自動 UHT 滅菌器: 主要な温度とプロセス制御要件

一般的な乳製品工場では、自動 UHT 滅菌器は 137℃ で 4 秒の保持時間で稼働します。温度が 2 秒を超えて設定値よりわずか 1.5 °C 下に変動した場合、分流装置は再処理のためにバッチをバランス タンクに送り返します。その 1 つのイベントには、生産量、エネルギー、シフト時間がかかります。プロセスを正しく行うには、1 つのバルブを微調整するだけでは済みません。これはシステムレベルの要件です。

UHT 温度制御に厳しい許容誤差が必要な理由

UHT 滅菌は連続フロー熱プロセスであり、製品の風味、タンパク質の機能、栄養を維持しながら、ボツリヌス菌の胞子の 12 対数減少を達成する必要があります。温度と保持時間の組み合わせは、プロセス当局によって定義される安全境界であり、オペレーターの好みではありません。

140℃ での目標値より 1°C 低下すると、胞子死滅効率が 30 ～ 40% 低下する可能性があります。このため、自動 UHT 滅菌器は複数の制御層を重ねて構築されています。温度コントローラーは 1 つだけでは十分ではありません。このシステムには、冗長センサー、検証済みの保持チューブ、ミリ秒で応答する分流バルブが必要です。

温度と時間の関係の仕組み

胞子の熱破壊は一次反応速度モデルに従います。 Z 値が温度上昇するたびに、D 値は 90% 縮小します。ボツリヌス菌の場合、Z 値は約 10°C です。プロセス温度を 121℃ から 140°C に上げると、必要な保持時間が数分から数秒に短縮されます。

自動 UHT 滅菌器の 4 つの制御ループ

自動 UHT 滅菌器は、予熱、最終加熱、保持、冷却という 4 つの独立した制御ループで動作します。各ループには、独自の設定値、応答時間、およびフェールセーフ ロジックがあります。別個の流量および背圧制御ループにより、製品の瞬間沸騰を防ぐ物理的条件が維持されます。

加熱ループ

加熱セクションは、製品を予熱温度 (通常 60 ～ 75°C) から UHT 設定値まで上昇させます。直接蒸気注入システムでは、調理用蒸気が製品に混合され、ほぼ瞬時に加熱されます。間接システムでは、プレートまたは管状熱交換器が蒸気または熱水から熱を伝達します。 PID コントローラーは、ヒーター出口で測定された温度に基づいて蒸気バルブの位置を調整します。

ホールディングループ

加熱後、製品は断熱された保持管を通過し、そこで必要な滞留時間の間、目標温度に保たれます。これは最も重要なゾーンです。温度が設定値を下回った場合、製品は滅菌されていません。

食品および飲料処理用の自動 UHT 滅菌装置 飲料の栄養素や風味を保ちながら瞬間殺菌する自動超高温殺菌装置です。 85% 以上の熱回収率、完全自動化を実現し、ASME、PMO、および 3A 規格に準拠し、安全で効率的な動作を保証します。 製品を見る→

冷却ループ

保持チューブは冷却セクションに排出されます。間接システムでは、製品は再生器を通って熱を回収し、その後冷水またはグリコールセクションに流れます。冷却速度は重要です。遅すぎると余分な熱ダメージが加わり、速すぎると伝熱面に熱衝撃が生じます。

流量と背圧の制御

140°C では、水は約 3.6 bar の絶対圧力で蒸発して蒸気になります。製品を液体に保つために、保持チューブの下流の背圧バルブは 4 ～ 6 bar を維持する必要があります。それを下回るとフラッシングが発生し、流速が変化し、滞留時間の計算が無効になります。

ホールディングチューブの設計と滞留時間の検証

保持チューブ内の動作条件により、製品のすべての粒子が必要な熱処理を受けるかどうかが決まります。チューブの長さは、平均速度ではなく、流れプロファイル内で最も速く移動する粒子に基づいて計算する必要があります。

乱流では、中心線速度は平均速度の約 1.2 倍になります。この最速の粒子は保持チューブ内で最も短い時間を費やすため、設計方程式には 1.2 の安全係数が含まれています。

平均速度が 2.0 m/s、必要な保持時間が 140°C で 4 秒の場合、理論上のチューブの長さは 8.0 m になります。係数 1.2 を使用すると、実際の設計長は 9.6 m になります。

計装、センサー、およびフェールセーフ転用

準拠した自動 UHT 滅菌器は、応答時間が 1.5 秒未満の冗長温度センサーと、200 ミリ秒以内に作動する空気圧分流バルブを使用します。

食品の安全性のため、このプロセスは、保持チューブ出口の製品温度が設定値以上である場合にのみ有効とみなされます。落下した瞬間に、分流装置 (FDD) が製品をバランス タンクに方向転換します。

必要な計装

• 保持チューブ出口のデュアル Pt100 RTD センサー、測定不確かさは 0.3°C 以内
• 1 秒間隔で継続的に温度を記録し、データは少なくとも 12 か月間保持されます
• 手動オーバーライドなしで、設定値を下回るマイナスの偏差が発生した場合に自動的に方向転換します。
• 背圧バルブの圧力トランスミッタにより 4 ～ 6 bar の絶対圧を維持
• 製品供給時の流量計により、設計値に対する実際の流量を検証
• 作動時間が 0.2 秒の空気式分流バルブ

食品・飲料用精密温度制御ユニット この閉ループ TCU は、反応器とタンクの温度を調整し、加熱、冷却、および交互プロセスをサポートします。 PLC 制御と食品グレードのステンレス鋼により、安定した温度を維持し、品質保証のためのデータのトレーサビリティを可能にします。 製品を見る→

転換シーケンス

温度偏差がマイナスになると、システムはヒーターの出力を下げ、分流バルブを開き、製品をバランスタンクに戻します。最新のスキッドは分流バルブとポンプを連動させて、保持チューブ内の圧力スパイクを防ぎます。

UHT ラインの CIP と衛生管理

UHT ラインには、前すすぎ、熱アルカリ洗浄、中間すすぎ、酸洗浄、最終すすぎ、熱水消毒を含む専用の CIP プログラムが必要です。各フェーズには、流量、温度、濃度の目標が定義されています。

主な課題は汚れです。高温では、乳タンパク質が変性し、伝熱面に焼けた堆積物が形成されます。これらの堆積物は熱効率を低下させ、流れ特性を変化させ、微生物学的ニッチとなります。アルカリ洗浄ではタンパク質と脂肪が除去されますが、残ったミネラルスケールを除去できるのは酸洗浄だけです。

自動インライン洗浄用の食品グレードの CIP システム この CIP システムは、事前すすぎ、アルカリ、酸、および最終すすぎサイクルを使用して、分解することなくパイプラインとタンクを洗浄します。トレーサビリティを備えた PLC 制御により、手作業と相互汚染のリスクが軽減され、乳製品、飲料、ソースのラインに適しています。 製品を見る→

検証、コンプライアンス、および文書化

21 CFR Part 113 および EU 規制 EC 852/2004 に基づく UHT プロセス検証では、文書化された温度マッピング調査、微生物負荷試験、およびすべてのセンサーの再校正トレーサビリティが必要です。

適切な検証パッケージには、設置適格性評価 (IQ)、運用適格性評価 (OQ)、および性能適格性評価 (PQ) が含まれます。 PQ では、既知の微生物株を接種した製品を使用してプロセスに挑戦します。結果は、研究期間中に転向イベントが発生せず、最小 12 対数の減少を証明する必要があります。

最新の UHT スキッドは、プロセス データを安全な監査証跡とともに保存します。イーサネットまたは OPC-UA 通信は、バッチ レポートおよびサードパーティ監査コンプライアンスのために監視システムにデータを送信します。低温殺菌システムに自動化がどのように適用されるかについて詳しくは、次の記事を参照してください。 食品低温殺菌の自動化 .

一般的な障害とその診断方法

最も頻繁に発生する UHT プロセスの逸脱は、流量ドリフト、センサー ドリフト、蒸気圧力変動、および加熱セクションの汚れです。これら 4 つの問題は、加工工場へのフィールド サービスの問い合わせのほとんどを占めています。

流量ドリフト

ポンプが劣化すると流量が低下し、滞留時間が長くなり、過熱が発生する可能性があります。バルブが部分的にブロックされると流量が減少し、背圧が変化し、処理不足につながります。

センサードリフト

実際の製品温度より 1°C 低い値を読み取る Pt100 センサーにより、システムは製品を意図したよりも熱くします。センサーの読み取り値が高いほど危険です。加熱ループはより低い温度で実行され、プロセスが完了していません。

蒸気圧力変動

蒸気減圧弁のサイズが小さいと、ヒーター出口温度に振動が発生します。狭い帯域に調整された PID コントローラーは不安定になる可能性があります。適切なスキッドエンジニアリングには、セパレーターとトラップを備えた蒸気調整ステーションが含まれます。

加熱部の汚れ

汚れが増えると、全体の熱伝達率が低下します。システムは蒸気バルブをさらに開き、壁の温度を上昇させ、局所的な燃焼を引き起こします。ヒーター全体の圧力降下を監視することは、汚れの進行を検出する最も早い方法です。

自動 UHT 滅菌器の選択は、調達作業ではなく、エンジニアリング上の決定です。適切なシステムは、厳密な制御許容値を保持し、検証済みの保持チューブ形状を使用し、文書転用ロジックを使用します。 Shiloc (Shanghai) Industrial Trading Co., Ltd. のチームは、食品および飲料加工機用の統合型 UHT スキッドを設計しています。製品、容量、加熱方法について相談してください。 私たちのお問い合わせページ .

よくある質問

UHT滅菌の最小保持時間はどれくらいですか?

最小保持時間は目標温度によって異なります。 135°C での保持時間は通常 25 ～ 30 秒です。 140℃では2～5秒に低下します。標準的な乳製品の配合は 137°C で 4 秒間であり、これによりボツリヌス菌の胞子が 12 log 減少します。

UHT 温度が設定値を下回った場合はどうなりますか?

ホールドチューブ出口の温度センサーが落下を検出し、分流装置が製品を直ちにバランスタンクに向けます。未滅菌の再加工品です。システムは食品安全監査のために転用イベントをバッチログに記録します。

UHT 滅菌器センサーはどのくらいの頻度で校正する必要がありますか?

温度センサーは少なくとも 6 か月ごとに校正する必要があります。メーカーが推奨する場合はそれ以上の頻度で校正する必要があります。校正は追跡可能な参照標準と照合してチェックし、監査の追跡可能性を文書化する必要があります。

UHT と低温殺菌の違いは何ですか?

低温殺菌では、通常 72 ～ 85°C の低温を使用し、保持時間は 15 秒から数分で、製品を冷蔵しながら病原菌を除去するように設計されています。 UHT は 135 ～ 150°C の高温を使用し、非常に短い保持時間 (2 ～ 5 秒) で商業的な無菌性を実現し、長期保存が可能です。