超高温灭菌技术的革命：如何通过列管式设备提升热交换效率与降低能耗

摘要：本文探讨了超高温瞬时灭菌技术及其在商业无菌产品生产中的应用，特别是列管式超高温瞬时灭菌机的工艺流程、原理和结构特点。通过深入分析，我们证明这项技术不仅提高了热交换效率，而且显著降低了能耗。

关键词：超高温瞬时灭菌；列管式换热器；板式换热器

随着国内消费水平的不断提升，“学生饮用奶计划”等项目得到了广泛推广，液态乳制品的需求日益增长。我国以养牛户和小型企业为主的小城镇分布格局导致奶源分散且缺乏完善冷链系统，这增加了乳制品企业的生产成本。为了解决牛奶运输难题，必须对牛奶进行无菌处理并进行包装，以将产品销往中心城市，让民众享受到新鲜牛奶，而不是只剩下液态成分。这不仅促进了牧业发展，也改善了人们饮食习惯，并提高了生活质量。市场化趋势催生了一批大型及超大型乳制品企业，这些企业引进国外先进设备，如超高温灭菌机和无菌包装设备，大幅度减少成本并产生巨大利润，但中小规模企业因无法承担昂贵设备价格而面临挑战，对于适应中国实际情况的可靠、高效杀菌设备有着迫切需求。

超高温瞬时灭菌概念

在135至150摄氏度、2至8秒内对牛乳进行杀害过程称为“超高温瞬时杀害”。经过这样的处理后，虽然可能仍含有存活微生物，但它们不会发生微生物转变，从而被视作达到“商业无菌”状态。在这种条件下，无论何种处理方式，其最终结果都是保持30至60天内风味不变，是合格产品标准。在这个过程中，由蛋白质与还原糖相互作用产生黑色素褐变速度较快，但温度升到135摄氏度以上，则杀害效果远超过褐变速率，在140摄氏度处增速达2000倍以上，在150摄氏度则更是5000多倍，因此在135至150摄氏度范围内即可实现颜色变化极小但有效性强。

原料预处理

为了保证初期材料质量并提供优质原料供生产使用，将收购采集后的奶必须进行预处理，该步骤不可或缺，不仅影响产品质量，还直接决定其安全性。预处理包括脱气、净乳、初始杀害（63-65℃/15秒）、冷却（4℃）以及冷藏（4℃）。这些操作如图1所示：

图1 - 原料加工流程图

列管式超高温瞬间滅殺機

3.1 工藝過程與原理

此技術通過平衡罐將牛奶加熱至83攝氏度後，再送入均質機進行均質處理，然后進入保溫系統，在137攝氏度持續4-8秒達到滅殺目標。最後經過三次熱交換將溫度調整回20-30攝氏 度，即可進行包裝。此間利用5個循環器與一個板狀熱交換器來節省能源消耗。

3.2 控制系統組成

控制系統由核心控制單元PLC、一人機界面、一無紙記錄儀、一變頻器、三個溫控元件Pt100、二個接近開關、二個電磁閥、二個氣動薄膜閥及其他控制元件構成。

PLC需要擁有八路溫控單元，用於監測所有熱交換處的情況，並具有四路模擬量輸出單元，用于調節產量及均質壓力等參數。而無紙記錄儀則可以長時間記錄實時殺害溫度和時間，並允許上傳備查以追蹤產品質量。

滅殺溫控為滅殺設備核心功能，由PLC、一人機界面、一電氣轉換器、二一氣動薄膜閥、三一PT100熱電阻以及無紙記錄儀構成。在一人機界面設定滅殺條件並調節PID參數之後，它們會顯示測試結果，如圖3所示：

图3 - 灭kill温度调节方框图

3.3 主要组成部分与作用

列管式滅kill机主要由供给系统、升级系统和降级系统构成。

供给系统包括供应泵、平衡罐输送泵清洗液供应泵等。这套系统对于整个生产过程尤其是在CIP清洁水清洁蒸汽喷雾期间不可或缺。在正常运行期间，平衡罐负责储存原始材料，并通过浮球阀来控制物质高度，以确保持续供应。此外，当执行酸碱清洁程序时，该罐也作为酸碱储存容器使用。当未经授权人员试图访问该区域或尝试重新安排工作站设置时会出现警报信号，以防止误操作造成破坏或危险事件发生。

最后，我们深入探讨了如何通过精心设计和优化各个环节来实现更佳性能，同时考虑经济效益，并提供一个全面的视角来理解如何利用这一先进技术带来的优势以满足市场需求，为消费者带去更多便利同时保护食品安全。