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超高溫消毒法

超高溫殺菌機裝置。原圖鏈接

超高溫消毒法, (Ultra-high-temperature processing,簡稱UHT),又稱超高溫加工處理,最常用這種方式來消毒的是牛奶,是一種通過在極短時間內加溫為食物滅菌的方法(用135~150°C加熱2~3秒)。這個溫度才能夠殺死殘留在牛奶中的孢子

目錄

概述

牛奶及多種食品消毒法

超高溫消毒法的英文有多稱:ultra-heat treatment,ultra-pasteurization,ultra-high-temperature processing。皆是以超高溫加工( UHT )之意,除了牛奶製程中可見,同樣也運用於果汁奶油豆漿、酸奶、葡萄酒、湯、蜂蜜以及濃湯和燉菜等食品製造。這種消毒法在1960年代被發明,1970年代逐漸可行起來。超熱處理超巴氏殺菌[1]。是一種食品加工技術,可通過將液態食品加熱到135°C(275°F)以上(殺死細菌內生孢子所需的溫度)來對液體食品進行滅菌–2至5秒鐘。UHT牛奶最早於1960年代開發,並於1970年代普遍可供消費。

無菌容器包裝可長存

UHT過程中使用的熱量可能導緻美拉德褐變並改變乳製品的味道和氣味。另一種方法是HTST巴氏滅菌法(高溫/短時間),其中將牛奶加熱到72°C(162°F)至少15秒鐘。如果未打開包裝,將UHT牛奶包裝在無菌容器中,通常的非冷藏保質期為6到9個月。相比之下,HTST巴氏殺菌牛奶在加工後的保質期約為2週,而從銷售開始的保質期約為1週。 在美國出售的作為有機食品的牛奶中,有很大一部分都經過UHT處理[2]

歷史記錄

提供安全和儲存穩定的牛奶最常用的技術是熱處理。 第一個涉及連續加熱(125°C [257°F] 6分鐘的間接加熱)的系統於1893年製造。1912年,連續加熱的直接加熱方法將蒸汽和牛奶在130至140的溫度下混合°C(266至284°F)獲得了專利。 但是,由於沒有可用於包裝和存儲產品的商業無菌包裝系統,這種技術本身並不是很有用,並且直到1950年代為止,進一步的開發都停滯了。 1953年,APV開創了蒸汽噴射技術,該技術涉及通過專門設計的噴嘴直接噴射蒸汽,該噴嘴以商品名Uperiser迅速提高產品溫度。 牛奶包裝在無菌罐中。在1960年代,APV以Palarisator品牌推出了首個商用蒸汽注入系統。

瑞典利樂推出紙盒包裝

瑞典,利樂(Tetra Pak)於1952年推出了四面體紙板紙盒。隨著技術的進步,結合紙盒組裝和無菌包裝技術,並在國際範圍內擴展,它們在1960年代取得了商業突破。 在無菌加工中,與罐裝相比,先將產品和包裝合併然後滅菌,然後再進行裝罐,與此相反,將產品和包裝分開滅菌,然後合併並密封在無菌環境中。

英國議會在成功上訴至歐洲法院之後阻止了政府禁止UHT牛奶的進口,並通過了1983年 《 進口牛奶法》 。

高溫滅菌改變了色香味

UHT過程中使用的熱量可能導緻美拉德褐變並改變乳製品的味道和氣味。另一種方法是HTST巴氏滅菌法(高溫/短時間),其中將牛奶加熱到72°C(162°F)至少15秒鐘。如果未打開包裝,將UHT牛奶包裝在無菌容器中,通常的非冷藏保質期為6到9個月。相比之下,HTST巴氏殺菌牛奶在加工後的保質期約為2週,而從銷售開始的保質期約為1週。 在美國出售的作為有機食品的牛奶中,有很大一部分都經過UHT處理。 1993年6月, 帕瑪拉特(Parmalat)將其超高溫滅菌牛奶引入美國。在美國市場上,消費者對飲用未經冷藏運送的牛奶感到不安,並且不願購買[3]。 為了解決這個問題,帕瑪拉特(Parmalat)正在用老式容器出售UHT牛奶,而不必要的是從冰箱過道出售。超高溫滅菌牛奶也用於許多乳製品。

由於牛奶供應和冷藏供應有限,自2008年以來,UHT牛奶已在波多黎各韓國的美國軍事基地出售。 由於環境因素,UHT牛奶在波多黎各廣受歡迎,可以作為巴氏滅菌牛奶的替代品。 例如,颶風後的停電可能持續長達2週,在這段時間內巴氏殺菌的牛奶會因缺乏冷藏而變質。

2008年,英國政府提議到2020年,每10品中的UHT就產生9品脫 ,他們認為這將大大減少對製冷的需求,從而通過減少溫室氣體排放來保護環境。然而,牛奶行業對此表示反對,這一主張被放棄了。

巴氏清毒法廣泛用於生產牛乳

我們飲用的牛奶和很多飲料是採用巴氏清毒法來生產的,發明人路易·巴斯德,出生於1822年,畢業於巴黎高等師範專科學校化學系,並成為里爾大學的教授。他的基本原理是,在一定溫度範圍內,溫度越低,細菌繁殖越慢;溫度越高,繁殖越快(一般微生物生長的適宜溫度為28℃—37℃)。但溫度太高,細菌就會死亡。不同的細菌有不同的最適生長溫度和耐熱、耐冷能力。利用病原體不耐熱的特點,用適當的溫度和保溫時間處理,可將其全部殺滅。但經巴氏消毒後,仍保留了小部分無害或有益、較耐熱的細菌,因此巴氏消毒牛奶要在4℃左右的溫度下保存,且只能保存3~10天,最多16天。巴氏消毒純鮮奶較好地保存了牛奶的營養與天然風味,在所有牛奶品種中是最好的一種[4]

燒焦味

20世紀後期發表的兩項研究表明,UHT處理會導致牛奶中所含的蛋白質展開並變平,而通常被天然蛋白質掩蓋的以前被「掩埋」的巰基 (SH)基團會導致極度煮熟或燃燒味道出現在人的味蕾上。 一項研究通過在UHT加熱的脫脂牛奶中固定巰基氧化酶來降低硫醇含量,並報導了酶氧化後風味得到改善。兩名美國作者在加熱前向牛奶中添加了類黃酮化合物表兒茶素 ,並報告部分減少了熱產生的香氣。

技術

在復雜的生產工廠中執行超高溫處理,這些工廠自動並連續地執行食品加工和包裝的多個階段:

  • 閃光燈加熱
  • 閃光燈冷卻
  • 均質化
  • 無菌包裝

在加熱階段,首先將處理後的液體預熱至非臨界溫度(牛奶的溫度為70-80°C [158-176°F]),然後快速加熱至過程所需的溫度。 有兩種加熱技術: 直接加熱和直接加熱,其中產品與熱蒸汽直接接觸; 間接加熱,產品和加熱介質通過設備的接觸面保持分開。 從產品質量和效率的角度出發,設計的主要目標是在盡可能短的時間內保持較高的產品溫度,並確保整個溫度均勻分佈。

直接加熱系統

直接系統的優點是將產品在高溫下放置更短的時間,從而減少了對敏感產品(如牛奶)的熱損傷。 有兩類直接系統:
基於注入,其中將高壓蒸汽注入到液體中。 它可以快速加熱和冷卻,但僅適用於某些產品。 當產品與熱噴嘴接觸時,可能會導致局部過熱。 基於浸入 ,其中液體通過噴嘴以相對較低的濃度被高壓蒸汽泵入腔室,從而提供較大的表面接觸面積。 此方法可實現近乎瞬時的加熱和冷卻以及均勻的溫度分佈,從而避免了局部過熱。 適用於低粘度和高粘度液體。

間接加熱系統

在間接系統中,產品通過類似於巴氏滅菌法的固體熱交換器加熱。 然而,隨著施加更高的溫度,必須採用更高的壓力以防止沸騰。正在使用三種類型的交換器:

  • 板式換熱器
  • 管狀交換器
  • 刮板式換熱器。

為了獲得更高的效率,將加壓水或蒸汽用作加熱交換器本身的介質,並附帶一個再生單元,該再生單元可以重新使用介質並節省能源。

閃光燈冷卻

加熱後,熱的產品先進入保溫管,然後再進入真空室 ,在此真空室突然失去溫度並蒸發。 該過程稱為快速冷卻 ,可降低熱損壞的風險,除去與蒸汽接觸而獲得的部分或全部過量水,並除去對產品質量有不利影響的揮發性化合物。 冷卻速度和去除的水量取決於真空度,必須對其進行仔細校準。

均質化

均質化是專門針對牛奶的過程的一部分。 均質化是一種機械處理,可導致牛奶中脂肪球的尺寸減小,數量和總表面積增加。 這減少了牛奶在表面形成奶油的趨勢,並且與容器接觸可增強其穩定性,並使其對消費者更可口[5]

機械

高溫瞬時殺菌機

 
高溫瞬時殺菌機。原圖鏈接

高溫短時間殺菌法(HTST)或瞬間巴氏殺菌法廣泛地應用在食品及飲料產業。產品加熱後保持在特定的溫度與時間,緊接著快速冷卻,有效地保證產品所含的病原微生物被完全破壞。與批次式巴氏殺菌相比,HTST殺菌系統不僅能源消耗成本較低,而且有著更高的連續生產能力。除此之外,利用熱交換器回收熱能還可進一步提高系統效率。產品到達平衡桶後,泵送到板式熱交換器。將其加熱至巴氏殺菌溫度,該溫度取決於食品的類型和製程要求。隨後,產品在所需的溫度下,於保持管中維持指定的時間,確保巴氏殺菌正確完成。

如果熱交換器具有再生階段,則加熱過的產品用於對剛進入的原料進行預熱,並在該過程中失去熱量,這減少了達到巴氏殺菌溫度及冷卻所需的能量。最後,將產品冷卻至4°C進行冷充填或在儲存在恆溫桶中。如果因為任何因素,導致殺菌溫度低於所需的溫度,則分流閥會自動將產品送回平衡桶,從而防止最終產品的微生物污染[6]

  • 主要元件

基本系統通常包含供料平衡桶、進料泵、組合型板式熱交換器以及保持管。系統可擴充並增添高壓均質機、加壓泵、產品儲存桶、再生熱交換器,同時保持管可依不同的時間需求設計長度。

  • 選項

可選用管式熱交換器處理帶有纖維、顆粒的漿狀產品。系統配有電控面板與PLC,可選擇半自動或全自動控制。如有需求,亦可提供溫度記錄與相關的儀控元件。

  • 應用範圍

HTST巴氏殺菌機的處理流量從每小時500到20,000公升,是專為殺菌處理所設計的連續式設備,適用於乳製品、飲料、果汁和其他流體食品。

全球使用

在歐洲大部分地區,UHT牛奶都取得了巨大的成功,在整個歐洲大陸,十分之七的人定期喝牛奶。在氣候溫暖的國家(例如西班牙),由於冷藏運輸的高成本和「低效的冷藏櫃」,UHT牛奶是首選。 UHT在北歐和斯堪的納維亞半島不太受歡迎,尤其是在丹麥芬蘭挪威瑞典英國愛爾蘭。 在希臘,新鮮巴氏殺菌牛奶最受歡迎。

營養效應

  • 卡路里:超高溫滅菌牛奶與巴氏殺菌牛奶所含的卡路里數量相同。
  • 鈣:超高溫滅菌和巴氏殺菌牛奶含有相同量的
  • 蛋白:UHT牛奶的蛋白質結構與巴氏消毒的牛奶不同,這可以防止其在奶酪製作過程中分離。
  • 葉酸:UHT牛奶每100克中含有1微克葉酸 ,而巴氏殺菌的牛奶中則含有9微克。
  • UHT牛奶中可能會損失一些維生素B12維生素C硫胺素

視頻

鮮奶三種殺菌法 口感風味大不同
鮮奶三殺菌法 口感異【3600秒】
牛奶 vs 牛奶飲品

參考資料