一種帶壓鹵制裝置的研制

賈 偉 陳琳莉，2 李 俠 張春暉

JIA Wei 1 CHEN Lin－li 1，2 LI Xia 1 ZH ANG Chun－h(huán)ui 1

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶 400067）

（1.Institute of Agro－Products Processing Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences／Comprehensive Key Laboratory of Agro－Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193，China；2.College of Environmental and Biological Engineering，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）

鹵制食品作為中國的傳統(tǒng)美食，以其酥軟的口感、獨(dú)特的風(fēng)味深受百姓的喜愛。近年來，醬鹵肉制品的生產(chǎn)逐漸由作坊式走向規(guī)模化集約化［1］，關(guān)于醬鹵制品的加工技術(shù)及設(shè)備的研究也在不斷地進(jìn)行中，整個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢。傳統(tǒng)的鹵制品需要經(jīng)歷旺火、中火和微火的燒煮過程［2］，而在一些高海拔地區(qū)，由于大氣壓低的原因，水的沸點(diǎn)達(dá)不到100℃，加之西藏等高原地帶畜禽品種生長周期長、肌纖維致密［3］，變性溫度高，這使得鹵制食品加工過程中的熟化更為困難。常規(guī)的非加壓蒸煮熱加工方法會導(dǎo)致鹵制時(shí)間長、蒸煮損失嚴(yán)重、風(fēng)味不佳等問題［4］。目前實(shí)際生產(chǎn)中大多使用壓力鍋進(jìn)行生產(chǎn)，由于溫控精度差，加熱不均勻，蒸煮的食品營養(yǎng)損失大、風(fēng)味不佳等問題導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定［5］。

為解決上述問題，本研究設(shè)計(jì)了一種在高海拔低氣壓地區(qū)對食品進(jìn)行鹵制加工的裝置，通過設(shè)備帶壓蒸煮使被鹵制加工食物在較短時(shí)間內(nèi)熟化，蛋白質(zhì)變性以及風(fēng)味物質(zhì)徹底形成，同時(shí)達(dá)到滅菌保質(zhì)的效果［6］，能夠滿足正常工藝條件的生產(chǎn)。全封閉式的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)加壓功能，加壓可提高鍋內(nèi)水的沸點(diǎn)，使食物易熟易爛［7］。第一循環(huán)水路和第二循環(huán)水路使該裝置實(shí)現(xiàn)了對食品的熱水外循環(huán)加熱，加熱過程中食品不容易糊鍋。蒸汽分布器和進(jìn)液分布器使食品加熱過程受熱均勻。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)裝置內(nèi)既可以蒸也可以煮的功能，而且能夠自動(dòng)控制溫度。在煮制食品時(shí)溫度控制精度可小于1℃，很好地避免了普通蒸煮方式控制精度差的弊端。

1 帶壓鹵制罐總體設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

帶壓鹵制裝置（圖1）包括罐體、溫度傳感器、換熱器、汽水混合器、蒸汽供應(yīng)管道（包括蒸汽自控系統(tǒng)、高精度蒸汽過濾器）、第一循環(huán)水路（包括湯液循環(huán)泵）、第二循環(huán)水路（高溫高壓循環(huán)泵、熱水循環(huán)罐、汽水混合器和換熱器）。

1.2 工作原理

帯壓鹵制裝置包括密封的罐體7，罐體頂端設(shè)有罐蓋，罐蓋可選擇性連通罐的內(nèi)部和外界的泄壓閥，罐體上部外側(cè)設(shè)置有自動(dòng)鎖蓋裝置11，用于控制罐蓋的啟閉，罐的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可有效地保證內(nèi)部壓力的形成。罐體內(nèi)部底端設(shè)有蒸汽分布器14，下部與外界的蒸汽供應(yīng)管道（蒸汽供應(yīng)管道上設(shè)置有蒸汽過濾器2和閥門，閥門與溫度傳感器5通信連接，根據(jù)溫度傳感器的溫度信號啟閉）相連，蒸汽分布器上方固定有蒸煮屜13，用于擱置蒸煮物，蒸煮屜底部側(cè)面安裝有蒸煮桿12，用于控制蒸煮屜的升降。蒸煮屜上方是進(jìn)液分布器8，分布器上設(shè)有多個(gè)均勻分布的噴頭10，加熱后的煮制湯液通過進(jìn)液分布器上的噴頭均勻的分布到蒸煮內(nèi)容物上。罐體外有兩條循環(huán)水路，第一循環(huán)水路連接罐和換熱器6，與罐內(nèi)部上方的進(jìn)液分布器相連，第二循環(huán)水路依次連接蓄水池、汽水混合器4和換熱器6。

圖1 帶壓鹵制裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structural diagram of device with pressure for marinating

將鹵制原料均勻地?cái)[放在蒸煮屜上，每層放置好后疊放，之后通過提升蒸煮屜提桿將疊放在一起的蒸煮屜放入到罐內(nèi)部，將進(jìn)液分布器安裝在循環(huán)口上。之后通過操作開蓋裝置將罐蓋閉合并鎖緊。接著注入定量的煮制湯液，先開啟高溫高壓循環(huán)泵待循環(huán)液穩(wěn)定后，打開蒸汽自控系統(tǒng)，蒸汽經(jīng)過高精度蒸汽過濾器后進(jìn)入到汽水混合器內(nèi)，產(chǎn)生的熱水通過背壓閥回流到熱水循環(huán)罐內(nèi)。此時(shí)，再開啟湯液循環(huán)泵，將流動(dòng)循環(huán)的煮制湯液輸入換熱器進(jìn)行加熱。而加熱后的煮制湯液通過進(jìn)液分布器上的噴頭均勻的分布到原料上。煮制湯液的溫度是通過傳感器采集信號后經(jīng)過變送器反應(yīng)到控制裝置，通過控制蒸汽閥門開閉來控制蒸汽進(jìn)量。

需采用蒸制的工藝路線時(shí)，蒸汽經(jīng)過高精度蒸汽過濾器后進(jìn)入到蒸汽分布器，將蒸汽均勻分布后對蒸煮屜內(nèi)的原料進(jìn)行蒸制。其溫度控制同樣由蒸汽控制裝置控制蒸汽閥門開閉來實(shí)現(xiàn)，而傳感器由來自罐體內(nèi)部的信號控制。蒸煮完成后，先泄壓，待壓力為零后，啟動(dòng)開蓋裝置，拆下進(jìn)液分布器后將蒸煮屜提出蒸煮罐，進(jìn)入到下步工序。

2 鹵制罐主要部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 主體罐的設(shè)計(jì)

由于是帶壓鹵制，主體罐材料的使用必須具有相當(dāng)?shù)目箟盒裕?］。本設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照 GB 150、GB 15l及《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求用鋼。主體罐頂部設(shè)有自動(dòng)鎖蓋機(jī)構(gòu)［9］，包括鎖蓋電機(jī)、電機(jī)底座、聯(lián)軸器、軸承、螺桿、滑塊、保護(hù)外罩、扇形齒輪以及底座等。內(nèi)部上端設(shè)有進(jìn)液分布器，用于煮制時(shí)湯液均勻地分布到原料上。底部設(shè)有蒸汽分布器，蒸制時(shí)蒸汽從底部噴出，對原料進(jìn)行加熱熟化。中間固定有可升降的蒸煮屜，方便取放原料，蒸煮屜為帶孔的不銹鋼屜，能夠承重，互相疊加方便搬運(yùn)。反應(yīng)罐筒體厚度的確定依據(jù)GB 150.1～150.4－2011標(biāo)準(zhǔn)要求來設(shè)計(jì)計(jì)算。罐體為不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，筒體壁厚為6 mm；罐體采用SUS304不銹鋼材料［10］。

2.2 第一循環(huán)水路設(shè)計(jì)

第一循環(huán)水路包括罐體、湯液循環(huán)泵和換熱器（見圖2），湯液循環(huán)泵的作用是將罐中煮制湯液進(jìn)行外部強(qiáng)制性循環(huán)，并使煮制湯液可以與換熱器中熱水進(jìn)行換熱過程。換熱器為具有熱水承載和循環(huán)作用的罐狀結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)使用的是間壁式換熱器［11］。由于該循環(huán)水路實(shí)現(xiàn)了對食品的熱水外循環(huán)加熱，因此食物在加工過程中不易糊鍋。

圖2 第一循環(huán)水路示意圖Figure 2 Schematic plot of the 1st circulation waterway

2.3 第二循環(huán)水路設(shè)計(jì)

與第一循環(huán)水路相同，該水路也是采用外循環(huán)加熱，包括高溫高壓循環(huán)泵、熱水循環(huán)罐、汽水混合器和換熱器（見圖3）。高溫高壓循環(huán)泵能夠在較高的溫度和壓力狀況下維持正常工作，使外接蓄水池中進(jìn)入的水可在第二循環(huán)水路中進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)。熱水循環(huán)罐兩端分別連接高溫高壓循環(huán)泵和換熱器，是具有熱水承載和循環(huán)作用的罐狀結(jié)構(gòu)。汽水混合器是蒸煮液與潔凈蒸汽直接換熱的裝置。換熱器用于通過蒸汽加熱產(chǎn)生的高壓熱水與鹵制湯液進(jìn)行換熱。

圖3 第二循環(huán)水路示意圖Figure 3 Schematic plot of the 2nd circulation waterway

2.4 蒸汽供應(yīng)管道

蒸汽供應(yīng)管道包括蒸汽自控系統(tǒng)和高精度蒸汽過濾器，管道上設(shè)置有閥門（見圖4）。高精度蒸汽過濾器是為直接與食品接觸的蒸汽提供小于0.1μm的過濾，由于蒸汽溫度高，因此該管道必須使用耐高溫材質(zhì)。蒸汽自控系統(tǒng)通過接收傳感器和變送器反饋的信號來控制蒸汽的流量。當(dāng)使用湯液煮制食物時(shí)，蒸汽通過高精度蒸汽過濾器先后進(jìn)入第一循環(huán)水路和第二循環(huán)水路對蒸煮物進(jìn)行加熱。當(dāng)需要蒸制食物時(shí)，蒸汽經(jīng)過高精度蒸汽過濾器后直接進(jìn)入罐體底端的蒸汽分布器，通過分布器均勻地分布到食物上。蒸汽管道上的閥門與溫度傳感器通信連接，根據(jù)溫度傳感器的溫度信號啟閉。

圖4 蒸汽供應(yīng)管道示意圖Figure 4 Schematic plot of the steam supply pipeline

3 結(jié)束語

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的帶壓鹵制裝置針對的是西藏青海等沸騰溫度低于100℃的高原地區(qū)鹵煮食物困難的問題，對罐體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了帶壓功能，添加熱水外循環(huán)加熱體系，通過溫度傳感器、換熱器、汽水混合器、湯液循環(huán)泵的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對食物的蒸煮至熟功能，并在多個(gè)廠家進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。設(shè)備運(yùn)行以來，使用性能良好，能滿足高原人民對鹵味美食的需求。該裝置可蒸煮兩用，有效地降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、企業(yè)化。

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