催催梦梦的的音音符符缺缺点点原原理理设设备备缺缺点点应用用设备04StepStep简介介定定义原理原理优点点简介：简介：超高压灭菌技术超高压灭菌技术（ultrahigh pressure processing ）简称）简称UHP，又称超高压技术，又称超高压技术（ultra-high pressure, UHP），高静压技术），高静压技术（high hydrostatic pressure , HHP），或高），或高压食品加工技术（压食品加工技术（high pressure processing, HPP）定义：定义：通常情况液体或气体压力在通常情况液体或气体压力在0.1mpa1.6mpa称为低压，称为低压，1.6mpa10mpa称为中压，称为中压，10100MPa称为高压，称为高压，100MPa以上称为超高压以上称为超高压.本文阐述的本文阐述的HPP技术的压力通常在技术的压力通常在1001000MPa.原理：原理：食品超高压灭菌食品超高压灭菌就是在密闭的超高压容器内，就是在密闭的超高压容器内，用水作为介质对软包装食品等物料施以用水作为介质对软包装食品等物料施以400600MPa的压力或用高级液压油施加以的压力或用高级液压油施加以1001000MPa的压力。从而杀死其中几乎所有的细的压力。从而杀死其中几乎所有的细菌、霉菌和酵母菌，而且不会像高温杀菌那样菌、霉菌和酵母菌，而且不会像高温杀菌那样造成营养成分破坏和风味变化。超高压灭菌的造成营养成分破坏和风味变化。超高压灭菌的机理是通过破坏菌体蛋白中的非共价键，使蛋机理是通过破坏菌体蛋白中的非共价键，使蛋白质高级结构破坏，从而导致蛋白质凝固及酶白质高级结构破坏，从而导致蛋白质凝固及酶失活。超高压还可造成菌体细胞膜破裂，使菌失活。超高压还可造成菌体细胞膜破裂，使菌体内化学组分产生外流等多种细胞损伤，这些体内化学组分产生外流等多种细胞损伤，这些因素综合作用导致了微生物死亡。因素综合作用导致了微生物死亡。高等静压技术高等静压技术在食品保藏中的应用研究最早是由在食品保藏中的应用研究最早是由Bert Hite在在1899年提出的，年提出的，Bert Hite首次发现首次发现450MPa的高压能延长牛的高压能延长牛奶的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压奶的保存期，他和他的同事做了大量研究工作，证实了高压对多种食品及饮料的灭菌效果。这以后，有关对多种食品及饮料的灭菌效果。这以后，有关HHP技术的研技术的研究一直没有间断，究一直没有间断，Bridgman因发现高静水压下蛋白质发生变因发现高静水压下蛋白质发生变性、凝固而获得了性、凝固而获得了1946年诺贝尔物理奖。但直到年诺贝尔物理奖。但直到1990年有关年有关HHP装备、技术和理论的研究才得到了突破与发展，装备、技术和理论的研究才得到了突破与发展，20 世纪世纪90 年代由日本明治屋食品公司首先实现了年代由日本明治屋食品公司首先实现了UHP技术在果酱、技术在果酱、果汁、沙拉酱、海鲜、果冻等食品的商业化应用。之后，欧果汁、沙拉酱、海鲜、果冻等食品的商业化应用。之后，欧洲和北美的大学、公司和研究机构也相继加快了对洲和北美的大学、公司和研究机构也相继加快了对HHP技术技术的研究。它同加热杀菌一样，经的研究。它同加热杀菌一样，经100MPa 以上超高压处理后以上超高压处理后的食品，可以杀死其中大部分或全部的微生物、钝化酶的活的食品，可以杀死其中大部分或全部的微生物、钝化酶的活性，从而达到保藏食品的目的，它是一个物理过程，在食品性，从而达到保藏食品的目的，它是一个物理过程，在食品加工过程中主要是利用加工过程中主要是利用Le Chacelier 原理和帕斯卡原理。原理和帕斯卡原理。超高压食品：超高压食品：优点：HHP技术作为新兴技术应用于食品保藏，主要机理是能够使技术作为新兴技术应用于食品保藏，主要机理是能够使微生物细胞膜和细胞壁损伤、改变细胞形态、影响细胞内酶微生物细胞膜和细胞壁损伤、改变细胞形态、影响细胞内酶活力及细胞内营养物质和废弃物的运输，从而杀死食品中的活力及细胞内营养物质和废弃物的运输，从而杀死食品中的腐败菌和致病菌；同时，腐败菌和致病菌；同时，HHP能够有效或部分钝化食品中的能够有效或部分钝化食品中的内源酶。内源酶。该技术的主要优点：该技术的主要优点： 1.作为一种物理方法在不加热或不添加化学防腐剂的作为一种物理方法在不加热或不添加化学防腐剂的条件下杀死致病菌和腐败菌，从而保障食品的安全、条件下杀死致病菌和腐败菌，从而保障食品的安全、延长食品的货架期；延长食品的货架期； 2.作为一种非热加工手段，在杀菌过程中没有温度的作为一种非热加工手段，在杀菌过程中没有温度的剧烈变化，不会破坏共价键，对小分子物质影响较小，剧烈变化，不会破坏共价键，对小分子物质影响较小，能较好的保持食品原有的色、香、味以及功能与营养能较好的保持食品原有的色、香、味以及功能与营养成份。成份。3.因为不同微生物对因为不同微生物对HHP技术敏感性是不同的，酵母、技术敏感性是不同的，酵母、霉菌容易在较低的压力下被杀灭，细菌营养体霉菌容易在较低的压力下被杀灭，细菌营养体（vegetative cell）则需要较高的压力，而细菌胞子）则需要较高的压力，而细菌胞子很难杀死。很难杀死。 4.HHP技术主要应用于高酸性食品。技术主要应用于高酸性食品。由于高压高温协同效应能够杀死细菌由于高压高温协同效应能够杀死细菌胞子，高压高温工艺（胞子，高压高温工艺（high pressure high temperature, HPHT）研究引起了广泛关注。）研究引起了广泛关注。5.最近，美国最近，美国NCFST（National center for food safety and technology）成功开发了）成功开发了PATS (pressure-assisted thermal sterilization)工艺，工艺， PATS工艺与传工艺与传统高温杀菌工艺相比，大幅缩短杀菌统高温杀菌工艺相比，大幅缩短杀菌时间，提高了时间，提高了低酸性低酸性性食品品质。因性食品品质。因此，此，HHP技术在低酸性食品的应用会技术在低酸性食品的应用会不断增加。不断增加。6.超高压技术不仅能杀灭微生物，而超高压技术不仅能杀灭微生物，而且能使淀粉成糊状、蛋白质成胶凝状，且能使淀粉成糊状、蛋白质成胶凝状，获得与加热处理不一样的食品风味。获得与加热处理不一样的食品风味。超高压技术采用液态介质进行处理，超高压技术采用液态介质进行处理，易实现杀菌均匀、瞬时、高效易实现杀菌均匀、瞬时、高效。 缺点：缺点：1.UHP技术对杀灭芽孢效果似乎不太理想，技术对杀灭芽孢效果似乎不太理想，在绿茶茶汤中接种耐热细菌芽孢后，采在绿茶茶汤中接种耐热细菌芽孢后，采用室温和用室温和400MPa静水高压处理，不能杀静水高压处理，不能杀灭这些灭这些芽孢芽孢。2.由于糖和盐对微生物的保护作用，在粘由于糖和盐对微生物的保护作用，在粘度非常大的高浓度糖溶液中，超高压灭度非常大的高浓度糖溶液中，超高压灭菌效果并不明显。菌效果并不明显。3.由于处理过程压力很高，食品中压敏性由于处理过程压力很高，食品中压敏性成分会受到不同程度的破坏。其过高的成分会受到不同程度的破坏。其过高的压力使得能耗增加，对设备要求过高。压力使得能耗增加，对设备要求过高。而且，超高压装置初期投入成本比较高，而且，超高压装置初期投入成本比较高，一般食品工厂不利于工业化推广一般食品工厂不利于工业化推广4.超高压灭菌一般采用水作为为压力介质，超高压灭菌一般采用水作为为压力介质，当压力超过当压力超过600MPa时，水会出现临界冰时，水会出现临界冰的现象，因而只能使用油等其他物质作的现象，因而只能使用油等其他物质作为压力介质。为压力介质。5.超高压灭菌的效果受多种超高压灭菌的效果受多种因素的影响，如微生物种类、细胞形态、因素的影响，如微生物种类、细胞形态、温度、时间、压力大小等。温度、时间、压力大小等。应用：应用：一般而言，压力越高杀菌效果越好。但在相同压力下延长受压一般而言，压力越高杀菌效果越好。但在相同压力下延长受压时间并不一定能提高灭菌效果。在时间并不一定能提高灭菌效果。在400600 MPa的压力下，的压力下，可以杀死细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不可以杀死细菌、酵母菌、霉菌，避免了一般高温杀菌带来的不良变化，超高压冷杀菌技术的先进性是高压、常温灭菌，采用良变化，超高压冷杀菌技术的先进性是高压、常温灭菌，采用该项技术对食品进行处理后，不但具备高效杀菌性，而且能完该项技术对食品进行处理后，不但具备高效杀菌性，而且能完好保留食品中的营养成分，食品口感佳，色泽天然，安全性高，好保留食品中的营养成分，食品口感佳，色泽天然，安全性高，保质期长，这是传统高温热力杀菌方法所不具有的优点。目前，保质期长，这是传统高温热力杀菌方法所不具有的优点。目前，国外超高压灭菌已在果蔬、酸奶、果酱、乳制品、水产品、蛋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。在每制品等生产中有了一定的应用。在每cm2的肉食上施加大约的肉食上施加大约6t重的压力进行高压灭菌。结果，其味跟原来一样，色泽也比原重的压力进行高压灭菌。结果，其味跟原来一样，色泽也比原先更好看。日本明治屋食品公司将草莓、苹果和猕猴桃等果酱先更好看。日本明治屋食品公司将草莓、苹果和猕猴桃等果酱经软包装后在经软包装后在400600MPa、1030min条件下灭菌，产品的条件下灭菌，产品的色泽和风味不变，并保持了水果原有的口感，色泽和风味不变，并保持了水果原有的口感，VC的保留率较高的保留率较高 。高压技术和其它技术相结合，能更有效杀灭高压技术和其它技术相结合，能更有效杀灭微生物微生物，破坏酶，破坏酶，延长货架寿命延长货架寿命2。利用高压。利用高压CO2和高压技术相结合方法处和高压技术相结合方法处理胡萝卜汁，使用理胡萝卜汁，使用4.9MPaCO2和和300MPa高静水压结合处理，高静水压结合处理，可使可使需氧菌需氧菌完全失活，完全失活，多酚氧化酶多酚氧化酶、脂肪氧化酶脂肪氧化酶、果胶甲酯、果胶甲酯酶残留活性分别低于酶残留活性分别低于11.3%、8.3%、35.1%。设备：设备：原理：原理：等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超等静压技术是一种利用密闭高压容器内制品在各向均等的超高压压力状态下成型的超高压液压先进设备。等静压技术按高压压力状态下成型的超高压液压先进设备。等静压技术按成型和固结时的温度高低，分为冷等静压、温等静压、热等成型和固结时的温度高低，分为冷等静压、温等静压、热等静压三种不同类型静压三种不同类型 。工业化推广：工业化推广：工业化推广的超高压灭菌设备压力是工业化推广的超高压灭菌设备压力是100- 600mpa 超高压容器介超高压容器介质为水，部分实验型的可也达到质为水，部分实验型的可也达到1000mpa或更高，高压腔工作介或更高，高压腔工作介质是油。国外超高压食品处理设备的研究开发较早，国际上知名质是油。国外超高压食品处理设备的研究开发较早，国际上知名的超高压加工设备制造企业有美国的超高压加工设备制造企业有美国Avur和西班牙和西班牙NC Hyperbaric公司。公司。能够生产实验室研究用或生产用的能够生产实验室研究用或生产用的HHP设备的公司主要有美国设备的公司主要有美国Avure Technologies公司、公司、Elmhurst Research公司，英国公司，英国Stansted公司，西班牙公司，西班牙NC Hyperbaric公司，法国公司，法国Alstom公司，日本公司，日本Kobelco公公司、司、Mitsubishi公司、公司、Ishikawajima-harima公司，荷兰公司，荷兰Stork Food&Dairy Systems BV公司，瑞典公司，瑞典ABB公司和德国公司和德国Uhde等。等。当时瑞典的当时瑞典的 ASEA 是第一家将是第一家将 Battelle Memorial Institute（俄亥（俄亥俄州哥伦布市）提出的等静压技术实俄州哥伦布市）提出的等静压技术实现商业化的公司。现商业化的公司。 20 年之后，年之后，ASEA 成为了成为了 ABB 的一部分，而后的一部分，而后者主要致力于等静压和钣金成型压机者主要致力于等静压和钣金成型压机的市场开发。的市场开发。 1999 年，年，ABB 的高压的高压事业部被美国事业部被美国 Flow International 收收购。而购。而 Flow 引领了高压技术在食品引领了高压技术在食品防腐市场的拓展应用，所用的品牌名防腐市场的拓展应用，所用的品牌名称即为称即为 Avure。 2005 年，年，Avure Technologies, Inc. 成为了私有的独成为了私有的独立公司。立公司。 今天，所有四种品牌的压机今天，所有四种品牌的压机都在全球各地的制造厂内正常运行着。都在全球各地的制造厂内正常运行着。美国美国Avure Technologies公司生产公司生产的设备最大容积为的设备最大容积为687L，西班牙，西班牙NC Hyperbaric公司生产的设备最大容积公司生产的设备最大容积为为600L。帕斯卡原理帕斯卡原理:帕斯卡原理是帕斯卡原理是17世纪法国世纪法国帕斯卡帕斯卡（Pascal）提）提出的，通常表述如下内容：密闭液体上的压强，出的，通常表述如下内容：密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递。能够大小不变地向各个方向传递。 帕斯卡定律帕斯卡定律是流体力学中，由于液体的流动性，封闭容器是流体力学中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递。帕斯卡首先阐述大小不变地向各个方向传递。帕斯卡首先阐述了此定律。压强等于作用压力除以受力面积。了此定律。压强等于作用压力除以受力面积。根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的个活塞的面积的10倍，那么作用于第二个活塞倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的上的力将增大为第一个活塞的10倍，而两个活倍，而两个活塞上的压强仍然相等。这一定律是法国数学家、塞上的压强仍然相等。这一定律是法国数学家、物理学家、哲学家布莱士物理学家、哲学家布莱士帕斯卡首先提出的。帕斯卡首先提出的。这个定律在生产技术中有很重要的应用，液压这个定律在生产技术中有很重要的应用，液压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途，机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途，如液压制动等。帕斯卡还发现静止流体中任一如液压制动等。帕斯卡还发现静止流体中任一点的压强各向相等，即该点在通过它的所有平点的压强各向相等，即该点在通过它的所有平面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原理。理。 可用公式表示为：可用公式表示为： F1/S1=F2/S（1）按照加压方式分类）按照加压方式分类 内部加压式（或倍压式）内部加压式（或倍压式） 此种设备主要由超高压容器（高压腔）与加压缸（低此种设备主要由超高压容器（高压腔）与加压缸（低压腔）组成压腔）组成.外部加压式（或单腔式）外部加压式（或单腔式） 超高压容器和加压装置分离，可用超加压泵和增压器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容器 增压器增压器为传压和增压的装置，它通过低压大直径活塞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，压力增加的驱动高压小直径活塞，将压力（强）提高，压力增加的倍数为大活塞的横截面积与小活塞的横截面积之比，一倍数为大活塞的横截面积与小活塞的横截面积之比，一般为般为20：1 超高压处理设备的种类超高压处理设备的种类:（2）按照处理物料状态分类）按照处理物料状态分类 液态物料的超高压灭菌设备液态物料的超高压灭菌设备 根据液态物料超高压灭菌方式的不同，其对应设备可归结根据液态物料超高压灭菌方式的不同，其对应设备可归结为两大类：为两大类：类似于固态食品的处理方式；类似于固态食品的处理方式；由液态物料代替压力介质直接用超高压处理由液态物料代替压力介质直接用超高压处理 采用液态物料代替压力介质进行处理时采用液态物料代替压力介质进行处理时，对超高压容器，对超高压容器的要求较高，每次使用后容器必须经过清洗消毒等处理的要求较高，每次使用后容器必须经过清洗消毒等处理连续式超高压设备连续式超高压设备 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续化作业 真正的连续化处理设备需要解决物料的连续加压、保压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问世 脉冲超高压处理设备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形式释放压力的超高压处理设备（1）整体结构）整体结构倍压式倍压式 通过高低腔的倍压关系可在高压腔内产生很大的超通过高低腔的倍压关系可在高压腔内产生很大的超高压，对加压减压系统要求不高高压，对加压减压系统要求不高单腔式单腔式 压力容器只有高压腔，通过加压系统（加压泵和增压压力容器只有高压腔，通过加压系统（加压泵和增压器）产生超高压，对加压减压系统要求很高器）产生超高压，对加压减压系统要求很高 结构相对简单，密封结构可以设计得灵巧方便，符合结构相对简单，密封结构可以设计得灵巧方便，符合快装快拆要求快装快拆要求 超高压处理装置超高压处理装置（2）超高压容器）超高压容器 超高压容器通常为圆筒形，为了增加筒体的承载能力，超高压容器通常为圆筒形，为了增加筒体的承载能力，除适当增加筒壁厚度外，还可采用自增强的方法。通过对除适当增加筒壁厚度外，还可采用自增强的方法。通过对圆筒施加内压使内壁屈服，从而使内壁在卸压后产生预应圆筒施加内压使内壁屈服，从而使内壁在卸压后产生预应力力（3）加压装置）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、阀门和过滤器等加压系统还包括管路、接头、阀门和过滤器等（4）辅助设施）辅助设施 辅助设施包括加热或冷却系统、监测和控制系统及物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料的输入输出装置等 采用高温或低温与压力共同作用的方式来提高加压杀采用高温或低温与压力共同作用的方式来提高加压杀菌菌 为了保持一定温度，在高压容器外可附夹套结构，并为了保持一定温度，在高压容器外可附夹套结构，并通以一定温度的循环介质。另外，压力介质也需保持一通以一定温度的循环介质。另外，压力介质也需保持一定温度定温度 主编：徐澄莹主编：徐澄莹演讲：孟凡琛演讲：孟凡琛资料：崔陪君、苏睿资料：崔陪君、苏睿口号、口号、LOGOLOGO：陶斯福：陶斯福