卧式静置式全浸水杀菌锅热分布情况分析 蔡萍, 田世民
 摘要：阐述了国内罐头出口生产企业使用较为广泛的一类杀菌锅卧式静置式全浸水杀菌锅的设备特点及热分布情况，分析了其热分布主要存在的问题及可能产生的原因，并提出相应的解决方法，为企业对卧式静置式全浸水杀菌锅的确认和验证、日常监督维修和故障排除提供一定指导，确保企业在生产中使用的杀菌锅是性能可靠、能达到预期杀菌目的的。
 关键词：罐头  杀菌锅  热分布  热加工
 
 
Analysis of Temperature Distribution for Horizontal Still Water Immersion Retort

Cai Ping， Tian Shimin
（Comprehensive Test Center of Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing, 100123, China）

Abstract: Described the equipment features and temperature distribution situations for one of the mostly used retort in domestic exported canned food manufacturer, the horizontal still water immersion retort. Analyzed the main problems and causes of the retort’s temperature distribution situations, and gave the related solutions. Provided some guidelines of the retort for manufacturers on verification and validation, daily supervision, trouble clearing. Make sure the retort used is reliable and achieve the desired sterilization purpose.
Keywords: Canned Food, Retort, Temperature Distribution, Thermal Process

 罐头是我国具有传统特色的产业，一直以来是我国食品行业的重要出口产品，目前我国罐头的出口覆盖世界140多个国家和地区。出口的罐头产品，不但要满足我国对出口罐头生产企业注册卫生规范[1]的要求，同时也需要满足出口目的国对相应出口罐头产品的卫生安全规范及检查要求。
 热力杀菌作为罐头生产的关键控制点之一，是确保产品是否达到商业无菌、是否在保质期内食用安全的关键工序。企业在长期的生产过程中、在食品安全管理体系的运行和保持过程中，需要对杀菌锅的实际杀菌能力进行验证和确认，以确保实际的杀菌工艺满足企业设定的热加工工艺要求。目前，我国各地检验检疫部门对罐头出口企业进行卫生注册初评和复审时，要求企业对出口罐头热加工设备即杀菌锅进行热分布检测并出具检测报告，美国FDA也要求出口到本国的罐头类产品进行备案注册，必要时提交杀菌锅的热分布检测数据[2] [3]。
 我热力杀菌实验室近几年一直致力于为国内各类罐头出口企业提供杀菌锅热分布检测的工作，帮助企业了解杀菌锅热加工的实际情况，为企业提供实际生产条件下的热分布检测数据，便于企业向国内监管部门及出口国方面提供检查材料。同时在长期的检测工作中，归纳总结了目前国内出口罐头企业广泛使用的几类杀菌锅的热分布情况及相应问题。
 本论文主要描述了不同罐头生产企业使用的卧式静置式全浸水杀菌锅的热分布情况，对检测过程中发现的一些问题进行归纳总结并提供相应的调整意见。

卧式静置式全浸水杀菌锅介绍
杀菌锅是指用饱和蒸汽或高温热水对食品罐头进行热处理的压力容器[4]，目前在国内罐头食品生产企业早已得到了广泛的应用。
 国内罐头生产企业普遍使用的杀菌锅有以下三种：卧式静置式蒸汽杀菌锅、卧式静置式全浸水杀菌锅和卧式静置式喷淋水杀菌锅。本论文讨论的卧式静置式全浸水式杀菌锅（下面以卧式全浸水锅表示），结构上与卧式静置式蒸汽杀菌锅（下面以卧式汽锅表示）相似，两者的区别主要在于卧式全浸水锅的加热介质为高温高压热水。预加热的处理水通过杀菌锅内进水扩散管注入杀菌锅内至指定水位。进水扩散管一般都贯穿锅长，可设置在锅内底部中央或顶部中央，有一根至三根不等，处理水在杀菌锅的水位由杀菌锅外部的水位计控制和监测。加热锅内热水的蒸汽通过锅内底部进水扩散管或另配置的蒸汽扩散管进入锅内，热水经蒸汽进一步加热，在循环泵的作用下对产品进行均匀加热杀菌。
 卧式全浸水锅通常有两个锅，分别为贮水锅和杀菌锅，贮水锅用来储存预加热的处理水及冷却前对热水的回收。热水对产品的加热效果相比蒸汽，使罐头所受的热冲击较小，避免了使用卧式汽锅加热时产品因较大热冲击而发生罐头跳盖、破裂等问题，因此广泛适合于各类罐头产品特别是玻璃瓶、软包装、及塑料杯类包装容器罐头产品的加热杀菌[5]。通过杀菌锅外部循环泵的机械搅拌，热水在杀菌锅内不断循环达到温度均匀一致，确保了杀菌锅内各位置产品均能得到杀菌工艺要求的热处理。
 
卧式全浸水锅热分布检测时间-温度曲线描述
 为了验证杀菌锅内各位置的温度均匀性情况，确保杀菌锅内各位置产品都能达到所设定的产品工艺要求，需要对杀菌锅进行热分布检测。热分布检测是采用温度热电偶测定整个杀菌锅中罐头外加热介质的传播状况，将热电偶按照一定规律放置在杀菌锅篮筐的各个位置，记录整个杀菌操作过程中杀菌锅内环境温度的变化情况，对杀菌锅内热分布状况进行评价。
 卧式全浸水锅的杀菌过程分为四个阶段：加热水并注入杀菌锅阶段，向杀菌锅通入蒸汽及压缩空气的升温阶段，恒温杀菌阶段，热水回收通入冷却水冷却阶段。
 通过对卧式全浸水锅进行热分布检测，得出此类杀菌锅典型的热分布检测曲线图，即时间与杀菌锅内环境温度曲线图（见图1），通过曲线图分析卧式全浸水锅的整个杀菌过程，由图1显示：升温阶段前期杀菌锅内环境温度呈短时间迅速上升的趋势，这是由于启动杀菌后，贮水锅中预先加热的生产处理用水注入杀菌锅，锅内各点位置温度较为一致的迅速升高，经过几分钟杀菌锅内预热水达到指定液位后，打开循环泵，并开始向杀菌锅内通入蒸汽对锅内热水进行加热，使杀菌锅内各位置环境温度继续上升，升温保持到杀菌锅内环境温度达到设定的杀菌温度为止，这个阶段升温速度较前期有明显降低，随着循环泵的作用锅内各位置的环境温度差别逐渐减小。进入恒温阶段，通过控制蒸汽进入量使杀菌锅内温度始终稳定在要求的杀菌工艺温度之上，杀菌锅内各位置温度在循环泵的搅拌下温差进一步缩小并稳定，保持以上状态直到指定的热加工工艺时间后，回收或置换锅内热水并通入冷却水开始降温，锅内温度随着热水回收、冷却水进入且不断循环而迅速降低。
 
图1. 卧式静置式全浸水杀菌锅热分布检测时间-温度曲线示意图
Figure 1 Time-Temperature Curve of Temperature Distribution Test for Horizontal Still Water Immersion Retort

卧式全浸水锅热分布情况分析
 目前国内企业使用的卧式全浸水锅，除了一部分为专门的全浸水杀菌锅，有相当数量是在原有卧式汽锅的基础上进行改造而来的，通过配置适当功率的循环泵，增加适当储水量的贮水锅，卧式汽锅内部的蒸汽扩散管可作为进水管向杀菌锅内部注入热水，同时加热用蒸汽也通过扩散管通入锅内用于加热水，但这种情况下有时也会因为蒸汽扩散管的设计对于全浸水杀菌锅不够充分而导致杀菌锅在恒温阶段的温差较专门的全浸水锅偏高。
 基于多年对国内出口罐头企业所使用的卧式全浸水锅的热分布检测结果显示，有相当一部分全浸水锅各位置的环境温度在恒温阶段温差较卧式汽锅偏大。通常在杀菌锅进入恒温阶段初期，锅内各点温差相对较大，一般在1℃左右，随着恒温阶段的进行，在循环泵的不断作用下，杀菌锅内各位置温差逐渐缩小，温差可降低至0.5℃以下。
 目前针对卧式全浸水锅热分布检测已发现的问题有以下几个方面：
 (1) 升温时间过长。可能产生原因：贮水锅中的处理水未预热到指定温度，或加热用蒸汽供应量不足，或蒸汽扩散管设置不合理。解决方法：确保加热用水预热到指定的温度，确保蒸汽供应充足，调整杀菌锅内部蒸汽扩散管结构、喷孔数量和方向等。
 (2) 升温及恒温阶段温差偏大。可能产生原因：循环泵功率偏小，达不到使热水在整个杀菌锅内部快速均匀流动的效果。解决方法：选择功率适合的循环泵。
 (3) 个别位置温度较其他位置明显偏低。可能产生原因：杀菌锅内进水扩散管或进汽扩散管喷孔有堵塞情况。解决方法：定期检查喷孔，确保喷孔的畅通，以便热水及蒸汽能无阻碍的进入杀菌锅中各个位置。
 (4) 恒温阶段温差小但温度波动较大，可能产生原因：采用手动控制的杀菌锅，由不熟练的工人进行操作。解决方法：对于手动控制的杀菌锅，需要能胜任的工作人员进行杀菌操作。
 (5) 实际恒温温度低于或明显高于设定的工艺要求。可能产生原因：自动控制程序温度传感器或参考水银温度计所测温度与实际温度有所偏差。解决方法：企业需定期对自动控制温度传感器及参考水银温度计进行校准，确保其能真实体现杀菌锅内的实际温度，同时确保自动控制温度传感器所测温度至少不高于参考水银温度计的读数。

4 结论
在企业建立HACCP体系时，需要对杀菌锅的热分布情况进行确认，在体系的运行中，在杀菌锅进行一定调整后，需要对杀菌锅的热分布情况进行验证和再确认，以确保杀菌锅提供的热处理能满足企业设定的杀菌工艺要求。
通过近几年对国内罐头出口企业使用的卧式全浸水锅热分布检测的情况分析，恒温阶段温差较其他两类常用杀菌锅偏大些，个别企业的卧式全浸水锅也存在一些诸如升温偏慢、温度波动较大等问题，这就需要企业对杀菌锅的热分布情况进行检测验证，了解杀菌锅的工作情况，以确保不会因为杀菌锅分布情况的恶化导致杀菌不充分。

参考文献
[1]. 国认注[2003] 51号文件，出口罐头生产企业注册卫生规范，国家认监委：2003.
[2]. 21 CFR 113, Thermally Processed Low-Acid Foods Package in hermetically Sealed, the U.S. Government Printing Office.
[3]. 21 CFR 114, Acidified Foods, the U.S. Government Printing Office.
[4]. GB/T 15069-2008，罐头食品机械术语[S]. 中国标准出版社：2008.
[5]. 杨邦英. 罐头工业手册[M]. 北京, 中国轻工业出版社, 2002, 1289～1300.

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