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發(fā)展速度驚人的食品加工領(lǐng)域，是一個(gè)復(fù)雜的舞臺(tái)，食品生產(chǎn)商們必須運(yùn)用戰(zhàn)略思維，才能確保在需求旺盛的市場(chǎng)保持競(jìng)爭(zhēng)力。在這個(gè)世界里，有這樣幾位食品加工工程師脫穎而出。

    “我希望美國(guó)食品工業(yè)能繼續(xù)躋身世界前列，成為、和安全的*。”亞特蘭大的喬治亞技術(shù)研究學(xué)院食品加工技術(shù)分院院長(zhǎng)CraigWyvill如此說(shuō)。

    Wywill和同事們正著力研究提高食品加工效率和效果的有關(guān)技術(shù)，而禽肉加工是他們所關(guān)注的重點(diǎn)。目前為止，他們開(kāi)發(fā)了一系列連續(xù)篩選系統(tǒng)，能用于監(jiān)控家禽屠體、肉腸及肉餅等產(chǎn)品。利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，他們的連續(xù)式在線篩選和監(jiān)控系統(tǒng)能用于各種食品加工應(yīng)用中，目前這一研究成果在處于水平。

    研究人員還參與了一系列技術(shù)開(kāi)發(fā)的任務(wù)，包括機(jī)器人、信息技術(shù)、生物加工、分割系統(tǒng)及傳感器系統(tǒng)。“我們正努力尋找更多方法，幫助工廠動(dòng)態(tài)控制整個(gè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。”Wyvill說(shuō)，“為了這個(gè)目標(biāo)，我們?cè)絹?lái)越依賴于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。”

    然而，如果你不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，模型的價(jià)值就變得非常有限。“通過(guò)研究我們發(fā)現(xiàn)，具備在線連續(xù)式篩選能力的傳感器越來(lái)越受到青睞，它能幫助生產(chǎn)商指出關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生的任何變化。”Wywill說(shuō)，“無(wú)論鮮肉還是芝麻肉餅，任何食品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)都面臨測(cè)量質(zhì)量參數(shù)的挑戰(zhàn)。”

    的傳感器理念已然超越了計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，逐漸投入到實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中。然而，很多篩選理念還是停留在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置階段，并沒(méi)有任何在線經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)現(xiàn)狀正在開(kāi)始改變。Wyvill說(shuō)，“我們開(kāi)始看到，在線篩選系統(tǒng)開(kāi)始檢測(cè)產(chǎn)品熱曲線、脂肪容量和濕度。不僅如此，我們也開(kāi)始取得相關(guān)技術(shù)突破，將zui終實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)微生物污染和化學(xué)成分。”

    烤箱中的面包

    據(jù)食品加工技術(shù)分院傳感器及信息技術(shù)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)隊(duì)DougBritton博士介紹，利用產(chǎn)品顏色控制烤箱運(yùn)作的系統(tǒng)將很快問(wèn)世。這一技術(shù)利用圖像系統(tǒng)，為烤箱的控制裝置提供自動(dòng)信息回饋，確保產(chǎn)品時(shí)刻保持內(nèi)外溫度一致。據(jù)Britton博士介紹，這套系統(tǒng)將在7月中旬接受某烘焙食品生產(chǎn)商的測(cè)試。

    研究人員也在努力尋找能夠準(zhǔn)確預(yù)估成形并加熱后的食品的內(nèi)部溫度的方法。“如果找到合適的辦法，就可以幫助大產(chǎn)量的加工商確保產(chǎn)品內(nèi)部溫度達(dá)到殺死所有病原體細(xì)菌的要求。”

    在紅外相機(jī)測(cè)量表面溫度的同時(shí)，立體圖像系統(tǒng)將得出產(chǎn)品外形曲線數(shù)據(jù)。熱模擬技術(shù)則根據(jù)這些數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)產(chǎn)品的內(nèi)部溫度。

    Britton博士帶領(lǐng)的小組正在嘗試?yán)枚喙庾V、熒光、X射線、三維立體及常規(guī)圖像等多種技術(shù)，解決加工環(huán)節(jié)中的各種問(wèn)題。例如，檢測(cè)套標(biāo)包裝的密封度，檢測(cè)肉類食品中的碎骨，分析整塊肌肉產(chǎn)品的組成，尋找異物，為機(jī)器人手臂指明方位，以及在工廠為設(shè)備和操作人員提供有效信息反饋等。

    冷加工

    據(jù)華盛頓州立大學(xué)冷加工中心負(fù)責(zé)人GustavoBarbosa-Cánovas博士介紹，冷加工是確保食品質(zhì)量，避免過(guò)多加工處理的*選擇。

    “采用冷加工技術(shù)生產(chǎn)的食品非常安全，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官特性*。”他介紹說(shuō)，“與傳統(tǒng)熱加工技術(shù)相比，冷加工的食品成本更低，貨架期也有可能更長(zhǎng)。”

    冷加工技術(shù)包括：高壓、脈沖電場(chǎng)、超聲波、紫外線、超聲強(qiáng)化密相CO2以及臭氧技術(shù)。果汁、蛋類、乳制品、牡蠣、蘸料、西班牙下酒小菜及切片火腿等都很適用于冷加工技術(shù)。

    “食品行業(yè)對(duì)這些冷加工技術(shù)的接受速度雖然不快，但發(fā)展穩(wěn)定。”Barbosa-Cánovas博士說(shuō)，“整個(gè)食品行業(yè)中投入使用的高壓設(shè)備數(shù)量不斷增加。為了確保質(zhì)量，消費(fèi)者也將更愿意以略微高昂的價(jià)格購(gòu)買冷加工處理的食品。”

    電阻加熱、微波及無(wú)線電殺菌等冷加工技術(shù)也逐漸被食品行業(yè)接受。Barbosa-Cánovas博士介紹說(shuō)，“受自身性質(zhì)所限，冷加工技術(shù)通常都被用作巴氏殺菌處理。毫無(wú)疑問(wèn)，還有很多未開(kāi)發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域亟待食品加工商探尋，盡管事實(shí)上在目前看來(lái)，許多冷加工技術(shù)并不適用于對(duì)食品進(jìn)行殺菌消毒。”

    Barbosa-Cánovas博士提出的“壓力輔助熱加工”概念頗引人注目。這一技術(shù)巧妙結(jié)合了時(shí)間、溫度和壓力三大因素，完成對(duì)食品的殺菌處理。他進(jìn)一步介紹說(shuō)，“這項(xiàng)研究被稱為‘高壓科技兩用方案’，由美國(guó)防御部發(fā)起，食品加工業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府有關(guān)部門三方努力，花了數(shù)年時(shí)間共同研究這一理念。用這一方案加工的食品具有優(yōu)異的質(zhì)量。”參與研究的三方希望在2008年年底前獲得美國(guó)食品藥品管理局對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的許可。

    紫外線技術(shù)

    食品加工技術(shù)分院環(huán)境、能量和食品安全團(tuán)隊(duì)領(lǐng)隊(duì)JohnPierson，正在研究利用紫外線技術(shù)對(duì)果汁、醋汁和鹵水等液體產(chǎn)品進(jìn)行殺菌的項(xiàng)目。“紫外線穿透力并不是很強(qiáng)，因此每次只能對(duì)少量液體進(jìn)行殺菌，即便如此，這項(xiàng)技術(shù)還是有一定的商業(yè)價(jià)值。”Pierson介紹說(shuō)，“由于紫外線殺菌技術(shù)不需要加熱，食品中的蛋白質(zhì)不會(huì)發(fā)生性質(zhì)變化。”不久前，一套*的混料系統(tǒng)問(wèn)世并成功獲得，該系統(tǒng)能將液體按照一定的時(shí)間間隔均勻的分配到紫外線裝置前。

    “我們一直關(guān)注的是液體5-log級(jí)別殺菌，而這些液體對(duì)于殺菌用紫外線而言都是不透明的。這些液體大多數(shù)只能傳遞小于1mm的殺菌強(qiáng)度，因此系統(tǒng)必須設(shè)置更長(zhǎng)的曝光時(shí)間或提高液體的表面積與體積比。”

    獲得的GeorgiaTech殺菌系統(tǒng)通過(guò)控制流體力學(xué)妥善解決了這兩個(gè)問(wèn)題。借助計(jì)算流體力學(xué)，基礎(chǔ)研究順利完成。在層流條件下，鹵汁和果汁順利通過(guò)了5-log級(jí)別殺菌的測(cè)試。Pierson和同事們正在進(jìn)行美國(guó)食品藥品管理局的技術(shù)認(rèn)證測(cè)試。他還補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)授權(quán)可以投入使用。

    Pierson同時(shí)強(qiáng)調(diào)，水的保護(hù)、再利用和循環(huán)協(xié)議對(duì)食品安全和衛(wèi)生至關(guān)重要。“我們必須加強(qiáng)食品加工環(huán)節(jié)中水的保護(hù)和再利用，同時(shí)確保不對(duì)病原體控制計(jì)劃的實(shí)施產(chǎn)生任何負(fù)面影響。”他解釋說(shuō)，“讓我們以禽肉加工為例。加工后的病原體檢測(cè)結(jié)果*。創(chuàng)建有效的方法，以更好的評(píng)估成本效益，能幫助食品生產(chǎn)商調(diào)整HACCP計(jì)劃，并改進(jìn)水保護(hù)和再利用技術(shù)。”

    水的利用需要引入的傳感器、數(shù)據(jù)獲取及與病原體控制策略相關(guān)的加工信息反饋控制技術(shù)。然而，能實(shí)時(shí)監(jiān)控病原體數(shù)量或矩陣獨(dú)立殺菌能力的傳感器尚未問(wèn)世。用水?dāng)?shù)據(jù)一般通過(guò)流量計(jì)，依靠人工進(jìn)行收集和記錄?？紤]到這些條件限制，Pierson的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)更符合經(jīng)濟(jì)效益的病原體控制技術(shù)。

    機(jī)電一體化

    食品加工技術(shù)分院自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)領(lǐng)隊(duì)GaryMcMurray的研究重點(diǎn)是機(jī)電一體化。所謂機(jī)電一體化，就是機(jī)械設(shè)計(jì)、電子系統(tǒng)和軟件的整合。他介紹說(shuō)，“圖像加工和自動(dòng)化對(duì)食品加工業(yè)有著深遠(yuǎn)影響。傳感器技術(shù)為機(jī)器人提供視覺(jué)圖像，幫助它準(zhǔn)確做出各種動(dòng)作。”

    他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)目前正在設(shè)計(jì)一款食品加工行業(yè)的機(jī)器人，它能在高壓沖洗和化學(xué)清潔劑環(huán)境下運(yùn)作。機(jī)器人的*個(gè)任務(wù)是將原料肉送到托盤中。同時(shí)，他們還在研究如何讓機(jī)器人做出的禽類翅膀分割動(dòng)作，zui大可能提高加工效率。

    McMurray手中還有一個(gè)項(xiàng)目，那就是能自動(dòng)檢測(cè)禽類冷藏機(jī)中冷卻液氯含量的原型傳感器的開(kāi)發(fā)。這個(gè)項(xiàng)目非常重要，每年美國(guó)禽類市場(chǎng)共加工約200億磅的雞肉。

    在初加工的末端環(huán)節(jié)，去除內(nèi)臟并完成脫毛后的屠體被放入浸泡冷藏機(jī)中，屠體的溫度迅速降至40°F以下。為了進(jìn)一步確保微生物安全，加工商通常會(huì)在冷卻液中添加一定量的氯，加強(qiáng)衛(wèi)生和殺菌效果。在增加殺菌效果的同時(shí)，氯還會(huì)影響肉類的質(zhì)量和味道，因此必須嚴(yán)格監(jiān)控冷卻液中氯的含量。

    “圖像加工和自動(dòng)化技術(shù)對(duì)食品工業(yè)影響巨大。”McMurray介紹說(shuō)，“*羊們應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注各種潛在機(jī)會(huì)，放遠(yuǎn)目光，尋找的加工設(shè)備。只有率的工廠才能減少員工人數(shù)，并降低廢品率。”

    計(jì)算流體力學(xué)

    據(jù)位于都柏林的愛(ài)爾蘭國(guó)立大學(xué)食品冷藏及計(jì)算機(jī)食品技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)Da-WenSun博士介紹，以計(jì)算流體力學(xué)為首的早期模擬工具的使用，是一種風(fēng)靡的跨學(xué)科趨勢(shì)。工程師們借助計(jì)算機(jī)測(cè)試方法對(duì)某種加工工藝或某套系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試。

    “隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算流體力學(xué)的誕生，計(jì)算流體力學(xué)被食品行業(yè)廣泛采用，特別是在模擬工業(yè)流程、全面分析及新工藝、新系統(tǒng)的效率和成本效益優(yōu)化方面。”Sun博士介紹說(shuō)。他還出版過(guò)有關(guān)書(shū)籍《食品加工中的計(jì)算流體力學(xué)》。

    利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)格，計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算出控制方程，對(duì)液體流經(jīng)的每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行描述，以預(yù)計(jì)流速、溫度、壓力及其它各項(xiàng)參數(shù)。

    計(jì)算流體力學(xué)提高了對(duì)熱量、質(zhì)量、動(dòng)量傳遞和工業(yè)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)的評(píng)估能力。目前投入到食品加工領(lǐng)域的計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用包括：干燥、殺菌、冷藏和混料。

    美國(guó)威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校食品專家RobinConnelly博士正在利用計(jì)算流體力學(xué)分析工業(yè)混料機(jī)的流動(dòng)和混合動(dòng)作，這對(duì)于小麥面團(tuán)影響很大。“模擬并不能夠代替試驗(yàn)，但它相比試驗(yàn)有更大優(yōu)勢(shì)。”她解釋說(shuō)，“你不需要?jiǎng)?chuàng)建原型，就可以對(duì)新設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。有些設(shè)備很難設(shè)計(jì)試驗(yàn)檢測(cè)，模擬卻可以幫助你對(duì)它進(jìn)行深入了解。”

    此外，科學(xué)家不需要設(shè)置任何不安全的試驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)模擬就可以進(jìn)行安全性研究或故障分析。他們可以利用具體參數(shù)分析優(yōu)化設(shè)備性能。不僅如此，他們還可以獲取zui詳細(xì)的結(jié)果，并將之通過(guò)后處理，輕松換算為多項(xiàng)相關(guān)結(jié)果。

    “就像其它新事物一樣，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬技術(shù)進(jìn)行測(cè)試必須在嚴(yán)格控制的條件下進(jìn)行，這樣才能得到可靠的測(cè)試結(jié)果。”Connelly博士補(bǔ)充說(shuō)，“隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算能力繼續(xù)以驚人的速度發(fā)展，一旦計(jì)算流體力學(xué)建立了可靠性，它將更多參與到設(shè)備設(shè)計(jì)、加工模型及創(chuàng)新方案的測(cè)試中，并zui終為食品工程師帶來(lái)*的技術(shù)革新。”