超高壓食品加工設備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

于林杰

摘 要：超高壓食品加工技術與傳統(tǒng)的熱加工技術相比較，可以最大限度地保持食品中的氨基酸、維生素，較好地保存食品本身的營養(yǎng)價值。當前超高壓食品加工技術已經(jīng)在食品加工領域得到了十分廣泛的應用，而超高壓食品加工設備是超高壓食品加工技術應用的關鍵，全面掌握超高壓食品加工設備的特點、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢對超高壓食品加工推進具有極大的幫助?；诖耍疚膶Τ邏菏称芳庸ぴO備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行分析，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：超高壓;食品加工;設備現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

Current Status and Development Trend of Ultra-High Pressure Food Processing Equipment

YU Linjie

（Cuizhao Campus of Pingdu Vocational Education Center School， Pingdu 266700， China）

Abstract： Compared with the traditional thermal processing technology， the ultra-high pressure food processing technology can maximize the amino acids and vitamins in the food， and can well maintain the nutritional value of the food itself.Current super high pressure food processing technology has been very widely used in the field of food processing， and super high pressure food processing equipment is the key to super high pressure food processing technology application， fully grasp the characteristics of super high pressure food processing equipment， the current situation and development trend for super high pressure food processing has great help， the following analysis.

Keywords： ultra-high pressure; food processing; current status of equipment; development trend

超高壓食品加工技術在當前的食品加工行業(yè)廣泛應用，其主要是通過一定形狀、規(guī)格對食品進行包裝，然后在超高壓設備滅菌缸中，根據(jù)LeChatelier原理、帕斯卡原理，借助相應的傳壓介質(zhì)，用超過100 MPa的壓力對食品進行保壓，從而達到改善食品特性、殺菌滅酶的目的[1]。

1 超高壓食品加工設備的概述

超高壓食品加工設備主要是用超過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破壞食品的維生素、色素等，營養(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。

就目前而言，市場上的超高壓食品加工設備大多是由高壓系統(tǒng)、加壓-卸壓系統(tǒng)構(gòu)成，在工作過程中加壓-卸壓系統(tǒng)可以經(jīng)過傳壓介質(zhì)，對高壓系統(tǒng)進行升壓、降壓。高壓系統(tǒng)屬于超高壓食品加工設備滅菌缸的核心部分，一般情況下超高壓食品加工設備的滅菌缸工作壓力會保持在150～600 MPa，甚至有的滅菌缸工作壓力可以達到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，其筒體應力分布也十分復雜[3]。同時由于加壓-卸壓系統(tǒng)的頻繁運作，會讓滅菌缸不停的承受荷載，在超高壓食品加工設備設計生產(chǎn)時，要嚴格地控制材料選擇，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，以此保證超高壓食品加工設備的穩(wěn)定運行。

2 超高壓食品加工設備的分類

2.1 從結(jié)構(gòu)特點分類

從結(jié)構(gòu)看，超高壓食品加工設備在運作時，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，從而對滅菌缸中的食品進行處理，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，油液會從液壓泵中泵出，經(jīng)過換向閥，向增壓缸作用，而增壓缸與滅菌缸在一個承壓框架中，增壓缸推動活塞運動過程中會頂住滅菌缸，使滅菌缸能產(chǎn)生超高壓，實現(xiàn)對食品加工處理。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。

對于外部間接加壓裝置，獨立設置有高壓容器、增壓缸，經(jīng)過三位四通換向閥與液壓泵的作用，傳壓介質(zhì)會進入增壓缸，在活塞作用下，增壓缸又會將傳壓介質(zhì)壓進超高壓滅菌缸中，達到對滅菌缸中食品進行處理的目的。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

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

（1）間歇式加工設備。在當前食品加工生產(chǎn)中，常用到的超高壓食品加工設備大多是間歇式加工。在運作期間，油缸帶動密封頭向上運動，同時油缸會帶著承壓框架、滅菌缸沿著相應滑軌移動，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到既定位置，在排除空氣后，由系統(tǒng)施加壓力，保持一段時間后進行卸壓。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作期間，如果滅菌缸中殘留有空氣，并不會對殺菌效果、殺菌動力帶來影響，只是會影響升壓時間。對于間歇式加工設備雖然能做到機械化操作，具有不錯的穩(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)需要投入大量的時間，并且能耗比較嚴重，會在一定程度上加大生產(chǎn)成本，所以在實踐中還需要注重對間歇式加工設備進行優(yōu)化。

（2）半連續(xù)式加工設備。半連續(xù)式加工設備是近幾年發(fā)展起來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備存在的能耗、時間嚴重等問題，有助于生產(chǎn)效率的提升。半連續(xù)式加工設備在超高壓滅菌設置上有兩組，每組的滅菌缸可以在左、右、中3個位置移動，運作過程中，在左滅菌缸進行裝料，然后推至中滅菌缸，利用堵頭對滅菌缸的兩端進行密封，空氣排盡后對滅菌缸升壓、保壓、卸壓，并且堵頭卸掉滅菌缸的密封，讓滅菌缸進入到右位，將加工好的食品取出來。在生產(chǎn)過程中，設備的兩組滅菌缸會同時運作，實現(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鍵技術

3.1 超高壓食品加工工藝

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

對于超高壓食品加工裝備，其主要由主機、壓力發(fā)生系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其中主機結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)中最重要的部分，主機結(jié)構(gòu)形式和加工處理的原料、系統(tǒng)壓力來源、原料處理方式等都有極大關聯(lián)。根據(jù)加工處理食品形態(tài)，可以分成開啟式超高壓容器和封閉式超高壓容器兩種情況，同時根據(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備可以通過撬裝模塊結(jié)構(gòu)，將各個部分組裝在一起，單機實現(xiàn)加壓、參數(shù)控制，能達到數(shù)據(jù)自動采集、處理分析，具有結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝維護方便、投資小等優(yōu)勢。

3.2 超高壓食品加工設備關鍵技術

當前國外在超高壓食品加工設備技術發(fā)展上較快，已經(jīng)能做到專用型、通用型設備定型及批量生產(chǎn)，而我國在超高壓食品加工工藝、裝備技術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備，需要充分把握其關鍵技術[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。超高壓食品加工設備需要連續(xù)工作，各個部件都處于高壓反復沖擊下，容易出現(xiàn)故障、發(fā)熱、運行效率低等情況，同時液壓系統(tǒng)的相關元件還會隨著設備本身體積增大而變大，加大了密封難度。在實踐中循環(huán)升降壓會造成卸壓閥因為超高壓液流沖擊，出現(xiàn)磨損嚴重、密封失效的情況，所以在超高壓卸壓組件上可以利用氣動可控卸壓閥，形成多級卸壓組合，實現(xiàn)對卸壓速率的控制，從而降低超高壓卸壓液流帶來的沖擊，延長設備的使用壽命，提高設備的可靠程度。

（2）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)需要對系統(tǒng)內(nèi)部的所有構(gòu)件運作進行控制，如換向閥、泵、壓力調(diào)節(jié)、超壓保護與預警等;還需要對操作時的數(shù)據(jù)信息進行輸入、采集、顯示、記錄。在超高壓食品加工設備中，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，只需要對控制程序進行變更即可?？刂葡到y(tǒng)的主控機為計算機，系統(tǒng)啟動、運轉(zhuǎn)、報警等都可以通過鼠標點擊控制按鈕完成操作，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是通過模塊化編程方式。

3.3 超高壓食品加工設備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

超高壓技術被稱作世界十大科技之一，其本身具有極強的科技水平及市場潛力，發(fā)展前景很好[9]。我國是從20世紀70年代開始研究超高壓食品加工工藝，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在超高壓技術理論體系、技術開發(fā)上獲得了不錯的成效，但是從整體上看，依舊存在一些不足。

（1）超高壓設備技術難度相對較高。超高壓食品加工設備不管是在結(jié)構(gòu)設計上，還是在材料選擇、運行安全、壽命維持等方面都有很高的要求，這些問題很難一次性解決。所以在今后的超高壓食品加工設備發(fā)展中，必須考慮提升設備的運行穩(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的優(yōu)勢。

（2）超高壓加工過程比較復雜。在超高壓食品加工技術中，主要是通過超高壓處理食品中的細菌、病毒、芽孢等，不同的食品在處理參數(shù)上存在一定差異，有的食品對處理壓力、保壓時間具有較高要求，而當前缺乏相關標準規(guī)范超高壓食品加工指標，會對實際生產(chǎn)帶來一定影響。所以在實踐中，還需要結(jié)合行業(yè)實際及食品類型，細化超高壓食品加工設備的最佳工藝參數(shù)。

（3）國外設備價格相對比較高。當前我國在超高壓食品加工設備制造上，有一部分關鍵技術難以突破，而國外的設備相對比較高，生產(chǎn)企業(yè)在設備引進上需要花費比較大的成本。所以在實踐中還需要進一步加強壓力容器、食品工藝、液壓控制等方面的協(xié)作，開發(fā)具有獨立自主產(chǎn)權的超高壓食品加工設備。

4 結(jié)語

利用超高壓技術對食品進行處理，可以較好地提升食品品質(zhì)，符合了綠色食品生產(chǎn)要求，滿足了人們對綠色食品的要求。超高壓食品加工設備是開展超高壓食品加工技術的關鍵，在實踐中應該充分了解超高壓食品加工設備的特點、分類，把握超高壓食品加工設備的現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢，科學地應用超高壓食品加工設備進行食品加工，以此促進食品加工行業(yè)的良好發(fā)展。

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