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走出误区

    国内外超高压生物和食品科学与技术的发展,有力地推动了超高压技术的产业化。目前超高压技术在国内也形成了科学研究和产业开发的热点,国家各个部委和各地政府开始重视这一新技术应用的意义和前景,但是基于对该项新技术缺乏经验和了解,常常对其理解出现偏差,本文希望通过介绍,能使大家走出误区,顺利地实现超高压技术的产业化。

    1、几千个大气压的超高压设备是不是有危险?
    任何机械设备使用不当,都会有危险。但是超高压设备的危险性,远远不是想象的那样大。例如锅炉压力达到0.8MPa(1MPa=10个大气压)以上,就当作C级高压容器管制,而超过63MPa,甚至200-300MPa的液压元件、缸都不列入高压容器,为什么?原因很简单,就是危险性没有那么大。
    用于处理食品和生物材料的超高压设备在加压过程中积蓄的能量很小。众所周知,储存能量的大小与压力的变化量与体积变化量的乘积成正比,即:
    ΔE∝ΔVΔp
    一般都以水为介质。因为水的压缩率很低,大约只有3%/100MPa,不像气体压缩率那么大,又由于是在常温条件下工作,不会产生气化,所以潜在的危险很小。一旦出现泄露,压力立刻降低,不存在爆炸的可能,所以可以放心应用。

    2、为什么水刀能切割金属那么厉害,而几千个大气压的超高压设备没有危险?
    水刀是有源系统,或者称作动压系统,在切割过程中有源源不断的压力介质带着切割用的颗粒材料,从细小的喷嘴高速射出,所以“削铁如泥”。我们所用的超高压设备是等静压设备,在升压过程中,如果泄露就会建立不起来很高的压力,如果在保压阶段,一般动力系统停止工作,成为无源系统,压力很快降低,不会造成太大的威胁。但是在操作时,还是应该注意防护,免得泄露喷溅到人员身上。

    3、超高压设备不能连续工作,它适合规模生产吗?
    确实超高压设备加工过程有装填、升压、保压、卸压、取料等,作为这一工序不是一个连续的流程。但是,大规模生产中,很多工序就不是连续生产的,例如罐头、饮品的二次灭菌,肉制品的高压灭菌等,这并不影响超高压工序的规模生产。
    如果确实需要连续的流程与其它工序衔接,可以采取多台设备协同工作(如图1),实现连续的效果,就像汽车发动机,虽然是几个单缸冲程工作,但是协同起来就可以实现连续运转。图2是日本越後制菓的超高压米饭生产线。图3是美国加工肉制品的高压设备。

图1 三台超高压设备组成的生产线

 

图2 超高压方便米饭生产线

 

图3 美国加工肉制品的高压设备

    4、超高压设备价格昂贵,会不会大幅度提高产品成本?
    看起来似乎是这样,但是还要综合考虑这一问题,具体问题具体分析。
    首先看看国外超高压设备对食品成本的影响。表1是美国某公司超高压设备对成本影响的分析。该设备总价2800万美元,折合到加工的产品上为0.0455美元/磅。

    但是我国设备的价格远远低于国外的价格,正常情况为国外价格的1/5~1/7,所以分摊到每个产品上的成本是有限的。
    另外还要看运行费用,与加热相比较,能源节省约90%,同时考虑生产效率,生产周期、产品品质、得率,营养价值、活性成分、附加值等综合因素,可以说,采用超高压加工工艺在经济上是合算的。

    5、超高压设备能加工固态食品或生物材料吗?
    超高压也叫超高等静水压,显而易见,没有水或液体介质是行不通的。因为该技术是靠水传递压力,使之瞬时地、均匀地把压力传递到超高压容器的任何一个位置。
    另外超高压技术是依靠水分子与生物材料大分子的相互作用实现的,是依靠水分子与蛋白质、淀粉分子作用而发生变性的。有人做过试验,用干淀粉、干蛋白质在金刚石压机上施加1000MPa以上的压力,蛋白质和淀粉都没有变性。但是在水溶液中300MPa就开始变性。所以干燥的固态食品是不能进行超高压加工的。一般要求固态食品含水70% 以上如肉类、鱼、虾、贝类等,才能进行超高压加工,干粉是不行的。

    6、超高压设备的压力越高、容积越大,生产率越高吗?
    有人打算在生产中采用超高压技术,最关心的是设备的压力、容积和价格,其实这是比较盲目的。选择超高压设备最重要的是所要加工的产品的工艺参数其中包括压力、施压时间和所要达到的产量。然后据此确定设备所需要的压力和容积。
    容积不是决定生产效率的唯一因素,设备的动力参数、系统效率和辅助时间也是影响产量的重要因素。
    应该提醒一下,不适当地提高压力参数和容积,将会大幅度增加设备成本。表2 是关于超高压设备不同参数对设备重量的影响。可以看出其重量的增加不是线性的,这对设备成本有很大的影响,不仅是材料费,它的机加工、热处理等各种费用成倍增加,难度也加大,因此建议使用者应该谨慎提高设备的压力和容积参数。

表 2

压力(MPa)

容积(L)

重量(t)

200

299

20

600

200

100

600

300

150

    7、确定经济合理的工艺方案
    为了追求灭菌效果,需要选择经济、合理、可行的技术方案。笔者建议在实验阶段,就要考虑规模生产的经济性,例如,500MPa保压5分钟与400MPa保压8分钟有同样的效果,则选择后者,它大大降低了设备投资;同样的压力交变多次加压与一次较长时间的加压,选择后者,这样可以减少辅助和升压的时间,而且减少了设备的工作频率,提高设备寿命;如果加温与加添加剂能达到同样的协同灭菌效果,建议加添加剂,这样可以简化设备的配置和操作程序。

    8、超高压加工不是万能的。
    虽然“压力创造奇迹”,能够解决很多传统工艺所不能解决的问题,但是它并不是万能的。例如,它不会产生美拉德反应,所以不会产生由检炒烹炸得到香气;它不能加工干燥的材料;它的灭菌不如高温灭菌彻底可靠;它的工艺参数不如加热那样简单成熟,需要经过试验摸索;超高压灭菌设备造价远远高于巴氏灭菌设备等。

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产品介绍

HPP.L1型超高压处理设备(微型手动式)
 
HPP.L2型超高压处理设备(一体直压式)
 
HPP.L3型超高压处理设备(无框架螺纹式)
 
HPP.L4型超高压处理设备(框架式)
 
HPP.M1型超高压处理设备(一体直压式)
HPP.M2型超高压处理设备(分体框架式)
 
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