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在乳制品行業中，熱加工處理是應用最廣泛的加工技術。其通過熱處理殺滅致病性和腐敗性微生物，以確保產品在保質期內質量穩定且安全。

廣義上講，將產品加熱至50℃以上，配合充分的加熱時間，即可殺滅乳制品中一種或者多種致病性和腐敗性微生物。因此熱加工工藝中，可選的溫度/時間組合方案比較多。

根據表1可知，巴氏殺菌通常以下述幾種方式實現：

高溫短時殺菌HTST (High Temperature Short Time)，溫度和時間組合是72°C以上保持至少15s的時間，一般通過連續式殺菌系統來實現；

低溫長時殺菌LTLT(low temperature long time)，溫度和時間組合是63°C以上保持至少30min時間，一般通過批次型殺菌系統來實現；

除了上述理論最低條件，在實際確定最低熱殺菌條件時，還需要考慮物料粒徑，脂肪含量，固形物含量，以及是否添加甜味劑等因素。具體可參考NZFSA出版的 D121.1. Dairy Treatments Standard 2003.的《常見類型的乳制品的熱殺菌等效條件》，本文后方列出了《Heat Treatment Code of Practice》的下載地址，請參考第22至25頁。

雖然熱處理的核心要素說起來比較簡單——溫度&時間。但是現實過程中，還有較多技術細節需要考慮。為了匹配物料特性，實現持續穩定，可追溯的熱加工處理能力，需要配置一系列的硬件軟件控制系統，記錄系統等，實現產品熱加工處理過程的實施、監控、糾偏、食品安全保障以及相關運行數據（包括CCP/OPRP監控數據）的記錄。

下面以HACCP中確認和驗證兩個角度，來討論一下巴氏系統重要組分的要求分別是如何落實的。

表3 典型連續式巴氏殺菌機的驗證活動

乳制品的熱加工處理HTST

一、物料粒徑控制

要素一  過濾器

1、如果配置過濾器確保進料粒徑，如圖所示有兩個選擇：

·   在原料奶開始進入系統前，比如設置在平衡缸前；

·   在最終加熱段前配置

2、根據表2的要求，過濾器的孔徑應為200μm, 500μm或者1000μm。

3、應有書面的管理程序，規定在發現過濾器失效后采取何種匯報和處置措施，過濾器孔徑變化或者破損失效時，需要評估巴氏殺菌失效的可能性；做好過濾器的檢查記錄, 檢查記錄應至少包括過濾器上發現的異物以及針對濾網完整性的檢查。

4、過濾器的濾網應當有備件在工廠，已備在需要更換時能夠立即更換。

5、如果需要把該過濾步驟設置為CCP，建議采用的過濾器構造形式為打孔型，而不是楔形。

要素二  離心機

當采用離心機控制粒徑時，最低殺菌條件組合應參考200μm欄。

 

二、流量控制及監控

要素一  流量控制

流量控制或者說保持時間控制，是巴氏殺菌過程中的一個重要環節。在保持設備一定的前提下，流量與保持時間呈反比，因此，應當設定流量的上限以確保保持時間不會低于如表2所示的最低殺菌要求。

1、計時泵（timing pump）一方面是控制產品在通過保持管時流量不會超過最高流量限值，另一方面是與背壓閥一同作用，保持已殺菌物料的正壓力差。

2、在穩定狀態時，流量控制系統應當能夠將產品流量控制在設定值±5%允差范圍內。

3、如果采用限流裝置，該設備在CIP時該裝置能夠有效清潔，在生產時限流裝置能夠有效限制最高流量。

4、當回流閥發生故障或者錯誤時，計時泵也需要同步停止。

5、當巴殺設備配置再生段時，計時泵的應位于再生段之后在進入最終加熱段前（如圖所示）。

如果在某些巴氏殺菌機內，沒有配置再生段，或者殺菌機配置了空氣間隙式板片，那么計時泵的位置設計可以沒有這么嚴格。另外，如果在加熱段后設置緩沖罐，定時泵應在緩沖罐后，以確保精準控制通過保持管的物料流量。

 要素二  流量確認

1、如圖1中spool piece for calibrated flowmeter所示位置，預留一個900mm長的短管以便替換安裝經過校準的比對流量計。短管應水平安裝，或者以產品流量方向安裝。

2、為了避免彎管，閥門或者其他連接件影響流量測量，安裝流量計應在前后管路預留一定的直管長度，流量計前應至少預留10倍管徑的長度，流量計后應至少預留5倍管徑的長度。

3、流量計校準：在1~2完成后，將預留管替換為經過溯源校準的流量計，通過與現有流量計的在線比對，確定現有流量計的實際偏差是否在可接受范圍。

4、流量控制準確度確認：在同樣的流量設定條件下，在流量計的中段流量范圍，取6次獨立的流量測量結果，計算其標準偏差，當標準偏差小于0.5%時認為可接受。或者取流量計的最大流量時，滿足±5%的偏差。

要素三  流量超限時的保護措施

當流量超限時，需要采取至少下述一個措施：

1、超高流量保護系統應能觸發回收閥門（Recycled Valve）

如果系統因為低于CCP溫度最低限值已經處于回流狀態，可以屏蔽高流量保護。在這種設定下，回流溫度的設定已經加入了一定的安全閾值。安全閾值還要考慮閥門動作時間。

2、回到進料狀態

這些邏輯執行必須與程控邏輯一致。

2.1 當回流裝置安裝于冷卻段后端，在系統激活高流量保護后，恢復進料狀態應滿足：

·   追加至少一個最低保持時間的延遲且物料實際流量低于高流量回收的設定限值；

·   從巴氏殺菌后到回收閥門（Recycle Valve）的所有管線和換熱器，需要重新升溫殺菌。

2.2  當回流閥門安裝于保持管后段，在系統激活高流量保護后，再回到進料狀態應滿足：

·   在追加至少一個最低保持時間的延遲后，物料實際流量低于高流量回收的設定限值；

·   回流閥門恢復進料狀態，應確?；亓鏖y門產品接觸管線均經過充分物料升溫殺菌時間。

三、溫度控制及監控

要素一  溫度傳感器的選擇與信號采集

1、溫度計的構造和安裝/固定方式應遵守衛生設計要求，如3A標準。

2、溫度傳感器的準確度：在回流溫度限值的±3℃范圍內，其允許偏差應為±0.5℃，讀數應能被操作人員方便讀取。

要素二  信號采集

1、巴氏殺菌溫度的記錄和回流控制信號應來自同一溫度傳感器。

2、如果安裝兩個巴氏殺菌溫度傳感器，控制邏輯應該是任何一個傳感器低于回流溫度設定限值均需要回流。只有所有的巴氏殺菌溫度讀數恢復高于設定限值后，才能繼續恢復至進料狀態。此時，記錄儀應采集更靠近回流閥門的傳感器信號數據。

要素三  溫度傳感器的位置

溫度傳感器的位置應取決于回流閥的位置：

·   如果回流閥在保持管后，溫度傳感器應設置在回流閥門的上游并在保持管后段（如圖所示）?？紤]安全閾值，以最高流速下5s的計算長度設置在回流閥門上游比較合理；

·   當回流閥門設置在后端，溫度傳感器應當設置在距離保持管后端上游以最高流速下5s的計算距離。

要素四  巴殺溫度記錄儀和回流系統的響應時間

1、回流系統和記錄系統的響應時間應≤5s；

2、傳感器的時間常數測定：將一個未經加熱的傳感器插入充分攪拌溫度分布均勻的76℃水浴中，溫度計的讀數從65℃上升到72℃說需要的時間間隔。

 

四、巴氏殺菌系統壓力差管理，壓力差的形成是由計時泵與背壓閥共同

要素一  壓力差標準

1、壓力差自動控制系統需保證已殺菌的產品側壓力始終高于未殺菌側的物料以及換熱媒介，以避免熱交換器失效時的交叉污染的風險。

2、在物料供料和回流模式下，均需要維持壓力差異（或者觸發壓力差回收系統）。

3、當壓力差≤壓力差設定限值時，需啟動回收。恢復生產的前提是在換熱器中已巴氏殺菌產品段直至回收閥門（Recycle Valve）段已經完成了滿足巴氏殺菌條件的持續殺菌，或者整個巴氏殺菌機已經重新清潔和消毒。

4、如采用空氣間隙式換熱板片，板片間一旦有泄漏發生，泄漏的未殺菌物料和傳熱媒介將通過溢流道流出，而不會污染產品。當采用這樣的板片時，可以不配置回收閥門（Recycle Valve）。但溢流道需要與外界大氣相通，確保一旦發現有泄漏發生，及時發現并更換受影響板片。

要素二  壓力傳感器的位置

1、壓力傳感器應當設置在恰當位置，具體闡述見上篇確認表。

2、如果換熱器有多于一個再生段，則需要配置多組壓力傳感器。

3、在實際現場安裝時，壓力傳感器應該盡可能安裝在同一個水平高度，以避免靜位壓差帶來的影響。

要素三  壓力差記錄儀和回收系統的響應時間

1、系統的響應時間和記錄系統的響應時間應≤5s。

2、壓力傳感器的時間常數測量是將壓力加至27.5kPa,然后迅速釋放將其變為0 kPa，讀數變化的時間間隔。

要素四  壓差控制的回收系統

1、回收閥門（Recycle Valve）

·   在斷電時，應使產品處于回收位置；

·   回收閥門設置在巴氏殺菌機最后出口端的下游，該閥門的設置最小距離應基于產品最大的流速和系統的響應時間。

2、回收管線

·   回收閥門（Recycle Valve）及管線需要確保回流產品能夠自由流回平衡罐或者排廢。同時，在回收管線上不設置任何其他的閥門等會阻止自由流動的設備。

·   當回收管線直接連接到平衡罐內，管末端至少高于溢流液位兩倍的管徑高度。對于某些易產生泡沫敏感的物料來說，回收管線的末端會低于該液位，此時需要配置破虹吸裝置。

·   當回收閥門（Recycle Valve）處于回收狀態時，為了隨時檢查是否有泄漏至后端供料管線的情況，回收管線應可以將回收閥門（Recycle Valve）與供料管線斷開。

3、回收系統的觸發

在下述事件當中，回收閥門（Recycle Valve）觸發至回收狀態。請注意，這些觸發邏輯需要寫入PLC控制邏輯中，在設備確認時與軟件工程師一一核對。這些觸發點包括但不限于以下：

·   壓力差≤壓力差的設定限值時；

·   當任何未殺菌端的壓力傳感器故障，信號掉落到真實壓力以下；

·   當任何已殺菌端的壓力傳感器故障，信號高于真實壓力以以上；

·   當巴氏殺菌設備供電故障時；

·   當回收閥門（Recycle Valve）的壓縮空氣供應故障時；

·   當掃描時間高于名義最大的掃描時間時；

·   當流量≥回流最大流量設定值時；

·   當不能接收到流量計的信號時；

·   當回流閥門收到命令轉至回收料時，或者閥門動作反饋信號未在10秒內收到。

要素五  壓差記錄系統

壓差記錄應至少包括以下信息：

·   壓差控制系統的當前狀態；

·   回收閥門位置；

·   只要每個單獨的閥門位置狀態能夠清晰識別，多個閥門的位置狀態記錄可以共享一個信道。

 

五、回流控制 （Divert Flow Control）

要素一  回流裝置（Flow Divert Device）

回流裝置的功能是將不滿足巴氏殺菌條件的產品回流至平衡罐?；亓餮b置應有兩個閥座，以及在兩個閥座間提供足夠大的泄漏腔，保證在最大流量下不會有顯著的壓力下降，從而防止未殺菌物料污染已殺菌物料。