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超高压食品加工设备现状及发展趋势

来源:用户上传      作者:于林杰

摘 要:超高压食品加工技术与传统的热加工技术相比较,可以最大限度地保持食品中的氨基酸、维生素,较好地保存食品本身的营养价值。当前超高压食品加工技术已经在食品加工领域得到了十分广泛的应用,而超高压食品加工设备是超高压食品加工技术应用的关键,全面掌握超高压食品加工设备的特点、现状及发展趋势对超高压食品加工推进具有极大的帮助。基于此,本文对超高压食品加工设备现状及发展趋势进行分析,以期为相关人员提供参考。

关键词:超高压;食品加工;设备现状;发展趋势

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

超高压食品加工技术在当前的食品加工行业广泛应用,其主要是通过一定形状、规格对食品进行包装,然后在超高压设备灭菌缸中,根据LeChatelier原理、帕斯卡原理,借助相应的传压介质,用超过100 MPa的压力对食品进行保压,从而达到改善食品特性、杀菌灭酶的目的[1]。

1 超高压食品加工设备的概述

超高压食品加工设备主要是用超过100 MPa的压力,静压处理食品,使食品中的蛋白质变性、酶失活、微生物灭活,获得好的食品改性、杀菌效果[2]。超高压食品加工不会破坏食品的维生素、色素等,营养物质损失较少,在高附加值的水产品、活性成分高的食品、热敏性食品中具有良好的优势。

就目前而言,市场上的超高压食品加工设备大多是由高压系统、加压-卸压系统构成,在工作过程中加压-卸压系统可以经过传压介质,对高压系统进行升压、降压。高压系统属于超高压食品加工设备灭菌缸的核心部分,一般情况下超高压食品加工设备的灭菌缸工作压力会保持在150~600 MPa,甚至有的灭菌缸工作压力可以达到1 000 MPa,由于压力要求比较大,使灭菌缸工作环境比较恶劣,其筒体应力分布也十分复杂[3]。同时由于加压-卸压系统的频繁运作,会让灭菌缸不停的承受荷载,在超高压食品加工设备设计生产时,要严格地控制材料选择,优化结构设计,以此保证超高压食品加工设备的稳定运行。

2 超高壓食品加工设备的分类

2.1 从结构特点分类

从结构看,超高压食品加工设备在运作时,产生高压的方法主要有两种,一种是内部直接加压,另一种是外部间接加压。其中内部加压可以分成一体式内部加压、分体式内部加压两种情况[4]。在一体式内部加压中,增加活塞会在三位四通换向阀、油泵的作用下,与高压缸盖产生相互作用,从而对灭菌缸中的食品进行处理,在一体式内部加压装置中需要确保灭菌缸、高压缸盖、活塞等保持高度密封。在分体式内部加压装置中,油液会从液压泵中泵出,经过换向阀,向增压缸作用,而增压缸与灭菌缸在一个承压框架中,增压缸推动活塞运动过程中会顶住灭菌缸,使灭菌缸能产生超高压,实现对食品加工处理。分体式内部加压装置中需要确保灭菌缸与高压缸盖之间高压密封。

对于外部间接加压装置,独立设置有高压容器、增压缸,经过三位四通换向阀与液压泵的作用,传压介质会进入增压缸,在活塞作用下,增压缸又会将传压介质压进超高压灭菌缸中,达到对灭菌缸中食品进行处理的目的。在外部间加压装置中,需要在灭菌缸与高压端盖间增加超高压密封结构。

2.2 从加工方式分类

超高压食品加工设备从加工方式看,可以分成间歇式加工设备、半连续式加工设备、连续式加工设备等几种情况[5]。

(1)间歇式加工设备。在当前食品加工生产中,常用到的超高压食品加工设备大多是间歇式加工。在运作期间,油缸带动密封头向上运动,同时油缸会带着承压框架、灭菌缸沿着相应滑轨移动,将灭菌缸口部漏出,放入包好的食品,然后灭菌缸沿着滑轨移动到既定位置,在排除空气后,由系统施加压力,保持一段时间后进行卸压。最后油缸将灭菌缸、承压框架推出,工作人员将灭菌缸中的食品取出。在间歇式加工装置运作期间,如果灭菌缸中残留有空气,并不会对杀菌效果、杀菌动力带来影响,只是会影响升压时间。对于间歇式加工设备虽然能做到机械化操作,具有不错的稳定性及安全性,但是从整体加工情况看,装料、加压、卸料等环节需要投入大量的时间,并且能耗比较严重,会在一定程度上加大生产成本,所以在实践中还需要注重对间歇式加工设备进行优化。

(2)半连续式加工设备。半连续式加工设备是近几年发展起来的一种新型超高压食品加工装置,其可以较好地改善以往间歇式加工设备存在的能耗、时间严重等问题,有助于生产效率的提升。半连续式加工设备在超高压灭菌设置上有两组,每组的灭菌缸可以在左、右、中3个位置移动,运作过程中,在左灭菌缸进行装料,然后推至中灭菌缸,利用堵头对灭菌缸的两端进行密封,空气排尽后对灭菌缸升压、保压、卸压,并且堵头卸掉灭菌缸的密封,让灭菌缸进入到右位,将加工好的食品取出来。在生产过程中,设备的两组灭菌缸会同时运作,实现了半连续化的加工生产,在一定程度上降低了食品加工成本。

3 超高压食品加工工艺及及关键技术

3.1 超高压食品加工工艺

在超高压食品加工中,需要先对原料开展处理,不管是固体食品,还是液体食品,都需要利用包装袋进行软包装,然后泵入灭菌缸中,实施超高压加工,接着将加压处理的食品取出,对其进行干燥处理,最后包装形成成品[7]。

对于超高压食品加工装备,其主要由主机、压力发生系统、控制系统等组成。其中主机结构是系统中最重要的部分,主机结构形式和加工处理的原料、系统压力来源、原料处理方式等都有极大关联。根据加工处理食品形态,可以分成开启式超高压容器和封闭式超高压容器两种情况,同时根据液压装置与超高压容器的连接形式看,可以分成整体式与分体式两种情况。小型超高压食品加工设备可以通过撬装模块结构,将各个部分组装在一起,单机实现加压、参数控制,能达到数据自动采集、处理分析,具有结构紧凑,拆装维护方便、投资小等优势。

3.2 超高压食品加工设备关键技术

当前国外在超高压食品加工设备技术发展上较快,已经能做到专用型、通用型设备定型及批量生产,而我国在超高压食品加工工艺、装备技术等研究上还存在明显的差距。要想自主研发成熟的超高压食品加工设备,需要充分把握其关键技术[8]。

(1)液压系統。液压系统主要有管道、超高压泵、控制阀等形成。超高压食品加工设备需要连续工作,各个部件都处于高压反复冲击下,容易出现故障、发热、运行效率低等情况,同时液压系统的相关元件还会随着设备本身体积增大而变大,加大了密封难度。在实践中循环升降压会造成卸压阀因为超高压液流冲击,出现磨损严重、密封失效的情况,所以在超高压卸压组件上可以利用气动可控卸压阀,形成多级卸压组合,实现对卸压速率的控制,从而降低超高压卸压液流带来的冲击,延长设备的使用寿命,提高设备的可靠程度。

(2)控制系统。控制系统需要对系统内部的所有构件运作进行控制,如换向阀、泵、压力调节、超压保护与预警等;还需要对操作时的数据信息进行输入、采集、显示、记录。在超高压食品加工设备中,控制系统可以采取PLC主控制元件,其可以很好地提升系统可靠性,并且在更改控制功能时,只需要对控制程序进行变更即可。控制系统的主控机为计算机,系统启动、运转、报警等都可以通过鼠标点击控制按钮完成操作,系统的数据采集是通过模块化编程方式。

3.3 超高压食品加工设备现状及发展趋势

超高压技术被称作世界十大科技之一,其本身具有极强的科技水平及市场潜力,发展前景很好[9]。我国是从20世纪70年代开始研究超高压食品加工工艺,经过多年的发展,我国在超高压技术理论体系、技术开发上获得了不错的成效,但是从整体上看,依旧存在一些不足。

(1)超高压设备技术难度相对较高。超高压食品加工设备不管是在结构设计上,还是在材料选择、运行安全、寿命维持等方面都有很高的要求,这些问题很难一次性解决。所以在今后的超高压食品加工设备发展中,必须考虑提升设备的运行稳定性、安全性、可靠性,从而更好地发挥出超高压食品加工技术的优势。

(2)超高压加工过程比较复杂。在超高压食品加工技术中,主要是通过超高压处理食品中的细菌、病毒、芽孢等,不同的食品在处理参数上存在一定差异,有的食品对处理压力、保压时间具有较高要求,而当前缺乏相关标准规范超高压食品加工指标,会对实际生产带来一定影响。所以在实践中,还需要结合行业实际及食品类型,细化超高压食品加工设备的最佳工艺参数。

(3)国外设备价格相对比较高。当前我国在超高压食品加工设备制造上,有一部分关键技术难以突破,而国外的设备相对比较高,生产企业在设备引进上需要花费比较大的成本。所以在实践中还需要进一步加强压力容器、食品工艺、液压控制等方面的协作,开发具有独立自主产权的超高压食品加工设备。

4 结语

利用超高压技术对食品进行处理,可以较好地提升食品品质,符合了绿色食品生产要求,满足了人们对绿色食品的要求。超高压食品加工设备是开展超高压食品加工技术的关键,在实践中应该充分了解超高压食品加工设备的特点、分类,把握超高压食品加工设备的现状、未来发展趋势,科学地应用超高压食品加工设备进行食品加工,以此促进食品加工行业的良好发展。

参考文献

[1]彭荣梅.食品工艺设备清洗技术的现状和发展研究[J].清洗世界,2020(7):13-14.

[2]于萍.食品工艺设备清洗技术的现状和发展分析[J].现代食品,2019(16):97-98.

[3]周炜,印伯星,杨仁琴,等.乳品加工中超高压技术对乳品质量的影响及其应用前景分析[J].粮食流通技术,2019(13):94-96.

[4]罗利川,吕戈亮,贾培起.超高压加工设备安全的冗余设计[J].山东工业技术,2020(3):123-129.

[5]赵晗宇,张志祥,宣晓婷,等.超高压对食品品质与特性的影响及研究进展[J].食品研究与开发,2018(10):217-222.

[6]周丽媛,唐晓珍,李宁阳,等.物理改性技术在食品加工副产物综合利用中的应用[J].中国调味品,2019(10):184-187,192.

[7]马亚琴,贾蒙,成传香,等.超高压诱导食品中微生物失活的研究进展[J].食品与发酵工业,2019(45):268-275.

[8]周一鸣,刘倩,周小理,等.超高压对食品蛋白质结构性质影响的研究进展[J].食品工业,2018(7):290-293.

[9]曹妍妍,杨傅佳,吴靖娜,等.超高压技术在水产品贮藏加工应用中的研究进展[J].食品安全质量检测学报,2019(18):171-176.


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