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問(wèn)題:殺菌機列管式殺菌機巴氏殺菌機處理及工藝原理

回復:
在乳制品行業(yè)中,熱加工處理是應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)期內質(zhì)量穩定且安全。

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。


根據表1可知,巴氏殺菌通常以下述幾種方式實(shí)現:

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)連續式殺菌系統來(lái)實(shí)現;



低溫長(cháng)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)批次型殺菌系統來(lái)實(shí)現;


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(lèi)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。但是現實(shí)過(guò)程中,還有較多技術(shù)細節需要考慮。為了匹配物料特性,實(shí)現持續穩定,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,記錄系統等,實(shí)現產(chǎn)品熱加工處理過(guò)程的實(shí)施、監控、糾偏、食品安全保障以及相關(guān)運行數據(包括CCP/OPRP監控數據)的記錄。

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




3 典型連續式巴氏殺菌機的驗證活動(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)入系統前,比如設置在平衡缸前;

·   在最終加熱段前配置

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

要素二  離心機

當采用離心機控制粒徑時(shí),最低殺菌條件組合應參考200μm欄。

 
二、流量控制及監控
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。在保持設備一定的前提下,流量與保持時(shí)間呈反比,因此,應當設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、在穩定狀態(tài)時(shí),流量控制系統應當能夠將產(chǎn)品流量控制在設定值±5%允差范圍內。

3、如果采用限流裝置,該設備在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、當回流閥發(fā)生故障或者錯誤時(shí),計時(shí)泵也需要同步停止。

5、當巴殺設備配置再生段時(shí),計時(shí)泵的應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內,沒(méi)有配置再生段,或者殺菌機配置了空氣間隙式板片,那么計時(shí)泵的位置設計可以沒(méi)有這么嚴格。另外,如果在加熱段后設置緩沖罐,定時(shí)泵應在緩沖罐后,以確保精準控制通過(guò)保持管的物料流量。

 要素二  流量確認

1、如圖1中spool piece for calibrated flowmeter所示位置,預留一個(gè)900mm長(cháng)的短管以便替換安裝經(jīng)過(guò)校準的比對流量計。短管應水平安裝,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量,安裝流量計應在前后管路預留一定的直管長(cháng)度,流量計前應至少預留10倍管徑的長(cháng)度,流量計后應至少預留5倍管徑的長(cháng)度。


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

4、流量控制準確度確認:在同樣的流量設定條件下,在流量計的中段流量范圍,取6次獨立的流量測量結果,計算其標準偏差,當標準偏差小于0.5%時(shí)認為可接受?;蛘呷?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">流量計的最大流量時(shí),滿(mǎn)足±5%的偏差。

要素三  流量超限時(shí)的保護措施

當流量超限時(shí),需要采取至少下述一個(gè)措施:

1、超高流量保護系統應能觸發(fā)回收閥門(mén)(Recycled Valve

如果系統因為低于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。在這種設定下,回流溫度的設定已經(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)

這些邏輯執行必須與程控邏輯一致。

2.1 當回流裝置安裝于冷卻段后端,在系統激活高流量保護后,恢復進(jìn)料狀態(tài)應滿(mǎn)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定限值;
·   從巴氏殺菌后到回收閥門(mén)(Recycle Valve)的所有管線(xiàn)和換熱器,需要重新升溫殺菌。

2.2  當回流閥門(mén)安裝于保持管后段,在系統激活高流量保護后,再回到進(jìn)料狀態(tài)應滿(mǎn)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定限值;

·   回流閥門(mén)恢復進(jìn)料狀態(tài),應確?;亓鏖y門(mén)產(chǎn)品接觸管線(xiàn)均經(jīng)過(guò)充分物料升溫殺菌時(shí)間。

三、溫度控制及監控

要素一  溫度傳感器的選擇與信號采集

1、溫度計的構造和安裝/固定方式應遵守衛生設計要求,如3A標準。

2、溫度傳感器的準確度:在回流溫度限值的±3℃范圍內,其允許偏差應為±0.5℃,讀數應能被操作人員方便讀取。

要素二  信號采集

1、巴氏殺菌溫度的記錄和回流控制信號應來(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,控制邏輯應該是任何一個(gè)傳感器低于回流溫度設定限值均需要回流。只有所有的巴氏殺菌溫度讀數恢復高于設定限值后,才能繼續恢復至進(jìn)料狀態(tài)。此時(shí),記錄儀應采集更靠近回流閥門(mén)的傳感器信號數據。

要素三  溫度傳感器的位置
溫度傳感器的位置應取決于回流閥的位置:
·   如果回流閥在保持管后,溫度傳感器應設置在回流閥門(mén)的上游并在保持管后段(如圖所示)??紤]安全閾值,以最高流速下5s的計算長(cháng)度設置在回流閥門(mén)上游比較合理;
·   當回流閥門(mén)設置在后端,溫度傳感器應當設置在距離保持管后端上游以最高流速下5s的計算距離。

要素四  巴殺溫度記錄儀和回流系統的響應時(shí)間

1、回流系統和記錄系統的響應時(shí)間應5s;

2、傳感器的時(shí)間常數測定:將一個(gè)未經(jīng)加熱的傳感器插入充分攪拌溫度分布均勻的76℃水浴中,溫度計的讀數從65℃上升到72℃說(shuō)需要的時(shí)間間隔。

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

要素一  壓力差標準

1、壓力差自動(dòng)控制系統需保證已殺菌的產(chǎn)品側壓力始終高于未殺菌側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。

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)。

3、當壓力差≤壓力差設定限值時(shí),需啟動(dòng)回收?;謴蜕a(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(mǎn)足巴氏殺菌條件的持續殺菌,或者整個(gè)巴氏殺菌機已經(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)現有泄漏發(fā)生,及時(shí)發(fā)現并更換受影響板片。

要素二  壓力傳感器的位置

1、壓力傳感器應當設置在恰當位置,具體闡述見(jiàn)上篇確認表。

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)際現場(chǎng)安裝時(shí),壓力傳感器應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的響應時(shí)間

1、系統的響應時(shí)間和記錄系統的響應時(shí)間應5s。

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

要素四  壓差控制的回收系統

1、回收閥門(mén)(Recycle Valve

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

2、回收管線(xiàn)

·   回收閥門(mén)(Recycle Valve)及管線(xiàn)需要確?;亓鳟a(chǎn)品能夠自由流回平衡罐或者排廢。同時(shí),在回收管線(xiàn)上不設置任何其他的閥門(mén)等會(huì )阻止自由流動(dòng)的設備。

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

·   當回收閥門(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(xiàn)的情況,回收管線(xiàn)應可以將回收閥門(mén)(Recycle Valve)與供料管線(xiàn)斷開(kāi)。

3、回收系統的觸發(fā)

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

要素五  壓差記錄系統

壓差記錄應至少包括以下信息:

·   壓差控制系統的當前狀態(tài);

·   回收閥門(mén)位置;

·   只要每個(gè)單獨的閥門(mén)位置狀態(tài)能夠清晰識別,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(mǎn)足巴氏殺菌條件的產(chǎn)品回流至平衡罐?;亓餮b置應有兩個(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(zhù)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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