一、殺菌技術(shù)對(duì)食品安全的重要意義
食品工業(yè)發(fā)展至今，從食品企業(yè)生產(chǎn)出來的有傳統(tǒng)的、外來的、開發(fā)的各類食品，采用的包裝材料也是不斷推新。在食品生產(chǎn)過程中就涉及到食品安全問題。食品安全有兩層含義，一個(gè)是食品物料食用方面的安全，另一方面是包裝材料品相方面的安全。
在食品食用安全方面，即所謂的食品殺菌，絕大多數(shù)是通過高溫方式滅除產(chǎn)品中的所有細(xì)菌，從而達(dá)到商業(yè)無菌的狀態(tài)（保證產(chǎn)品貨架期的食用安全）。
實(shí)現(xiàn)食品商業(yè)無菌的狀態(tài)，這一目標(biāo)看似簡單，真正要做好卻非易事。這是由于各種各樣的食品具有不同的特性，在進(jìn)行高溫殺菌時(shí)對(duì)包裝形式、包裝材料、傳熱特點(diǎn)、加熱方式、設(shè)備結(jié)構(gòu)等都有著不同的要求。
例如八寶粥類產(chǎn)品，由于產(chǎn)品在殺菌過程中為了產(chǎn)品的糊化，需要在高溫狀態(tài)下停留較長的時(shí)間，當(dāng)糊化工藝完成后產(chǎn)品中的細(xì)菌被殺滅的程度也已經(jīng)完全超出了食品殺菌所需要的時(shí)間，其產(chǎn)品的安全性完全可以得到保證。
例如火腿腸產(chǎn)品，在制訂殺菌工藝時(shí)需要在滿足商業(yè)無菌要求的前提下同時(shí)要考慮到褐變、彈性、口感等一系列理化指標(biāo)，要對(duì)升溫時(shí)間、殺菌時(shí)間、殺菌溫度、降溫速度、反壓壓力等殺菌工藝過程參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，才能夠獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
在這里我們難以將各類產(chǎn)品都一一列出，從食品的種類方面來講有液態(tài)、固態(tài)、膏狀、肉類、植物蛋白類飲料、乳品、果蔬、水產(chǎn)品……。上述每一種產(chǎn)品都有自己的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著這些特點(diǎn)，須有相應(yīng)的殺菌技術(shù)，這些技術(shù)反映在殺菌設(shè)備的升溫速度、熱分布的均勻度、壓力的控制精度、各個(gè)殺菌階段（升溫、保溫、降溫）的溫度--壓力控制模式、產(chǎn)品中心溫度的測(cè)量技術(shù)……這些技術(shù)都關(guān)系到食品的安全。
各種食品種類在殺菌時(shí)都有各自的殺菌工藝要求，再加之這些食品會(huì)隨著市場(chǎng)的要求采用不同種類的包裝材料，例如馬口鐵三片罐、鋁合金兩片罐、鋁箔盒、塑料杯、塑料盒、耐高溫蒸煮袋、充氣鋁箔袋、玻璃瓶等，這樣將會(huì)派生出種類繁多的產(chǎn)品種類來，殺菌過程中既要保證產(chǎn)品衛(wèi)生方面安全性的要求，又要滿足保證在殺菌過程中包裝材料的無損傷就需要?dú)⒕O(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)等諸多方面滿足相應(yīng)的要求。
例如針對(duì)熱分布的要求，一些產(chǎn)品，如充氣的自立袋在殺菌過程中的升溫階段都會(huì)設(shè)置一段或是兩段的保溫過程（還有一些兩片罐的殺菌工藝中也會(huì)采用這樣的工藝設(shè)置），實(shí)際情況是這些保溫階段并不是必須的，而是因?yàn)樵谏郎氐倪^程中難以做到使殺菌釜內(nèi)所有的產(chǎn)品都在一個(gè)較小的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行同步的升溫，而所有的產(chǎn)品都處于同一個(gè)容器內(nèi)，即只有一個(gè)壓力，保溫的目的也就是暫時(shí)停止升溫，等待溫度滯后的產(chǎn)品溫度提升起來之后再繼續(xù)升溫，這樣也就保證了殺菌釜內(nèi)所有的產(chǎn)品的包裝材料所受到的內(nèi)外壓差基本相同，進(jìn)而做到在保證包裝材料安全性的前提下達(dá)到產(chǎn)品殺菌安全性的要求。
對(duì)于食品的殺菌，既要滿足殺菌的徹底性要求，又要保證在殺菌過程中包裝材料的完好性的指標(biāo)，這些就是對(duì)殺菌釜在設(shè)計(jì)過程中所提出技術(shù)要求的依據(jù)，也是食品安全的要求在殺菌技術(shù)中的具體體現(xiàn)。
通過前面我們對(duì)食品安全方面的分析，我們可以得到這樣的結(jié)論：要獲得最佳的殺菌效果，就須根據(jù)具體的產(chǎn)品進(jìn)行具體的分析：產(chǎn)品物料的特性、包裝材料的特性、產(chǎn)品的產(chǎn)量、保質(zhì)期的要求……一系列的參數(shù)指標(biāo)，來設(shè)計(jì)出最佳的殺菌工藝和殺菌設(shè)備。畢竟在殺菌之前的所有工序都是在提高產(chǎn)品的品質(zhì)，而所有的高溫殺菌處理都是對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的一個(gè)降低的過程。我們的目的、也是我們的優(yōu)勢(shì)就在于可以把這種降低做到最小。
二、現(xiàn)代高溫殺菌技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程
食品殺菌技術(shù)的發(fā)展，是伴隨著包裝材料的進(jìn)步而前進(jìn)的。最早的高溫殺菌產(chǎn)品是采用馬口鐵加以包裝的，所以最初的殺菌釜就是采用蒸汽在密閉的容器中直接對(duì)包裝在馬口鐵罐頭中的食品進(jìn)行高溫殺菌。由于馬口鐵罐頭這種包裝材料自身有相當(dāng)?shù)膭傂院蛷?qiáng)度，也就是說可以承受一定的壓差，所以在殺菌過程中的升溫、保溫、降溫等階段不需要對(duì)殺菌釜內(nèi)的反壓進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)置。至今美國的FDA規(guī)程在涉及到高溫殺菌設(shè)備時(shí)僅僅只對(duì)最傳統(tǒng)的蒸汽式殺菌釜有所規(guī)定的原因。
隨著科技的進(jìn)步，新材料、新包裝層出不窮，伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，與之相適應(yīng)的殺菌技術(shù)和殺菌設(shè)備也在同步地前進(jìn)。
例如有了高溫蒸煮袋之后，就需要在殺菌釜內(nèi)建立起相應(yīng)的反壓壓力以防止高溫蒸煮袋的爆裂，這樣蒸汽式殺菌釜就不能適應(yīng)了，隨之就出現(xiàn)了水浴式的殺菌方式，利用高溫?zé)崴畞碜鳛閭鳠峤橘|(zhì)，殺菌釜內(nèi)的壓力高于水的汽化壓力，從而獲得了很好的殺菌效果。
再后來，PE瓶、玻璃瓶、耐高溫鋁箔袋、鋁箔盒、兩片罐、耐高溫塑料杯、PVDC腸衣……相繼出現(xiàn)，與之相適應(yīng)的測(cè)噴淋式、上噴淋式、氣汽混合熱風(fēng)式、氣汽混合噴霧式……結(jié)構(gòu)形式的殺菌釜也就同步涌現(xiàn)?？傊?，殺菌釜技術(shù)的進(jìn)步是與食品殺菌工藝和包裝材料的發(fā)展密切相關(guān)的。
全新模式的連續(xù)式殺菌釜：連續(xù)式多塔靜水壓式殺菌釜
連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置，是在高塔式靜水壓殺菌裝置的基礎(chǔ)演變而來的，其最大的特點(diǎn)，就是可以使產(chǎn)品在灌裝（或是包裝）完成后在較為短暫的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入殺菌釜內(nèi)進(jìn)行升溫、殺菌，這就為生產(chǎn)效率的提升、產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)、生產(chǎn)環(huán)境的優(yōu)化極為有利的條件。下面就對(duì)連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置與大家一起進(jìn)行較為詳細(xì)的探討。
先談一下連續(xù)高塔式殺菌釜
是利用靜水壓的原理，把產(chǎn)品進(jìn)出殺菌艙的通道用水加注滿后將具有壓力的氣體通道加以密封，這樣就可以既保持殺菌艙內(nèi)的壓力，還可以使產(chǎn)品順暢地通過，如圖所示原理（U形管原理）。由圖中可以看出，殺菌艙內(nèi)的壓力數(shù)值是取決于水柱的高度的。連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置則是在連續(xù)高塔式靜水壓裝置的基礎(chǔ)上，將一個(gè)高塔分為幾段，也就是將多個(gè)U 形管串聯(lián)，使其每個(gè)U形管的壓力疊加，最終在殺菌艙體內(nèi)獲得所需要的較高壓力。連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置所殺菌的產(chǎn)品是盛裝在固定于兩條具有一定間隔距離的鏈條之間的小管狀籠筐內(nèi)的。這個(gè)小的管狀籠筐的結(jié)構(gòu)是根據(jù)被殺菌產(chǎn)品的特性而設(shè)計(jì)的（包裝材料特性、包裝形狀、包裝規(guī)格、產(chǎn)品物料、產(chǎn)品殺菌工藝要求等），不同的產(chǎn)品、不同的規(guī)格、不同的包裝材料、不同的殺菌工藝要求，都會(huì)有相對(duì)應(yīng)的小籠筐結(jié)構(gòu)。
在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌釜中，產(chǎn)品盛裝在固定于兩條具有一定間隔距離的環(huán)形鏈條之間的小管狀籠框內(nèi)連續(xù)不斷地依次經(jīng)過殺菌釜內(nèi)的所有工藝段（升溫、保溫、降溫），從而完成一個(gè)完整的殺菌工藝過程，這是與普通殺菌釜所不同的最關(guān)鍵一點(diǎn)。普通殺菌釜是在一個(gè)固定的容器內(nèi)按所需工序的時(shí)間先后順序來完成一個(gè)完整的殺菌工藝的各個(gè)工序過程。正是這一點(diǎn)的不同，連續(xù)式多塔靜水壓式殺菌釜的先進(jìn)性才被充分地體現(xiàn)了出來。
升溫、保溫、降溫等工藝區(qū)段是固定的，這樣在控制方面來說就可以把各個(gè)工藝區(qū)段的參數(shù)設(shè)置、調(diào)整控制的非常精準(zhǔn)、平穩(wěn)；
每個(gè)被殺菌產(chǎn)品都會(huì)按同一個(gè)速度經(jīng)過所有的工藝區(qū)段，所以幾乎不存在普通殺菌釜所具有的熱分布不均衡的問題；
后段產(chǎn)品降溫所回收的熱量可以用在前段產(chǎn)品升溫；
所有的產(chǎn)品在包裝后可以在很短的時(shí)間內(nèi)以同樣的等待時(shí)間進(jìn)入殺菌釜，更有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和一致。
三、節(jié)能增效技術(shù)在高溫殺菌方面的創(chuàng)新
在食品企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中，高溫殺菌工序所消耗掉的能源占據(jù)相當(dāng)大的比例。在現(xiàn)有市場(chǎng)上存量的殺菌釜中，節(jié)能增效技術(shù)應(yīng)用的是比較有限的，即使有一些節(jié)能方面應(yīng)用，也是僅限于較大規(guī)模的食品企業(yè)采取一些效果有限的方式。每個(gè)食品生產(chǎn)企業(yè)能源消耗方面具體的數(shù)據(jù)在這里難以準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出來，但是如果采用節(jié)能技術(shù)，高溫殺菌工序這部分能源節(jié)省20～40%應(yīng)該是可以做到的。
下面我們就來討論一下節(jié)能增效技術(shù)應(yīng)用到高溫殺菌工藝中的途徑。
可從以下方面來將節(jié)能增效技術(shù)應(yīng)用到高溫殺菌工藝中：
將高溫殺菌產(chǎn)品在殺菌結(jié)束后回收所攜帶的熱量用于產(chǎn)品升溫階段，使產(chǎn)品在使用蒸汽升溫前的溫度得以提高。這樣的模式非常適合殺菌前溫度較低的肉制品殺菌設(shè)備，且節(jié)能效果非常明顯；
將回收的熱量用于產(chǎn)品原料的前處理工序，這樣的模式適用于殺菌前溫度較高的產(chǎn)品，如飲料等；
將回收的熱量用于其它場(chǎng)合，例如保溫庫、暖氣、鍋爐、衛(wèi)生等。
先探討一下對(duì)現(xiàn)有普通殺菌釜進(jìn)行節(jié)能增效的途徑，這是一臺(tái)普通雙罐水浴式殺菌釜的流程圖，和在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)溫水儲(chǔ)罐的流程圖。
普通的殺菌釜在產(chǎn)品殺菌結(jié)束后，僅僅是將循環(huán)熱水儲(chǔ)存在熱水罐內(nèi)，處于高溫狀態(tài)下的產(chǎn)品和罐體、管道所攜帶的熱量卻隨冷卻水丟失掉了。
為了回收、利用產(chǎn)品在高溫殺菌后所攜帶的熱量，僅僅是增加一個(gè)儲(chǔ)存溫水的常壓管，就可以將這部分熱能回收儲(chǔ)存起來。當(dāng)殺菌結(jié)束后，仍然是將殺菌循環(huán)熱水送回到高溫?zé)崴畠?chǔ)罐內(nèi)。然后再利用溫水儲(chǔ)罐內(nèi)的溫水來對(duì)殺菌釜內(nèi)的產(chǎn)品和罐體進(jìn)行初步的降溫，再將這部分熱水送回到溫水儲(chǔ)罐內(nèi)。
最后再進(jìn)冷卻水進(jìn)行冷卻。在進(jìn)冷卻水之前，產(chǎn)品和殺菌釜罐體的溫度已經(jīng)下降了許多（具體的數(shù)值由產(chǎn)品殺菌前溫度、殺菌溫度決定）。
在下一次的殺菌時(shí)，首先將溫水儲(chǔ)罐內(nèi)的溫水送入殺菌釜內(nèi)，將回收的產(chǎn)品殺菌預(yù)熱釋放給待殺菌的產(chǎn)品。這一過程中，產(chǎn)品的溫度越低，余熱的利用率就越高。
開啟循環(huán)泵使溫水充分地與產(chǎn)品進(jìn)行熱交換，使熱水所攜帶的熱量盡量多地傳遞給產(chǎn)品和罐體。產(chǎn)品開始?xì)⒕暗臏囟仍降?，傳遞的熱量就越多。
對(duì)于其它類型殺菌釜的節(jié)能方式也是這樣的模式。
對(duì)于連續(xù)式多塔靜水壓式殺菌釜，其節(jié)能增效技術(shù)的應(yīng)用效果更是非常顯著。
在連續(xù)式多塔靜水壓式殺菌釜中，產(chǎn)品是連續(xù)不斷地進(jìn)入和輸出的，在冷卻側(cè)，循環(huán)水的溫度被產(chǎn)品給加熱了，將溫度升高的水送到加熱側(cè)的對(duì)應(yīng)段，熱水所攜帶的熱量釋放給了需要加熱的產(chǎn)品，之后溫度降低了的水再回到降溫段，這一過程是分不同的溫度區(qū)段進(jìn)行的，所以熱量回收效率很高。
