真空緩沖罐中倒流；本裝置強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，傳熱介質(zhì)輸送泵輸出壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓。
6.一種按照權(quán)利要求4所述的裝置，適用于傳熱介質(zhì)是液體，包括水不溶性液體如油脂、水和水溶液(例如鹽水、湯汁)，特別適用于傳熱介質(zhì)是水或水溶液；其特征在于另外包括一個(gè)空氣壓縮機(jī)(4)，用來(lái)形成封閉空間大于殺菌時(shí)最大水分蒸汽壓的空氣壓力，并且以無(wú)菌空氣為空氣來(lái)源；一個(gè)壓縮空氣凈化器(3)，用來(lái)徹底清除壓縮空氣中的油污及異味；一個(gè)空氣壓縮機(jī)貯罐(2)，用來(lái)緩沖壓縮空氣一個(gè)截止閥(23)，連接殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐，作用是啟閉殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐的連接；一個(gè)止回閥(22)，連接殺菌空間與壓縮空氣緩沖罐，作用是防止殺菌時(shí)加熱介質(zhì)向壓縮空氣緩沖罐內(nèi)倒流。本裝置在強(qiáng)制對(duì)流加熱時(shí)，傳熱介質(zhì)輸送泵的輸出壓力大于壓縮空氣壓力大于限壓閥工作壓力大于殺菌時(shí)水分最大蒸汽壓，壓縮空氣緩沖罐與傳熱介質(zhì)儲(chǔ)罐保持壓力平衡。
7.一種按照權(quán)利要求2的殺菌頭(19)和殺菌座(25)的組合裝置，其特征在于包括精確限定殺菌頭運(yùn)動(dòng)的定位導(dǎo)桿、用于鎖緊殺菌頭與殺菌座的具有徑向進(jìn)給的偏心輪以及驅(qū)動(dòng)殺菌頭與殺菌座相對(duì)運(yùn)動(dòng)的齒輪齒條裝置。
8.一種按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是固定在與殺菌座(25)相連為一體的構(gòu)件上的周向均布的多根導(dǎo)桿軸(30)與殺菌頭(19)上的導(dǎo)桿軸套相配合，精確限定殺菌頭的運(yùn)動(dòng)。
9.一種按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是齒條(50)沿殺菌頭(19)運(yùn)動(dòng)方向固定在與殺菌頭(19)連為一體的傳熱介質(zhì)出口管道上(49)上，驅(qū)動(dòng)齒輪的受力軸承及電動(dòng)機(jī)與減速器固定在與殺菌座(25)連為一體的構(gòu)件上，齒輪(53)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)殺菌頭(19)運(yùn)動(dòng)。
10.一種按照權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是有徑向(殺菌頭的徑向)進(jìn)給的軸承固定在與殺菌座(25)連為一體的構(gòu)件上的周向均布的一個(gè)或多個(gè)偏心輪(33)，以及殺菌頭上類似法蘭盤的凸出平臺(tái)，在殺菌頭(19)與殺菌座(25)合攏后，偏心輪以最小直徑方向面對(duì)殺菌頭上的凸出平臺(tái)，徑向進(jìn)給到其上方，旋轉(zhuǎn)，直徑逐漸變大，鎖緊殺菌頭與殺菌座的密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體食品的超高溫短時(shí)殺菌方法和實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。針對(duì)目前固體食品殺菌主要方法——?dú)⒕獨(dú)⒕椒訜釓?qiáng)度過(guò)大的狀況，本發(fā)明的方法及裝置通過(guò)可以作為食品成分的氣態(tài)或液態(tài)的傳熱介質(zhì)與固體食品的直接強(qiáng)制換熱，在無(wú)水分蒸發(fā)的壓力條件下使食品迅速達(dá)到130～150℃/2～8s超高溫短時(shí)殺菌條件，然后以減壓蒸發(fā)和(或)低溫傳熱介質(zhì)直接強(qiáng)制換熱使食品快速降溫冷卻，顯著地減小了殺菌過(guò)程中的加熱強(qiáng)度，從而有效地提高食品品質(zhì)。本發(fā)明的方法通過(guò)在多個(gè)殺菌工作位置每次殺菌一個(gè)或數(shù)個(gè)包裝容量的食品，以短工作周期的連續(xù)操作來(lái)達(dá)到一定的工作效率，特別適用于體積較小的固體食品，應(yīng)用后可能使得很多傳統(tǒng)中式菜肴得到高品質(zhì)的工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)A23L3/015GK1493230SQ02137789
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者鄧力, 鄧 力 申請(qǐng)人:鄧力, 鄧 力