劉力民，王 浩，鞠付棟

(1.國(guó)能國(guó)華(北京)分布式能源科技有限責(zé)任公司；2.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100120)

某工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)主要為食品行業(yè)、裝備制造業(yè)等，熱負(fù)荷屬于非季節(jié)性的生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷，擬利用附近現(xiàn)有燃煤電廠為園區(qū)集中供應(yīng)蒸汽。筆者對(duì)于燃煤電廠外供蒸汽直接用于食品加工企業(yè)的可行性、安全性進(jìn)行分析，并提出解決方案。

1 食品加工企業(yè)中蒸汽用途

在食品加工企業(yè)中，由于蒸汽具有方便、清潔、高效的特點(diǎn)，被視為理想的熱源，廣泛用于食品加工工藝過(guò)程中[1]。一般來(lái)說(shuō)，食品行業(yè)蒸汽用途可分為以下幾類：蒸煮、加熱烘干、熱力殺菌、去皮油脂脫臭等用途，其中很多場(chǎng)合下蒸汽要與食品(或原材料)直接接觸。

下面以幾種典型食品加工工藝流程來(lái)說(shuō)明蒸汽在食品加工中的作用[2-6]。

1.1 罐藏食品熱力殺菌

罐裝食品之所以能夠存放較長(zhǎng)時(shí)間而不發(fā)生腐敗，主要原因在于其在生產(chǎn)加工過(guò)程中將罐裝食品在殺菌鍋內(nèi)加熱至高溫，以殺死其中的微生物。由于蒸汽具有易于生產(chǎn)和儲(chǔ)存、易于控制、熱容量高等特點(diǎn)，蒸汽非常適合用于殺菌鍋中的傳熱介質(zhì)。

1.2 大豆加工

大豆是我國(guó)的傳統(tǒng)作物之一，大豆及大豆制品廣泛存在于人們的日常生活中。但是大豆本身組織堅(jiān)固，顆粒堅(jiān)硬，含有特殊味道，而且還含有對(duì)人體有害的物質(zhì)，所以，一般須經(jīng)過(guò)加工處理，制成豆制品后才能食用。一般常見(jiàn)的大豆加工、深加工工藝有以下幾種。

1.2.1 豆?jié){加工。豆?jié){的制作過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)“煮漿”這道工序，常用的方法主要有電加熱、蒸汽加熱等，其中蒸汽加熱又可分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。①直接蒸汽加熱是將蒸汽直接通入盛有豆?jié){的容器中，蒸汽與豆?jié){直接接觸，蒸汽的凝結(jié)水最終于豆?jié){混在一起。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，但是由于蒸汽凝結(jié)水會(huì)與豆?jié){混合，所以對(duì)蒸汽中雜質(zhì)數(shù)量控制較為嚴(yán)格。②間接蒸汽加熱是蒸汽通過(guò)表面式換熱來(lái)加熱豆?jié){，可通過(guò)夾層鍋、盤管等設(shè)備。該方法中，蒸汽與豆?jié){并不直接接觸，所以，對(duì)蒸汽中的雜質(zhì)含量無(wú)特別要求。

1.2.2 豆乳加工。為了改善豆乳的口味，在大豆磨漿后還需要進(jìn)行真空脫臭工藝。其基本原理是將加熱后的豆乳送入真空罐中，豆乳中的部分水分瞬間蒸發(fā)，同時(shí)揮發(fā)出部分不良味道成分。真空脫臭具體工藝步驟為利用蒸汽將豆乳加熱后送入真空罐中，然后對(duì)真空罐抽真空。由于壓力驟降，豆乳發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，水分迅速蒸發(fā)，豆乳中的部分雜質(zhì)也隨之排出，豆乳本身的溫度也隨之降低至沸點(diǎn)以下。

1.3 肉類加工

蒸汽在肉類食品加工中具有非常廣泛的作用，具體有以下幾種。

1.3.1 表面瞬時(shí)殺菌。通常在屠宰過(guò)程中，原料肉表面會(huì)沾染大量微生物。通常原材料肉類進(jìn)廠后就必須對(duì)其進(jìn)行表面微生物消殺處理，否則表面微生物會(huì)在后續(xù)加工中混雜在食物內(nèi)部，增加處理難度。

蒸汽溫度高，滲透能力強(qiáng)，熱容量大，使用蒸汽可以迅速、高效地殺除肉類表面的微生物，并且對(duì)肉類原材料影響小。同時(shí)蒸汽的殘留物為凝結(jié)水，不會(huì)影響口感。如某企業(yè)使用高溫蒸汽對(duì)大塊牛肉表面進(jìn)行殺菌處理，整個(gè)過(guò)程只有數(shù)十秒，牛肉表面僅有0.1mm～0.2mm厚度的部分因蒸汽加熱而變性。在保證殺菌效果的前提下，極大地保留了肉類品質(zhì)。

1.3.2 食品加熱。目前蒸汽用于食品加熱并不僅限于蒸、煮等傳統(tǒng)加工工藝，也同樣適用于烤制等加工方法。

由于使用蒸汽加熱食物為低氧環(huán)境，與傳統(tǒng)的烤制、炸制工藝相比，使用蒸汽加熱食品，可以有效抑制油脂在加熱過(guò)程中的氧化作用；同時(shí)由于加熱是在低氧環(huán)境下進(jìn)行的，苯并芘等致癌物質(zhì)生成量非常低，極大地提高了食品安全性。

1.3.3 脫油。油炸食品的表面往往殘留有大量的食用油，如不做處理，食用時(shí)影響口感；同時(shí)人體攝入過(guò)多的油脂，也不利于健康。所以，一些油炸食品在油炸后要經(jīng)過(guò)脫油處理，可以從油炸食品表面脫掉大約80%的油脂，而產(chǎn)品的形狀、口感保持不變。

將加工好的油炸食品放置在高溫蒸汽中，食品表面的油脂受熱后黏度降低，進(jìn)而融化并從食品表面流出。同時(shí)食品受熱收縮，也會(huì)促使油脂從表面滲出。

近年來(lái)，國(guó)外發(fā)展了蒸汽與油脂霧化結(jié)合的新型炸制技術(shù)：先用蒸汽將食品加熱至100℃以上，再用霧化后的少量油脂噴到食品表面，再經(jīng)過(guò)短時(shí)間的加熱即可達(dá)到油炸的效果。與傳統(tǒng)油炸方式相比，該工藝在保證食物口感的前提下大大降低了食物中的脂肪含量，同時(shí)又降低了油脂的消耗量，降低了成本。

2 食品加工企業(yè)所需蒸汽品質(zhì)要求

2.1 概述

如果蒸汽與食品直接接觸，蒸汽的凝結(jié)水也成為食品成分的一部分進(jìn)入人體。如果蒸汽品質(zhì)過(guò)差，會(huì)有大量的固體顆粒及化學(xué)物質(zhì)被人體攝入，影響健康；另外，如蒸汽中雜質(zhì)含量過(guò)大，甚至還會(huì)影響到食品的口味，影響質(zhì)量(如飲料中的氯、鐵離子都會(huì)影響口感)。

目前，根據(jù)用途不同，食品行業(yè)通常會(huì)使用3種不同等級(jí)的蒸汽：工業(yè)蒸汽、過(guò)濾(烹飪)蒸汽和潔凈蒸汽。

其中工業(yè)蒸汽為廠外蒸汽管網(wǎng)直接送來(lái)的蒸汽，其中可能含有固體雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)。

過(guò)濾(烹飪)蒸汽為經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的蒸汽，通過(guò)設(shè)置精密的濾網(wǎng)，可過(guò)濾掉蒸汽中95%的粒徑大于2μm的雜質(zhì)。但是經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，蒸汽中仍可能存在少量固體顆粒，而且蒸汽中固有的化學(xué)雜質(zhì)也不能消除。

潔凈蒸汽是指從源頭開(kāi)始控制品質(zhì)的蒸汽，從水處理工藝、給水及蒸汽管道管材等均有特殊要求。

2.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 蒸汽品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于食品加工用蒸汽品質(zhì)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)明確的專門標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到蒸汽最終會(huì)凝結(jié)為水進(jìn)入食品中，在沒(méi)有其他具體要求的情況下，暫用《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749-2006作為蒸汽品質(zhì)參考。

同時(shí)作為比較，表1中也列出《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 12145-2016(以下簡(jiǎn)稱“《電廠蒸汽標(biāo)準(zhǔn)》”)中所規(guī)定的主蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)水(蒸汽)質(zhì)量對(duì)比

電廠主要關(guān)注蒸汽中可能會(huì)導(dǎo)致在管道內(nèi)壁、汽輪機(jī)葉片表面結(jié)垢的物質(zhì)，而飲用水主要關(guān)注微生物指標(biāo)、毒理指標(biāo)、放射性指標(biāo)、感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)，兩者關(guān)注點(diǎn)不同，所以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中重合的量化指標(biāo)很少。從僅有的兩項(xiàng)重合指標(biāo)來(lái)看，飲用水標(biāo)準(zhǔn)和電廠蒸汽標(biāo)準(zhǔn)中，鐵、銅這兩種金屬元素的含量要求均相差了至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，電廠蒸汽標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

電廠外供的蒸汽一般是由高溫、高壓的蒸汽經(jīng)膨脹做功減溫減壓后得到，除非二次污染，其凝結(jié)水中不可能存在微生物。

毒理指標(biāo)中重金屬離子可通過(guò)鍋爐補(bǔ)給水處理工藝得到有效去除，毒理指標(biāo)中消毒劑的衍生物可通過(guò)優(yōu)選水處理消毒劑的類型來(lái)避免產(chǎn)生，因此，鍋爐補(bǔ)給水及工業(yè)蒸汽中毒理指標(biāo)可以滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

放射性指標(biāo)可通過(guò)控制水源水質(zhì)來(lái)確定，避免采用含有放射性污染的水源。

感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)，電廠鍋爐補(bǔ)給水處理工藝制出的除鹽水質(zhì)品質(zhì)遠(yuǎn)高于飲用水的一般化學(xué)指標(biāo)，因此，鍋爐補(bǔ)給水及工業(yè)蒸汽中一般化學(xué)指標(biāo)可以滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》DL 5068-2014中規(guī)定：當(dāng)機(jī)組蒸汽用于食品加工或者采用混合方式加熱生活用水時(shí)，對(duì)于給水和凝結(jié)水，不得采用加聯(lián)氨或投加其他對(duì)人體有害物質(zhì)的處理方式。因此，建議結(jié)合工業(yè)蒸汽的使用方式，合理確定熱力系統(tǒng)化學(xué)加藥的藥劑種類及品質(zhì)，若供至食品行業(yè)的工業(yè)蒸汽與食品直接接觸，建議化學(xué)藥劑選用I類水處理劑或食品級(jí)藥劑，如間接接觸，可視情況選用I類水處理劑、食品級(jí)或I類水處理劑(工業(yè)用)的藥品等。

綜上，電廠鍋爐補(bǔ)給水處理工藝流程制取的除鹽水理論上是能夠滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 設(shè)備及管道材料標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)食品接觸用材料有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用金屬材料及制品》GB 4806.9-2016。該標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)與食品直接接觸的金屬材料遷移物指標(biāo)有具體要求。

另外，由于我國(guó)目前食品標(biāo)準(zhǔn)和飲用水標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水質(zhì)的具體要求并不統(tǒng)一。如果按照飲用水標(biāo)準(zhǔn)，則需執(zhí)行《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 17219-1998。該標(biāo)準(zhǔn)中，并未提出金屬遷移物等指標(biāo)，僅要求金屬材料做浸泡實(shí)驗(yàn)后，水中污染物含量達(dá)標(biāo)。

而電力系統(tǒng)和城鎮(zhèn)供熱常用的金屬材料標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)上述要求并無(wú)規(guī)定。

一般來(lái)說(shuō)，關(guān)于材料的“食品級(jí)”要求，更多是考慮一些食物及原材料具有一定的酸性(如果汁等)，金屬材料與其接觸要考慮較強(qiáng)抗腐蝕能力，避免重金屬被人體攝入。而對(duì)于常規(guī)的用途，如市政工程自來(lái)水管網(wǎng)等，并無(wú)相關(guān)要求。

所以，是否與蒸汽接觸的管道材質(zhì)均要執(zhí)行“食品級(jí)”材料標(biāo)準(zhǔn)，如無(wú)權(quán)威機(jī)構(gòu)做出解釋，建議根據(jù)實(shí)際情況掌握。

2.3 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于食品加工用蒸汽品質(zhì)要求，相對(duì)而言，歐美標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格、完整，包括食品用蒸汽所使用的化學(xué)水處理劑等均有明文規(guī)定?，F(xiàn)將歐美主要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)列舉如下。

2.3.1 美國(guó)3-A衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(3-A Sanitary Standards)[7]。3-A 609-03《Method of Producing Steam of Culinary Quality，烹調(diào)用蒸汽產(chǎn)生的方法》中對(duì)直熱蒸汽的定義是不夾帶雜質(zhì)，相對(duì)來(lái)說(shuō)不含液態(tài)水且適合用于直接接觸食品，其他可食用食物或產(chǎn)品的接觸表面。其中對(duì)于烹飪蒸汽系統(tǒng)中關(guān)鍵過(guò)濾、分離設(shè)備及附件的主要相關(guān)要求如下：蒸汽應(yīng)設(shè)兩級(jí)過(guò)濾裝置，第一級(jí)能夠去除10μm及更大的顆粒，第二級(jí)能夠95%去除2μm及更大的顆粒。

2.3.2 美國(guó)FDA標(biāo)準(zhǔn)。FDA(Food and Drug Administration，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局)標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)蒸汽和潔凈蒸汽僅能用于用來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱或者滅菌器的夾套和潔凈蒸汽發(fā)生器進(jìn)行加熱，不得直接用于對(duì)食物進(jìn)行加熱。

在其《Code of Federal Regulation Title 21, Volume 3, Section 173.310：Boilerwater additives》中嚴(yán)格規(guī)定了爐水添加劑的種類和數(shù)量要求，如常用的六偏磷酸鈉、氫氧化鈉及焦亞硫酸鈉等均不能用于蒸汽與食品有直接接觸的場(chǎng)合，并且其使用的藥劑應(yīng)有相關(guān)證明文件。

2.3.3 歐盟EC No. 852標(biāo)準(zhǔn)。歐盟《一般食品法》EC No. 852-2004中第VII章《水的供應(yīng)》章節(jié)規(guī)定：“用于直接接觸食品的蒸汽，不能包含任何對(duì)健康有害的或可能污染食品的物質(zhì)?！薄皩?duì)于采用熱處理加工密封食品時(shí)，要確保在熱處理后冷卻容器的水不會(huì)成為食品的污染源。”

2.3.4 歐盟EN285標(biāo)準(zhǔn)。歐盟EN285《Sterilization-Steam sterilizers-Large sterilizers，滅菌-蒸汽消毒器-大型殺菌器》中4.2章節(jié)《材料》規(guī)定：“與蒸汽接觸的材料應(yīng)——能抵抗蒸汽機(jī)器冷凝物的侵蝕——不會(huì)導(dǎo)致蒸汽質(zhì)量的惡化”。

2.4 認(rèn)證類標(biāo)準(zhǔn)

除上述具體的規(guī)程規(guī)范外，目前還有大量的涉及食品行業(yè)的認(rèn)證類標(biāo)準(zhǔn)，此處僅列出幾種國(guó)際常見(jiàn)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容。

2.4.1 NSF認(rèn)證。NSF(National Sanitation Foundation，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì))認(rèn)證中，應(yīng)提供爐水添加劑食品可接觸證明文件，具體廠家名單可在NSF官方網(wǎng)站查詢。

2.4.2 IFS認(rèn)證。IFS(International Food Standard，國(guó)際食品認(rèn)證)V6.1的4.9.9.1章節(jié)中，規(guī)定如下：“作為產(chǎn)品成分的水或清潔用水應(yīng)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，并且水量充足；這同樣適用于在生產(chǎn)區(qū)域使用的蒸汽和冰，任何時(shí)候都應(yīng)有飲用水的供應(yīng)?！?/p>

2.4.3 BRC認(rèn)證。BRC(British Retail Consortium，英國(guó)零售商協(xié)會(huì))V8的4.5.1章節(jié)規(guī)定：“在食品加工的生產(chǎn)、產(chǎn)品制作過(guò)程中所用的作為原材料的水(包括冰和蒸汽)，洗手用水，或者設(shè)備和工廠的保潔用水，均應(yīng)滿足供應(yīng)，在使用點(diǎn)應(yīng)達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，或者根據(jù)現(xiàn)行的適用法律不得造成污染風(fēng)險(xiǎn)。”

2.4.4 AIB認(rèn)證。AIB(American Institute of Baking，美國(guó)烘烤技術(shù)研究所)標(biāo)準(zhǔn)5.27.1.6章節(jié)規(guī)定：“在蒸汽或水使用的、與食品進(jìn)行直接或間接接觸的水處理化學(xué)品應(yīng)具有與食品接觸的許可證文件。”

3 工業(yè)蒸汽凈化工藝

如前文所述，在電廠外供工業(yè)蒸汽質(zhì)量不能滿足食品企業(yè)要求時(shí)，可通過(guò)增設(shè)過(guò)濾裝置或設(shè)置蒸汽發(fā)生器的方法來(lái)獲得高質(zhì)量蒸汽。

3.1 蒸汽過(guò)濾裝置

蒸汽過(guò)濾裝置直接安裝在蒸汽管道上，幾乎不增加額外的運(yùn)行成本。設(shè)備過(guò)濾精度為0.5μm～2μm，過(guò)濾效率符合3-A標(biāo)準(zhǔn)(95%過(guò)濾2μm顆粒)。

設(shè)備所有材質(zhì)均應(yīng)符合FDA或歐盟EC 1935相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備內(nèi)壁對(duì)于表面光潔度有嚴(yán)格要求，而且必須經(jīng)過(guò)酸洗、鈍化等特殊處理后才能使用。

3.2 蒸汽發(fā)生器

過(guò)濾裝置過(guò)濾后的蒸汽中仍會(huì)有少量顆粒及蒸汽中的化學(xué)物質(zhì)，如果仍不能滿足企業(yè)需要，則應(yīng)設(shè)置蒸汽發(fā)生器。

蒸汽發(fā)生器基于表面式間接換熱原理工作，本質(zhì)為一管殼式換熱器。電廠來(lái)的工業(yè)蒸汽與食品企業(yè)自供的潔凈水在設(shè)備內(nèi)通過(guò)管道表面換熱。潔凈水受熱后蒸發(fā)，形成的汽水混合物經(jīng)過(guò)汽水分離裝置后，生產(chǎn)出合格的潔凈蒸汽；工業(yè)蒸汽則冷凝成水，可作為一般其他用途。

蒸汽發(fā)生器設(shè)備材質(zhì)等要求同蒸汽過(guò)濾裝置。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)蒸汽在食品行業(yè)中的不同用途，對(duì)其品質(zhì)要求也不同。如蒸汽與食品直接接觸，則對(duì)蒸汽品質(zhì)有具體要求，主要是控制蒸汽及凝結(jié)水中的固體顆粒、化學(xué)物等雜質(zhì)。

經(jīng)比較現(xiàn)有發(fā)電廠汽水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于兩者中重合部分的內(nèi)容，電廠汽水標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以看到其要求的標(biāo)準(zhǔn)并不相同。對(duì)于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，具體要求也不完全相同。

4.2 建議

由于現(xiàn)行的蒸汽品質(zhì)要求相關(guān)規(guī)程規(guī)范并不統(tǒng)一，食品企業(yè)可在滿足相關(guān)法律法規(guī)要求的前提下，根據(jù)客戶具體要求及可能的風(fēng)險(xiǎn)，自行靈活掌握。

現(xiàn)有發(fā)電廠的本職工作仍在于安全高效發(fā)電、供熱，不可能為了少數(shù)幾個(gè)食品加工企業(yè)的需要，從根源上去調(diào)整現(xiàn)有的化學(xué)處理工藝、藥劑種類和更改所有相關(guān)的管道材質(zhì)。如果食品加工企業(yè)必須要執(zhí)行較高蒸汽標(biāo)準(zhǔn)，可考慮適當(dāng)利用自身設(shè)備對(duì)外來(lái)蒸汽進(jìn)行適當(dāng)凈化，如設(shè)置過(guò)濾裝置等。如確實(shí)需要完全消除固體顆粒及電廠蒸汽中添加劑的影響，則需設(shè)置蒸汽發(fā)生器。