第十章 超高温杀菌
第一节 基本原理
超高温杀菌是把加热温度为135-150℃、加热时间为2-8s、加热后产品达到商业无菌要求的杀菌过程叫做超高温杀菌或者UHT杀菌。其基本原理包括微生物热致死原理和如何最大限度地保持食品的原有风味及品质原理。因为微生物对高温的敏感性远远大于多数食品成分对高温的敏感性，故超高温短时杀菌，能在很短时间内有效地杀死微生物，并较好地保持食品应有的品质。
一、UHT杀菌的微生物致死理论依据
微生物的热致死率是加热温度和加热时间的函数。
(一)微生物的耐热性
微生物的耐热性受到下列因素的影响
1.菌种和菌株；
2.菌龄、培育条件、贮存环境；
3.热处理的介质、食品成分如酸度；
4.原始活菌数；
5.热处理温度和时间(主导因素)。
(二)微生物的致死速率与D值
在一定环境和温度下，微生物随时间而死亡时的活菌残存数是按指数递减或按对数周期下降的。细菌任意时刻的致死速率可以用它残存活菌数下降一个对数周期所需的时间来表示，这便是图中D值的概念。D值是这一直线斜率绝对值的倒数，即：
D值反映了细菌死亡的快慢。D值越大，细菌死亡的速度越慢，即细菌的耐热性越强；反之则死亡速度越快，耐热性越强。D值随其它影响微生物耐热性的因素而异，只有在这些因素固定不变的条件下，才能稳定不变。
图10-1
(三)微生物的热力致死时间与Z值
热力致死时间(Thermal Death Time=TDT)——表示热力致死温度保持不变的条件下，完全杀灭某菌种的细胞或芽孢所必需的最短热处理时间。
微生物热力致死的时间随致死温度而异，两者的关系曲线称为热力致死时间曲线，图10-2表达了不同热力致死温度下细菌芽孢的相对耐热性。
Z值表达了热致死时间缩短一个对数周期所要求的热处理温度升高的度数，它在数值上等于热力致死时间曲线的直线斜率绝对值的倒数。即：
如果某种微生物在121℃时的TDT值为F，则该微生物在任何杀菌温度下的TDT值可表示为
第二节 UHT瞬时杀菌的基本过程及设备
一、UHT杀菌的基本方法
间接式(间壁式)加热法
基本方法
直接混合式加热法
间接式加热UHT过程是采用高压蒸汽或高压水为加热介质，热量经固体换热壁传递给待加热杀菌的物料。由于加热介质不直接与食品接触，所以可较好地保持食品原有的风味。
直接式加热法，一是注入式，即将高压蒸汽柱射到待杀菌的物料中；二是喷射式，即将待杀菌物料喷射到蒸汽中。该法加热快、时间短，但蒸汽净化程度要求高。
二、UHT瞬时杀菌设备流程
(一)直接混合式加热UHT瞬时杀菌设备流程
1.基本步骤
根据被处理物料性质的不同，UHT杀菌的工艺流程也不完全相同，但主要的关键步骤相同，即物料都由泵送至预热器预热，然后进入直接蒸汽喷射杀菌器，杀菌后的物料经闪蒸去除部分水分和降低温度之后进入下道工序。下面以消毒牛乳为例介绍一下直接混合式加热UHT过程的若干典型装置流程。
图10-6为APY-6000型灭菌乳生产杀菌装置流程图。
原料乳由输送泵1送经第一预热器2进入第二预热器 3，牛乳升温至75～80℃。然后在压力下由泵4抽送，经调节阀5送到直接蒸汽喷射杀菌器6。在该处，向牛乳喷入压力为1MPa的蒸汽，牛乳瞬间升温至150℃。在保温管中保持这一温度2、4s时间，然后进入真空膨胀罐9中闪蒸，使牛乳温度急剧冷却到77℃左右。热的蒸汽由水冷凝器18冷凝，真空泵21使真空罐始终保持一定的真空度。真空罐内部汽化时，喷入牛乳的蒸汽也部分连同闪蒸的蒸汽一起从真空罐中排出，同时带增可能存在于牛乳中的一些臭味。另外，从真空罐排出的热蒸汽中的一部分进入管式热交换的第一预热器2中用来预热原料。
如图，平衡罐1中的牛乳经泵2送至预热器3预热以后，进行脱气4和均质5，再经预热器6进一步预热后进入管式UHT杀菌器。加热器3,6为交互换热式，以便回收利用余热。杀菌后的牛乳在预热器3,6中与冷的原乳进行热交换，原乳被预热，而灭菌乳被预冷，最后经冷却器8最终冷却，送往无菌填充机。
(二)间接加热UHT瞬时杀菌设备流程
间接式加热UHT瞬时杀菌是通过间壁式换热器来实现的。其过程如图10-10。