文献综述-李新杰

文献综述题目全液相CQC50-600物理灭菌机设计学生 李新杰 专业班级 机械设计制造及其自动化10-01学号 541002010122 院〔系］ 机电工程学院 指导教师（职称） 姚建松〔副教授〕完成时间 2014年03月06日全液相CQC50-600物理灭菌机设计摘要：食品安全卫生越来越受到重视，特别是非热杀菌时代的到来，食品杀菌系统出现了一次新的革命。超高压灭菌技术被誉为二十一世纪十大尖端技术之一，在很多领域都有着很大的应用潜力。尤其在食品工业中采用高压保存食品是一种很有前途的技术，因为它在食品保鲜期的延长、较低的营养破坏及良好的口感特性等方面较传统技术有很大改变，超高压食品也开始步入人们日常生活中。本文介绍了超高压食品灭菌技术的发展历史、应用原理及所面临的技术难题，同时也对超高压食品灭菌技术和传统热杀菌从多方面进行了比较。本设计是为了研制开发一种主要用于食品生产的非热杀菌系统，详细阐述了本设计产品进料、出料系统设计，高压容器的计算及高压源的工作原理。关键词：食品安全/超高压灭菌技术/高压容器食品的贮存和加工是食品工业发展的重要环节，也是影响食品工业发展的限制因素之一。传统上食品加工灭菌保鲜有热处理、冷冻、添加化学防腐剂等方法，但在热处理、冷冻和添加化学防腐剂的同时，改变了食品的味道、风味和食品自身的特色.并破坏了食品中部分或大部分营养成分和维生素等。随着人民生活水平的提高，食品的营养成分和卫生越来越被重视，无毒害绿色天然食品成为人民渴求对象。目前国内外在食品超高压技术在食品常温保鲜、高压灭菌灭酶、新型食品的开发等方面取得了很多成果，受到广泛的关注，并被称为世界十大尖端科技。高压食品加工，就是用100MPa以上的压力，在常温和较低温度下(<100°C)对食进行处理，不添加任何防腐蚀等化学物质，到达灭菌保鲜效果，而食品的味道、保存期、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工方法。1超高压食品加工技术的研究历史超高压技术出现已有近100年的历史。在欧美的沉船打捞业者在打捞海底沉船时，发现沉船中的肉类等食品仍然保持当时的鲜度，这与超高压加工技术加工食品在理论上有许多相似之处。到1899年美国化学家BertHire首次发现450MPa的高压能延长牛奶的保存期，并通过大量的研究工作证明高压对多种食品和饮料的灭菌效［1］。1914年，美国物理学蕤.飘Briagman提出了静水压下蛋白质变性、凝固的报告。他指出：自蛋白在500MPa作用下凝固，在700MPa作用下变成硬的凝胶状态口⑵。1924年，Cruss提出高压可以用于商业上果汁的加工⑶。但在以后的几年中，由于技术上的困难，以及商业上的需求并不是很强烈，当时的研究仅限于高压对酶和蛋白质的理论研究，随着工业的发展和技术的提高，到八十年代初，研究又重新兴起。1986年，日本京都大学林力丸教授倡导在食品方面采用非热高压〔100-1000Mpa〕加工方法，率先开展高压食品试验，1991年4月，日本开始生产第一号加压食品一果酱，到1994年已经发展到18种产品。当时的工作主要集中在果蔬汁饮料等产品，广泛的研究了高压条件下各种因素对食品微生物和酶的影响［4］，发现高压可以灭菌和酶，在较低温度下可以到达杀菌和灭酶的作用，高压处理食品可在一定范围内满足人民的需求。目前，日本有近100家单位从事超高压食品加工技术的研究与开发工作，已拥有大量的食品超高压处理实验机和生产设备，从90年代初至今，已有一些高压食品相继问世。该项技术已被列为日本十大关键科技之一。美、欧等经济发达的国家也不甘落后，紧迫日本，对超高压食品加工的原理、方法、技术细节和应用进行了研究，新的超高压食品相继问世。可以预测，超高压加工的食品将不久出现在人民的菜篮子中。2超高压食品加工技术的国内外研究现状自1986年日本林力丸教授发表高压食品研究报告短短十年，高压食品的开发已被发达国家重视。日本在高压食品加工方面处于国际领先地位。1989年，日本农林省组成21个财团进行商业化技术开发，并于1991年4月推出了高压处理果酱7种，厂泛的受到消费者的欢送，但由于产品中残留的酶和溶解氧的影响，产品的色泽受到一定的影响。1991年底，日本又推出了超高压处理的果汁调味剂，产品保持果汁的天然风味，长期保质储藏，vc及可溶性固溶物，氨基酸、溶存蛋白质与鲜果汁无差异。到1995年日本的高压食品技术已对乳制品、鸡蛋、水产品、高粘性食品进行了广泛的应用实验，利用当时的技术，已开始研究核苷酸方面的研究。目前，日本大洋渔业公司研究所，采用超高压技术生产鱼糕，处理后的口感、风味理想，弹性比原产品高出50%。一些日本学者试验发现，贝类食品经过高压处理，也可以进行储存。法国技术研究部也正致力于高压食品加工的研究，组成10个研究所进行高压结合温度对微生物、酶、蛋白质感观特性影响的研究。并联合三家（Bon--Grain.BSN.PemcxtRichard）对高压处理食品选择最正确工艺条件（如温度、压力、时间）的研究。1993年底法国生产出高压杀菌鹅肝小面饼，并已面向市。目前，法国的研究人员用200MPa压力对牛腿肉进行加工试验，制成牛排，味道和灭菌效果理想，并已开始半工业试制。美国已将超高压食品开发列为21世纪食品加工、包装的主要研究项目，并己进行小规模工业化生产。美国FMC公司，英国凯氏食品饮料公司（Cam洳FoodDing）开始建立商业化的高压杀菌食品的工艺。近年来高压食品技术已引起我国食品界和众多科研院所的关注，兵器工业52研究所、杭州商学院、华南理工大学等单位先后成立课题组从事这方面的研究［7］，并在试验室阶段取得一定成绩，发表了一些有价值的论文。五二研究所从事超高压技术研究30多年，在超高压厚壁圆筒的材料、结构设计、自紧技术、疲劳寿命的预测与设计、密封技术等研究与开发方面取得了很多成果，在超高压技术方面获得了丰富的理论、设计、加工制造的经验［59］，并在军工中得到了大量的推广应用。1993年，五二研究所利用军转民的超高压技术，率先从事超高压食品加工技术的研究，先后对各种蔬菜、水果、肉类、蛋类、海产品、大米、果汁、粉条等进行了大量的超高压加工研究，对加压压力、时间及包装袋等进行了系统的研究，取得了很多灭菌、保鲜加工工艺的参数，获得了超高压食品加工设备的中国专利。目前，可以设计制造1升到100升的各类超高压食品加工设备。但是我国高压食品尚未面世，因此加快高压食品加工技术研究，对我国参与国际竞争具有重要意义。3超高压技术对食品的影响3.1对食品化学成分的影响高压可以破坏键能较低的氢键等次级键，从而破坏蛋白质的稳定性。食品中酶的主要组分是蛋白质，低压下，酶的活性有所增强，当压力大于400MPa时，酶逐渐失活；脂类耐压能力较低，100--200MPa时，基本上变为固体，解除压力可恢复原状;超高压可使淀粉变性糊化为不透明粘稠状物质，压力到达400--500MPa时，淀粉分子长链被压断成为断链淀粉［10］。而压力对蔗糖、麦芽糖、葡萄糖以及维生素、色素及风味均无影响。3.2对微生物的杀灭效果高压可以致死或抑制微生物的生长。经高压处理后的微生物细胞核被压断裂成为许多小片，和原生质一起变成糊状，使得进行生理活动所需的蛋白质在高压下变性，并阻断其代谢途径，改变遗传机制。查阅资料可知，超高压处理对微生物的杀灭效果受压力大小及加压时间，食物pH值，温度的影响。其压力范围、加压时间及温度，在杀菌时起着至关重要的作用，一般起正作用，但也有副作用。因此，工作中要按照标准去操作。我国目前在这面的实验正在研究，还没有形成广泛的研究体系与参数系统，而国外已经形成一种标准，开始工业化生产了。3.3对食物物理特性、色泽的影响查阅一些国内外的实验结果和有关报道可知，在常温或低温〔一定温度下，最高不超过70度〕下经高压加工的多种食品，其原有的味道及特有的风味没有改变。米、大豆食物经过高压处理后重量稍有增加，而水果蔬菜类重量略有减少，但透明度增加。肉类重量基本保持不变，但颜色减弱，萝卜和根菜类与腌制处理后基本相似，但甜味变强，酸味变弱。这些经过超高压处理的食品，其营养价值的损失不超过15%,而传统高温杀菌食品的营养破坏在85%左右。因此，经高压处理后的食品，基本上保持原有风味，特色。4超高压食品加工技术的应用前景超高压食品不仅保持原有食品的风味、味道、营养状况，而且延长了的食品保存期，具有广泛的发展前景。首先，根据超高压技术对食品的影响，如高压可以改变脂类的塑性、沸点等，可以生产出不同口感和感官特征的食品，如巧克力、冰淇淋等。利用高压对淀粉的作用，可以进行大米和豆类食品的软化加工，为快熟大米和豆类提供了一个可行的加工手段。另外，利用超高压技术加工生产的保健食品比热加工处理的保健食品营养成分提高30%，对于具有中国特色的中药材、茶叶以及其他价值高、对热敏感的食品，采用高压处理将不会破坏原有的营养成分，从而保证疗效和风味。超高压处理具有低温消毒和灭菌作用，不仅可以延长鸡蛋、鲜肉、鲜鱼的保存期，而且防止加热法带来的变色、变味以及冷藏冷冻法引起的食物组织细胞的破坏。利用超高压解冻技术可以保持鲜肉的风味和重量，降低鲜肉水分的丧失。根据高压冰点下降原理和压力传递可瞬间完成原理，进行高压速冻和不冻冷藏，可以为高水分食品（如水果、蔬菜、豆腐等）的速冻冷藏开创新的途径。超高压食品加工技术为食品的开发开辟了可行的加工手段，满足人类对食品提出的自然、营养、安全、方便的要求。此外，高压还可应用于食品相关的医学、化学、物理等基础学科的研究，有待于科研人员、食品专业人员的进一步研制开发。5超高压食品加工技术的发展关键超高压食品加工技术的关键是超高压食品加工装置。国内外食品加工装置.通常是由高压容器和加减压系统组成。高压容器承受压力高，循环载荷次数高，对简体材料的力学性能与疲劳强度要求很高。目前高压容器多为圆筒型。容器所用材料是高强度钢，加工工艺较为复杂。这些都使得高压食品加工装置制造难度较大，价格昂贵。密封结构的设计又是高压设计的关键，目前，日本三菱重工、三本水压等厂都有自己的专利技术用于高压容器顶、底盖、高压活塞等的密封，其基本结构都是采用楔型环、“0”型环等组合成自紧式密封。超高压设备的压力来自于高压泵，输出压力一般在40（O--700MPa，经高压阀来完成保压，处理结束后，开启高压阀实行减压。就目前掌握的资料分析可知，超高压设备的工作方式有两种。一种是采用倍压式（内部加压法），另一种是单腔式（外部加压法）。其中，倍压式本体结构大，不需要采用外加增压器，整体性好，适用于高压力的小型试验装置。单腔式本体结构小〔单指高压仓〕，需要外加增压器辅助增压，相对造价低，保压性好，适合于大中型生产装置。总之，超高压食品加工装置制造难度较大，价格昂贵是制约高压食品产业化的关键，而提高高压装置的利用率和生产效率也是降低高压食品成本的关键。实验室用的高压设备约为10万美元左右，有的甚至售近100万美元，容积很小，更大容量的设备造价更高。目前，日本神户特钢厂已生产出具有挠性内筒高压装置。三菱重工生产的可伸缩风箱室高压装置大大提高了生产效率，降低了成本。我国高压食品装置改计尚无完善的标准，这给高压食品装置的设计带来了一定难度。但是，我们应本着结合本国实际情况，设汁经济的、轻便的高压装置，提高高压装置的利用率和生产效率。尽早实现高压装置的“定型化，标准化，产业化”。这样，优良价廉的高压食品将走进千家万户。6目前尚需解决的问题在众多食品加［和贮存的方法中，食品超高压处理技术是一项很有发展前景的食品加工新方法，但由于其产生、发展时间较短，因此需要进行更加深入而广泛的研究，目前急需解决F列问题：6.1包装材料的制约问题食品的加工，一般是先包装后处理。但是，超高压食品处理工艺比较特殊，要求包装材料具有：随压变形，解除压力后可复原，热融性和透气性低，在工作环境中，保持自身特质，符合条件的包装材料只有塑料、铝箔，限制了传统包装材料普遍化、通用化。6.2无法减轻农产品农药的残留问题食品原料中农药的残留量是食品质量的重要标准，超高压处理技术在加工工艺中无法减轻农药的残留。因此这种加工方法对原料的要求严格（要求使用不残留农药的农产品）。但是，这对广阔农作的生长要求太严格，不现实。管理人员，可以使用低残留，治病无危害人类健康的农药。6.3超高压加工装置如前所述，超高压加工装置制造难度大，价格昂贵，制约了超高压食品的产业化。另外由于反复加压，高压密封体容易损坏，加压容器易发生损伤。因此，研究如何提高高压装置的利用率和生产率是摆在当前高压食品研究人员面前的主要问题。随着科学技术的发展，以及各方面的科技进步，使得该技术趋于成熟。目前，根据人们对食品安全的考虑，对超高压食品杀菌设备的研究也具有可行性。本次设计，我主要对进料、出料系统设计，高压源的工作原理以及高压容器的计算等做了简要的设计计算等。这些参数的设计，为设备提供了一种可行性的方案，用于生产，方便人们生活。特别地，对于高压容器，先后从爆破计算到现在的材料选择及处理，应力及疲劳分析计算等理论较传统的计算有很大改良，使高压容器的设计更合理化、精确化与实际化。我相信，我们国家的超高压设备将会逐渐追上国外〔美国、西班牙、瑞典等〕的技术水平，更进一步发展。6.5加压同加热同时作用的研究加压同加热相处理相结合，可以在短时较低压力下杀菌，研究加压结合加热处理所需的温度和压力工艺。可以到达在较低压力下高压处理食品的效果，这是食品高压研究需进一步研究的问题。7本课题设计意义随着科学技术的发展，食品设备日新月异。食品安全卫生越来越受到重视。特别是非热杀菌时代的到来，食品杀菌系统出现了一次新的革命。本毕业设计是为了研制开发一种主要用于食品生产的非热杀菌系统一食品超高压技术，非热杀菌系统设计具有很大的实际意义。食品的超高压处理技术是指将食品放入液体介质（通常是水）中，在100-1000MPa的压力作用一段时间后，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高分子物质分别失去活性、变性和糊化，同时杀死以微生物为主的生物的过程。它防止了一般高温杀菌带来的不良变化，因此能更好地保持食品固有的色、香、味，到达延长保存期的效果。在食品工业上，高压杀菌技术的应用就是利用这一原理，使高压处理后的食品得以安全长期保存。超高压灭菌技术相对于传统的加热灭菌技术有较多有利的优势，因此备受广泛的重视。目前，国外超高压灭菌已在果蔬、酸奶、果酱、乳制品、水产品、蛋制品等生产中有了一定的应用。而超高压灭菌技术在我国仍处于起步阶段，并逐步改善中。8建议8.1结合中国的饮食特色，研究和开发有中国特色的高压食品。8.2我国应加强超高压技术加工保健食品，调味剂以及其他商业价值高，但对热比较敏感的食品、药品和化装品的研究。8.3利用超高压技术对微生物的灭菌特点，可在医药、医疗领域取代传统的辐射杀菌和加热杀菌，开拓超高压技术新的应用领域。8.4我国高压食品研究处于起步阶段，涉及领域广，国家、地方政府应增加超高压技术的投资，鼓励超高压食品加工技术领域的科研攻关。8.5开发适合予本国国情的食品超高压装置，使我国超高压食品装置尽早到达定型化、标准化、产业化。8.6加强国际交流合作，加强国内从事高压食品研究的科研院所同食品加工企业的结合力度，对加快我国高压食品研究的产业化步伐，特别是对我国高压食品技术参与国际竞争有重要的意义。参考文献Hire.B.11.etal.Theeffectofpressureollcertainmico-organismsencounteredinthepressr-vationoffruitsandvegetablesBull[M].1914,146:l-16.W.Vaunir.AgricExp.Sta.Morgantown.杨桂馥.食品的高压处理技术与装置CJ].食品科学，1991(11)：ll〜20.CrussWr.Co^erclalFruitandVegetable[M].ProductsNevYork：McGraw 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