一盒酸奶，保質(zhì)期30天；一瓶果汁，保質(zhì)期6個月；一罐咖啡，保質(zhì)期1年……當(dāng)我們在超市買買買的時候，不知道您有沒有想過，這些食品為什么能在規(guī)定時間內(nèi)保證質(zhì)量不變壞呢？

其實，簡單的幾個數(shù)字背后，是復(fù)雜的科學(xué)原理和生產(chǎn)工藝。

食品最怕兩件事，一是腐敗變質(zhì)，二是微生物污染，要保證食品安全，就得殺死腐敗菌和致病菌。因此，殺菌和包裝是防止食品腐敗、保障安全的最關(guān)鍵工藝。如果這一步?jīng)]做好，可能就會引發(fā)食品安全問題。世界衛(wèi)生組織（WHO）2015年的報告數(shù)據(jù)顯示，全球因致病菌導(dǎo)致的食源性疾病患病人數(shù)高達(dá)6億人，死亡人數(shù)達(dá)42萬人。

殺菌和包裝有兩種形式，一種是先包裝好后連同外包裝一起殺菌，一種是食品和包裝容器分別殺菌再在無菌環(huán)境中灌裝封口。但長期以來這兩種形式的殺菌和包裝裝備技術(shù)還不是很高效，可實現(xiàn)高效、高品質(zhì)包裝食品生產(chǎn)的高溫連續(xù)殺菌和無菌灌裝裝備都被歐美企業(yè)壟斷。

如何破解難題、掌握關(guān)鍵裝備的主動權(quán)呢？

浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院劉東紅教授帶領(lǐng)團(tuán)隊通過十余年的科研攻關(guān)，在食品殺菌和包裝高端裝備領(lǐng)域取得了重大突破，實現(xiàn)了量大面廣的液態(tài)乳、植物蛋白飲料、罐頭食品、休閑食品等產(chǎn)品的連續(xù)高效、短時高品質(zhì)殺菌與包裝，讓中國老百姓吃得品質(zhì)更好更安全更放心。

在日前召開的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，這項成果獲得2020年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

食品殺菌要快而準(zhǔn)

食品殺菌與一般的醫(yī)學(xué)消毒不同，食品殺菌好比是二次加工，對食品的影響越小越好，也就是說在徹底殺菌的同時還不能影響食品的品質(zhì)和口感，如何掌握好殺菌的度很重要。如果滅菌環(huán)節(jié)耗時長了，不僅耗能而且食品風(fēng)味和質(zhì)地肯定有影響，不好吃的食品，消費者還愿意吃嗎？

劉東紅說，在保證安全的前提下，食品殺菌最講究的是一個“快”字。正所謂，唯快不破。

然而，包裝食品殺菌因為涉及食品、容器和環(huán)境等多維復(fù)雜體系，要實現(xiàn)高效生產(chǎn)一直以來存在著殺菌強(qiáng)度精準(zhǔn)控制難、連續(xù)化高溫動態(tài)密封要求高、無菌灌裝長效無菌保持難度大的裝備技術(shù)難題。

在一堆問題面前，如何快得起來？

比如，在先包裝后殺菌的方式中，傳統(tǒng)企業(yè)多采用釜式殺菌?！耙诲佂七M(jìn)去，滅菌好了拉出來，再換下一鍋?！边@樣的滅菌方式是非連續(xù)性的，速度慢效率低，而且勞動強(qiáng)度也大。

要解決效率的問題，實現(xiàn)高效連續(xù)殺菌，就要把滅菌方式從原來間歇式改成運動式。但這又帶來一個新問題，在間歇操作方式下，殺菌釜是密封的，溫度、壓力等參數(shù)比較方便控制，殺菌是不是徹底也好判斷，但在動態(tài)過程中，這些控制都成了難題。

此外，無菌灌裝要求容器和環(huán)境都要在極短時間內(nèi)實現(xiàn)無菌化處理，殺菌高效、徹底和可靠是綜合性的難題，多年來一直難以實現(xiàn)。劉東紅率領(lǐng)團(tuán)隊從十多年前就逐步開始探索從實驗室到小型的無菌灌裝設(shè)備，但日益增長的中國食品市場急需大規(guī)模高效率的生產(chǎn)裝備。

“民以食為天。食品安全的問題牽涉到千家萬戶的切身利益。這個難題必須由我們中國人自己來解決?！眲|紅和團(tuán)隊成員決心在已有基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究，從殺菌效率和設(shè)備改進(jìn)上尋找突破口。

實現(xiàn)殺菌精準(zhǔn)控制

殺菌講究“適可而止”。傳統(tǒng)食品企業(yè)在殺菌過程中，為了保證食品安全，往往是“過度”殺菌，就像我們平時燒菜的時候說“寧可熟過頭也不要吃生的”一樣，這樣一來，殺菌時間長了，花費的能耗也大了，品質(zhì)也下降了。

所以，要想在保證殺菌效果的同時降低能耗保證品質(zhì)，就必須精準(zhǔn)監(jiān)控殺菌值。

但在連續(xù)高溫的殺菌方式中，又不能打開食品包裝測量，怎么知道殺菌效果呢？劉東紅針對動態(tài)連續(xù)殺菌的非穩(wěn)態(tài)多重傳熱體系專門設(shè)計了一套迭代控制算法，通過模型來預(yù)測和控制殺菌過程。

“食品種類很多，有純液體的牛奶果汁，有液體加固體的果蔬罐頭，包裝類型也很復(fù)雜，有塑料的，有玻璃的，具體情況需要具體分析。”為了讓模型能適用于所有食品類型，劉東紅團(tuán)隊進(jìn)行了大量實驗，不斷調(diào)整參數(shù)、修正模型，最終創(chuàng)建了時變場變連續(xù)殺菌過程的殺菌F值精準(zhǔn)控制方法，破解了高溫逆壓輸送中溫壓動態(tài)恒定保持和自適應(yīng)熱偏離補(bǔ)償難題。

“我們實現(xiàn)了對殺菌的精準(zhǔn)監(jiān)控，只要殺菌達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，就可馬上結(jié)束殺菌，殺菌值偏差控制在5%以內(nèi)?！?/p>

在無菌灌裝方面，團(tuán)隊也有新突破。劉東紅團(tuán)隊建立的熱氧化協(xié)同殺菌方法實現(xiàn)了高效無殘留殺菌，多工位耦合無菌正壓和無菌屏障阻隔技術(shù)確保了環(huán)境可以在低耗能的情況下保持長效無菌，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速高精度無菌灌裝閥組支撐了國際最高速的軟塑系列無菌灌裝成套裝備。

劉東紅說，無論是高溫連續(xù)殺菌還是無菌灌裝，依靠團(tuán)隊研發(fā)的技術(shù)和裝備，都能夠做到殺菌“快準(zhǔn)狠”。

從無到有、從進(jìn)口到出口

十多年的研究經(jīng)歷了太多曲折，正所謂守得云開見月明，在863計劃、科技支撐計劃等國家重大項目的支持下，團(tuán)隊終于成功構(gòu)建了包裝食品殺菌技術(shù)體系，形成了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫連續(xù)殺菌和無菌灌裝裝備。目前成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國植物蛋白飲料和液態(tài)乳行業(yè)龍頭企業(yè)，支撐了我國乳品行業(yè)和植物蛋白飲料行業(yè)高速增長。

項目共獲授權(quán)發(fā)明專利41件，其中美國專利2件，德國專利3件。團(tuán)隊牽頭制訂了國家標(biāo)準(zhǔn)2項、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項，參與制訂國家標(biāo)準(zhǔn)4項，并且參與起草了ISO/TC313首個包裝機(jī)械國際標(biāo)準(zhǔn)。項目先后獲得中國輕工業(yè)聯(lián)合會、包裝聯(lián)合會科學(xué)技術(shù)一等獎。

更驕傲的是，項目成果在支撐中國食品行業(yè)快速發(fā)展的同時，還應(yīng)用到了世界前二十強(qiáng)的食品企業(yè)，彰顯了中國制造的國際影響力。

（文字 吳雅蘭/攝影 盧紹慶/攝像 韓天高）