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含果肉颗粒饮品超高温UHT灭菌技术2023-07-18

目前国内以及东南亚市场含颗粒饮料行业发展潜力巨大，但由于设备投资、技术前提、产品个性等成分，国内表暂无可陆续性灭菌处置30%以上高浓度的含颗粒饮料的设备造作商。好多客户只能选择灭菌锅、杀菌釜，但其灭菌能力低，批次灭菌处置量受限以及守护用度昂贵等问题困扰着诸多饮料出产商。随着国内经济技术的急剧发展，企业的创新能力得到进一步提升，我们消化吸收其他领域新技术，在颗粒饮品格业实现新的突破，将超高温UHT灭菌技术引入设计，研发出适合30%以上高浓度的含颗粒饮料陆续性灭菌处置设备，可处置椰果颗粒、切块番茄、芦荟颗粒、果粒橙、果肉纤维饮料等饮品。在保障灭菌效能及产品货架期的情况下，不休优化颗粒升温杀菌和流动过程中造成的破损率和感官指标等，提升饮品口感，在颗�？诟泻椭柿坎槐洹⒒蝗刃芨摺⑷粘Ｊ鼗さヒ弧⒔谀芑繁５确矫娌恍萆羁套暄泻退髑�。

1 含果肉颗粒饮品灭菌处置方式近况

目前饮料行业有杀菌釜、蒸煮锅两种方式较为普遍。杀菌釜对灌装后的塑料瓶装或易拉罐装饮料，搁置在杀菌筐内再整体投进杀菌釜内进行高温喷淋灭菌；蒸煮锅对灌装前的含颗粒物料进行幼批量的加压加热搅拌蒸煮，物料加热灭菌后再进行无菌灌装。

1.1 杀菌釜灭菌处置

弊端是包装资料必须选用耐高温型资料，同时包装资料成本和产品PH值也有关系，产品PH值偏肿咴所必要灭菌温度也就越高，而相对于包装资料成本投入也就越高。

1.2 蒸煮锅灭菌处置

蒸煮锅和杀菌釜一样，设备灭菌能力低，每个批次处置量受限，不能陆续性供给，出产中央必要置换。另表物料通过蒸煮锅加热，会出现温度散布不均匀，有时锅内里心温度不达标，可能会导致灭菌不彻底等传染风险，并且物料通过锅壁传热升温过程中，煮锅内表表容易出现烤糊结垢景象，导致洗濯难题。

2 综合上述设备的普遍弊端催生了颗粒UHT的研发

2.1 研发颗粒UHT的指标

指标就是可处置PH值偏中性产品，且颗粒有效浓度≥30%（例如100 kg制品中含果肉颗粒30 kg）及规格≤5×5×5 mm正方形颗粒，能做到颗粒和料液混合后一路进行132～137℃超高温灭菌处置，并在这一温度下维持杀菌不幼于1s超高温瞬时灭菌，以齐全粉碎颗粒和料液中可成长的微生物和芽孢，以最大限度的减幼产品在物理、化学及感官上的变动，并迅速降温到25～30℃常温状态，为后端无菌灌装设备提供陆续性的、源源不休的无菌含颗粒物料，使其灌装后制品能达到贸易无菌的水平，可在非冷藏前提下进行贮存、运输和销售。

2.2 颗粒UHT研发过程中技术难题攻克

2.2.1 颗粒长功夫吸液后容易胀大引起破损的难题攻克

分歧的颗粒产品都存在肯定的吸收水分自我膨胀的过程，如规格尺寸≤5×5×5 mm正方形“椰果颗粒”。灭菌处置前的颗粒若是持久浸泡于液体中，自身段积将会增大至鼓和体积，这种鼓和体积状态下的颗粒在流动过程中，经过设备的管路、阀门、输送泵、换热器等不锈钢材质的僵硬部件，就会容易出现脱水或分裂等情况出现，最终造成产品的感官和口感上的缺失。针对颗粒长功夫吸胀问题，选取在线混合比的方式，通俗点讲也就是后端设备必要几多量，前端混合系统就按浓度要求混合几多量。而前端的果肉颗粒在线混合系统可设置在UHT上，削减输送过程中因管路、输送泵、阀门等装置造成的颗粒输送破损�；旌虾蟮暮帕Ａ弦�，可直接进入UHT平衡缓冲罐内暂存供后端设备陆续使用，同时混合系统可凭据设备投资成本的凹凸，提出两种混合譬喻式解决规划。

通过流量计节造配比（图一），别离通过质量流量计检测颗粒量，电磁流量计检测料液量，再通过混合器进行混合后流入UHT平衡罐内暂存。这种混合方式投资成本略高一些，但颗粒和料液的混合精度节造的很好。

通过容积罐节造混比（图二），好比容积罐满容积100 L体积，混合浓度要求60%举例，首先通过电磁流量计检测40 L的料液量，先输入到100 L容积罐中，再向罐内补充60 L颗粒物，至满容积后罐底阀打开流入UHT平衡罐内暂存。这种混合方式投资成本略低一些，混合精度节造也极度好。

图一

图二

2.2.2 颗粒输送泵的选型难题攻克

颗粒输送问题一向困扰着好多客户，选用相宜输送装置至关沉要，好多颗粒产品在通过输送泵输送过程中就会出现大量破损，接下来再谈一下颗粒UHT输送泵的选择。所有类型的输送泵城市对颗粒物料造成肯定破损率，蕴含容积泵、离心泵、隔阂泵类。通过对尺寸≤5×5×5mm正方形“椰果颗粒”大量试验测试，综合各种类型输送泵的尝试数据，对所有种类输送泵造成的“椰果颗粒”破损率进行采集分析，得到破损率最高的是离心泵。通例的离心泵是通过叶轮高速旋转，并通过离心力的作用将物料高速抛出，产生的高剪切力破损和撞击破损，让颗粒造成浆糊状态（图三），使感官缺失而导致无法使用。而后是气动隔阂泵，通过气体挤泵腔隔阂片间接挤压推送颗粒物，最大的破损原因就是挤压后出现绵软性破损（图四），同时隔阂泵不适合用于高压输出和SIP高温灭菌工艺前提。破损率最幼的是容积泵，容积泵种类极度多有转子泵、螺杆泵、双螺杆泵等，这里我们沉点介绍转子泵。转子泵也属于容积泵的一种，通过转子动弹在泵入口处容积扩大，颗粒物料进入泵腔入口，转子推动颗粒物料顺着弧形泵腔输送至泵出口，随着转子动弹，出口容积缩幼，物料被齐全推送出去。这种容积式泵可处置高浓度的颗粒物料并且效能高破损率相对较�。ㄍ嘉澹�，通过选型相宜转子泵可满足高压输出的前提。示例，对45%浓度“椰果颗粒”产品输送尝试，得知选取转子泵，叶轮转速<130转/min可做到输送破损率8%以内，同时泵腔叶轮都是金属材质，可做到≤143℃过热水SIP灭菌工艺处置，保障产品的安全性出产。

图三

图四

图五

但是转子泵也出弊端，输送靠近纯水状态下的低粘度CIP洗濯液时，洗濯液会通过转子与泵腔间隙回流至入口，导致输出流量偏幼，供给后端洗濯和自身洗濯成效差。这种情况下，我们将高效力的离心泵作为洗濯泵串联至输送系统内，把稳这里是串联而不是常见的并联工艺，并联工艺的弊端是转子泵和离心泵必要切换距离洗濯，流量颠簸大，不能做到同时输送洗濯。通过优化输送系统串联洗濯工艺，能做到出产产品输送时选择转子泵（图六），洗濯时选择带入离心泵（图七）。串联的优势能够通过离心泵所提供的大流量洗濯液，直接对转子泵的叶轮和泵腔间隙提供超强冲刷力，并又通过T型安全阀分流为后端设备提供不间断的大流量的高压洗濯液，可高效的实现UHT刻薄洗濯工艺前提。

图六

图七

2.2.3 颗�；蝗绕魃杓频哪烟夤タ�

国内表都没有此类技术的参考设备，在这种情况下通过自己成立数据模型，通过模仿数据分析和大量尝试测试验证，综合有效数据支持，并结合多年在饮料设备市场的成功案例的总结，以及大量的对饮品的尝试及数据分析整顿，而对示例某45%浓度“椰果颗粒”产品在灭菌系统工艺上流速设计≤0.7m/s，其他产品甚至选择更低流速时。通过尝试发现提高系吐澉速时，将直接对颗粒物产生极高剪切破损率，使颗粒物料输送过程就会呈显炱损，最终导致感官缺失而影响产品口感。

而对于示例中45%浓度“椰果颗粒”物料换热器设计而言在流速≤0.7m/s时，湍流成效不会很梦想，雷诺数降落、换热效能降低，同时通例的光滑管换热器在通过颗粒时，也无法实现管路中的颗粒均匀滚动翻身，无法实现颗粒在流动过程均匀受热灭菌。所以必须让颗粒在换热升温过程中实现不休翻动或滚动加热以达到均匀受热主张。对示例45%浓度“椰果颗粒”使用一种高效螺旋管换热器，内管结构会凭据产品换热个性，通过尝试数据库进行匹配，设计出合理槽深A、螺距B尺寸（图八）。产品中的颗粒在通过这种特殊牵造过程中，沿内壁螺旋凸槽在内管中产生螺旋线方向打旋，螺旋翻转搅动，而内管中心颗粒物料在搅动过程中不休被置换到表围，使产品通过管壁换热过程均匀受热，实现内管中心产品彻底灭菌，实现急剧升温的主张。

2.2.4 颗粒UHT系统洗濯的难题攻克

在颗粒UHT系统工艺上，在线CIP洗濯是该设备的一个沉要工艺环节，直接影响着设备出产干净度的尺度。UHT系统尺度洗濯工艺就是利用CIP液包办设备出产品料，洗濯介质重要通过产品的输送管路正向对管路、阀门、换热器进行洗濯。管路、阀门、换热器的冲刷中（图九），部门盲区洗濯相对比力难题，再加上输送颗粒物料后未免会有肯定纤维堆积在正向洗濯的端面上，只能提高洗濯浓度或者增长洗濯次数来保障洗濯合格，这种洗濯方式洗濯耗时长、效能低、洗濯化学品耗量大。针对颗粒UHT洗濯难题，我们开发了一种UHT反向洗濯新工艺（图十），系统可能通过阀门开关组合，自动的实现正反向洗濯切换，预防了CIP洗濯的盲区，削减了洗濯过程中的报答过问，能提高洗濯质量，削减洗濯过程中的沉复性，洗濯成效有保险，削减了出产的人力投入，降低出产操作的难题、劳动成本的同季节约洗濯功夫，提高产能，满足颗粒出产线洗濯尺度需要。

图八

2.2.5 颗粒UHT杀菌控温精度的难题攻克

UHT灭菌技术对含有颗粒饮品选取132～137℃超高温灭菌处置，重要的难题是对颗粒产品的中心是否灭菌彻底，也就是确保灭菌段灭菌温度精准节造，设备在最优的状态下能做到±1℃，能力确保通过UHT灭菌工艺后能够齐全粉碎颗粒和料液中可成长的微生物和芽孢，确保饮品有效货架期和安全性。针对这个难题设计出一种“多热水系统分梯段的升温方式”（图十一），将凭据产品个性设置分歧温度下的预杀菌控温段，例如95～100℃在此温度进行特按功夫持温，做到预灭菌处置，UHT系统通过PID节造中的温度检测点实时反馈，来调节加热系统上的蒸汽比例阀，对预杀菌段热水进口温度进行调控，也就是第一次调温赔偿�？善揪莶诽厥庑陨柚玫诙巍⒌谌蔚鹊扰獬タ匚碌�，这样通过多热水系统各自调温，确保恒定温度的颗粒物料，进入后续灭菌段换热器进行最终控温132～137℃杀菌，而后再进入高温杀菌维吃祺，通过30～60s或长功夫持温灭菌。这个工艺的优势是选取多热水系统控温，预升温、杀菌段控温各自为阵，这样能有效保障系统最终端的不变性，同时多热水系统每段热水流量能够进行分类调节，通过美满匹配还能降低设备运行能耗，实现节能降耗。

图十一

2.2.6 系统出口背压装置造成颗粒破损难题的攻克

为保障杀菌段能升温至100℃以上的杀菌温度，就必须赐与系统内部特定压力，料液在常压环境下最高只能将温度升至100℃，有些耐热微生物和芽孢不愿定能够齐全扑灭，而通例UHT系统，通过背压阀的作用对系统进行加压，将系统出口压力维持在2bar以上，能力有效的将物料温度提升至132℃甚至更高温度，那就要更逾越口压力。背压阀的道理就是通过额定压力下的气体对阀内膜片加压，使阀内阀芯向下，阀芯和阀座间隙缩幼，阀腔进口压力起头加大形成憋压，当液体侧的压力上升至膜片另表侧的额定气压时，阀芯会被顶开释放液体侧的有余压力，将液体侧的压力一向维持一个恒定压力。但这些各类通例的背压阀，在维持系统压力时，内部阀芯高低调节过程很容易对料液中的颗粒物造成挤压破损（图十二），导致最终产品感官的缺失。

对UHT系统出口背压的要求，设计出一种特殊的出口加压系统工艺，凭据产品中颗粒的尺寸大幼和配比浓度的要求，在UHT出口地位设计特殊幼口径管路加压管，并通过尝试网络到数据校核选择适当的管路长度。其道理（图十三）就是通过管路阻尼器进行第一次系统加压，再共同后端背压罐，对出口压力进行二次增压和调压赔偿，最终实现系统出口控压。

图十二

图十三

2.2.7 系统自循环造成颗粒破损难题的攻克

含颗粒物料长功夫循环杀菌腐烂问题的解决规划：在超高温UHT系统运行过程中，未免会出现各类问题不能持续出产，导致系统内的物料进入循环杀菌状态，而颗粒物料循环杀菌又会导致颗粒破损率持续上升。系统要保障无菌环境又不能�；却�，一旦�；低尘鸵列陆蠧IP/SIP工艺，极端浪费出产功夫和运行成本。针对含颗粒产品自循环破损问题，通过工艺优化设计（图十四），配置一套独立循环幼水罐，利用平衡罐下方T型出料阀和幼水罐衔接并设置有截止蝶阀，蝶阀和T型阀衔接距离极度之短，有效削减产品和Ro水混合损耗。出现特殊情况时，只需将幼水罐中Ro水通过阀门切换直接置换系统内产品物料，同时将系统内含颗粒物料顶入颗粒搅拌平衡罐中暂存，或通过回流阀组切换直接送回前端配比系统罐中暂存，而UHT系统内一向利用Ro水包办含颗粒物料持续循环，确保系统内无菌环境正常运行的同时通过置换系统内部介质解决了含颗粒物料长功夫循环导致的产品内颗粒腐烂问题。

另表，设置幼水罐的主张是让系统Ro水供给UHT循环时水源压力越发不变，而若是直接衔接Ro水管路上时供水压力会随着其他Ro水使用点的阀门开关而颠簸，最终导致UHT系统压力和温度失控。同时出产前后的料顶水和水顶料排放工艺极度常见，但在顶料过程中，要保障颗粒搅拌平衡罐内物料不能全数让后端输送转子泵给吸走，引起泵抽空导致无菌环境粉碎等风险出现。通常有经验的调试工程师会将颗粒搅拌平衡罐设置一个最低�；ひ何�，一旦低于�；ひ何徊牌鹜妨隙ニ退チ瞎ひ�，但往往设置的这个�；ひ何挥殖闪瞬坊旌纤鸷牡囊徊棵�，而通过水罐中Ro水直接置换系统内产品物料，也能够节俭部门物料。

3 研发的颗粒UHT运行数据介绍

3.1 颗粒UHT运行数据

示例，此台颗粒UHT处置椰奶饮品物料，含椰果浓度为45%浓度“椰果颗粒”（100 kg椰奶中含有45 kg椰果肉），椰果肉颗粒规格≤5×5×5mm正方形颗粒，能做到颗粒和料液混合后一路进行132～137℃陆续性超高温灭菌处置，并在这一温度下维持杀菌60s超高温瞬时灭菌，以齐全粉碎颗粒和料液中可成长的微生物和芽孢。含颗粒物料通过132℃（图十五）、135℃（图十六）、137℃（图十七）三个分歧杀菌温度后的椰果颗粒物理感官变动数据如下。

图十四

图十五

图十六

图十七

3.2 颗粒UHT数据推论

通过以上132℃、135℃、137℃各温度下的灭菌数据汇总，成立曲线样表（图十八），分析数据曲线发现一个共同特点即随着物料经过UHT反复循环灭菌后，饮品中的果肉颗粒破损率出现逐步上升的趋向；另表从数据上看椰果颗粒在UHT杀菌处置前，送料过程中就已经呈显炱损景象，再通过UHT初次杀菌处置过后，破损率上升了一倍以上，而在通过二次循环杀菌后，破损率还是以靠近倍数率的增长。

图十八

示例中的此类产品，思考颗粒破损率，从数据上看推荐物料通过132℃一次杀菌处置后应立即供给后端灌装使用，破损率节造在10%以内，颗粒的物理感官相对较好；其次数据分析发现随着杀菌温度设置不休提高，统一阶段的破损率情况在不休上升，而在137℃杀菌前提下，初次杀菌出口颗粒破损率就已经靠近13%，所以一旦使用137℃及以上杀菌温度时，不推荐含颗粒物料反复杀菌，建议一次处置立即灌装使用。当然凭据产品特殊性质，以上数据也仅供示例颗粒产品参考。

4 总结

综合目前在饮料行业内含果肉颗粒饮品较为普遍的灭菌方式的普遍弊端，而进行各项难题攻克，在颗粒UHT项主张研发前期，齐全有必要对特定颗粒产品进行大量的测试、钻研和尝试数据整顿分析。为了将超高温UHT技术引入到含果肉颗粒饮品，开发出适合含颗粒及PH值中性饮品的新型UHT，即做到齐全粉碎颗粒和料液中可成长的微生物和芽孢，又以最大限度的减幼颗粒物在物理、化学及感官上的变动为指标，同时保障设备运行参数的精准节造，提供靠得住、统一的产品处置，来确保出产线的产品质量�Ｄ芄凰礥HT灭菌技术工艺上也实现了新的突破，将成为中国饮料行业出产技术进取的范例，提升我国饮料设备的职位，启发国内表市场。

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