超高壓食品加工設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

于林杰

（平度市職業(yè)教育中心學(xué)校崔召校區(qū)，山東平度 266700）

超高壓食品加工技術(shù)在當(dāng)前的食品加工行業(yè)廣泛應(yīng)用，其主要是通過(guò)一定形狀、規(guī)格對(duì)食品進(jìn)行包裝，然后在超高壓設(shè)備滅菌缸中，根據(jù)LeChatelier原理、帕斯卡原理，借助相應(yīng)的傳壓介質(zhì)，用超過(guò)100 MPa的壓力對(duì)食品進(jìn)行保壓，從而達(dá)到改善食品特性、殺菌滅酶的目的[1]。

1 超高壓食品加工設(shè)備的概述

超高壓食品加工設(shè)備主要是用超過(guò)100 MPa的壓力，靜壓處理食品，使食品中的蛋白質(zhì)變性、酶失活、微生物滅活，獲得好的食品改性、殺菌效果[2]。超高壓食品加工不會(huì)破壞食品的維生素、色素等，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失較少，在高附加值的水產(chǎn)品、活性成分高的食品、熱敏性食品中具有良好的優(yōu)勢(shì)。

就目前而言，市場(chǎng)上的超高壓食品加工設(shè)備大多是由高壓系統(tǒng)、加壓-卸壓系統(tǒng)構(gòu)成，在工作過(guò)程中加壓-卸壓系統(tǒng)可以經(jīng)過(guò)傳壓介質(zhì)，對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行升壓、降壓。高壓系統(tǒng)屬于超高壓食品加工設(shè)備滅菌缸的核心部分，一般情況下超高壓食品加工設(shè)備的滅菌缸工作壓力會(huì)保持在150～600 MPa，甚至有的滅菌缸工作壓力可以達(dá)到1 000 MPa，由于壓力要求比較大，使滅菌缸工作環(huán)境比較惡劣，其筒體應(yīng)力分布也十分復(fù)雜[3]。同時(shí)由于加壓-卸壓系統(tǒng)的頻繁運(yùn)作，會(huì)讓滅菌缸不停的承受荷載，在超高壓食品加工設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，要嚴(yán)格地控制材料選擇，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以此保證超高壓食品加工設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 超高壓食品加工設(shè)備的分類

2.1 從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

從結(jié)構(gòu)看，超高壓食品加工設(shè)備在運(yùn)作時(shí)，產(chǎn)生高壓的方法主要有兩種，一種是內(nèi)部直接加壓，另一種是外部間接加壓。其中內(nèi)部加壓可以分成一體式內(nèi)部加壓、分體式內(nèi)部加壓兩種情況[4]。在一體式內(nèi)部加壓中，增加活塞會(huì)在三位四通換向閥、油泵的作用下，與高壓缸蓋產(chǎn)生相互作用，從而對(duì)滅菌缸中的食品進(jìn)行處理，在一體式內(nèi)部加壓裝置中需要確保滅菌缸、高壓缸蓋、活塞等保持高度密封。在分體式內(nèi)部加壓裝置中，油液會(huì)從液壓泵中泵出，經(jīng)過(guò)換向閥，向增壓缸作用，而增壓缸與滅菌缸在一個(gè)承壓框架中，增壓缸推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)頂住滅菌缸，使滅菌缸能產(chǎn)生超高壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品加工處理。分體式內(nèi)部加壓裝置中需要確保滅菌缸與高壓缸蓋之間高壓密封。

對(duì)于外部間接加壓裝置，獨(dú)立設(shè)置有高壓容器、增壓缸，經(jīng)過(guò)三位四通換向閥與液壓泵的作用，傳壓介質(zhì)會(huì)進(jìn)入增壓缸，在活塞作用下，增壓缸又會(huì)將傳壓介質(zhì)壓進(jìn)超高壓滅菌缸中，達(dá)到對(duì)滅菌缸中食品進(jìn)行處理的目的。在外部間加壓裝置中，需要在滅菌缸與高壓端蓋間增加超高壓密封結(jié)構(gòu)。

2.2 從加工方式分類

超高壓食品加工設(shè)備從加工方式看，可以分成間歇式加工設(shè)備、半連續(xù)式加工設(shè)備、連續(xù)式加工設(shè)備等幾種情況[5]。

（1）間歇式加工設(shè)備。在當(dāng)前食品加工生產(chǎn)中，常用到的超高壓食品加工設(shè)備大多是間歇式加工。在運(yùn)作期間，油缸帶動(dòng)密封頭向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)油缸會(huì)帶著承壓框架、滅菌缸沿著相應(yīng)滑軌移動(dòng)，將滅菌缸口部漏出，放入包好的食品，然后滅菌缸沿著滑軌移動(dòng)到既定位置，在排除空氣后，由系統(tǒng)施加壓力，保持一段時(shí)間后進(jìn)行卸壓。最后油缸將滅菌缸、承壓框架推出，工作人員將滅菌缸中的食品取出。在間歇式加工裝置運(yùn)作期間，如果滅菌缸中殘留有空氣，并不會(huì)對(duì)殺菌效果、殺菌動(dòng)力帶來(lái)影響，只是會(huì)影響升壓時(shí)間。對(duì)于間歇式加工設(shè)備雖然能做到機(jī)械化操作，具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性及安全性，但是從整體加工情況看，裝料、加壓、卸料等環(huán)節(jié)需要投入大量的時(shí)間，并且能耗比較嚴(yán)重，會(huì)在一定程度上加大生產(chǎn)成本，所以在實(shí)踐中還需要注重對(duì)間歇式加工設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。

（2）半連續(xù)式加工設(shè)備。半連續(xù)式加工設(shè)備是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型超高壓食品加工裝置，其可以較好地改善以往間歇式加工設(shè)備存在的能耗、時(shí)間嚴(yán)重等問(wèn)題，有助于生產(chǎn)效率的提升。半連續(xù)式加工設(shè)備在超高壓滅菌設(shè)置上有兩組，每組的滅菌缸可以在左、右、中3個(gè)位置移動(dòng)，運(yùn)作過(guò)程中，在左滅菌缸進(jìn)行裝料，然后推至中滅菌缸，利用堵頭對(duì)滅菌缸的兩端進(jìn)行密封，空氣排盡后對(duì)滅菌缸升壓、保壓、卸壓，并且堵頭卸掉滅菌缸的密封，讓滅菌缸進(jìn)入到右位，將加工好的食品取出來(lái)。在生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備的兩組滅菌缸會(huì)同時(shí)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了半連續(xù)化的加工生產(chǎn)，在一定程度上降低了食品加工成本。

3 超高壓食品加工工藝及及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超高壓食品加工工藝

在超高壓食品加工中，需要先對(duì)原料開(kāi)展處理，不管是固體食品，還是液體食品，都需要利用包裝袋進(jìn)行軟包裝，然后泵入滅菌缸中，實(shí)施超高壓加工，接著將加壓處理的食品取出，對(duì)其進(jìn)行干燥處理，最后包裝形成成品[7]。

對(duì)于超高壓食品加工裝備，其主要由主機(jī)、壓力發(fā)生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其中主機(jī)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)中最重要的部分，主機(jī)結(jié)構(gòu)形式和加工處理的原料、系統(tǒng)壓力來(lái)源、原料處理方式等都有極大關(guān)聯(lián)。根據(jù)加工處理食品形態(tài)，可以分成開(kāi)啟式超高壓容器和封閉式超高壓容器兩種情況，同時(shí)根據(jù)液壓裝置與超高壓容器的連接形式看，可以分成整體式與分體式兩種情況。小型超高壓食品加工設(shè)備可以通過(guò)撬裝模塊結(jié)構(gòu)，將各個(gè)部分組裝在一起，單機(jī)實(shí)現(xiàn)加壓、參數(shù)控制，能達(dá)到數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理分析，具有結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝維護(hù)方便、投資小等優(yōu)勢(shì)。

3.2 超高壓食品加工設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前國(guó)外在超高壓食品加工設(shè)備技術(shù)發(fā)展上較快，已經(jīng)能做到專用型、通用型設(shè)備定型及批量生產(chǎn)，而我國(guó)在超高壓食品加工工藝、裝備技術(shù)等研究上還存在明顯的差距。要想自主研發(fā)成熟的超高壓食品加工設(shè)備，需要充分把握其關(guān)鍵技術(shù)[8]。

（1）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要有管道、超高壓泵、控制閥等形成。超高壓食品加工設(shè)備需要連續(xù)工作，各個(gè)部件都處于高壓反復(fù)沖擊下，容易出現(xiàn)故障、發(fā)熱、運(yùn)行效率低等情況，同時(shí)液壓系統(tǒng)的相關(guān)元件還會(huì)隨著設(shè)備本身體積增大而變大，加大了密封難度。在實(shí)踐中循環(huán)升降壓會(huì)造成卸壓閥因?yàn)槌邏阂毫鳑_擊，出現(xiàn)磨損嚴(yán)重、密封失效的情況，所以在超高壓卸壓組件上可以利用氣動(dòng)可控卸壓閥，形成多級(jí)卸壓組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)卸壓速率的控制，從而降低超高壓卸壓液流帶來(lái)的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的可靠程度。

（2）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的所有構(gòu)件運(yùn)作進(jìn)行控制，如換向閥、泵、壓力調(diào)節(jié)、超壓保護(hù)與預(yù)警等；還需要對(duì)操作時(shí)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸入、采集、顯示、記錄。在超高壓食品加工設(shè)備中，控制系統(tǒng)可以采取PLC主控制元件，其可以很好地提升系統(tǒng)可靠性，并且在更改控制功能時(shí)，只需要對(duì)控制程序進(jìn)行變更即可。控制系統(tǒng)的主控機(jī)為計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、報(bào)警等都可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊控制按鈕完成操作，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)模塊化編程方式。

3.3 超高壓食品加工設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

超高壓技術(shù)被稱作世界十大科技之一，其本身具有極強(qiáng)的科技水平及市場(chǎng)潛力，發(fā)展前景很好[9]。我國(guó)是從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究超高壓食品加工工藝，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在超高壓技術(shù)理論體系、技術(shù)開(kāi)發(fā)上獲得了不錯(cuò)的成效，但是從整體上看，

依舊存在一些不足。

（1）超高壓設(shè)備技術(shù)難度相對(duì)較高。超高壓食品加工設(shè)備不管是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，還是在材料選擇、運(yùn)行安全、壽命維持等方面都有很高的要求，這些問(wèn)題很難一次性解決。所以在今后的超高壓食品加工設(shè)備發(fā)展中，必須考慮提升設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性、可靠性，從而更好地發(fā)揮出超高壓食品加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

（2）超高壓加工過(guò)程比較復(fù)雜。在超高壓食品加工技術(shù)中，主要是通過(guò)超高壓處理食品中的細(xì)菌、病毒、芽孢等，不同的食品在處理參數(shù)上存在一定差異，有的食品對(duì)處理壓力、保壓時(shí)間具有較高要求，而當(dāng)前缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范超高壓食品加工指標(biāo)，會(huì)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)一定影響。所以在實(shí)踐中，還需要結(jié)合行業(yè)實(shí)際及食品類型，細(xì)化超高壓食品加工設(shè)備的最佳工藝參數(shù)。

（3）國(guó)外設(shè)備價(jià)格相對(duì)比較高。當(dāng)前我國(guó)在超高壓食品加工設(shè)備制造上，有一部分關(guān)鍵技術(shù)難以突破，而國(guó)外的設(shè)備相對(duì)比較高，生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)備引進(jìn)上需要花費(fèi)比較大的成本。所以在實(shí)踐中還需要進(jìn)一步加強(qiáng)壓力容器、食品工藝、液壓控制等方面的協(xié)作，開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)的超高壓食品加工設(shè)備。

4 結(jié)語(yǔ)

利用超高壓技術(shù)對(duì)食品進(jìn)行處理，可以較好地提升食品品質(zhì)，符合了綠色食品生產(chǎn)要求，滿足了人們對(duì)綠色食品的要求。超高壓食品加工設(shè)備是開(kāi)展超高壓食品加工技術(shù)的關(guān)鍵，在實(shí)踐中應(yīng)該充分了解超高壓食品加工設(shè)備的特點(diǎn)、分類，把握超高壓食品加工設(shè)備的現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)地應(yīng)用超高壓食品加工設(shè)備進(jìn)行食品加工，以此促進(jìn)食品加工行業(yè)的良好發(fā)展。