高压射流磨系统及应用技术实现“领跑”

　　粉碎，是食品加工的重要单元，而当前食品加工产业链中的粉碎技术缺乏高效率、高性能的手段。如今，国内企业经过多年深耕，在粉碎设备上协同创新，研发出的高压射流磨系统等可生产出无豆渣豆浆、谷物饮料、果蔬汁饮料、液态调味品等多个产品。中国食品科学技术学会近日组织专家，通过线下与线上相结合的方式，在北京京津冀国家技术创新中心对北京协同创新食品科技有限公司与南昌大学共同完成的“高压射流磨系统及应用技术”项目进行科技成果评价。

　　专家委员会听取了项目成果的汇报并审阅了相关评价材料，现场考察了高压射流磨设备，品尝了该设备加工生产的多款产品。专家委员会经质询和讨论后认为，该项目解决了高压射流技术工业化的关键技术难题，形成了核心的自主知识产权与专有技术体系，所开发的1t-5t/h大型工业化高压射流磨系统为国内外首创，整体技术处于国际领先水平。专家委员会建议，加快该项目的全球化推广。

　　“粉碎技术是现代食品制造业的发展瓶颈，现有粉碎技术没办法满足食品产业高质量发展需求。”北京协同创新食品科技有限公司首席技术官刘宇博士在作项目报告时指出，当前食品加工产业链中的粉碎技术缺乏高效率、高性能的手段，尤其是在液态产品领域，主要是依靠机械式粉碎的方式，例如胶体磨、打浆机等，粉碎细度仅为40—60目，没办法实现全组分的超细粉碎。后续工艺需要分离残渣以保证口感和稳定能力，造成营养的流失和资源的浪费，也给生产运营管理带来更高的要求。因此，发展可以在一定程度上完成全组分的超细加工技术具备极其重大意义。基于此，项目团队通过跨领域、多学科的协同创新，成功开发出具有自主知识产权的高压射流磨系统。

　　据介绍，高压微射流技术可追溯到20世纪70年代，美国、日本、加拿大等国家相继推出了实验级高压微射流设备。国内学术界从21世纪初开始，通过引进进口实验设备开展相关的学术研究。大量的研究证明，高压射流技术能产生许多与传统技术不同的新效果。但是，射流技术一直处在实验室研究阶段，仅用于个别精细的生物医学产品的制备，由于缺乏高效率、大产能的粉碎流道以及稳定可靠的高压源系统，无法在饮食业实现大规模的推广和应用。

　　“项目团队研制的高压射流磨系统，是依托超高压+微通道射流技术构建的可大范围的应用于食品加工的新型液体在线粉碎系统。”刘宇介绍，该系统将含有固体颗粒的多相流导入特别设计的微通道，使能量聚集在一个很小的特殊流道空间，产生空化效应的射流对射撞击与震荡，利用空化和对撞产生的综合高密度能量，使多相流高效的均质、乳化和粉碎。

　　“高压射流磨设备产生的高密度粉碎能量，能够将传统工艺无法粉碎的豆渣、种皮等植物纤维进行超细粉碎，极大的提升了产品的口感，并实现了全组分利用，减少了废渣的排放，还可以使原料的营养成分得到充分利用。”在现场考察环节，北京协同创新食品科技有限公司总经理刘佳向专家们介绍了高压射流磨设备的优点。

　　据了解，高压射流磨系统可大范围的应用于植物蛋白饮料、谷物饮料、果蔬汁饮料、液态调味品、豆制品和相关的食品化工、日化等多个领域。例如，应用高压射流磨制浆设备加工的全组分豆制品，如全组分豆浆、全组分豆腐等产品口感细腻。值得一提的是，该系统结合创新加工工艺及新型点卤剂技术，不仅解决了传统豆浆和豆制品企业在生产的全部过程中的泡豆废水、豆渣、黄浆水等污染物的排放和处理问题，还将生产时间由传统的9小时缩短为2.5—4.5小时，提高了生产效率，同时，实现了全组分、全营养，有效提升了产品出品率。项目团队研发的高压射流磨设备已在益海嘉里、杭州祖名等10余家国内有名的公司应用，并出口澳大利亚。

　　专家委员会认为，该项目攻克了高压射流技术工业化的多项关键技术难题，开发了系列化大产能高压射流磨超细粉碎系统，压力达到了140MPa，实现了超音速射流在线粉碎。

　　项目的主要创新点如下：一是超长寿命粉碎流道设计。以流体力学仿真模拟为基础，建立了自有的流道设计开发体系。流道制造采用特种金刚石，以满足大型工业化生产超长常规使用的寿命的要求，解决了金刚石流道精密加工及大流量流道集成的技术难点，实现5t/h的产能规模。

　　二是食品级高压系统材料与结构开发。聚焦高压柱塞、组合密封、阀底阀座等核心部件及其他核心部件与结构，依托材料科学和流体力学最新成果，开发了符合食品产业化生产及食品GMP标准的大型高压系统，为高压射流磨提供了高质量、稳定的高压源。

　　三是全组分高压射流制浆系统开发。以高压射流技术为核心，开发了包括预粉碎前处理、脱气以及煮浆灭酶在内的全组分高压射流制浆系统，可满足多种物料全组分超细加工的要求。

　　中国食品科学技术学会名誉理事长孟素荷表示，饮食业需要学科交叉、跨界合作。该项目实现了材料科学和食品科学的完美结合。企业是创新的主体，项目方精准把控市场、科技的需求，打破了食品人固有的思维方法，实现了“杂交复壮”。她表示，“我国饮食业的发展中，食品技术的创新远快于装备的创新。希望在国内产业界和科技界的共同努力下，在装备创新上形成厚积薄发之势。”

　　“一直以来，装备研发是我国食品制造业的短板，也是‘卡脖子’问题。该项目成果让人眼前一亮，是一次多学科、多领域协同创新的成果。”中国工程院院士、中国食品科学技术学会理事长、北京工商大学校长孙宝国建议，尽快制定相关标准。

　　江南大学食品科学与技术国家重点实验室主任金征宇用“技术难度大、应用范围广”对项目做了概括。他建议，项目组应持续、深入地进行高压射流加工对食品成分、质构变化规律的相关研究。

　　中国疾病预防控制中心营养与健康所所长丁钢强从营养的角度谈了对该项目的看法。他表示，应用该项目装备和技术，有效改善了全谷物食品的口感，同时可将全谷物原料应用于更多领域，提升食品的营养价值。

　　中国轻工机械协会副理事长兼秘书长王欣认为，该项目实现了新的突破，但仅在食品领域应用还不够，未来还可优先考虑向化工、医药等更多领域拓展。王欣建议，将项目中的核心技术知识产权保护做到位，并制定有关标准。她同时提醒，在当前国际形势复杂多变的环境下，要注重产业链、供应链的安全可控。

　　江苏大学马海乐教授则表示，基础材料与核心零部件的研发是我国食品装备的薄弱环节。项目在多年的研究中专注于专业材料与零部件的开发，实现了多技术融合，在食品领域中还可扩大应用场景范围，向多级发力。此外，项目还可结合更多技术，在减少相关成本方面下功夫。

　　国家粮食和物资储备局科学研究院首席研究员谭斌谈到，高压射流磨系统及应用技术项目将流体力学、食品科学、材料力学等深层次地融合，这种跨界创新模式值得业内学习和借鉴。同时，项目切入精准，瞄准了食品加工中最重要的单元——粉碎，这在某种程度上预示着该项目可适用于多个食品领域。“相信这一项目只是一个开端，随着项目的不断推进和完善，未来将在解决食品机械装备‘卡脖子’问题方面发挥更大的优势。”

　　中国农业大学中国轻工业健康饮品重点实验室主任高彦祥表示，该项目主要是依靠企业自身力量，从研发、试制到做出样机，实属不易；更难能可贵的是，还与多家食品企业加大合作。在不断的摸索和实践中，项目团队成为国内食品装备领域射流磨研制的佼佼者。未来，项目中的设备和技术可向国外加大推广，争取在国外市场占据一席之地。他建议，项目设备的应用应跳出食品领域，向日化、医药等更多领域迈进。此外，智能化、自动化是未来装备业的方向，能否将设备设计成可移动式，也十分重要。在工艺方面，除了研究温度、压力等参数，还须关注加工物料的不同特性。

　　中国食品发酵工业研究院高级工程师涂顺明认为，该项目集成多项技术，创新性突出，有助于食品制造业的发展。期待开发出更多系列产品。

　　“食品装备的创新是一个复杂的系统，创新不仅要依靠新颖的构思与技术，更重要的是创新的土壤与创新生态的建设。”刘佳表示，7年来，项目团队得到了一大批各行各业技术专家与企业的鼎力相助，才得以解决诸多难题。他特别提到，可口可乐、益海嘉里、杭州祖名等一批具有创新精神的优秀企业，以及利乐、新美星等国内外优秀同行，在高压射流技术应用实践中，大胆尝试、共同探索，提供了宝贵的经验与修改完善意见，使得相关技术与工艺日臻完善。刘佳表示，将继续坚持协同与跨界的创新思路，逐渐完备与发展我国自有食品高技术装备，为提升我国食品制造业技术与装备水平，推动我们国家食品装备走向世界而不懈努力。