发展速度惊人的食品加工领域，是一个复杂的舞台，食品生产商们必须运用战略思维，才能确保在需求旺盛的全球市场保持竞争力。在这个世界里，有这样几位食品加工工程师脱颖而出。
“我希望美国食品工业能继续跻身世界前列，成为高效、优质和安全的典范。”亚特兰大的乔治亚技术研究学院食品加工技术分院院长Craig Wyvill如此说。
Wywill和同事们正着力研究提高食品加工效率和效果的有关技术，而禽肉加工是他们所关注的重点。目前为止，他们开发了一系列连续筛选系统，能用于监控家禽屠体、肉肠及肉饼等产品。利用计算机视觉技术，他们的连续式在线筛选和监控系统能用于各种食品加工应用中，目前这一研究成果在全球处于领先水平。
研究人员还参与了一系列技术开发的任务，包括机器人、信息技术、生物加工、高级分割系统及传感器系统。“我们正努力寻找更多方法，帮助工厂动态控制整个生产加工环节。”Wyvill说，“为了这个目标，我们越来越依赖于计算机模拟技术。”
然而，如果你不能进行动态测量，模型的价值就变得非常有限。“通过研究我们发现，具备在线连续式筛选能力的传感器越来越受到青睐，它能帮助生产商指出关键参数发生的任何变化。”Wywill说，“无论鲜肉还是芝麻肉饼，任何食品的生产环节都面临测量质量参数的挑战。”
先进的传感器理念已然超越了计算机视觉技术，逐渐投入到实际生产运用中。然而，很多筛选理念还是停留在实验室设置阶段，并没有任何在线经验。这个现状正在开始改变。Wyvill说，“我们开始看到，在线筛选系统开始检测产品热曲线、脂肪容量和湿度。不仅如此，我们也开始取得相关技术突破，将最终实现在线监测微生物污染和化学成分。”
烤箱中的面包
据食品加工技术分院传感器及信息技术团队领队Doug Britton博士介绍，利用产品颜色控制烤箱运作的系统将很快问世。这一技术利用图像系统，为烤箱的控制装置提供自动信息回馈，确保产品时刻保持内外温度一致。据Britton博士介绍，这套系统将在7月中旬接受某烘焙食品生产商的测试。
研究人员也在努力寻找能够准确预估成形并加热后的食品的内部温度的方法。“如果找到合适的办法，就可以帮助大产量的加工商确保产品内部温度达到杀死所有病原体细菌的要求。”
在红外相机测量表面温度的同时，立体图像系统将得出产品外形曲线数据。高级热模拟技术则根据这些数据预测产品的内部温度。
Britton博士带领的小组正在尝试利用多光谱、荧光、X射线、三维立体及常规图像等多种技术，解决加工环节中的各种问题。例如，检测套标包装的密封度，检测肉类食品中的碎骨，分析整块肌肉产品的组成，寻找异物，为机器人手臂指明方位，以及在工厂为设备和操作人员提供有效信息反馈等。
冷加工
据华盛顿州立大学冷加工中心负责人Gustavo Barbosa-Cánovas博士介绍，冷加工是确保食品质量，避免过多加工处理的最佳选择。
“采用冷加工技术生产的食品非常安全，营养价值和感官特性极高。”他介绍说，“与传统热加工技术相比，冷加工的食品成本更低，货架期也有可能更长。”
冷加工技术包括：高压、脉冲电场、超声波、紫外线、超声强化密相CO2以及臭氧技术。果汁、蛋类、乳制品、牡蛎、蘸料、西班牙下酒小菜及切片火腿等都很适用于冷加工技术。
“食品行业对这些冷加工技术的接受速度虽然不快，但发展稳定。” Barbosa-Cánovas博士说，“整个食品行业中投入使用的高压设备数量不断增加。为了确保质量，消费者也将更愿意以略微高昂的价格购买冷加工处理的食品。”
电阻加热、微波及无线电杀菌等冷加工技术也逐渐被食品行业接受。Barbosa-Cánovas博士介绍说，“受自身性质所限，冷加工技术通常都被用作巴氏杀菌处理。毫无疑问，还有很多未开发的技术领域亟待食品加工商探寻，尽管事实上在目前看来，许多冷加工技术并不适用于对食品进行杀菌消毒。”
Barbosa-Cánovas博士提出的“压力辅助热加工”概念颇引人注目。这一技术巧妙结合了时间、温度和压力三大因素，完成对食品的杀菌处理。他进一步介绍说，“这项研究被称为‘高压科技两用方案’，由美国防御部发起，食品加工业、学术界和政府有关部门三方努力，花了数年时间共同研究这一理念。用这一方案加工的食品具有优异的质量。”参与研究的三方希望在2008年年底前获得美国食品药品管理局对该项技术的许可。
紫外线技术
食品加工技术分院环境、能量和食品安全团队领队John Pierson，正在研究利用紫外线技术对果汁、醋汁和卤水等液体产品进行杀菌的项目。“紫外线穿透力并不是很强，因此每次只能对少量液体进行杀菌，即便如此，这项技术还是有一定的商业价值。”Pierson介绍说，“由于紫外线杀菌技术不需要加热，食品中的蛋白质不会发生性质变化。”不久前，一套独特的混料系统问世并成功获得专利，该系统能将液体按照一定的时间间隔均匀的分配到紫外线装置前。
“我们一直关注的是液体5-log级别杀菌，而这些液体对于杀菌用紫外线而言都是不透明的。这些液体大多数只能传递小于1mm的杀菌强度，因此系统必须设置更长的曝光时间或提高液体的表面积与体积比。”
获得专利的Georgia Tech杀菌系统通过控制流体力学妥善解决了这两个问题。借助计算流体力学，基础研究顺利完成。在层流条件下，卤汁和果汁顺利通过了5-log级别杀菌的测试。Pierson和同事们正在进行美国食品药品管理局的技术认证测试。他还补充说，这项技术通过授权可以投入使用。
Pierson同时强调，水的保护、再利用和循环协议对食品安全和卫生至关重要。“我们必须加强食品加工环节中水的保护和再利用，同时确保不对病原体控制计划的实施产生任何负面影响。”他解释说，“让我们以禽肉加工为例。加工后的病原体检测结果众所周知。创建有效的方法，以更好的评估成本效益，能帮助食品生产商调整HACCP计划，并改进水保护和再利用技术。”
水的利用需要引入先进的传感器、数据获取及与病原体控制策略相关的加工信息反馈控制技术。然而，能实时监控病原体数量或矩阵独立杀菌能力的传感器尚未问世。用水数据一般通过流量计，依靠人工进行收集和记录。考虑到这些条件限制，Pierson的团队开始着手开发更符合经济效益的病原体控制技术。
机电一体化
食品加工技术分院自动化团队领队Gary McMurray的研究重点是机电一体化。所谓机电一体化，就是机械设计、电子系统和软件的整合。他介绍说，“图像加工和自动化对食品加工业有着深远影响。传感器技术为机器人提供视觉图像，帮助它准确做出各种动作。”
他带领的团队目前正在设计一款食品加工行业专用的机器人，它能在高压冲洗和化学清洁剂环境下运作。机器人的第一个任务是将原料肉送到托盘中。同时，他们还在研究如何让机器人做出精确的禽类翅膀分割动作，最大可能提高加工效率。
McMurray手中还有一个项目，那就是能自动检测禽类冷藏机中冷却液氯含量的原型传感器的开发。这个项目非常重要，每年美国禽类市场共加工约200亿磅的鸡肉。
在初加工的末端环节，去除内脏并完成脱毛后的屠体被放入浸泡冷藏机中，屠体的温度迅速降至40°F以下。为了进一步确保微生物安全，加工商通常会在冷却液中添加一定量的氯，加强卫生和杀菌效果。在增加杀菌效果的同时，氯还会影响肉类的质量和味道，因此必须严格监控冷却液中氯的含量。
“图像加工和自动化技术对食品工业影响巨大。” McMurray介绍说，“行业领头羊们应该时刻关注各种潜在机会，放远目光，寻找高效的加工设备。只有高效率的工厂才能减少员工人数，并降低废品率。”
计算流体力学
据位于都柏林的爱尔兰国立大学食品冷藏及计算机食品技术学院院长Da-Wen Sun博士介绍，以计算流体力学为首的早期模拟工具的使用，是一种风靡全球的跨学科趋势。工程师们借助计算机测试方法对某种加工工艺或某套系统进行模拟测试。
“随着计算机技术的发展及计算流体力学的诞生，计算流体力学被食品行业广泛采用，特别是在模拟工业流程、全面分析及新工艺、新系统的效率和成本效益优化方面。”Sun博士介绍说。他还出版过有关书籍《食品加工中的计算流体力学》。
利用计算机网格，计算流体力学计算出控制方程，对液体流经的每个网格进行描述，以预计流速、温度、压力及其它各项参数。
计算流体力学提高了对热量、质量、动量传递和工业流程优化设计的评估能力。目前投入到食品加工领域的计算流体力学应用包括：干燥、杀菌、冷藏和混料。
美国威斯康辛大学麦迪逊分校食品专家Robin Connelly博士正在利用计算流体力学分析工业混料机的流动和混合动作，这对于小麦面团影响很大。“模拟并不能够代替试验，但它相比试验有更大优势。”她解释说，“你不需要创建原型，就可以对新设备的设计进行测试。有些设备很难设计试验检测，模拟却可以帮助你对它进行深入了解。”
此外，科学家不需要设置任何不安全的试验环境，通过模拟就可以进行安全性研究或故障分析。他们可以利用具体参数分析优化设备性能。不仅如此，他们还可以获取最详细的结果，并将之通过后处理，轻松换算为多项相关结果。
“就像其它新事物一样，利用计算流体力学模拟技术进行测试必须在严格控制的条件下进行，这样才能得到可靠的测试结果。”Connelly博士补充说，“随着计算机技术和计算能力继续以惊人的速度发展，一旦计算流体力学建立了可靠性，它将更多参与到设备设计、加工模型及创新方案的测试中，并最终为食品工程师带来彻底的技术革新。”
8/18/2008
|
