牛奶微波杀菌工艺研究与设备设计

摘要

牛奶是一种营养价值极高的食品且其营养成分极易被人体吸收,也正因此牛奶成为微生物最好的培养基之一,因此在各种奶制品的生产过程中必须对原料奶进行杀菌处理。微波杀菌可使牛奶在短时间内达到杀菌要求,并对牛奶中主要营养成分、风味、色泽等都不会产生显著影响。本课题主要研究牛奶的微波杀菌工艺并设计微波杀菌机。
　　 本课题首先确定微波杀菌存在非热效应,且温度越高非热效应越明显,微波直接作用于微生物导致其内部结构的破坏,与热杀菌相比具存更高的效率。微波杀菌单因素试验结果表明随着微波功率的增大、牛奶质量的减小、杀菌时间的增长菌落总数残留量均减小。大肠菌群仅在微波功率为4kW条件下未完全杀灭,表明微波对大肠菌群有极好的杀灭效果。各因素对牛奶中蛋白质、乳糖、维生素C等营养成分均未造成明显破坏。组合试验得到各因素与菌落总数残留量间的数学模型:Y=3.65-1.67A+0.95B-0.63C+0.9A2-0.18B2-0.38C2+0.37AB-0.21AC+0.12BC其中A、B、C分别为微波功率(kW)、牛奶质量(kg)、杀菌时间(s)。并通过方差分析得到各因素对菌落总数残留量的影响程度依次为:微波功率＞牛奶质量＞杀菌时间。并通过该模型得到一种可替代巴氏杀菌的微波杀菌工艺:微波功率7kW、牛奶质量5.4kg、杀菌时间117s。测得该工艺所得牛奶终温为61℃,检测在该温度下经不同时间水浴热杀菌后牛奶中菌落总数,结果表明39min时菌落总数残留量与微波杀菌后相等。将这两种方法对牛奶中主要营养成分、色泽、浊度进行比较,结果表明微波杀菌后蛋白质、乳糖、维生素C等营养成分及色泽、浊度等均与原料奶未出现明显差别。牛奶经热杀菌后,维生素C含量、浊度有很大变化,蛋白质、乳糖含量也比微波杀菌后含量偏低,色泽也差于微波杀菌牛奶的。
　　 在微波杀菌工艺的基础上,设计一台微波杀菌机以实现牛奶的连续式微波杀菌。该杀菌机通过15个功率为700w的磁控管来控制微波功率,可分别产生3.5、7、10.5kW三个档的微波功率。根据腔型微波加热器设计理论,加热器是由5个a=78cm、b=55cm、c=60cm的腔型微波加热器组成的隧道式加热器。在加热器的出入口处均有微波漏能抑制器。为观察加热器内管路安全状况及方便设备维护在每个加热器壁上各开一个炉门,该炉门四周均开有扼流槽可防止微波泄漏。牛奶杀菌管路的管径、管长分别为24.5、11130mm,在加热器内迂回3次。采用相似理论的方法对设备的放大性进行研究,推广研究结果。