固体食品流态化超高温杀菌技术研究

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1、摘要对杀菌技术的领域性分析发现，低酸性、高水分活度、长架寿固体食品的杀菌缺少一种杀菌品质明显优于传统杀菌釜杀菌技术的先进杀菌技术。这种情况造成了固体食品的热敏性成分利用率低和杀菌加工范围限制，还成为中国传统食品工业化的技术瓶颈。流态化固体食品超高温杀菌技术可能解决这一问题，该技术具有全新的技术原理：在无蒸发条件下流态化加热食品颗粒，达到杀菌条件后，再通过减压蒸发冷却或流态化冷却，实现超高温杀菌过程，并通过小量食品的快速杀菌来实现工业生产所需要的效率，是目前唯一一种最终产品是纯粹固体的主食固体食品超高温杀菌技术原理。通过对流态化固体食品超高温杀菌的流体力学、传热

2、学、品质变化动力学、微生物致死动力学和传质学分析，得到相关传递过程和杀菌核心参数基本控制方程，确定和推导出适用的理论基础和计算公式。在完成气固和液固流态化操作条件及表面换热计算后，通过Matlab6．5和ANsYs8．O软件编程以解析或数值方法求得颗粒内部温度分布和可溶性成分浓度分布，在此基础上进行品质变化动力学、微生物致死动力学和传质学分析计算，获得流态化固体食品超高温杀菌的主要技术特征、特性参数和应用范围。发现流态化固体食品超高温杀菌技术具有较宽的流态化操作范围，气固流态化的主要流型为聚式，而液固流态化的流型为散式，同时液固流态化的形成受到两相密度差的限制

3、；流态化对流加热具有流体颗粒表面换热系数高并且所有颗粒换热均匀一致的优势，其内部热传导受表面换热系数和颗粒直径影响很大，直接影响到杀菌品质，直径越大，杀菌品质越差。采用减压蒸发，直径0．25一1．50cm颗粒在7．74一137．6sec／145℃即可达到目标F值；通过不同表面换热系数对杀菌时间影响关系的数值模拟和非线性数据拟合发现，无因次杀菌时间和Bf数存在双曲函数关系，可以用于参数估计，并揭示了颗粒食品对流加热杀菌的内在规律。对液固流态化过程中的传质估算表明，食品中的可溶性成分的传质损失存可接受的范围内。构想并设计制造了流态化固体食品超高温杀菌原理验证设备，

4、该设备具有液固流态化超高温杀菌、常压及真空减压冷却、流态化冷却等功能。通过visualBasic6．0编程实现核心杀菌操作的自动控制以及压力／温度／F值／c值的采集计算和实时显示。对首次出现的，值／c值的实时采集计算精度问题进行了解析和数值分析，结果表明，温度测量误差对采集精度产生了决定性的影响，并得到保证采集精度的最大步长。在原理验证设备上采用静态热电偶法采集以油脂为流动相的液固流态化超高温杀菌过程中马铃薯试样颗粒中心温度．通过LDsD法计算出表面换热系数％值。测算数值与预测值接近，说明本文有关预测计算方法是合理的。通过建立流态化固体食品超高温杀菌的优化数学

5、模型，由Matlab软件编程计算，得到典型条件下最优杀菌技术参数以及相应杀菌效果。与现有固体食品热杀菌技术，重点与连续式液体颗粒无菌工艺进行比较，流态化固体食品超高温杀菌技术具表面换热系数高、杀菌参数推算和热处理效果评价数学模型较简单、工艺灵活等优点，尤其是彻底解决了颗粒停留时间分布(RTD)问题。Ⅵ江南大学博士学位论文减压蒸发冷却与真空冷却有类似之处，但在减压压力等方面却存在明显的不同。通过热力学分析建立了水分蒸发量计算的微分方程，并计算出典型条件下可能出现的最大水分损失小于13％。以马铃薯为试样的减压蒸发冷却试验表明，减压蒸发冷却能够形成体积冷却，并可能出

6、现试样的破断。闪急蒸发后出现了明显的温度转折，而在以往的真空冷却研究中并没有这种现象。分析其传质机理，认为可能是Knudsen扩散转变为分子扩散造成的。同时分析了减压蒸发冷却中食品破断的机理和影响因素，认为可以通过限制减压速度限制破断。流态化固体食品超高温杀菌技术有潜力获得广阔的食品工业应用，油脂为流动相的液固流态化超高温杀菌适合加工传统中式菜肴，应用后将促进中国食品工业发展。总的结论是：该技术存在技术可行性，尤其是其中的液固流态化固体食品超高温杀菌技术。流态化固体食品超高温杀菌技术值得迸一步深入研究。关键词：超高温杀菌流态化低酸性颗粒固体食品传热无因次关系流

7、体颗粒表面换热系数工艺优化减压蒸发冷却摘要AbstractWithinVestigatillgongeneralscopeofste“Iizationtechnologies，itwasfoundthattllerewasnotanysterilizationtechnoIogythathasobViousadVantagesofproductsqualItyoVertraditionalretortsterilizationtechnoIogybeingappliedtosolidfoodwithlowacid，hi曲wateractiVityandlong

8、shelflife．Thissitua