超高温瞬时灭菌技术：探索列管式设备的工艺与电气控制智慧

摘要：本文深入剖析了超高温瞬时灭菌及其对商业无菌标准的影响，详细介绍了列管式超高温瞬时灭菌机的工作原理、结构特点，并论证了其在提高热交换效率和降低能耗方面的先进性。关键词：超高温瞬时灭菌；列管式换热器；板式换热器。

随着国内消费水平的提升，“学生饮用奶计划”等项目推广，使液态乳制品获得更高关注。我国牛奶主要来源于分散饲养的小型企业和养户，这些生产者缺乏完善冷链系统，导致鲜牛奶运输困难，加大乳品企业成本。为了解决这一问题，我们必须实现牛奶无菌处理和包装，将产品销售至城市中心，让民众享受新鲜液态奶，而非返还液体，以促进牧业发展和改善饮食习惯。此外，市场化需求激发了国内大型乳品企业兴起，这些企业引进国外设备并取得巨额经济效益，但中小型企业因资金不足无法购买国外设备，因此迫切需要适合国产场所的牛乳超高温瞬时灭菌设备。

超高温瞬时灭菌含义

通过135 ~150 C，2~8秒杀死微生物的工艺称为超高温瞬时杀菌。经过这样的处理后的牛乳可能仍含有存活微生物，但它们不会发生转变，从而达到商业无菌状态。在加上无害包装后，可以保持30~60天不变坏，同时保持风味质量。在处理过程中，由蛋白质与还原糖生成黑色素褐变是一个常见现象，但温度升得越快褐变速率并不增加，在135 C以上温度下杀死微生物速度远超过褐变速度，因此可以在短时间内以较小颜色变化达成商业无菌。

原料奶预处理

为了保证原料质量，为生产提供优质资源，我们必须对收购或采集来的牛奶进行预处理。这包括脱气、净乳、初始杀藻（63-65℃/15秒）、冷却（4℃）及冷藏（4℃），如图1所示。脱气可提高精度减少结垢保护均质头；净乳除去白细胞、组织灰尘等；初始杀藻延长贮存期限。

列管式超高温瞬时灭菌

3.1 工艺流程

将原始物料放入平衡罐，然后通过浮球阀控制高度利用泵送至滅絕系統，如图2所示。当温度到达83℃后，将物料送入均質機，其後通過保溫系統將其加熱至137℃並維持4-8秒達到滅絕狀態，最後通過三次熱交換將溫度降至20-30℃可供包裝之溫度，並回流剩余之回流物料降至4℃並返回平衡罐或儲存處。在整個滅絕過程中使用5个管状熱交換器以及一个板状热交换器，对于节约能耗是研究重点之一。

3.2 控制系统组成

该机器由核心控制单元PLC、人机界面、無紙記錄儀、三相變頻器、一系列温度检测元件Pt100、一套接近开关，一套電磁閥及一套氣動薄膜閥組成。

PLC應具備八路溫度檢測單元對所有熱交換點進行實時監控與顯示四路模拟量輸出單元用於設定產量、中間壓力調節等功能。

無紙記錄儀應具有每周七天殺藻時間與實時殺藅溫度紀錄功能，並能夠上傳給主機端供查詢與追蹤產品質量。

滅絕溫度控制為此設備最核心部分由PLC人機界面電氣轉換器氣動薄膜閥及PT100組成。

通過人機界面設置PID參數顯示測試結果PT100檢測實際環境溫度輸出到IN A口PLC運算PID算法將0-20mA信號輸出OUT A口經過電氣轉換控制開關門大小調節蒸汽流量達到目的如圖3所示。

3.3 主要组成与作用

从功能角度看，该机主要由供给系统、大师清洗系统、大师水清洗系统、大师蒸汽清洗系统构成。大师供给系统包括原料供应泵、大师平衡罐、大師输送泵及清洗液供应泵，如图4所示。大師供应系統是生產程序的大師重要部分，在生產过程中，大師平衡罐储存原始材料，大師浮球阀保证在整个生产过程中的原始材料充足。在大師清洁程序中，大師平衡罐作为储存剂用于大師酸碱循环，不可食用的试剂避免误操作错误报警提示。而输送泵M2将大师平衡罐中的液体输送进入热交换装置。