现场总线技术赋能超高温瞬时灭菌机的惊人特点与电气控制艺术
随着国内人民生活水平的提高,“学生饮用奶计划”等项目的推广,液态乳制品的需求日益增长。我国的国情是,牛奶主要来源于分布在北方小城镇附近的小型养牛户和企业。这些本来就不充分的奶源,没有完整的冷链系统,因此无法高效运输到中心城市,这增加了乳制品企业生产成本。为了解决这一问题,就必须进行牛奶无菌处理和包装,将产品销往本地区中心城市,让人们享受到新鲜、无菌的乳制品,从而促进养殖业发展、改善居民饮食习惯并提升人口素质。
市场化需求激增,大型超大型乳品企业开始引进国外超高温灭菌机和无菌包装设备,但中小型企业因经济压力难以承担此类设备投资,因此迫切需要适合国产特色的超高温瞬时灭菌设备。
超高温瞬时灭菌工艺简述
超高温瞬时灭菌是一种将牛奶加热至135~150℃,杀死微生物过程中的技术。这一工艺能够快速杀死所有可能存活在原料中的微生物,使得产品达到商业无菌状态,即使存在少量孢子或微生物,它们也不会繁殖导致产品变质。在这个过程中,温度升高会导致蛋白质与还原糖反应生成褐色物质,但这种变化速度远低于杀菌效率,在135℃以上温度下,褐变速率甚至比杀菌速率慢数百倍。因此,可以通过135℃左右短时间(2-8秒)的处理实现颜色保持良好的商业无菌产品。
原料预处理流程
在乳制品生产中,对于收集到的原料奶进行预处理是不可或缺的一环,以保证质量并为后续生产提供优质材料。预处理包括脱气、净乳、初始杀害(63-65℃/15秒)、冷却及冷藏等步骤,如图1所示。脱气可以提高标准化精度减少巴氏机结垢;净乳除去杂物;初始杀害有助于延长贮存时间。
列管式超高温瞬时灭菌技术
3.1 工艺流程概述
列管式超高温瞬时灭菌采用平衡罐作为储存空间,并通过浮球阀控制液位,将原料送入均质机,再经过加热系统至83℃,然后进入137℃保持4-8秒用于滅絲處理最后降至20-30摄氏度可供包装。此整个过程利用5个管式换热器和1个板式换热器以节约能耗成为关键研究点。
3.2 控制系统组成与功能
列管式超高温瞬时滅絲機控制系統由PLC核心单元、人机界面、無紙記錄儀、一系列變頻器與溫度檢測元件組成。在這個系統中PLC進行溫度檢測顯示並調節PID參數,而無紙記錄儀則實時紀錄殺病過程並供後續追蹤使用。此外還有一系列電磁閥與氣動薄膜閥共同協同作業以達成滅絲效果如圖3所示展示之像圖三般框架表示其運作方式:
3.3 主要構造與作用
列管式滅絲機從功能上分為供給系統、中間為殺病升溫部分,以及最後為降溫回歸狀態系統。
Supply system主要由原料泵、高壓罐輸送泵以及清洗液泵組成,並通過圖4展示其運作方式:
平衡罐儲存原始產品並通過浮球阀維持液位穩定。
輸送泵將產品輸入熱交換區域進行處理。
清洗液泵則於清洗周期內提供酸碱溶劑,以清潔設備免疫人為失誤影響生產質量。
Destruction (heating) system: 为了节约能源,其设计将同时考虑到两者之间相互交叉使用,以达到最优化能源消耗效果。
Cooling System: 在整个滅絲過程結束後,熱交換器會將產品降至適合瓶裝填充用的低溫,此步驟對於最終產品質量非常關鍵,因為它決定了是否能夠長時間保存且保留最佳口感與風味。而整個程序都建立在五個筒形熱交換器以及一個平板熱交換器基礎之上,這些設計元素允許同時實現有效殺病以及減少能耗開支,並且使得這種技術成為當今市場上競爭力的重要因素之一。