超高压技术

1超高压技术的概述2015年4月2日2主要内容：1.超高压的概念2.超高压技术的发展历程3.超高压技术的研究现状4.食品行业相关的超高压装置5.超高压技术在食品行业应用的优势6.展望31.超高压的概念•众所周知，一个标准大气压是101.3KPa，一般所说的超高压（简称高压）是指压强超过100MPa（约为987个大气压）以上的压力。•所谓的超高压技术（简称高压技术），是指应用超高压（100Mpa~1000Mpa）作用于待处理物质使之发生改变的过程。41000Mpa到底有多大啊？？？52.超高压技术的发展历程超高压技术的发展，大致可分为三个阶段：1.理论奠基阶段（19世纪末期~20世纪40年代）：A.1899年，美国化学家BertHite首次发现了450MPa的高压能延长牛乳的保藏期。B.美国物理学家P.W.Bridgeman在1906年开始，通过高压实验技术，对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行了极为广泛的系统研究，并于1914年发现在700Mpa下引起蛋白质凝固的现象，这是超高压技术应用于食品加工的理论雏形。62.理论实验阶段（20世纪40年代末期~20世纪80年代）：随着高压装置特别是金刚石高压容器的研制和应用，高压实验引向深入，静态高压技术突破了百万大气压，动态高压技术压力提高到数千万大气压，使（超）高压理论进一步获得完善，为超高压技术在食品上应用奠定了技术基础。3.理论应用阶段（20世纪80年代末~至今）：1986年日本京都大学的林力九教授率先开展了高压食品的实验，掀起了（超）高压技术在食品中的应用基础研究热潮。日本于1990年4月迎来了第一批高压食品———果酱(草莓酱、苹果酱和猕猴桃酱三个品种，七种风味系列)的问世，揭开了高压理论（超高压技术）在食品加工应用的序幕。73.超高压技术的研究现状1.日本在超高压食品加工方面仍居于国际领先地位，日本、美国等一些发达国家在高压加工装置(通用型和专用型的设备)的定型化、标准化、实现批量生产等方面取得了一些新成就，如美国的Wenger公司、日本的明治屋食品公司等都拥有各自的特色产品。2.中国超高压技术在农产品加工中应用还处于起步阶段，国内对食品超高压技术研究较有影响的科研单位较少，主要有黑龙江商学院、杭州商学院、华南理工大学、中国农业大学、合肥工业大学等。84.食品行业相关的超高压装置超高压装置设计方面，中国尚无十分完善的标准，因而给设计工作带来一定的难度（2006），虽然也取得了一些成就：如兵器工业部第五二研究所以及现在的中国兵器科学研究院宁波分院，早在1993年开始从事食品超高压装置研究，并获得了国家实用新颖专利（1995）和国家发明专利（1996）各1项。但总体来说，中国超高压技术和超高压装置研制与国外相比存在较大差距。9超高压设备的结构形式很多，大致可分为整体（内部供压）式和分体（外部供压）式。按照开启与否，又可分为开启式和封闭式。10超高压技术加工设备加压设备高压容器超高压装置的主要部分是超高压容器和加压装置（高压泵和增压器等），其次是一些辅助设施，包括加热或冷却系统、监测和控制系统及物料的输入输出装置等。11超高压容器超高压容器通常为圆筒形，高压容器内介质（压媒）一般为饮用水，最理想的介质为黏度不能太高的油，一般以变压器油与煤油按3:1比例混合，既有一定黏度，对机器有用润滑作用，否则对活塞的磨损比较大。用于对食品等物料的处理时，传压介质可用水，当超高压设备的压力为100-600MPa时，一般可用水作为传压介质；但当压力超过600MPa以上时，一般宜采用油性传压介质。12加压装置加压装置主要指超高压泵和增压器，超高压泵一般为电动液压泵，由柱塞泵、控制阀、油箱、电机和仪表等组合成的一个独立的液压动力装置。增压器为传压和增压的装置，它通过低压大直径活塞驱动高压小直径活塞，将压力（强）提高。有些超高压泵系统本身就带有增压器。加压系统还包括管路、接头、阀门和过滤器等13超高压处理设备的种类按照加压方式分类1）内部加压式靠高压容器内活塞直接压缩压媒产生高压。根据加压缸与超高压容器连接的形式又分为一体型和分体型，前者的加压缸与超高压容器连成一体，后者则分开，通过活塞相连，活塞兼具超高压容器一端端头的功能。1415分体型内部加压式超高静压装置的上部为超高压容器，多用高强度不锈钢制造。超高压容器与加压缸配合工作，在加压缸中活塞向上运动的冲程中，活塞将容器中的介质压缩，产生超高压，使物料受到超高静压作用；在活塞向下运动的冲程中，减压卸料。16172）外部加压式超高压容器和加压装置分离，可用超加压泵和增压器产生高压介质，并通过高压配管将高压介质送至超高压容器。18按照处理过程和操作方式1）间歇式超高压设备大多数的超高压设备为间歇式，可处理液态、固态和不同大小形状的物料.间歇式超高压处理先将经过包装的物料装进容器内，然后将该容器放入超高压容中，关闭容器.注意事项：在超高压处理之前应排除容器内的空气升压到操作压力，恒压一定时间卸压和取出物料超高压处理包装好的食品时，残留的空气一般不会影响微生物的杀菌动力学和杀菌效果。192）半连续式超高压设备(液态物料如果汁）物料首先通过低压食品泵泵入超高压容器内，高压泵将高压饮用水注入超高压容器内，推动自由活塞对物料进行加压;卸压时打开出料阀，用低压泵通过饮用水推动活塞将物料排出超高压容器;出料管道和后续的容器必须经过杀菌并处于无菌状态，以保持超高压处理后的杀菌效果,处理后的物料应采用无菌包装。203）连续式超高压设备上述半连续式超高压处理设备已可以对液体食品实现连续化作业，而真正的连续化处理设备需要解决物料的连续加压、保压和卸压过程，至今还没有用于生产的连续式超高压处理设备问世。4）脉冲超高压处理设备半连续或间歇工作的设备与短时循环程序结合可改造为以脉冲形式释放压力的超高压处理设备。脉冲的频率、受压时间和未受压时间的比值和脉冲的波形（斜波、方波、正弦波或其他波形）等是脉冲超高压处理中的重要控制参数。21食品工程用超高压设备原理22图片展示2324252627•超高压处理设备应能产生并承受要求的超高压（100-1000MPa），保证安全性，有较长的使用寿命，循环载荷次数多；•设备的卫生条件要求较高，和食品接触的部分应用不锈钢，传压介质最好采用水；•设备有一定的处理能力，生产附加时间短，效率高；•设备应价格便宜，操作费用低。超高压处理设备的特点和要求：28小插曲：超高压水射流技术29•超高压水射流切割加工是一种以水为介质的新型切割工艺。它是将普通水经过特殊处理后注入一个超高压增压器系统，将水迅速增压380Mpa以上，然后再将这种高压水通过一个细小的宝石喷嘴（d=0.1-0.4mm），使其喷射出的水柱如同一支“水箭”，其速度可达音速的2~3倍。•这种“水箭”可切割各种非金属物质，如玻璃纤维、海绵、布匹、塑料等；切割钢板、不锈钢、铝材等金属材料及较硬的材质如各种石材、玻璃、陶瓷、瓷砖等材质时，可将砂料与水箭混流以增强其切割能力，此种高速度的加砂“水箭”几乎可切割任何材质。305.超高压技术在食品行业应用的优势第一，它解决了传统技术无法破解的食品安全问题（如生鲜水产品中可能会存在一些流行病）。第二，它可以改善食品品质，开发一些新物性的食品，原来的营养成分、活性成分发生了改变。第三，它会给人们带来新的饮食享受，经过超高压加工后的食品口感和风味不一样，对于美食爱好者来说是一款新食品。第四，它改变了传统工艺，能够提高经济效益（如酱牛肉的传统加工工艺中有一个细节需要三个半小时才能完成，而用超压技术只需要几分钟就可以解决）。316.展望超高压技术被人们称为当今世界十大类高科技之一,它无疑为食品加工提供了一个美好的开发应用前景,超高压食品的开发已被发达国家所重视,当然还有相当多的课题需系统研究。我国在食品加工方面也存在着许多希望以冷加工代替热加工的迫切问题,也许高压处理是目前解决问题的最好途径之一。抓住机遇,加快超高压技术的研究和应用,将有利于我们在国内和国际食品市场竞争中取得有利地位。32谢谢