開拓食品制造技術(shù)設(shè)備的智能綠色之路

文/本刊記者 盛玲

〉 SLZ-30榨油機(jī)

我國(guó)食品產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)連續(xù)快速發(fā)展，已成為全球最大食品產(chǎn)業(yè)。然而，隨著勞動(dòng)力成本的上升、資源的短缺，食品產(chǎn)業(yè)的增幅放緩，亟需尋求新的增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)革命正逐步進(jìn)入4.0時(shí)代，而裝備一直是我國(guó)食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板，其主要問(wèn)題在于優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性保障的理論基礎(chǔ)研究不足、工程化裝備自主創(chuàng)新能力缺乏、裝備質(zhì)量穩(wěn)定性與智能化控制程度差距明顯等。

“食品工程化、智能化、綠色制造技術(shù)裝備”項(xiàng)目組（以下簡(jiǎn)稱項(xiàng)目組），以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)深層次食品綠色制造、智能制造為攻關(guān)目標(biāo)，以新型高效食品加工裝備突破為核心，以連續(xù)化、數(shù)字化、智能化裝備開發(fā)為支撐，攻關(guān)研制了一批我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的食品智能裝備，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)食品自動(dòng)化、連續(xù)化、智能化、工程化制造提供了裝備支撐，極大的推動(dòng)了我國(guó)食品裝備制造業(yè)的跨越發(fā)展。

提質(zhì)增效：實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的“中國(guó)制造”

項(xiàng)目組根據(jù)高效低碳、智能綠色、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想和指南的任務(wù)進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，緊緊圍繞工程化、信息化、智能化的技術(shù)裝備為中心，以一個(gè)食品加工裝備設(shè)計(jì)優(yōu)化和虛擬裝配一體化平臺(tái)為主線，以高能耗的殺菌、提取、冷凍、粉碎、擠壓等5個(gè)食品基本操作單元的關(guān)鍵裝備開發(fā)為核心，突破了溫度、壓力、電場(chǎng)、聲場(chǎng)單獨(dú)或復(fù)合對(duì)微生物致死的機(jī)理機(jī)制。

創(chuàng)制了150L超高壓智能擠壓裝備樣機(jī)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。靜壓式擠壓作為重要的非熱加工技術(shù)之一，發(fā)展迅速，國(guó)外同類裝備價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高，國(guó)內(nèi)尚處于空白。該專項(xiàng)采用特殊耐高壓、耐鹽腐蝕倉(cāng)體材料，特有防沙設(shè)計(jì)，結(jié)合液晶智能控制系統(tǒng)，對(duì)靜壓式擠壓裝備的高壓倉(cāng)、裝載、防腐蝕、控溫、降噪、防沙控制系統(tǒng)、智能化操作系統(tǒng)及其關(guān)鍵組件進(jìn)行開發(fā)，成功試制出靜壓式擠壓裝備樣機(jī)1套，完成整機(jī)調(diào)試和蝦貝脫殼中試，高壓倉(cāng)容量150升，最大壓力450兆帕，日加工量10-12噸。該裝備將在寧波本地蝦貝加工企業(yè)中開展產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用，提高蝦貝脫殼、加工、新產(chǎn)品開發(fā)能力，替代進(jìn)口設(shè)備，推動(dòng)?xùn)|海蝦貝產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的射頻殺蟲殺菌裝備，解決了低水分物料殺菌難的問(wèn)題。針對(duì)糧食倉(cāng)儲(chǔ)和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中使用熏蒸劑殺菌除蟲產(chǎn)生的3R（抗性Resistance、藥劑殘留Residue、再增猖撅ResUrgence）問(wèn)題、食品安全問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題，以及低水分固體粉末食品殺菌難的問(wèn)題。該專項(xiàng)研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能化連續(xù)射頻殺蟲殺菌高效處理設(shè)備，裝備處理量達(dá)1000 千克/時(shí)，輸出功率達(dá)15 千瓦，電場(chǎng)及溫度分布均勻；開發(fā)了大宗農(nóng)產(chǎn)品射頻場(chǎng)殺菌除蟲關(guān)鍵技術(shù)，建立了針對(duì)白蕓豆射頻殺蟲殺菌工藝3個(gè)，殺滅蟲、卵效率達(dá)95%，已在無(wú)錫華康生物科技有限公司建立了500噸/年的淀粉阻斷劑生產(chǎn)車間。以本技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品活力是目前本產(chǎn)品處于壟斷地位的美國(guó)斐姿II（phase 2） 產(chǎn)品10倍以上，成本只有其1/10，引領(lǐng)了行業(yè)發(fā)展。

研發(fā)了真空低溫調(diào)味設(shè)備與高阻隔EVOH罐封口機(jī)，有效保持了食品特征風(fēng)味。針對(duì)食品熱處理環(huán)節(jié)風(fēng)味物質(zhì)破壞嚴(yán)重、貯藏期間風(fēng)味物質(zhì)容易散失等問(wèn)題，該專項(xiàng)創(chuàng)建了“真空低溫-減菌化處理-高效柔性殺菌”新型加工技術(shù)，開發(fā)并配套了真空低溫調(diào)味釜等專用加工設(shè)備，制定了生產(chǎn)線組建技術(shù)方案，降低了熱處理加工過(guò)程中食品風(fēng)味物質(zhì)的損失；研制了高阻隔EVOH復(fù)合罐包裝機(jī)等專用設(shè)備，創(chuàng)制了3類新產(chǎn)品，提高了貯藏期間風(fēng)味物質(zhì)的保持。

此外，通過(guò)擠壓螺桿柔性組合與壓力-溫度分段控制技術(shù)，顯著提高了國(guó)產(chǎn)擠壓機(jī)的加工適應(yīng)能力，同一擠壓機(jī)可分別適應(yīng)速煮面條、方便米線和配合營(yíng)養(yǎng)米等重組主食類產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)模式；同時(shí)發(fā)展了熱滲透處理和等離子表面噴涂技術(shù)，使擠壓機(jī)關(guān)鍵部件的使用壽命由6000小時(shí)延長(zhǎng)至12000小時(shí)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

目前，項(xiàng)目組已制訂了包括調(diào)理式殺菌釜行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，發(fā)表論文49篇，申請(qǐng)專利85件，開發(fā)了聲熱復(fù)合殺菌、超高壓密封和溫壓協(xié)同、模塊化擠壓等4項(xiàng)新技術(shù)、2項(xiàng)新裝置和醬牛肉中式低酸食品等19項(xiàng)新產(chǎn)品。

克服困難：理論技術(shù)裝備一體化突破

“自項(xiàng)目立項(xiàng)以來(lái)，整個(gè)研究過(guò)程都是由我們團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)協(xié)作，定期研討，不斷嘗試與改進(jìn)，踐行一體化實(shí)施策略，大團(tuán)隊(duì)協(xié)作的碰撞和新思維閃光都讓人記憶深刻。但是，說(shuō)到感受最深的一點(diǎn)，還在于我們從事的研究本身。”項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人劉冬紅對(duì)記者說(shuō)，“眾所周知，我國(guó)現(xiàn)階段食品加工的核心裝備與技術(shù)主要依賴國(guó)外進(jìn)口，無(wú)形之中增加了生產(chǎn)成本，并且在很多方面遭受技術(shù)制約和裝備瓶頸，從而極大地限制了我國(guó)食品加工業(yè)的發(fā)展。而作為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃‘現(xiàn)代食品加工及糧食收儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)與裝備’重點(diǎn)專項(xiàng)第一批項(xiàng)目中唯一的裝備項(xiàng)目，責(zé)任重，難度大?！?/p>

嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)在于裝備研發(fā)項(xiàng)目，尤其是項(xiàng)目?jī)?nèi)容涉及的部分裝備是原創(chuàng)性突破，必須是理論、技術(shù)和裝備一體化突破才能使裝備水平有質(zhì)的飛躍和提高。

〉 60L臥式超高壓中試設(shè)備

〉 高壓射流超微粉碎設(shè)備

劉冬紅說(shuō)：“我們感到最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)在于適應(yīng)國(guó)內(nèi)缺乏基礎(chǔ)研究、理論創(chuàng)新以及理論與工藝和裝備之間的橋梁連接，為此團(tuán)隊(duì)不斷磨合，尤其是和企業(yè)及各相關(guān)學(xué)科之間相互協(xié)作，希望基于我們的實(shí)踐能夠摸索出一條從理論到技術(shù)再到裝備的創(chuàng)新之路，如目前在新型殺菌技術(shù)研究方面，我們首先基于機(jī)理機(jī)制的研究，然后再到量效關(guān)系，最后再進(jìn)行全程全場(chǎng)的模擬設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行裝備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和開發(fā)，這樣設(shè)計(jì)開發(fā)的設(shè)備可靠性、效能更高。不是抄制的設(shè)備，而是融合了優(yōu)化技術(shù)在內(nèi)的裝備。”

效益明顯：推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)多樣化高效化發(fā)展

我國(guó)已進(jìn)入全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期。同時(shí)，也處在大健康國(guó)家戰(zhàn)略的背景下，項(xiàng)目組成果突破食品裝備技術(shù)的瓶頸，可顯著增加食品市場(chǎng)供應(yīng)產(chǎn)品的種類，提升精深加工產(chǎn)品比例，促進(jìn)食品產(chǎn)品向多元、優(yōu)質(zhì)、功能化方向發(fā)展，有效保障食品加工的質(zhì)量與高效率，提升食品品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)和老百姓的日常生活都會(huì)有很好的提升。如新型殺菌技術(shù)裝備的研發(fā)，使得高品質(zhì)安全食品進(jìn)入餐桌，如近年來(lái)大量NFC果汁就是非熱（超高壓）技術(shù)裝備應(yīng)用的結(jié)果；殺菌食品是安全無(wú)防腐劑添加的食品，而熱或者過(guò)熱會(huì)對(duì)殺菌食品風(fēng)味產(chǎn)生較大影響，解決熱殺菌精準(zhǔn)控制和非熱殺菌技術(shù)裝備可使包裝食品品質(zhì)更高更安全；又如新型擠壓裝備的研發(fā)使得重組谷物早餐食品等快速進(jìn)入市場(chǎng)，增加了食品的品系和便捷性。

〉 智能型風(fēng)機(jī)式蒸汽殺菌釜

〉 雙螺桿膨化機(jī)

項(xiàng)目產(chǎn)生的成果將實(shí)現(xiàn)工程化智能化新型食品加工技術(shù)裝備研究的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推廣后將直接降低勞動(dòng)力成本，提高食品產(chǎn)業(yè)的整體效益和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。項(xiàng)目開發(fā)的新型智能化裝備將加快我國(guó)食品加工裝備的規(guī)?；途C合技術(shù)水平的發(fā)展，替代進(jìn)口，將帶來(lái)新的果蔬加工制品、功能多肽營(yíng)養(yǎng)制品、擠壓膨化休閑食品等相關(guān)食品品系，同時(shí)將整體提升生產(chǎn)效率20%以上。以目前殺菌、非熱加工、擠壓、壓榨和粉碎所對(duì)應(yīng)的罐頭、飲料、果蔬、油脂、休閑食品等食品產(chǎn)業(yè)，10%整體規(guī)模整體應(yīng)用可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益300億元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

項(xiàng)目的成功實(shí)施還將培育和增強(qiáng)新型殺菌、非熱加工、擠壓膨化、微細(xì)化加工等行業(yè)企業(yè)自主研發(fā)能力，構(gòu)建企業(yè)專業(yè)人才體系，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力，有效增強(qiáng)整體產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力；同時(shí)項(xiàng)目的成果推廣除帶動(dòng)食品裝備行業(yè)的發(fā)展外，還將帶動(dòng)果蔬、糧食、油脂、傳統(tǒng)食品等產(chǎn)業(yè)及相關(guān)上下游關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有利于種植業(yè)、物流運(yùn)輸、電子商務(wù)和零售業(yè)等產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整及一二三產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)就業(yè)，輻射區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有助于解決“三農(nóng)”問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益。

本項(xiàng)目成果中的新型技術(shù)裝備將實(shí)現(xiàn)“低能耗”、“低成本”和“高品質(zhì)”的食品加工，能耗減少15%以上。例如，新開發(fā)的超高壓加工技術(shù)屬于低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)，可明顯減輕原料廢棄物堆積造成的污染，改善工人的工作環(huán)境，并減少污水的排放量，每噸產(chǎn)品能量消耗與水消耗分別只有傳統(tǒng)熱加工的15%和50%左右；新型殺菌技術(shù)裝備對(duì)精準(zhǔn)殺菌和品質(zhì)維持的同步控制，有效提高殺菌食品品質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)維持在90%以上；高效傳熱傳質(zhì)技術(shù)的研發(fā)，可有效提高功能性成分提取效率，提高資源綜合利用效率，每年可節(jié)約能源100億元。項(xiàng)目的全面實(shí)施將有利于合理利用資源，維護(hù)生態(tài)平衡，有效減少環(huán)境污染物的排放，構(gòu)建食品產(chǎn)業(yè)立體循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系，實(shí)現(xiàn)食品加工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，通過(guò)工程化智能化食品加工技術(shù)與裝備的研究和創(chuàng)制，將合理優(yōu)化食品加工產(chǎn)業(yè)的能源損耗、資源高效利用和污染物排放，生態(tài)效益明顯。