于林杰

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

摘 要：超高壓食品加工技術(shù)與傳統的熱加工技術(shù)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(yíng)養價(jià)值。當前超高壓食品加工技術(shù)已經(jīng)在食品加工領(lǐng)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(shù)應用的關(guān)鍵，全面掌握超高壓食品加工設備的特點(diǎn)、現狀及發(fā)展趨勢對超高壓食品加工推進(jìn)具有極大的幫助?；诖?，本文對超高壓食品加工設備現狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：超高壓;食品加工;設備現狀;發(fā)展趨勢

超高壓食品加工技術(shù)在當前的食品加工行業(yè)廣泛應用，其主要是通過(guò)一定形狀、規格對食品進(jìn)行包裝，然后在超高壓設備滅菌缸中，根據LeChatelier原理、帕斯卡原理，借助相應的傳壓介質(zhì)，用超過(guò)100 MPa的壓力對食品進(jìn)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(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(chǎng)上的超高壓食品加工設備大多是由高壓系統、加壓-卸壓系統構成，在工作過(guò)程中加壓-卸壓系統可以經(jīng)過(guò)傳壓介質(zhì)，對高壓系統進(jìn)行升壓、降壓。高壓系統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(huì )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(shí)由于加壓-卸壓系統的頻繁運作，會(huì )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(shí)，要嚴格地控制材料選擇，優(yōu)化結構設計，以此保證超高壓食品加工設備的穩定運行。

2 超高壓食品加工設備的分類(lèi)

2.1 從結構特點(diǎn)分類(lèi)

從結構看，超高壓食品加工設備在運作時(shí)，產(chǎn)生高壓的方法主要有兩種，一種是內部直接加壓，另一種是外部間接加壓。其中內部加壓可以分成一體式內部加壓、分體式內部加壓兩種情況[4]。在一體式內部加壓中，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，從而對滅菌缸中的食品進(jìn)行處理，在一體式內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)現對食品加工處理。分體式內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(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，達到對滅菌缸中食品進(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構。

2.2 從加工方式分類(lèi)

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、半連續式加工設備、連續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(dòng)密封頭向上運動(dòng)，同時(shí)油缸會(huì )帶著(zhù)承壓框架、滅菌缸沿著(zhù)相應滑軌移動(dòng)，將滅菌缸口部漏出，放入包好的食品，然后滅菌缸沿著(zhù)滑軌移動(dòng)到既定位置，在排除空氣后，由系統施加壓力，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作期間，如果滅菌缸中殘留有空氣，并不會(huì )對殺菌效果、殺菌動(dòng)力帶來(lái)影響，只是會(huì )影響升壓時(shí)間。對于間歇式加工設備雖然能做到機械化操作，具有不錯的穩定性及安全性，但是從整體加工情況看，裝料、加壓、卸料等環(huán)節需要投入大量的時(shí)間，并且能耗比較嚴重，會(huì )在一定程度上加大生產(chǎn)成本，所以在實(shí)踐中還需要注重對間歇式加工設備進(jìn)行優(yōu)化。

(2)半連續式加工設備。半連續式加工設備是近幾年發(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備存在的能耗、時(shí)間嚴重等問(wèn)題，有助于生產(chǎn)效率的提升。半連續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(gè)位置移動(dòng)，運作過(guò)程中，在左滅菌缸進(jìn)行裝料，然后推至中滅菌缸，利用堵頭對滅菌缸的兩端進(jìn)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(jìn)入到右位，將加工好的食品取出來(lái)。在生產(chǎn)過(guò)程中，設備的兩組滅菌缸會(huì )同時(shí)運作，實(shí)現了半連續化的加工生產(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(zhù)將加壓處理的食品取出，對其進(jìn)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、控制系統等組成。其中主機結構是系統中最重要的部分，主機結構形式和加工處理的原料、系統壓力來(lái)源、原料處理方式等都有極大關(guān)聯(lián)。根據加工處理食品形態(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(guò)撬裝模塊結構，將各個(gè)部分組裝在一起，單機實(shí)現加壓、參數控制，能達到數據自動(dòng)采集、處理分析，具有結構緊湊，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(guān)鍵技術(shù)

當前國外在超高壓食品加工設備技術(shù)發(fā)展上較快，已經(jīng)能做到專(zhuān)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(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備，需要充分把握其關(guān)鍵技術(shù)[8]。

(1)液壓系統。液壓系統主要有管道、超高壓泵、控制閥等形成。超高壓食品加工設備需要連續工作，各個(gè)部件都處于高壓反復沖擊下，容易出現故障、發(fā)熱、運行效率低等情況，同時(shí)液壓系統的相關(guān)元件還會(huì )隨著(zhù)設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 )造成卸壓閥因為超高壓液流沖擊，出現磨損嚴重、密封失效的情況，所以在超高壓卸壓組件上可以利用氣動(dòng)可控卸壓閥，形成多級卸壓組合，實(shí)現對卸壓速率的控制，從而降低超高壓卸壓液流帶來(lái)的沖擊，延長(cháng)設備的使用壽命，提高設備的可靠程度。

(2)控制系統?？刂葡到y需要對系統內部的所有構件運作進(jìn)行控制，如換向閥、泵、壓力調節、超壓保護與預警等;還需要對操作時(shí)的數據信息進(jìn)行輸入、采集、顯示、記錄。在超高壓食品加工設備中，控制系統可以采取PLC主控制元件，其可以很好地提升系統可靠性，并且在更改控制功能時(shí)，只需要對控制程序進(jìn)行變更即可?？刂葡到y的主控機為計算機，系統啟動(dòng)、運轉、報警等都可以通過(guò)鼠標點(diǎn)擊控制按鈕完成操作，系統的數據采集是通過(guò)模塊化編程方式。

3.3 超高壓食品加工設備現狀及發(fā)展趨勢

超高壓技術(shù)被稱(chēng)作世界十大科技之一，其本身具有極強的科技水平及市場(chǎng)潛力，發(fā)展前景很好[9]。我國是從20世紀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，我國在超高壓技術(shù)理論體系、技術(shù)開(kāi)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(shù)難度相對較高。超高壓食品加工設備不管是在結構設計上，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(wèn)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。

(2)超高壓加工過(guò)程比較復雜。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菌、病毒、芽孢等，不同的食品在處理參數上存在一定差異，有的食品對處理壓力、保壓時(shí)間具有較高要求，而當前缺乏相關(guān)標準規范超高壓食品加工指標，會(huì )對實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)一定影響。所以在實(shí)踐中，還需要結合行業(yè)實(shí)際及食品類(lèi)型，細化超高壓食品加工設備的最佳工藝參數。

(3)國外設備價(jià)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(guān)鍵技術(shù)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(jìn)上需要花費比較大的成本。所以在實(shí)踐中還需要進(jìn)一步加強壓力容器、食品工藝、液壓控制等方面的協(xié)作，開(kāi)發(fā)具有獨立自主產(chǎn)權的超高壓食品加工設備。

4 結語(yǔ)

利用超高壓技術(shù)對食品進(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(mǎn)足了人們對綠色食品的要求。超高壓食品加工設備是開(kāi)展超高壓食品加工技術(shù)的關(guān)鍵，在實(shí)踐中應該充分了解超高壓食品加工設備的特點(diǎn)、分類(lèi)，把握超高壓食品加工設備的現狀、未來(lái)發(fā)展趨勢，科學(xué)地應用超高壓食品加工設備進(jìn)行食品加工，以此促進(jìn)食品加工行業(yè)的良好發(fā)展。

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