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問(wèn)題:殺菌機(jī)列管式殺菌機(jī)巴氏殺菌機(jī)處理及工藝原理

回復(fù):
在乳制品行業(yè)中,熱加工處理是應(yīng)用最廣泛的加工技術(shù)。其通過(guò)熱處理殺滅致病性和腐敗性微生物,以確保產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)質(zhì)量穩(wěn)定且安全。

廣義上講,將產(chǎn)品加熱至50℃以上,配合充分的加熱時(shí)間,即可殺滅乳制品中一種或者多種致病性和腐敗性微生物。因此熱加工工藝中,可選的溫度/時(shí)間組合方案比較多。


根據(jù)表1可知,巴氏殺菌通常以下述幾種方式實(shí)現(xiàn):

高溫短時(shí)殺菌HTST (High Temperature Short Time),溫度和時(shí)間組合是72°C以上保持至少15s的時(shí)間,一般通過(guò)連續(xù)式殺菌系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn);



低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌LTLT(low temperature long time),溫度和時(shí)間組合是63°C以上保持至少30min時(shí)間,一般通過(guò)批次型殺菌系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn);


除了上述理論最低條件,在實(shí)際確定最低熱殺菌條件時(shí),還需要考慮物料粒徑,脂肪含量,固形物含量,以及是否添加甜味劑等因素。具體可參考NZFSA出版的 D121.1. Dairy Treatments Standard 2003.的《常見(jiàn)類型的乳制品的熱殺菌等效條件》,本文后方列出了《Heat Treatment Code of Practice》的下載地址,請(qǐng)參考第22至25頁(yè)。

雖然熱處理的核心要素說(shuō)起來(lái)比較簡(jiǎn)單——溫度&時(shí)間。但是現(xiàn)實(shí)過(guò)程中,還有較多技術(shù)細(xì)節(jié)需要考慮。為了匹配物料特性,實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定,可追溯的熱加工處理能力,需要配置一系列的硬件軟件控制系統(tǒng),記錄系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品熱加工處理過(guò)程的實(shí)施、監(jiān)控、糾偏、食品安全保障以及相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)(包括CCP/OPRP監(jiān)控?cái)?shù)據(jù))的記錄。

下面以HACCP中確認(rèn)和驗(yàn)證兩個(gè)角度,來(lái)討論一下巴氏系統(tǒng)重要組分的要求分別是如何落實(shí)的。




3 典型連續(xù)式巴氏殺菌機(jī)的驗(yàn)證活動(dòng)



乳制品的熱加工處理HTST


一、物料粒徑控制

要素一  過(guò)濾器

1、如果配置過(guò)濾器確保進(jìn)料粒徑,如圖所示有兩個(gè)選擇:

·   在原料奶開(kāi)始進(jìn)入系統(tǒng)前,比如設(shè)置在平衡缸前;

·   在最終加熱段前配置

2、根據(jù)表2的要求,過(guò)濾器的孔徑應(yīng)為200μm, 500μm或者1000μm。
3、應(yīng)有書(shū)面的管理程序,規(guī)定在發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器失效后采取何種匯報(bào)和處置措施,過(guò)濾器孔徑變化或者破損失效時(shí),需要評(píng)估巴氏殺菌失效的可能性;做好過(guò)濾器的檢查記錄, 檢查記錄應(yīng)至少包括過(guò)濾器上發(fā)現(xiàn)的異物以及針對(duì)濾網(wǎng)完整性的檢查。
4、過(guò)濾器的濾網(wǎng)應(yīng)當(dāng)有備件在工廠,已備在需要更換時(shí)能夠立即更換。
5、如果需要把該過(guò)濾步驟設(shè)置為CCP,建議采用的過(guò)濾器構(gòu)造形式為打孔型,而不是楔形。

要素二  離心機(jī)

當(dāng)采用離心機(jī)控制粒徑時(shí),最低殺菌條件組合應(yīng)參考200μm欄。

 
二、流量控制及監(jiān)控
要素一  流量控制

流量控制或者說(shuō)保持時(shí)間控制,是巴氏殺菌過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在保持設(shè)備一定的前提下,流量與保持時(shí)間呈反比,因此,應(yīng)當(dāng)設(shè)定流量的上限以確保保持時(shí)間不會(huì)低于如表2所示的最低殺菌要求。

1、計(jì)時(shí)泵(timing pump)一方面是控制產(chǎn)品在通過(guò)保持管時(shí)流量不會(huì)超過(guò)最高流量限值,另一方面是與背壓閥一同作用,保持已殺菌物料的正壓力差。

2、在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),流量控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)a(chǎn)品流量控制在設(shè)定值±5%允差范圍內(nèi)。

3、如果采用限流裝置,該設(shè)備在CIP時(shí)該裝置能夠有效清潔,在生產(chǎn)時(shí)限流裝置能夠有效限制最高流量。

4、當(dāng)回流閥發(fā)生故障或者錯(cuò)誤時(shí),計(jì)時(shí)泵也需要同步停止。

5、當(dāng)巴殺設(shè)備配置再生段時(shí),計(jì)時(shí)泵的應(yīng)位于再生段之后在進(jìn)入最終加熱段前(如圖所示)。

如果在某些巴氏殺菌機(jī)內(nèi),沒(méi)有配置再生段,或者殺菌機(jī)配置了空氣間隙式板片,那么計(jì)時(shí)泵的位置設(shè)計(jì)可以沒(méi)有這么嚴(yán)格。另外,如果在加熱段后設(shè)置緩沖罐,定時(shí)泵應(yīng)在緩沖罐后,以確保精準(zhǔn)控制通過(guò)保持管的物料流量。

 要素二  流量確認(rèn)

1、如圖1中spool piece for calibrated flowmeter所示位置,預(yù)留一個(gè)900mm長(zhǎng)的短管以便替換安裝經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的比對(duì)流量計(jì)。短管應(yīng)水平安裝,或者以產(chǎn)品流量方向安裝。

2、為了避免彎管,閥門(mén)或者其他連接件影響流量測(cè)量,安裝流量計(jì)應(yīng)在前后管路預(yù)留一定的直管長(zhǎng)度,流量計(jì)前應(yīng)至少預(yù)留10倍管徑的長(zhǎng)度,流量計(jì)后應(yīng)至少預(yù)留5倍管徑的長(zhǎng)度。


3、流量計(jì)校準(zhǔn):在1~2完成后,將預(yù)留管替換為經(jīng)過(guò)溯源校準(zhǔn)的流量計(jì),通過(guò)與現(xiàn)有流量計(jì)的在線比對(duì),確定現(xiàn)有流量計(jì)的實(shí)際偏差是否在可接受范圍。

4、流量控制準(zhǔn)確度確認(rèn):在同樣的流量設(shè)定條件下,在流量計(jì)的中段流量范圍,取6次獨(dú)立的流量測(cè)量結(jié)果,計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.5%時(shí)認(rèn)為可接受。或者取流量計(jì)的最大流量時(shí),滿足±5%的偏差

要素三  流量超限時(shí)的保護(hù)措施

當(dāng)流量超限時(shí),需要采取至少下述一個(gè)措施:

1、超高流量保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)能觸發(fā)回收閥門(mén)(Recycled Valve

如果系統(tǒng)因?yàn)榈陀?/span>CCP溫度最低限值已經(jīng)處于回流狀態(tài),可以屏蔽高流量保護(hù)。在這種設(shè)定下,回流溫度的設(shè)定已經(jīng)加入了一定的安全閾值。安全閾值還要考慮閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間。

2、回到進(jìn)料狀態(tài)

這些邏輯執(zhí)行必須與程控邏輯一致。

2.1 當(dāng)回流裝置安裝于冷卻段后端,在系統(tǒng)激活高流量保護(hù)后,恢復(fù)進(jìn)料狀態(tài)應(yīng)滿足:

·   追加至少一個(gè)最低保持時(shí)間的延遲且物料實(shí)際流量低于高流量回收的設(shè)定限值;
·   從巴氏殺菌后到回收閥門(mén)(Recycle Valve)的所有管線和換熱器,需要重新升溫殺菌。

2.2  當(dāng)回流閥門(mén)安裝于保持管后段,在系統(tǒng)激活高流量保護(hù)后,再回到進(jìn)料狀態(tài)應(yīng)滿足:

·   在追加至少一個(gè)最低保持時(shí)間的延遲后,物料實(shí)際流量低于高流量回收的設(shè)定限值;

·   回流閥門(mén)恢復(fù)進(jìn)料狀態(tài),應(yīng)確保回流閥門(mén)產(chǎn)品接觸管線均經(jīng)過(guò)充分物料升溫殺菌時(shí)間。

三、溫度控制及監(jiān)控

要素一  溫度傳感器的選擇與信號(hào)采集

1、溫度計(jì)的構(gòu)造和安裝/固定方式應(yīng)遵守衛(wèi)生設(shè)計(jì)要求,如3A標(biāo)準(zhǔn)。

2、溫度傳感器的準(zhǔn)確度:在回流溫度限值的±3℃范圍內(nèi),其允許偏差應(yīng)為±0.5℃,讀數(shù)應(yīng)能被操作人員方便讀取。

要素二  信號(hào)采集

1、巴氏殺菌溫度的記錄和回流控制信號(hào)應(yīng)來(lái)自同一溫度傳感器。

2、如果安裝兩個(gè)巴氏殺菌溫度傳感器,控制邏輯應(yīng)該是任何一個(gè)傳感器低于回流溫度設(shè)定限值均需要回流。只有所有的巴氏殺菌溫度讀數(shù)恢復(fù)高于設(shè)定限值后,才能繼續(xù)恢復(fù)至進(jìn)料狀態(tài)。此時(shí),記錄儀應(yīng)采集更靠近回流閥門(mén)的傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)。

要素三  溫度傳感器的位置
溫度傳感器的位置應(yīng)取決于回流閥的位置:
·   如果回流閥在保持管后,溫度傳感器應(yīng)設(shè)置在回流閥門(mén)的上游并在保持管后段(如圖所示)。考慮安全閾值,以最高流速下5s的計(jì)算長(zhǎng)度設(shè)置在回流閥門(mén)上游比較合理;
·   當(dāng)回流閥門(mén)設(shè)置在后端,溫度傳感器應(yīng)當(dāng)設(shè)置在距離保持管后端上游以最高流速下5s的計(jì)算距離。

要素四  巴殺溫度記錄儀和回流系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間

1、回流系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)5s;

2、傳感器的時(shí)間常數(shù)測(cè)定:將一個(gè)未經(jīng)加熱的傳感器插入充分?jǐn)嚢铚囟确植季鶆虻?/span>76℃水浴中,溫度計(jì)的讀數(shù)從65℃上升到72℃說(shuō)需要的時(shí)間間隔。

 
四、巴氏殺菌系統(tǒng)壓力差管理,壓力差的形成是由計(jì)時(shí)泵與背壓閥共同

要素一  壓力差標(biāo)準(zhǔn)

1、壓力差自動(dòng)控制系統(tǒng)需保證已殺菌的產(chǎn)品側(cè)壓力始終高于未殺菌側(cè)的物料以及換熱媒介,以避免熱交換器失效時(shí)的交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2、在物料供料和回流模式下,均需要維持壓力差異(或者觸發(fā)壓力差回收系統(tǒng))。

3、當(dāng)壓力差≤壓力差設(shè)定限值時(shí),需啟動(dòng)回收。恢復(fù)生產(chǎn)的前提是在換熱器中已巴氏殺菌產(chǎn)品段直至回收閥門(mén)(Recycle Valve)段已經(jīng)完成了滿足巴氏殺菌條件的持續(xù)殺菌,或者整個(gè)巴氏殺菌機(jī)已經(jīng)重新清潔和消毒。

4、如采用空氣間隙式換熱板片,板片間一旦有泄漏發(fā)生,泄漏的未殺菌物料和傳熱媒介將通過(guò)溢流道流出,而不會(huì)污染產(chǎn)品。當(dāng)采用這樣的板片時(shí),可以不配置回收閥門(mén)(Recycle Valve)。但溢流道需要與外界大氣相通,確保一旦發(fā)現(xiàn)有泄漏發(fā)生,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換受影響板片。

要素二  壓力傳感器的位置

1、壓力傳感器應(yīng)當(dāng)設(shè)置在恰當(dāng)位置,具體闡述見(jiàn)上篇確認(rèn)表。

2、如果換熱器有多于一個(gè)再生段,則需要配置多組壓力傳感器。

3、在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),壓力傳感器應(yīng)該盡可能安裝在同一個(gè)水平高度,以避免靜位壓差帶來(lái)的影響。

要素三  壓力差記錄儀和回收系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間

1、系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和記錄系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)5s。

2、壓力傳感器的時(shí)間常數(shù)測(cè)量是將壓力加至27.5kPa,然后迅速釋放將其變?yōu)? kPa,讀數(shù)變化的時(shí)間間隔。

要素四  壓差控制的回收系統(tǒng)

1、回收閥門(mén)(Recycle Valve

·   在斷電時(shí),應(yīng)使產(chǎn)品處于回收位置;
·   回收閥門(mén)設(shè)置在巴氏殺菌機(jī)最后出口端的下游,該閥門(mén)的設(shè)置最小距離應(yīng)基于產(chǎn)品最大的流速和系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

2、回收管線

·   回收閥門(mén)(Recycle Valve)及管線需要確保回流產(chǎn)品能夠自由流回平衡罐或者排廢。同時(shí),在回收管線上不設(shè)置任何其他的閥門(mén)等會(huì)阻止自由流動(dòng)的設(shè)備。

·   當(dāng)回收管線直接連接到平衡罐內(nèi),管末端至少高于溢流液位兩倍的管徑高度。對(duì)于某些易產(chǎn)生泡沫敏感的物料來(lái)說(shuō),回收管線的末端會(huì)低于該液位,此時(shí)需要配置破虹吸裝置。

·   當(dāng)回收閥門(mén)(Recycle Valve)處于回收狀態(tài)時(shí),為了隨時(shí)檢查是否有泄漏至后端供料管線的情況,回收管線應(yīng)可以將回收閥門(mén)(Recycle Valve)與供料管線斷開(kāi)。

3、回收系統(tǒng)的觸發(fā)

在下述事件當(dāng)中,回收閥門(mén)(Recycle Valve)觸發(fā)至回收狀態(tài)。請(qǐng)注意,這些觸發(fā)邏輯需要寫(xiě)入PLC控制邏輯中,在設(shè)備確認(rèn)時(shí)與軟件工程師一一核對(duì)。這些觸發(fā)點(diǎn)包括但不限于以下:
·   壓力差≤壓力差的設(shè)定限值時(shí);
·   當(dāng)任何未殺菌端的壓力傳感器故障,信號(hào)掉落到真實(shí)壓力以下;
·   當(dāng)任何已殺菌端的壓力傳感器故障,信號(hào)高于真實(shí)壓力以以上;
·   當(dāng)巴氏殺菌設(shè)備供電故障時(shí);
·   當(dāng)回收閥門(mén)(Recycle Valve)的壓縮空氣供應(yīng)故障時(shí);
·   當(dāng)掃描時(shí)間高于名義最大的掃描時(shí)間時(shí);
·   當(dāng)流量≥回流最大流量設(shè)定值時(shí)
·   當(dāng)不能接收到流量計(jì)的信號(hào)時(shí);
·   當(dāng)回流閥門(mén)收到命令轉(zhuǎn)至回收料時(shí),或者閥門(mén)動(dòng)作反饋信號(hào)未在10秒內(nèi)收到。

要素五  壓差記錄系統(tǒng)

壓差記錄應(yīng)至少包括以下信息:

·   壓差控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài);

·   回收閥門(mén)位置;

·   只要每個(gè)單獨(dú)的閥門(mén)位置狀態(tài)能夠清晰識(shí)別,多個(gè)閥門(mén)的位置狀態(tài)記錄可以共享一個(gè)信道。

 

五、回流控制 (Divert Flow Control)

要素一  回流裝置(Flow Divert Device)

回流裝置的功能是將不滿足巴氏殺菌條件的產(chǎn)品回流至平衡罐。回流裝置應(yīng)有兩個(gè)閥座,以及在兩個(gè)閥座間提供足夠大的泄漏腔,保證在最大流量下不會(huì)有顯著的壓力下降,從而防止未殺菌物料污染已殺菌物料。


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