固體食品流態(tài)化超高溫殺菌技術(shù)研究.pdf

1、對殺菌技術(shù)的領(lǐng)域性分析發(fā)現(xiàn)，低酸性、高水分活度、長架壽固體食品的殺菌缺少一種殺菌品質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)殺菌釜?dú)⒕夹g(shù)的先進(jìn)殺菌技術(shù)。這種情況造成了固體食品的熱敏性成分利用率低和殺菌加工范圍限制，還成為中國傳統(tǒng)食品工業(yè)化的技術(shù)瓶頸。流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術(shù)可能解決這一問題，該技術(shù)具有全新的技術(shù)原理：在無蒸發(fā)條件下流態(tài)化加熱食品顆粒，達(dá)到殺菌條件后，再通過減壓蒸發(fā)冷卻或流態(tài)化冷卻，實(shí)現(xiàn)超高溫殺菌過程，并通過小量食品的快速殺菌來實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)所需

2、要的效率，是目前唯一一種最終產(chǎn)品是純粹固體的主食固體食品超高溫殺菌技術(shù)原理。 通過對流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的流體力學(xué)、傳熱學(xué)、品質(zhì)變化動力學(xué)、微生物致死動力學(xué)和傳質(zhì)學(xué)分析，得到相關(guān)傳遞過程和殺菌核心參數(shù)基本控制方程，確定和推導(dǎo)出適用的理論基礎(chǔ)和計(jì)算公式。在完成氣固和液固流態(tài)化操作條件及表面換熱計(jì)算后，通過Matlab6.5和ANSYS8.0軟件編程以解析或數(shù)值方法求得顆粒內(nèi)部溫度分布和可溶性成分濃度分布，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行品質(zhì)變化

3、動力學(xué)、微生物致死動力學(xué)和傳質(zhì)學(xué)分析計(jì)算，獲得流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的主要技術(shù)特征、特性參數(shù)和應(yīng)用范圍。發(fā)現(xiàn)流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術(shù)具有較寬的流態(tài)化操作范圍，氣固流態(tài)化的主要流型為聚式，而液固流態(tài)化的流型為散式，同時液固流態(tài)化的形成受到兩相密度差的限制；流態(tài)化對流加熱具有流體顆粒表面換熱系數(shù)高并且所有顆粒換熱均勻一致的優(yōu)勢，其內(nèi)部熱傳導(dǎo)受表面換熱系數(shù)和顆粒直徑影響很大，直接影響到殺菌品質(zhì)，直徑越大，殺菌品質(zhì)越差。采用減壓蒸發(fā)，直徑

4、0.25-1.50cm顆粒在7.74-137.6sec/145℃即可達(dá)到目標(biāo)F值；通過不同表面換熱系數(shù)對殺菌時間影響關(guān)系的數(shù)值模擬和非線性數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)，無因次殺菌時間和Bi數(shù)存在雙曲函數(shù)關(guān)系，可以用于參數(shù)估計(jì)，并揭示了顆粒食品對流加熱殺菌的內(nèi)在規(guī)律。對液固流態(tài)化過程中的傳質(zhì)估算表明，食品中的可溶性成分的傳質(zhì)損失在可接受的范圍內(nèi)。 構(gòu)想并設(shè)計(jì)制造了流態(tài)化固體食品超高溫殺菌原理驗(yàn)證設(shè)備，該設(shè)備具有液固流態(tài)化超高溫殺菌、常壓及真空減壓

5、冷卻、流態(tài)化冷卻等功能。通過VisualBasic6.0編程實(shí)現(xiàn)核心殺菌操作的自動控制以及壓力/溫度/F值/C值的采集計(jì)算和實(shí)時顯示。對首次出現(xiàn)的F值/C值的實(shí)時采集計(jì)算精度問題進(jìn)行了解析和數(shù)值分析，結(jié)果表明，溫度測量誤差對采集精度產(chǎn)生了決定性的影響，并得到保證采集精度的最大步長。 在原理驗(yàn)證設(shè)備上采用靜態(tài)熱電偶法采集以油脂為流動相的液固流態(tài)化超高溫殺菌過程中馬鈴薯試樣顆粒中心溫度，通過LDSD法計(jì)算出表面換熱系數(shù)hfp值。測算

6、數(shù)值與預(yù)測值接近，說明本文有關(guān)預(yù)測計(jì)算方法是合理的。 通過建立流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，由Matlab軟件編程計(jì)算，得到典型條件下最優(yōu)殺菌技術(shù)參數(shù)以及相應(yīng)殺菌效果。 與現(xiàn)有固體食品熱殺菌技術(shù)，重點(diǎn)與連續(xù)式液體顆粒無菌工藝進(jìn)行比較，流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術(shù)具表面換熱系數(shù)高、殺菌參數(shù)推算和熱處理效果評價數(shù)學(xué)模型較簡單、工藝靈活等優(yōu)點(diǎn)，尤其是徹底解決了顆粒停留時間分布(RTD)問題。 減壓蒸發(fā)冷卻與真

7、空冷卻有類似之處，但在減壓壓力等方面卻存在明顯的不同。通過熱力學(xué)分析建立了水分蒸發(fā)量計(jì)算的微分方程，并計(jì)算出典型條件下可能出現(xiàn)的最大水分損失小于13％。以馬鈴薯為試樣的減壓蒸發(fā)冷卻試驗(yàn)表明，減壓蒸發(fā)冷卻能夠形成體積冷卻，并可能出現(xiàn)試樣的破斷。閃急蒸發(fā)后出現(xiàn)了明顯的溫度轉(zhuǎn)折，而在以往的真空冷卻研究中并沒有這種現(xiàn)象。分析其傳質(zhì)機(jī)理，認(rèn)為可能是Knudsen擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訑U(kuò)散造成的。同時分析了減壓蒸發(fā)冷卻中食品破斷的機(jī)理和影響因素，認(rèn)為可以通