固體食品流態(tài)化超高溫殺菌技術研究.pdf

1、對殺菌技術的領域性分析發(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明顯優(yōu)于傳統(tǒng)殺菌釜殺菌技術的先進殺菌技術。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)化的技術瓶頸。流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術可能解決這一問題，該技術具有全新的技術原理：在無蒸發(fā)條件下流態(tài)化加熱食品顆粒，達到殺菌條件后，再通過減壓蒸發(fā)冷卻或流態(tài)化冷卻，實現(xiàn)超高溫殺菌過程，并通過小量食品的快速殺菌來實現(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原理。 通過對流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的流體力學、傳熱學、品質變化動力學、微生物致死動力學和傳質學分析，得到相關傳遞過程和殺菌核心參數(shù)基本控制方程，確定和推導出適用的理論基礎和計算公式。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)值方法求得顆粒內部溫度分布和可溶性成分濃度分布，在此基礎上進行品質變化

3、動力學、微生物致死動力學和傳質學分析計算，獲得流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的主要技術特征、特性參數(shù)和應用范圍。發(fā)現(xiàn)流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術具有較寬的流態(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，其內部熱傳導受表面換熱系數(shù)和顆粒直徑影響很大，直接影響到殺菌品質，直徑越大，殺菌品質越差。采用減壓蒸發(fā)，直徑

4、0.25-1.50cm顆粒在7.74-137.6sec/145℃即可達到目標F值；通過不同表面換熱系數(shù)對殺菌時間影響關系的數(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)關系，可以用于參數(shù)估計，并揭示了顆粒食品對流加熱殺菌的內在規(guī)律。對液固流態(tài)化過程中的傳質估算表明，食品中的可溶性成分的傳質損失在可接受的范圍內。 構想并設計制造了流態(tài)化固體食品超高溫殺菌原理驗證設備，該設備具有液固流態(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值的采集計算和實時顯示。對首次出現(xiàn)的F值/C值的實時采集計算精度問題進行了解析和數(shù)值分析，結果表明，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。 在原理驗證設備上采用靜態(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法計算出表面換熱系數(shù)hfp值。測算

6、數(shù)值與預測值接近，說明本文有關預測計算方法是合理的。 通過建立流態(tài)化固體食品超高溫殺菌的優(yōu)化數(shù)學模型，由Matlab軟件編程計算，得到典型條件下最優(yōu)殺菌技術參數(shù)以及相應殺菌效果。 與現(xiàn)有固體食品熱殺菌技術，重點與連續(xù)式液體顆粒無菌工藝進行比較，流態(tài)化固體食品超高溫殺菌技術具表面換熱系數(shù)高、殺菌參數(shù)推算和熱處理效果評價數(shù)學模型較簡單、工藝靈活等優(yōu)點，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。通過熱力學分析建立了水分蒸發(fā)量計算的微分方程，并計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。分析其傳質機理，認為可能是Knudsen擴散轉變?yōu)榉肿訑U散造成的。同時分析了減壓蒸發(fā)冷卻中食品破斷的機理和影響因素，認為可以通