瞬时杀菌在明胶生产中的应用研究

张仕庭

罗赛洛（温州）明胶有限公司 浙江 温州 325401

明胶的工业生产不可能在无菌情况下进行，杀菌的目的是使明胶的滤菌效果更纯净，这样适用于食品和药品应用。在设定时间和设定温度下加热明胶就可以达到这个目的。即明胶液浓缩后增加瞬时高温灭菌的设备，将浓胶液中的细菌和孢子杀死。国内外将微生物污染限制在1000到10000个因数。现在各个明胶厂都在不断优化灭菌工艺，下面介绍一种国外较早的明胶灭菌工艺，为我们今后明胶灭菌工艺的优化具有参考意义。

1 应特瓦纳发表的灭菌流程

明胶瞬时灭菌的原理和设备是西德应特瓦纳在1966年发表的（1），以后各国都袭用这个方法，直到工1976年英国APV公司才在应特瓦纳的模型基础上不断优化改进，采用灭菌器与真空蒸发机相结合，将设备简化，使造价降低操作方便。应特瓦纳发表的灭菌流程示意图如图1所示。

胶液从浓缩蒸发系统送到缓冲罐（1），缓冲罐的容积为可容纳几分钟生产量的胶液，罐中的液位用浮球控制，当缓冲罐的液位达到要求，进料口将自动关闭。不锈钢离心泵（2）将缓冲罐内的胶液送入板式换热器（3），胶液温度从55 ℃被蒸汽加热到75℃，再用螺杆泵将胶液压入蒸汽注射器，并在注射器混入6-9bar饱和蒸汽，使胶液瞬间被加热到140～142℃，加入蒸汽量由气动调节阀（6）调节，调节阀的开度是由蛇形管中的温度传感器（7）所控制的，保证使温度控制在一定的范围。蛇形管的长度为使明胶流过的时间正好为4秒钟。因为明胶受热温度对灭菌是个关键因素，所以控温仪往往带有自动温度记录，以备查考。跟饱和蒸汽混合后的浓胶通过调节阀（8）以切线方向喷入分离器（9）中，浓胶进入分离器后剧烈沸腾汽化，同时其温度骤降到70～80℃，基本上恢复到灭菌前的温度，调节阀开启程度受分离器的真空度所控制，真空度稳定。分离器下部的浓胶用螺杆泵（10）连续抽出并送入另一台换热器（11），使浓胶和冷却水热交换，温度下降到40～50℃以便送到挤胶设备。分离器产生的蒸汽在冷凝器（12）中冷凝，其不凝性气体则通过水环真空泵（13）排出。经过这样处理，可以得到无菌明胶，以符合感光制药及食品工业等要求[1]。

2 改进后瞬时高温灭菌系统

2.1 杀菌器的工作原理

（1）在杀菌器的进蒸汽端通入0.5MPa以上的饱和蒸汽，待杀菌的胶液从杀菌器的另一端口通入；使胶液与蒸汽在杀菌器的第一道混合器里进行混合，随着螺杆泵连续不断推进，胶液与蒸气进入第二道混合器，此时在两道混合器的作用下，胶液与蒸汽已充分混合，整体温度可均匀达到≥138℃；在此恒定的高温及压力下，通过U型管道（4s以上），最后进入分离室，完成灭菌； 胶液与蒸汽能够持续均匀通过杀菌系统，从而实现细菌的高效灭菌，提高产品的合格率。

（2）为保证持续平衡，进入杀菌器的胶液是采用高挤压的螺杆泵对杀菌系统进行供胶，杀菌蒸汽管道安装了自动调节阀门；为确保有效的成功杀菌，在杀菌器U型管道装有温度传感器，对蒸汽调节阀门进行自控。为防止影响产品的质量，同时在蒸汽管道中安装了316L25μ的蒸汽过滤器，保证了洁净的蒸汽质量。

2.2 灭菌系统工艺流程

浓胶液从浓缩蒸发系统持续送到浓胶罐（1），浓胶罐可以多个并联。每个浓罐都设有液位变送器，当液位达到设定值，进料口的气动将自动关闭。从浓胶罐出胶用螺杆泵（2）输送，当一个罐物料走完，可以在不停产的情况下切换到另一个罐，保证生产连续性。将胶液和6-9bar饱和蒸汽混合，饱和蒸汽进口端设置一蒸汽过滤器（3），保证蒸汽清洁，胶液温度和饱和蒸汽混合后，瞬间被加热到140-143℃。加入饱和蒸汽量由气动调节阀（4）调节，调节阀的开度与蛇形管中的PT100（5）相关联， 保证使温度控制在一定的范围。在预先设定的杀菌温度下停留到规定时间，蛇形管的长度为使明胶流过的时间正好为4 秒钟。杀菌时间由加热罐的流量和料位决定。杀菌器是明胶生产中的关键控制点（CCP），必须严密监测杀菌参数。如果杀菌温度和/或杀菌时间没有达到临界标准，成品的微生物质量就不能保证。跟饱和蒸汽混合后的浓胶通过调节阀（6）以切线方向喷入旋风分离器（7）中，由于压力突然下降，浓胶进入分离器后剧烈沸腾汽化，同时其温度骤降到45一55 ℃，基本上恢复到灭菌前的温度， 调节阀开启程度受分离器的真空度所控制， 真空度稳定。形成的蒸汽作为蒸汽冷凝物被被吸入冷凝器（10）中冷凝， 其不凝性气体（氧气、二氧化碳和氮气）则被水环真空泵（13）排出。冷凝水通过离心泵（14）输送到热水罐储存，用于生产提胶用水。控制阀由分离器的料位控制，反过来分离器的料位又由计算模块决定，这个计算模块和分离器的流量以及需要的停留时间（杀菌时间）有关。浓胶罐的料位可以调节变频给料泵的流量。螺杆泵（8）将明胶从分离器送到袋式过滤器（9）。这个泵由袋式过滤器的输出压力控制，而袋式过滤器安装在螺旋式换热器入口处。分离器出来的胶液再通过袋式过滤器，蒸汽温度过高时，明胶会局部燃烧，生成不可溶的黑色或棕色斑点。袋式过滤器将这些斑点从明胶中去除。

2.3 操作工艺

①运行前须确保关闭杀菌系统入胶阀，放空阀，出胶阀；②开启杀菌真空泵，冷凝器水泵，冷凝回收泵；③待真空度达≥0.085mpa，开启蒸汽阀，调节蒸汽保温管出口压力在3-5bar；④达以上要求后，开启入胶阀，出胶泵；检测分离室液位，温度应控制在55℃以下；⑤调节蒸汽入口阀，确保杀菌温度在138-143℃之间；⑥使用时注意观察蒸汽过滤器前后压差应＜0.1mpa，不在此范围时，应拆出清洗；⑦此杀菌配置适用于日产量在20t左右，可根据自身产量选型具体参数[2]。

3 结束语

通过在高温灭菌系统储胶罐内设置搅拌装置，可以实现在浓胶液的暂时存储而不会冻住；同时还实现对出料完毕的储胶罐自动进料，从而实现高温灭菌的流水化操作，实现高温灭菌的高效自动化，降低了人力成本，也同时提高了生产效率。另外，还可以通过蒸汽作为动力推动出料管中的料液出料，从而减少出料泵的功率，降低能耗，节省支出。