超高温瞬时灭菌（UHT）技术正在全面推广应用，该技术能够延长牛奶及其他乳制品的保质期。采用超高温瞬时灭菌工艺，原因在于消费者批量采购乳制品的需求不断增加、乳制品生产规模化发展，同时全球人口持续增长，使得居住在偏远地区的消费者越来越多。

传统牛奶巴氏杀菌温度为 85 摄氏度（180–185 华氏度），杀菌后需冷藏储存。其他乳制品采用商业灭菌工艺：将产品加热至 100 摄氏度以上，再装入密封容器。

超高温灭菌（UHT）的核心流程是先对物料灭菌，再在无菌环境中灌装至预先灭菌的容器内。采用 135 摄氏度以上高温处理乳制品，可将杀菌保温时间缩短至 2～5 秒，制成常温保质产品，能够在室温下长期存放。

适用于超高温灭菌（UHT）工艺加工的食品包括：

· 液态饮品：牛奶、果汁、酸奶、稀奶油、沙拉调味汁

· 含细小颗粒食品：婴幼儿辅食、浓汤、酱料、炖制菜肴

· 大豆制品：以此灭活细菌，减轻产品异味

超高温灭菌工艺长期存在的难点与问题如下：

· • 无菌管控：设备结构复杂，需要技术水平更高的操作人员，才能在整个无菌加工流程中全程保持无菌状态。

· • 颗粒大小：食品颗粒较大时，容易出现物料表面过度加热过度的问题。

· • 产品品质：耐热脂肪酶与蛋白酶会造成风味变差。例如不少超高温灭菌牛奶，会因此产生明显的蒸煮异味。

消费者对超高温灭菌产品长期存在不满，主要集中在成品带有令人不适的蒸煮味，且有时会出现色泽褐变的问题。这一现象不难理解：乳制品（尤其是牛奶）本质上是由水分、脂质、碳水化合物与蛋白质构成的胶体混合物。该混合物料在加压环境下经超高温加热后，蛋白质结构会发生改变，部分蛋白质出现变性，进而引发异味产生与色泽褐变。

将食品加热至超高温的传统方式多为间接加热，主要包括：1）板式换热器2）管式换热器3）刮板式换热器。目前另一种超高温灭菌生产工艺为蒸汽直接注入法。

如今，设备制造商的研发目标不仅是设计出可实现高产能（每小时处理量超 35000 升）、每日连续运行 20 小时以上、且便于检修与清洗的生产设备，同时还要通过设备优化，最大程度减少食品异味与褐变问题。

现行超高温（UHT）加热工艺

间接加热

采用该加热方式时，加热介质与物料互不直接接触。前文已提及，间接加热换热器主要分为板式、管式与刮板式三类。这类换热器的优势在于，由于两种介质完全隔离，生产过程无需使用食用蒸汽。但与此同时，每种换热器也各自存在弊端。

板式换热器：相较于其他类型的间接换热设备，板式换热器通常便于检修，且占地面积更小；但其使用会受密封垫圈的耐温、耐压性能限制。多数三元乙丙橡胶（EPDM）密封垫的最高耐受温度仅为 160 摄氏度。

换热板片虽易于拆卸，但设备长期运行时，高温蒸汽与低温物料持续交替流经接触面，使板片反复伸缩形变，久而久之会出现疲劳老化问题。此外，板式换热器内部液体流速普遍偏低，易造成受热不均，进而引发物料焦化结垢与褐变现象。

管式换热器：此类换热器密封部件更少，因此受密封垫圈的耐温耐压限制、板片疲劳老化问题都相对较轻；但普遍占地面积更大，且内部检修不便。管式换热器的加热均匀性更优，不过，为达到设定加工温度需用到大面积换热接触面，仍存在物料褐变与结垢烧焦的风险。

刮板式换热器：该设备迫使物料流经带夹套的管道，内部旋转刮板可持续将管壁处的物料刮向管道中心。物料受热更为均匀，可有效减少褐变与焦化结垢现象。刮板式换热器更适用于高黏度物料以及含有颗粒的食品。但其普遍短板在于：设备购置成本高，日常检修与维护耗时更长、费用更高。

关于间接式换热器，最后一点需要说明：这类设备在液体流速稳定时加热效果良好，但一旦物料流速发生波动，工作性能便会受到影响。当液体流速降低，或是因温度控制不准导致物料输送骤然启停时，物料发生焦糊的风险会随之增加。

蒸汽注入法

其工作原理大致为：液态物料经高压泵送，通过喷嘴喷入低压食用蒸汽腔体内。该工艺的特点是，少量物料呈滴落分层状流经大容量蒸汽腔体。随后物料汇集至腔体底部，再由定量输送泵送入下一工序。

物料温度通常通过压力进行调控。额外的保温杀菌时长，可借助保温管、板式换热器或管式换热器来实现。后续物料会在真空腔中进行闪蒸冷却，并按需脱去多余水分。

该工艺还存在两种改良形式：1）物料在接触直接蒸汽前，预先加热至设定温度；2）先采用蒸汽注入法处理，再通过闪蒸脱除混入的蒸汽水分，必要时再次补热，使物料温度均匀达标。

蒸汽注入法的缺点如下：

· 占地面积：蒸汽注入腔体体积庞大，占用大量生产车间有效面积。

· 卫生清洁：设备系统结构复杂，清洁维护难度大。

· 投入成本：设备初期购置投资高昂。

· 操作要求：需配备专业操作人员，实时监控压力、进料泵流速等关键参数。

· 需配置定量泵：增加额外设备投入与运行成本。

直接蒸汽喷射

远超可行替代方案

与蒸汽注入法类似，直接蒸汽喷射工艺同样利用食用级蒸汽，将食品物料快速加热至超高温灭菌所需温度。直接蒸汽喷射通过多孔喷嘴、静态混合器或文丘里式喷射器，使液态物料与高压蒸汽充分混合。该工艺的核心，是让物料快速吸收全部蒸汽热能，实现极速升温。与蒸汽注入法不同，直接蒸汽喷射无需配备大型蒸汽腔体。

这种混合方式的显著优势在于：混合腔体的尺寸仅略大于物料输送管道。整套设备整体占地面积极小，且混合腔体结构紧凑，便于清洁与检修。通常只需打开三个快速卡扣，即可将该装置从生产管线中拆卸下来。

由于蒸汽与物料充分紧密接触，直接蒸汽喷射（DSI）工艺可实现最大化换热效率。另一大核心优势是：该套系统基本可适配多种浆料类物料，均可加热至工艺设定温度。部分先进的直接蒸汽喷射设备，甚至能够处理含颗粒的物料，且不会造成物料品质劣变。

另一项优势为：直接蒸汽喷射设备规格齐全，物料处理产能范围广，每小时处理量可从 240 升至 10 万升以上。同时，直接蒸汽喷射系统初期设备投入成本较低，仅约为其他主流加热工艺设备造价的一半。

采用直接蒸汽喷射乃至蒸汽注入工艺的主要缺点如下：

· 与蒸汽注入法相同，蒸汽喷射工艺必须使用食用级蒸汽。

· 物料稀释：蒸汽带入的额外水分，可通过常压或真空闪蒸腔进行脱除。根据产品工艺要求，还可在蒸汽喷射装置前端进行预热，从而减少甚至完全避免水分稀释问题。

· 卫生管控：现行 3A 卫生标准要求蒸汽喷射系统需满足原位清洗要求，因此需配套备用设备或可拆卸短管组件，以备维护使用。

Pick卫生级喷射加热器

检验结果

Pick加热器公司是直接蒸汽喷射系统的制造商，也是卫生级直接蒸汽喷射加热技术的早期先驱企业。该企业会定期对各类食品物料开展测试，验证设备能否在达到工艺加热温度的同时，完整保留物料原有品质。

近期针对乳脂含量 4.5% 的全脂牛奶开展了一系列测试，验证能否在达到超高温灭菌温度的前提下，避免物料褐变与异味产生。在蒸汽压力 140 磅 / 平方英寸、物料压力 100 磅 / 平方英寸的工况下，将牛奶预先加热至 95 摄氏度后，Pick直接蒸汽喷射系统可轻松实现 40 摄氏度的温升。成品奶香醇厚、口感饱满，无褐变现象，也未出现常规超高温加工中常见的浓重焦糊味。喷射器内壁仅有轻微结垢附着，采用常规在线清洗方式即可快速清洁。

结论

相较于目前主流的各类超高温灭菌工艺，小型直接接触式蒸汽喷射系统具备多项显著优势。直接蒸汽喷射技术完全可以胜任超高温灭菌生产，是优质的替代方案，值得重点考量。

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