开拓食品制造技术设备的智能绿色之路

文/本刊记者 盛玲

〉 SLZ-30榨油机

我国食品产业经过连续快速发展，已成为全球最大食品产业。然而，随着劳动力成本的上升、资源的短缺，食品产业的增幅放缓，亟需寻求新的增长点。随着信息技术、互联网+、大数据等新技术的不断发展，工业革命正逐步进入4.0时代，而装备一直是我国食品产业发展的短板，其主要问题在于优化设计和可靠性保障的理论基础研究不足、工程化装备自主创新能力缺乏、装备质量稳定性与智能化控制程度差距明显等。

“食品工程化、智能化、绿色制造技术装备”项目组（以下简称项目组），以实现高品质深层次食品绿色制造、智能制造为攻关目标，以新型高效食品加工装备突破为核心，以连续化、数字化、智能化装备开发为支撑，攻关研制了一批我国具有自主知识产权的食品智能装备，为进一步实现食品自动化、连续化、智能化、工程化制造提供了装备支撑，极大的推动了我国食品装备制造业的跨越发展。

提质增效：实现先进技术设备的“中国制造”

项目组根据高效低碳、智能绿色、创新设计的指导思想和指南的任务进行了一体化设计，紧紧围绕工程化、信息化、智能化的技术装备为中心，以一个食品加工装备设计优化和虚拟装配一体化平台为主线，以高能耗的杀菌、提取、冷冻、粉碎、挤压等5个食品基本操作单元的关键装备开发为核心，突破了温度、压力、电场、声场单独或复合对微生物致死的机理机制。

创制了150L超高压智能挤压装备样机，填补国内空白。静压式挤压作为重要的非热加工技术之一，发展迅速，国外同类装备价格昂贵、维护成本高，国内尚处于空白。该专项采用特殊耐高压、耐盐腐蚀仓体材料，特有防沙设计，结合液晶智能控制系统，对静压式挤压装备的高压仓、装载、防腐蚀、控温、降噪、防沙控制系统、智能化操作系统及其关键组件进行开发，成功试制出静压式挤压装备样机1套，完成整机调试和虾贝脱壳中试，高压仓容量150升，最大压力450兆帕，日加工量10-12吨。该装备将在宁波本地虾贝加工企业中开展产业化示范应用，提高虾贝脱壳、加工、新产品开发能力，替代进口设备，推动东海虾贝产业转型升级。

研发了国内首台具有自主知识产权的射频杀虫杀菌装备，解决了低水分物料杀菌难的问题。针对粮食仓储和储运过程中使用熏蒸剂杀菌除虫产生的3R（抗性Resistance、药剂残留Residue、再增猖撅ResUrgence）问题、食品安全问题和环境污染问题，以及低水分固体粉末食品杀菌难的问题。该专项研发了国内首台具有自主知识产权的智能化连续射频杀虫杀菌高效处理设备，装备处理量达1000 千克/时，输出功率达15 千瓦，电场及温度分布均匀；开发了大宗农产品射频场杀菌除虫关键技术，建立了针对白芸豆射频杀虫杀菌工艺3个，杀灭虫、卵效率达95%，已在无锡华康生物科技有限公司建立了500吨/年的淀粉阻断剂生产车间。以本技术生产的产品活力是目前本产品处于垄断地位的美国斐姿II（phase 2） 产品10倍以上，成本只有其1/10，引领了行业发展。

研发了真空低温调味设备与高阻隔EVOH罐封口机，有效保持了食品特征风味。针对食品热处理环节风味物质破坏严重、贮藏期间风味物质容易散失等问题，该专项创建了“真空低温-减菌化处理-高效柔性杀菌”新型加工技术，开发并配套了真空低温调味釜等专用加工设备，制定了生产线组建技术方案，降低了热处理加工过程中食品风味物质的损失；研制了高阻隔EVOH复合罐包装机等专用设备，创制了3类新产品，提高了贮藏期间风味物质的保持。

此外，通过挤压螺杆柔性组合与压力-温度分段控制技术，显著提高了国产挤压机的加工适应能力，同一挤压机可分别适应速煮面条、方便米线和配合营养米等重组主食类产品的工业化生产模式；同时发展了热渗透处理和等离子表面喷涂技术，使挤压机关键部件的使用寿命由6000小时延长至12000小时，达到国际领先水平。

目前，项目组已制订了包括调理式杀菌釜行业标准在内的标准4项，发表论文49篇，申请专利85件，开发了声热复合杀菌、超高压密封和温压协同、模块化挤压等4项新技术、2项新装置和酱牛肉中式低酸食品等19项新产品。

克服困难：理论技术装备一体化突破

“自项目立项以来，整个研究过程都是由我们团队团结协作，定期研讨，不断尝试与改进，践行一体化实施策略，大团队协作的碰撞和新思维闪光都让人记忆深刻。但是，说到感受最深的一点，还在于我们从事的研究本身。”项目组负责人刘冬红对记者说，“众所周知，我国现阶段食品加工的核心装备与技术主要依赖国外进口，无形之中增加了生产成本，并且在很多方面遭受技术制约和装备瓶颈，从而极大地限制了我国食品加工业的发展。而作为国家重点研发计划‘现代食品加工及粮食收储运技术与装备’重点专项第一批项目中唯一的装备项目，责任重，难度大。”

严峻的挑战在于装备研发项目，尤其是项目内容涉及的部分装备是原创性突破，必须是理论、技术和装备一体化突破才能使装备水平有质的飞跃和提高。

〉 60L卧式超高压中试设备

〉 高压射流超微粉碎设备

刘冬红说：“我们感到最严峻的挑战在于适应国内缺乏基础研究、理论创新以及理论与工艺和装备之间的桥梁连接，为此团队不断磨合，尤其是和企业及各相关学科之间相互协作，希望基于我们的实践能够摸索出一条从理论到技术再到装备的创新之路，如目前在新型杀菌技术研究方面，我们首先基于机理机制的研究，然后再到量效关系，最后再进行全程全场的模拟设计，然后进行装备的优化设计和开发，这样设计开发的设备可靠性、效能更高。不是抄制的设备，而是融合了优化技术在内的装备。”

效益明显：推动食品产业多样化高效化发展

我国已进入全面建设小康社会的关键时期。同时，也处在大健康国家战略的背景下，项目组成果突破食品装备技术的瓶颈，可显著增加食品市场供应产品的种类，提升精深加工产品比例，促进食品产品向多元、优质、功能化方向发展，有效保障食品加工的质量与高效率，提升食品品质与营养质量，对整个产业和老百姓的日常生活都会有很好的提升。如新型杀菌技术装备的研发，使得高品质安全食品进入餐桌，如近年来大量NFC果汁就是非热（超高压）技术装备应用的结果；杀菌食品是安全无防腐剂添加的食品，而热或者过热会对杀菌食品风味产生较大影响，解决热杀菌精准控制和非热杀菌技术装备可使包装食品品质更高更安全；又如新型挤压装备的研发使得重组谷物早餐食品等快速进入市场，增加了食品的品系和便捷性。

〉 智能型风机式蒸汽杀菌釜

〉 双螺杆膨化机

项目产生的成果将实现工程化智能化新型食品加工技术装备研究的开发和产业化应用，推广后将直接降低劳动力成本，提高食品产业的整体效益和产品的市场竞争力。项目开发的新型智能化装备将加快我国食品加工装备的规模化和综合技术水平的发展，替代进口，将带来新的果蔬加工制品、功能多肽营养制品、挤压膨化休闲食品等相关食品品系，同时将整体提升生产效率20%以上。以目前杀菌、非热加工、挤压、压榨和粉碎所对应的罐头、饮料、果蔬、油脂、休闲食品等食品产业，10%整体规模整体应用可产生经济效益300亿元以上，经济效益显著。

项目的成功实施还将培育和增强新型杀菌、非热加工、挤压膨化、微细化加工等行业企业自主研发能力，构建企业专业人才体系，增强企业的核心竞争能力，有效增强整体产业的可持续发展能力；同时项目的成果推广除带动食品装备行业的发展外，还将带动果蔬、粮食、油脂、传统食品等产业及相关上下游关联产业的发展，有利于种植业、物流运输、电子商务和零售业等产业的稳定发展，促进地区经济结构调整及一二三产业协同发展，增加农民收入，促进就业，辐射区域经济发展，有助于解决“三农”问题，具有良好的社会效益。

本项目成果中的新型技术装备将实现“低能耗”、“低成本”和“高品质”的食品加工，能耗减少15%以上。例如，新开发的超高压加工技术属于低碳经济技术，可明显减轻原料废弃物堆积造成的污染，改善工人的工作环境，并减少污水的排放量，每吨产品能量消耗与水消耗分别只有传统热加工的15%和50%左右；新型杀菌技术装备对精准杀菌和品质维持的同步控制，有效提高杀菌食品品质，营养维持在90%以上；高效传热传质技术的研发，可有效提高功能性成分提取效率，提高资源综合利用效率，每年可节约能源100亿元。项目的全面实施将有利于合理利用资源，维护生态平衡，有效减少环境污染物的排放，构建食品产业立体循环经济体系，实现食品加工产业的可持续发展。因此，通过工程化智能化食品加工技术与装备的研究和创制，将合理优化食品加工产业的能源损耗、资源高效利用和污染物排放，生态效益明显。