第五章罐头的压力及真空度 第一节影响罐内压力变化的因素 1罐头食品的性质、温度等的影响 食品组织中含有气体,在加热过程中从食品组织中释放出来,使罐内压力增 髙。气体逸出量与食品的性质(如成熟度、新鲜度、含气量等)、预热处理温度及 杀菌温度有关。例如青豌豆,不经预热处理时每百克青豌豆中逸出的气体为17 cm3,经预热处理时每百克青豌豆中逸出的气体为2.7cm3,相差6倍多,这种不 经预热处理的青豌豆在加热杀菌时所产生的罐内压力自然就大。食品中的溶解气 体因温度的升高而溶解度降低,部分气体从食品中逸出。例如,空气由20℃增 至100℃,其溶解度减小1倍,因而一部分空气就要释放出来,罐内压力随着这 些空气的释放而增大。 罐内食品在加热时膨胀,体积増大,使罐内顶隙减小而引起罐内压力増加。罐内 食品体积膨胀的程度与食品的性质有关,食品中干物质含量越少,其体积增加量 越接近于水的体积增加量,压力增加不多;干物质含量髙的食品其体积因加热膨 胀而引起罐内压力增大的变化较多。 罐内食品的体积膨胀与食品的初温和杀菌温度有关。杀菌温度越高,食品的 体积膨胀越大,罐内压力的增加量也就越多。当其他条件一定时、食品的体积膨 胀度和食品的初温成反比。食品的初温和杀菌温度与食品体积膨胀度的关系见表 2-6-12。 从表2—6-12结果可以看出,食品的初温越髙,膨胀度越小。通过提髙罐 内食品的初温就可降低罐头在杀菌过程中产生的过大的内压力。食品的体积膨胀 度可按下列公式计算 Y=V"食/V′食=mp′/mp"=p′/p (2-6-1) 式中Y一食品膨胀度 V′食一密封温度时罐内食品的体积(cm3) V″食一杀菌温度时罐内食品的体积(cm3) ρ′一密封温度时罐内食品的密度(g/cm3) ρ"一杀菌温度时罐内食品的密度(g/cm3) m一罐内食品的质量(g) 表2-6—-12食品的初温和杀菌温度与食品体积膨胀度的关系 罐头食品的初温/C 杀菌温 70 90 度/ 食品膨胀度
第五章 罐头的压力及真空度 第一节 影响罐内压力变化的因素 1 罐头食品的性质、温度等的影响 食品组织中含有气体，在加热过程中从食品组织中释放出来，使罐内压力增 高。气体逸出量与食品的性质(如成熟度、新鲜度、含气量等)、预热处理温度及 杀菌温度有关。例如青豌豆，不经预热处理时每百克青豌豆中逸出的气体为 17 cm3，经预热处理时每百克青豌豆中逸出的气体为 2.7cm3，相差 6 倍多，这种不 经预热处理的青豌豆在加热杀菌时所产生的罐内压力自然就大。食品中的溶解气 体因温度的升高而溶解度降低，部分气体从食品中逸出。例如，空气由 20℃增 至 100℃，其溶解度减小 l 倍，因而一部分空气就要释放出来，罐内压力随着这 些空气的释放而增大。 罐内食品在加热时膨胀，体积增大，使罐内顶隙减小而引起罐内压力增加。罐内 食品体积膨胀的程度与食品的性质有关，食品中干物质含量越少，其体积增加量 越接近于水的体积增加量，压力增加不多；干物质含量高的食品其体积因加热膨 胀而引起罐内压力增大的变化较多。 罐内食品的体积膨胀与食品的初温和杀菌温度有关。杀菌温度越高，食品的 体积膨胀越大，罐内压力的增加量也就越多。当其他条件一定时、食品的体积膨 胀度和食品的初温成反比。食品的初温和杀菌温度与食品体积膨胀度的关系见表 2—6—12。 从表 2—6—12 结果可以看出，食品的初温越高，膨胀度越小。通过提高罐 内食品的初温就可降低罐头在杀菌过程中产生的过大的内压力。食品的体积膨胀 度可按下列公式计算： Y=V″食/V′食＝mρ′/mρ″= ρ′/ρ″ (2－6－1) 式中 Y—食品膨胀度 V′食—密封温度时罐内食品的体积(cm3) V″食—杀菌温度时罐内食品的体积(cm3) ρ′—密封温度时罐内食品的密度(g／cm3) ρ″—杀菌温度时罐内食品的密度(g／cm3) m —罐内食品的质量(g) 表 2—6—12 食品的初温和杀菌温度与食品体积膨胀度的关系 杀菌温 度/℃ 罐头食品的初温/℃ 50 55 0 65 70 75 80 85 90 食品膨胀度
1.0321.0291.0271.0231.0201.0181.0141.0111.008 1.0411.0341.0301.0271.0241.0221.0181.0151.012 1.0501.0391.0341.0311.0281.0251.0221.0191.015 115 1.0551.0421.0381.0351.0341.0301.0271.0231.019 120 1.0581.04 1.0481.0401.0371.0341.031 1.027 1.024 2罐头容器性质的影响 加热杀菌时,空罐体积由于其材料的受热膨胀而増加。空罐体积的增加量随 材料种类的不同、温度的不同而不同。对于金属罐来说,空罐体积的变化还与容 器的尺寸、罐盖的形状和厚度有关,与罐内外压力差的大小有关。不同型号的罐 头在罐内外压力变化时罐内容积的变化情况见表2-6-13和图2-6-3。 表2—6—-13镀锡薄板罐体积增加量(△V)的变化 单位 空罐直 罐内外压力差△P(×10a 径/r 117713.7315 17.5 13.57 17.291 74.1 11.5 4 16.%619.1421.00 23.1 25.0026.94 15.50.122.8825.56282430.9133.6036.90 37.15 41.81 46.47 155.1161 263.92287.95311.78335.71359.64380.0 215.1320.00400.00432.00464.00500.00533.00565.00598.0
100 1.032 1.029 1.027 1.023 1.020 1.018 1.014 1.011 1.008 105 1.041 1.034 1.030 1.027 1.024 1.022 1.018 1.015 1.012 110 1.050 1.039 1.034 1.031 1.028 1.025 1.022 1.019 1.015 115 1.055 1.042 1.038 1.035 1.034 1.030 1.027 1.023 1.019 120 1.058 1.045 1.048 1.040 1.037 1.034 1.031 1.027 1.024 2 罐头容器性质的影响 加热杀菌时，空罐体积由于其材料的受热膨胀而增加。空罐体积的增加量随 材料种类的不同、温度的不同而不同。对于金属罐来说，空罐体积的变化还与容 器的尺寸、罐盖的形状和厚度有关，与罐内外压力差的大小有关。不同型号的罐 头在罐内外压力变化时罐内容积的变化情况见表 2—6—13 和图 2－6－3。 表 2—6—13 镀锡薄板罐体积增加量（△V）的变化 单位：mm 3 空罐直 径/mm 罐内外压力差△P(×104 Pa) 3.92 7.85 9.81 11.77 13.73 15.69 17.5 19.61 72.8 9.1 13.57 15.43 17.291 19.15 21.00 22.87 23.76 74.1 11.5 15.4 16.96 19.14 21.00 23.1 25.00 26.94 83.4 15.5 20.12 22.88 25.56 28.24 30.91 33.60 36.90 99.0 23.1 37.15 41.81 46.47 51.13 55.79 60.45 65.00 155.1 161.00 239.99 263.92 287.95 311.78 335.71 359.64 380.0 215.1 320.00 400.00 432.00 464.00 500.00 533.00 565.00 598.0
1-99xh122 3-∮73Xh145 4-456×h47 毛进 汨 96 罐内压力/MPa 图2-6-3不同尺寸的罐头在压力影响下 罐头体积变化曲线 表2一6一13中数据表明,在罐内外压力差相同时,空罐体积増加量随空 罐直径的增大而增大;当空罐直径不变时,罐内外压力差越大,空罐体积增加量 也越大。 容器的体积膨胀程度用X表示,可用下式计算得到 =V"/′=(′+△V) 式中 Ⅹ一容器体积膨胀度 V"一杀菌温度时的容器体积(cm3) V′一密封温度时的容器体积(cm) △Ⅴ一杀菌温度时空耀体积的增量(cm3), 在加热杀菌时,镀锡薄板罐的ⅹ值始终大于1,X值的变化范围在1.034 1.127之间。玻璃罐其罐身热膨胀系数较铁罐小得多,罐盖又不允许象铁罐那样 外凸,因而在杀菌时其容积变化很小,一般视X为1。由于玻璃罐的Ⅹ为1,同 时玻璃罐该密封处的强度又比铁罐二重卷边的小,所以加热杀菌时就容易产生跳 盖现象,为此必须采用相应的措施,以防止跳盖或玻璃罐炸裂 3罐头顶隙的影响 加热杀菌时罐内产生的压力与罐头顶隙的大小也有一定的关系,而顶隙的 大小又与食品的装填度(f=V食/V)有关。食品的装填度是根据产品要求和食品 的性质预先制定的,一般产品的装填度为085~0.95。装填度越大,顶隙越小, 热杀菌时罐内的压力也就越大
表 2 一 6 一 13 中数据表明，在罐内外压力差相同时，空罐体积增加量随空 罐直径的增大而增大；当空罐直径不变时，罐内外压力差越大，空罐体积增加量 也越大。 容器的体积膨胀程度用 X 表示，可用下式计算得到： X =V″/V′＝(V′+△V)/V′ (2-6-2) 式中 X—容器体积膨胀度 V″—杀菌温度时的容器体积(cm3 ) V′—密封温度时的容器体积(cm3 ) △V—杀菌温度时空耀体积的增量(cm3 )， △V＝V″－V′ 在加热杀菌时，镀锡薄板罐的 X 值始终大于 1，X 值的变化范围在 1.034～ 1.127 之间。玻璃罐其罐身热膨胀系数较铁罐小得多，罐盖又不允许象铁罐那样 外凸，因而在杀菌时其容积变化很小，一般视 X 为 1。由于玻璃罐的 X 为 l，同 时玻璃罐该密封处的强度又比铁罐二重卷边的小，所以加热杀菌时就容易产生跳 盖现象，为此必须采用相应的措施，以防止跳盖或玻璃罐炸裂。 3 罐头顶隙的影响 加热杀菌时罐内产生的压力与罐头顶隙的大小也有—定的关系，而顶隙的 大小又与食品的装填度（f＝V 食/V）有关。食品的装填度是根据产品要求和食品 的性质预先制定的，一般产品的装填度为 0.85~0.95。装填度越大，顶隙越小， 热杀菌时罐内的压力也就越大。 图 2－6－3 不同尺寸的罐头在压力影响下 罐头体积变化曲线
顶隙对罐内压力的影响程度还与食品的膨胀度、容器的膨胀度有关。若食品 膨胀度Y值小而容器膨胀度ⅹ值大,那么顶隙对罐内压力的影响就小:反之则 大。通常用密封时的顶隙体积V1和杀菌时的顶隙体积V2之比来表示Y值、Ⅹ值 和f值对罐内压力的影响。密封时的顶隙体积V和杀菌时的顶隙体积V之比值 可用下式计算 VI/V2=1-fi(X-Yfi) 式中fi一密封时食品的装填度 V1/V值越小,加热杀菌时罐内压力増加量越小;反之,则罐内压力增加 量越大。 4杀菌和冷却过程的影响 罐头在热杀菌时由于受热罐内食品膨胀,食品组织中空气释放、部分水分 汽化等造成罐内压力增大,从而造成空罐容器变形,变形程度主要取决于罐内外 压力差。在整个杀菌过程中的升温、恒温、降温冷却三个阶段,罐内外压力差不 同。在升温阶段,尽管罐内压力由于罐内食品、气体受热膨胀,水蒸气分压提髙 而迅速上升,但此阶段杀菌锅内加热蒸汽压力也在迅速上升,所以罐内外压力差 并不大,对容器的变形影响也就不大。恒温阶段,杀菌锅内杀菌温度保持不变, 其压力也基本保持不变,此时罐内食品及气体稳定仍在继续上升,罐内压力也就 继续上升,罐内外压力之差随之增大。到冷却阶段,杀菌锅内的温度与压力因蒸 气阀的关闭和冷却用水的通入而迅速下降,而罐内压力只是缓慢下降,因此罐内 外压力差迅速增大,最容易出现容器变形损坏及玻璃罐跳盖等现象,为减少这一 质量问题的出现采用反压冷却,由于在冷却时向杀锅内通入了一定的压缩冷空 气,维持了冷却时罐内外的压力平衡,罐内外压力差明显减少,这样就有效地避 免了罐头的变形和损坏。 第二节热杀菌时罐内压力与反压 1杀菌时罐内压力计算 罐头加热杀菌时,罐内压力实际为罐内蒸汽分压和空气分压之和。杀菌时罐 内压力可按下式计算: P2=P"蒸+P P"蒸+(P1-P′蒸)[(1-fX-Yf)xt"t’] P2一杀菌时罐内的绝对压力 P"一杀菌时罐内饱和水蒸汽绝对压力 P1一密封后罐内压力 P′一密封后罐内水蒸汽分压 t’、t″一密封时罐头的温度、杀菌时罐头的温度 从上计算公式可以看出,提高密封温度t′可使P′增大,使t"t′值减小
顶隙对罐内压力的影响程度还与食品的膨胀度、容器的膨胀度有关。若食品 膨胀度 Y 值小而容器膨胀度 X 值大，那么顶隙对罐内压力的影响就小；反之则 大。通常用密封时的顶隙体积 Vl 和杀菌时的顶隙体积 V2 之比来表示 Y 值、X 值 和 f1 值对罐内压力的影响。密封时的顶隙体积 V1 和杀菌时的顶隙体积 V2 之比值 可用下式计算： V1/ V2=1－f1(X－Yf1) 式中 f1—密封时食品的装填度 V1/ V2 值越小，加热杀菌时罐内压力增加量越小；反之，则罐内压力增加 量越大。 4 杀菌和冷却过程的影响 罐头在热杀菌时由于受热罐内食品膨胀，食品组织中空气释放、部分水分 汽化等造成罐内压力增大，从而造成空罐容器变形，变形程度主要取决于罐内外 压力差。在整个杀菌过程中的升温、恒温、降温冷却三个阶段，罐内外压力差不 同。在升温阶段，尽管罐内压力由于罐内食品、气体受热膨胀，水蒸气分压提高 而迅速上升，但此阶段杀菌锅内加热蒸汽压力也在迅速上升，所以罐内外压力差 并不大，对容器的变形影响也就不大。恒温阶段，杀菌锅内杀菌温度保持不变， 其压力也基本保持不变，此时罐内食品及气体稳定仍在继续上升，罐内压力也就 继续上升，罐内外压力之差随之增大。到冷却阶段，杀菌锅内的温度与压力因蒸 气阀的关闭和冷却用水的通入而迅速下降，而罐内压力只是缓慢下降，因此罐内 外压力差迅速增大，最容易出现容器变形损坏及玻璃罐跳盖等现象，为减少这一 质量问题的出现采用反压冷却，由于在冷却时向杀锅内通入了一定的压缩冷空 气，维持了冷却时罐内外的压力平衡，罐内外压力差明显减少，这样就有效地避 免了罐头的变形和损坏。 第二节 热杀菌时罐内压力与反压 1 杀菌时罐内压力计算 罐头加热杀菌时，罐内压力实际为罐内蒸汽分压和空气分压之和。杀菌时罐 内压力可按下式计算： P2=P″蒸＋P″空 ＝P″蒸＋（P1－P′蒸）[(1－f1/X－Yf1)×t″/t′] P2—杀菌时罐内的绝对压力 P″蒸—杀菌时罐内饱和水蒸汽绝对压力 P1—密封后罐内压力 P′蒸—密封后罐内水蒸汽分压 t′、t″—密封时罐头的温度、杀菌时罐头的温度 从上计算公式可以看出，提高密封温度 t′可使 P′蒸增大，使 t″/t′值减小
要使(1一fⅸX-Yf)值减小,对于镀锡薄板来说有两种情况:当罐中食品的膨胀 度Y小于容器的膨胀度ⅹ时,就得增加食品的装填度f。当Y>X时,则应减 小f1 玻璃罐内压力的计算与镀锡薄板罐基本一样,但玻璃罐的体积膨胀程度很 小,故玻璃罐内压力的计算公式为: P2=P"蒸十P”空 P"蒸十(P1-P′蒸)(1-f1X-Yf1)xt"t’] 玻璃罐由于其容器的ⅹ=l,而食品的Y>1,即ⅹ<Y,因而杀菌时玻璃罐 内顶隙逐渐减少,罐内压力则随之増髙。在这样的情况下只有降低食品的装填度, 才能不致使罐内压力上升过高。 2杀菌锅的反压力 罐头在加热杀菌过程中,罐内压力增大,出现罐内外压力差:当罐内外压 力差达到某一程度时,就会引起罐头容器的变形、跳盖等现象。这一引起变形和 跳盖的罐内外压力差称之为临界压力差,用ΔP表示。为防止罐头产生变形和 跳盖而设置的一个小于临界压力差的罐内外压力差称之为允许压力差,用ΔP允 表示。镀锡簿板罐的临界压力差和允许压力差与罐头直径、铁皮厚度、底盖形式 等因素有关。玻璃罐的允许压力差为零,即要求罐内压力等于罐外压力。但在实 际过程中即使罐内外温度相等,由于罐内顶隙存在部分空气,而会使罐内压力大 于罐外压力。为了避免容器的变形和跳盖,常在杀菌冷却时向罐内通入一定的压 缩空气来补充压力,以平衡罐内外压力,这部分补充压力称之为反压力。 杀菌锅内反压力的大小以使杀菌锅内总压力(蒸汽压力与补充压力之和)等于 或稍大于罐内压力与允许压力差ΔP允的差为好,即 P锅=P锅蒸十P反≥P2-△P允 因而杀菌锅内应补允的空气压力P成为:P反=P2一P钢蒸一△P充 反压杀菌冷却时所补充的压缩空气应使杀菌锅内压力恒定.一直维持到 镀锡罐内压力降到1十ΔAP允大气压,玻璃罐内压力降到常压时才可停止供给压 缩空气
要使(1－f1/X－Yf1)值减小，对于镀锡薄板来说有两种情况：当罐中食品的膨胀 度 Y 小于容器的膨胀度 X 时，就得增加食品的装填度 f1。当 Y＞X 时，则应减 小 f1。 玻璃罐内压力的计算与镀锡薄板罐基本一样，但玻璃罐的体积膨胀程度很 小，故玻璃罐内压力的计算公式为： P2=P″蒸＋P″空 ＝P″蒸＋（P1－ P′蒸）[(1－f1/X－Yf1)×t″/t′] 玻璃罐由于其容器的 X＝l，而食品的 Y＞1，即 X＜Y，因而杀菌时玻璃罐 内顶隙逐渐减少，罐内压力则随之增高。在这样的情况下只有降低食品的装填度， 才能不致使罐内压力上升过高。 2 杀菌锅的反压力 罐头在加热杀菌过程中，罐内压力增大，出现罐内外压力差；当罐内外压 力差达到某一程度时，就会引起罐头容器的变形、跳盖等现象。这一引起变形和 跳盖的罐内外压力差称之为临界压力差，用 ΔP 临表示。为防止罐头产生变形和 跳盖而设置的一个小于临界压力差的罐内外压力差称之为允许压力差，用 ΔP 允 表示。镀锡簿板罐的临界压力差和允许压力差与罐头直径、铁皮厚度、底盖形式 等因素有关。玻璃罐的允许压力差为零，即要求罐内压力等于罐外压力。但在实 际过程中即使罐内外温度相等，由于罐内顶隙存在部分空气，而会使罐内压力大 于罐外压力。为了避免容器的变形和跳盖，常在杀菌冷却时向罐内通入—定的压 缩空气来补充压力，以平衡罐内外压力，这部分补充压力称之为反压力。 杀菌锅内反压力的大小以使杀菌锅内总压力(蒸汽压力与补充压力之和)等于 或稍大于罐内压力与允许压力差 ΔP 允的差为好，即： P 锅＝P 锅蒸＋P 反 ≥ P2－ΔP 允 因而杀菌锅内应补允的空气压力 P 反为：P 反＝P2―P 锅蒸―ΔP 允 反压杀菌冷却时所补充的压缩空气应使杀菌锅内压力恒定．一直维持到 镀锡罐内压力降到 1 十 ΔP 允大气压，玻璃罐内压力降到常压时才可停止供给压 缩空气