一种液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法及灭菌系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法及灭菌系统，其是将待灭菌的液体物料升温至一定温度后，从液体物料底部通入CO2气体，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到43.60%～62.98%，泵入杀菌釜中灭菌处理，之后冷凝，泄压，缓冲后无菌灌装，该方法简单，杀菌效果好，工艺过程中压力较低，二氧化碳消耗少，能最大限度的保留液体食品原有风味及营养，而且本发明的灭菌系统利用清汁反冲料液输送管道且通过向杀菌釜中泵入清汁来实现杀菌釜内加压，安全系数高，二氧化碳消耗少，灭菌后冷凝泄压减少天然香气的挥发，利于液体食品原有风味及营养的留存，其实际操作性强，易于推广与应用。
【专利说明】一种液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法及灭菌系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种果汁果浆牛奶等液体物料的非热灭菌方法及设备。
【背景技术】
[0002]鲜榨果汁由于含有水果本身的香气成分和风味物质而备受广大消费者的欢迎，但是由于微生物的存在，新鲜果汁的这些特性很容易被破坏，同时果汁中的营养成分被微生物所分解，不仅降低了果汁的营养，而且使果汁的贮存期变短、实用安全性降低。解决果汁类液体食品的微生物污染是食品加工过程中必不可少的操作单元。
[0003]目如食品彳丁业通常米用热力杀囷，如:巴氏杀囷、闻温短时杀囷、超闻温瞬时杀囷、欧姆加热和微波杀菌等。热力杀菌技术的杀菌效果稳定，操作简单，设备投资小，已有悠久的应用历史。但是热力杀菌也会对食品品质带来不利影响，尤其是对热敏成分，会破坏食品的新鲜度、色泽，改变食品的风味，甚至引起不良风味，功能性成分和营养成分也会被破坏，故非热加工技术将成为未来食品行业杀菌钝酶的重要手段。
[0004]为此，也有较多的人研究非热杀菌技术，主要是超高压杀菌技术，其需要较高的压力，一般要500?600MPa，不仅对设备要求高，而且操作安全性方面也需特别注意。在果汁牛奶等食品的非热灭菌技术方面，已有中国专利CN101327034A公开了一种液体食品的超临界CO2灭菌方法，其所述的方法中，二氧化碳需经预处理后成为超临界CO2,反应釜中的物料也需要提前超临界化。中国专利CN101214081A也公开了一种苹果浊汁的非热杀菌方法，其所述的方法中，采用脉冲式高密度二氧化碳充压保压泄压，需重复操作两次以上，过程中CO2消耗量较大，泄压过程中CO2因萃取作用带出的易挥发物质不能忽略。中国专利CN102334716A也公开了一种利用超临界CO2灭菌的方法，其所述的方法中，在灭菌器内从顶部至底部安装4?6块打孔的不锈钢板，每块不锈钢板上的孔的孔径为0.5?I毫米。孔间距为3?6毫米；控温在40?50°C，然后通CO2达到8.0?8.5MPa。中国专利CN101579531A也公开了一种液态物料的三相杀菌方法及设备，其所述的方法中，杀菌釜内用固相惰性不锈钢丝、玻璃纤维或陶瓷粒等充填，杀菌采用脉冲式杀菌方法，超临界的CO2通入杀菌釜内与液态物料充分混合升压升温至预定值，释放压力，反复进行至少两次以上”升压一降压”操作。
[0005]但是，发明人在进一步研究过程中发现现有的液体食品非热杀菌技术中还存在如:传统高压非热灭菌法对压力的过高要求，一般都要达到500?600MPa ;对于报道较多的超临界二氧化碳灭菌方法均采用CO2加压，不仅对CO2供给系统的CO2压力要求高，而且加压过程中CO2用量过大；此外，保压完成后泄压过程中，因为超临界CO2不可忽视的萃取作用，被萃取的易挥发物质会会随CO2的释放而被带出，往往这些易挥发的物质中大部分都是增加食品天然香气的物质，使食品不能保持原有天然的风味等等问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于克服传统高压非热灭菌法对压力的过高要求、超临界二氧化碳灭菌方法CO2用量过大，供气系统压力过高及泄压过程中易挥发物质的夹带问题，提供一种杀菌效果好，杀菌过程中压力不高，CO2消耗量少，挥发性物质损失小，最大程度保持果汁、牛奶等液体食品原有风味与营养的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法。
[0007]本发明的目的之二在于提供一种能实现上述杀菌方法的杀菌系统。
[0008]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法由以下步骤组成:
[0009](I)将待灭菌的液体物料升温至32?50°C并保温，常压下从液体物料底部通入CO2气体，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到43.60%?62.98% ；
[0010](2)将饱和过CO2的液体物料泵入杀菌釜中灭菌处理，杀菌釜的装液量达70?95%，通入CO2气体，升温至32?50°C，泵入清汁，当杀菌釜内压力达到10?300MPa后，保温保压15?50min,至完全灭菌；
[0011](3)将灭菌后的液体物料进行冷凝，泄压，缓冲后无菌灌装。
[0012]上述步骤(I)是将待灭菌的液体物料升温至35°C并保温，常压下从液体物料底部通入CO2气体，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到59.2%。
[0013]上述步骤(2)将饱和过CO2的液体物料泵入杀菌釜中，至杀菌釜的装液量达到95%，通入CO2气体，升温至35°C，泵入清汁，当杀菌釜内压力达到40MPa后，保温保压30min，至完全灭菌。
[0014]一种利用上述方法对液体物料进行二氧化碳协同高压非热灭菌的系统，其在料液罐的进液口通过进液控制阀与液体物料管道连通、通过反冲液控制阀与料液输送管连通，其出液口设置出液控制阀，进气口设置有第一 CO2控制阀，第一 CO2控制阀与CO2气体输送管连通，反冲液控制阀通过料液输送管与设置在杀菌单元进料口处的杀菌单元进料阀连通，出液控制阀通过管道与料液泵的进液口连通，料液泵的出液口通过料液输送管与杀菌单元进料阀连通，杀菌单元进料阀与设置在CO2气体输送管上的第二 CO2控制阀连通，清汁罐的出液口通过管道与加压泵的入口端连通，加压泵的入口端通过反冲洗管道与杀菌单元进料阀连通，所述杀菌单元的出液口设置灭菌液出口控制阀，灭菌液出口控制阀通过管道与冷凝器的进液口连通，冷凝器的出液口通过管道与缓冲罐的进液口连通。
[0015]上述灭菌单元是由一个或者并联连接的至少2个灭菌爸组成。
[0016]本发明所提供的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法是将待灭菌的液体物料加热至一定温度后用CO2气体鼓泡，接着泵入杀菌釜中，通入CO2气体置换杀菌釜未装填料液部分容积的空气，控制杀菌釜温度，再利用清汁对灭菌釜加压，保温保压一定时间至彻底灭菌，冷凝处理后泄压至缓冲罐，缓冲罐中的料液能达到商业无菌要求，可直接进行无菌灌装，本发明的杀菌方法简单，杀菌效果好，工艺过程中压力较低，二氧化碳消耗少，能最大限度的保留液体食品原有风味及营养，本发明的灭菌系统利用清汁反冲料液输送管道且通过向杀菌釜中泵入清汁来实现杀菌釜内加压，安全系数高，二氧化碳消耗少，灭菌后冷凝泄压减少天然香气的挥发，利于液体食品原有风味及营养的留存，其实际操作性强，易于推广与应用。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1是实施例1的灭菌系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]现结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的情形。
[0019]实施例1
[0020]参见图1，本实施例的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌系统是由第一 CO2控制阀1、料液罐2、出液控制阀3、料液泵4、加压泵5、清汁破空阀6、清汁罐7、杀菌釜8、灭菌液出口控制阀9、冷凝器10、缓冲罐11、缓冲排空阀12、排空控制阀13、杀菌单元进料阀14、第二 CO2控制阀15、料液输入控制阀16、料液输出阀17、反冲液控制阀18以及进液控制阀19连接构成。
[0021]本实施例的料液罐2底部开设有出液口与进气口、顶部开设有进液口，其进液口通过进液控制阀19与液体物料管道连通、通过反冲液控制阀18与料液输送管连通，出液口上安装有出液控制阀3，出液控制阀3通过管道与料液泵4的进液口连通，进气口上安装有第一 CO2控制阀1，第一 CO2控制阀I与安装在CO2气体输送管上的第一个连接三通的一个端口连通，该连接三通的另一个端口上安装有第二 CO2控制阀15，该第二 CO2控制阀15与第三个连接三通的一个端口连通，第三个连接三通的一个端口与第四个连接三通的一个端口连通，另一个端口与安装在料液输送管上的第二个连接三通的一个端口连通，该第二个连接三通的一个端口与料液罐2的反冲液控制阀18连通，另一个端口与安装在料液泵4出液口上的料液输出阀17连通，第三个端口通过料液输入控制阀16与第三个连接三通的一个端口连接，第四个连接三通的一个端口与第三个连接三通连接，一个端口与杀菌单元进料阀连通，另一个端口与反冲洗管道连通，反冲洗管道与加压泵5的出口连通，本实施例的加压泵5是选用往复式柱塞泵，其入口与清汁罐7的出液口连通，加压泵5将清汁罐7的清汁泵入反冲洗管道依次经过反冲洗管道、第三个连接三通、第二个连接三通以及反冲液控制阀18进入料液罐2中，或者是将清汁泵入反冲洗管道依次经过第四个连接三通和杀菌单元进料阀14进入杀菌釜8内，对杀菌釜8加压。本实施例的清汁罐7采用普通市售的清汁存储罐，在其顶部加工有破空口，破空口上安装清汁破空阀6，通过该清汁破空阀6向清汁罐7内加压，保证清汁排放。本实施例杀菌单元是由I个杀菌釜8构成，该杀菌釜8的底部开设有出液口、顶部开有进液口和排空口，进液口上安装有杀菌单元进料阀14，排空口上安装排空控制阀13，出液口上安装灭菌液出口控制阀9，灭菌液出口控制阀9通过管道与冷凝器10的进液口连通，本实施例的冷凝器10中冷却介质为冷冻水，其温度为4±3°C，冷凝器10的出液口通过管道连接在缓冲罐11上，将冷凝后的灭菌料液输送至缓冲罐11内，本实施例的缓冲罐11的顶部加工有排空口，在排空口上安装有缓冲排空阀12，用于罐体内气体排空。
[0022]使用上述的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌系统对液体物料灭菌的方法是由以下步骤组成:
[0023](I)将待灭菌的95L液体物料在料液罐2中升温5min至其温度达到35°C，保温，在常压下开启第一 CO2控制阀I通入CO2气体，CO2气体输送管中的CO2气体通入料液罐2底部，鼓泡20min，至CO2浓度达到59.2% (VC02/V液体物料)，即CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到59.2%ο[0024](2)关闭第一 CO2控制阀1，开启料液罐2底部的出液控制阀3、杀菌单元进料阀
14、料液输入控制阀16、排空控制阀13，将饱和过CO2的液体物料经料液泵4泵入100L的杀菌釜8中，控制杀菌釜8的装液量达到95%，开启加压泵5，将清汁罐7中的清汁经反冲洗管道反冲料液输送管195min，进入料液罐2中，关闭料液输入控制阀16，打开第二 CO2控制阀15，用CO2充填杀菌釜8内液体未充满的部分，充填20min，充气完成后关闭第二 CO2控制阀15和杀菌釜8的排空控制阀13，开启杀菌釜8夹套加热，对杀菌釜8进行升温IOmin左右，至温度达到35°C，开启加压泵5，将清汁罐7内的清汁泵入杀菌釜8中，使其压力上升，当压力达到40MPa时，关闭加压泵5保温保压30min，打开杀菌釜8的灭菌液出口控制阀9，至液体物料灭菌。
[0025](3)开启管道冷凝器10的冷冻循环水，杀菌完成的液体物料经管道进入冷凝器10冷凝后泄压20min输送至缓冲罐11中，当杀菌釜8中压力与缓冲罐11的压力相等时，打开第二 CO2控制阀15，CO2气体通入杀菌釜8中将残存的液体物料压至缓冲罐11，缓冲罐11中的料液直接进行无菌灌装，整个灭菌过程需要耗时125min，即125min能灭菌95L液体物料。
[0026]实施例2
[0027]本实施例液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法在步骤(I)中，将待灭菌的95L液体物料在料液罐2中升温至其温度达到50°C，保温，在常压下开启第一 CO2控制阀I通入CO2气体，CO2气体经管道通入料液罐2底部，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到62.98%在步骤(2)中，关闭第一 CO2控制阀I，开启料液罐2底部的出液控制阀3、杀菌单元进料阀14、料液输入控制阀16、排空控制阀13，将饱和过CO2的液体物料经料液泵4泵入100L的杀菌釜8中，控制杀菌釜8的装液量达到90%，开启加压泵5，将清汁罐7中的清汁经反冲洗管道反冲料液输送管，进入料液罐2中，关闭料液输入控制阀16，打开第二 CO2控制阀15，用CO2充填杀菌釜8内液体未充满的部分，充气完成后关闭第二CO2控制阀15和杀菌釜8的排空控制阀13，开启杀菌釜8夹套加热，对杀菌釜8进行升温，至温度达到50°C，开启加压泵5，将清汁罐7内的清汁泵入杀菌釜8中，使其压力上升，当压力达到300MPa时，关闭加压泵5保温保压15min，打开杀菌釜8的灭菌液出口控制阀9，至液体物料灭菌。其他的步骤与实施例1相同。
[0028]利用上述灭菌方法的灭菌系统的结构与实施例1相同。
[0029]实施例3
[0030]本实施例液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法在步骤(I)中，将待灭菌的95L液体物料在料液罐2中升温至其温度达到32°C，保温，在常压下开启第一 CO2控制阀I通入CO2气体，CO2气体经管道通入料液罐2底部，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到43.60%在步骤(2)中，关闭第一 CO2控制阀I，开启料液罐2底部的出液控制阀3、杀菌单元进料阀14、料液输入控制阀16、排空控制阀13，将饱和过CO2的液体物料经料液泵4泵入100L的杀菌釜8中，控制杀菌釜8的装液量达到70%，开启加压泵5，将清汁罐7中的清汁经反冲洗管道反冲料液输送管，进入料液罐2中，关闭料液输入控制阀16，打开第二 CO2控制阀15，用CO2充填杀菌釜8内液体未充满的部分，充气完成后关闭第二 CO2控制阀15和杀菌釜8的排空控制阀13，开启杀菌釜8夹套加热，对杀菌釜8进行升温，至温度达到32°C，开启加压泵5，将清汁罐7内的清汁泵入杀菌釜8中，使其压力上升，当压力达到IOMPa时，关闭加压泵5保温保压50min，打开杀菌釜8的灭菌液出口控制阀9，至液体物料灭菌。其他的步骤与实施例1相同。
[0031]利用上述灭菌方法的灭菌系统的结构与实施例1相同。
[0032]实施例4[0033]上述实施例1~3的灭菌系统中，杀菌单元是由并联安装的2个杀菌釜8构成，在并联连接处的管道有相应调整，其他的部件及其连接关系与相应实施例相同。
[0034]当第一批物料进行到第30分钟时，物料已输送至第一个杀菌釜8时，第二批物料开始在料液罐2中升温；当第二批物料进行到第30分钟时，已输送至第二杀菌釜8时，第三批物料开始在料液罐2中升温，第一批物料已在第一杀菌釜8中保压，第二批物料在第二杀菌釜8中升温升压；当第三批物料进行到第30分钟时，第一批物料已在第一杀菌釜8中泄压至缓冲罐11中，并从缓冲罐11向灌装区已转移，第四批料液已输送至第二杀菌釜8，第五批物料开始在料液罐2中升温，……按照此种方式，每30分钟有一批料液灭菌完成输送至无菌灌装区。
[0035]实施例5
[0036]上述实施例1~3的灭菌系统中，杀菌单元是并联安装的4个杀菌釜8，在并联连接处的管道有相应调整，其他的部件及其连接关系与相应实施例相同。
[0037]本发明的杀菌釜8的数量可根据实际的液体物料的处理量进行适当调整。
【权利要求】
1.一种液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法，其特征在于由以下步骤组成: (1)将待灭菌的液体物料升温至32?50°C并保温，常压下从液体物料底部通入CO2气体，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到43.60%?62.98% ； (2)将饱和过CO2的液体物料泵入杀菌釜(8)中灭菌处理，杀菌釜(8)的装液量达70?95%，通入CO2气体，升温至32?50°C，泵入清汁，当杀菌釜(8)内压力达到10?300MPa后，保温保压15?50min,至完全灭菌； (3)将灭菌后的液体物料进行冷凝，泄压，缓冲后无菌灌装。
2.根据权利要求1所述的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法，其特征在于:所述步骤(I)是将待灭菌的液体物料升温至35°C并保温，常压下从液体物料底部通入CO2气体，鼓泡至CO2气体在液体物料中的饱和浓度达到59.2%。
3.根据权利要求1所述的液体物料的二氧化碳协同高压非热灭菌方法，其特征在于:所述步骤(2)将饱和过CO2的液体物料泵入杀菌釜(8)中，至杀菌釜(8)的装液量达到95%，通入CO2气体，升温至35°C，泵入清汁，当杀菌釜(8)内压力达到40MPa后，保温保压30min，至完全灭菌。
4.一种利用上述方法对液体物料进行二氧化碳协同高压非热灭菌的系统，其特征在于:在料液罐(2)的进液口通过进液控制阀(19)与液体物料管道连通、通过反冲液控制阀(18)与料液输送管连通，其出液口设置出液控制阀(3)，进气口设置有第一 CO2控制阀(I)，第一 CO2控制阀与CO2气体输送管连通，反冲液控制阀(18)通过料液输送管与设置在杀菌单元进料口处的杀菌单元进料阀(14)连通，出液控制阀(3)通过管道与料液泵(4)的进液口连通，料液泵(4)的出液口通过料液输送管与杀菌单元进料阀(14)连通，杀菌单元进料阀(14)与设置在CO2气体输送管上的第二 CO2控制阀(15)连通，清汁罐(7)的出液口通过管道与加压泵(5)的入口端连通，加压泵(5)的入口端通过反冲洗管道与杀菌单元进料阀(14)连通，所述杀菌单元的出液口设置灭菌液出口控制阀(9)，灭菌液出口控制阀(9)通过管道与冷凝器(10)的进液口连通，冷凝器(10)的出液口通过管道与缓冲罐(11)的进液口连通。
5.根据权利要求4所述的灭菌系统，其特征在于:所述灭菌单元是由一个或者并联连接的至少2个灭菌釜组成。
【文档编号】A23L3/3418GK103932349SQ201410143798
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】孟永宏, 罗仓学, 李文钢, 牛永洁 申请人:西安因诺生物工程科技有限公司