蒸汽爆破工艺概念澄清

基于瞬间弹射蒸汽爆破的预处理工艺开发的开题报告1. 研究背景及意义化学反应工程是现代化工生产中重要研究领域之一。

在化学反应工程中，反应物的均匀混合是关键因素之一，因为它决定了反应的速率和产物的质量。

经典混合方法包括搅拌、喷淋和气动搅拌等，但这些方法往往难以满足反应过程需求的速率和效率。

因此，需要开发更有效的混合技术。

蒸汽爆破是一种使用高压蒸汽的混合技术，用于将固体或液体反应物注入到高压蒸汽中。

在高压蒸汽温度和压力下，反应物快速混合并瞬时加热，促进反应发生并加速反应速率。

蒸汽爆破技术已被广泛应用于煤气化、重质油分解和化学反应等领域。

然而，蒸汽爆破在反应物分散、瞬时加热和混合速率等方面仍存在局限。

因此，需要开发基于蒸汽爆破技术的预处理工艺，以提高反应物的分散性、混合速率和瞬时加热效率，从而增强反应过程的控制能力和生产效率。

2. 研究内容和目标本研究旨在基于瞬间弹射蒸汽爆破的预处理工艺开发一种新型混合技术。

研究内容包括：（1）分析瞬间弹射蒸汽爆破的原理和特点，探究其在化学反应中的应用潜力；（2）设计实验系统，制备合适的反应体系和催化剂，并控制反应条件和参数，考察瞬间弹射蒸汽爆破的混合效果和反应速率；（3）结合计算模拟，探索瞬间弹射蒸汽爆破对反应物质传递和能量传递的影响，分析其机理和优缺点；（4）优化预处理工艺，改进瞬间弹射蒸汽爆破技术的混合效率和反应速率，提高反应过程的控制能力和生产效率。

研究目标是开发一种简单可行、高效率的基于瞬间弹射蒸汽爆破的预处理工艺，以提高化学反应的分散性、混合速率和瞬时加热效率，增强反应过程的控制能力和生产效率。

3. 研究方法和技术路线本研究采用实验和计算模拟相结合的方法。

实验部分分为以下几个步骤：（1）制备反应体系：选择适宜的反应物和催化剂，制备反应体系；（2）设计实验系统：设计瞬间弹射蒸汽爆破的实验系统，包括加料、混合和反应三个模块；（3）控制反应条件和参数：控制实验条件和参数，如反应物的质量比、反应温度和压力等；（4）分析混合效果和反应速率：通过实验数据分析瞬间弹射蒸汽爆破的混合效果和反应速率。

秸秆蒸汽爆破技术在畜牧生产中的应用研究进展周涛;陈万宝;孟庆翔;周振明;任丽萍【摘要】蒸汽爆破技术是一种物理化学相结合的纤维处理工艺，通过蒸汽蒸煮和爆破作用达到改变纤维化学组成和结构的目的。

采用蒸汽爆破技术处理农作物秸秆，具有能够提高动物采食量和秸秆消化率的作用，有利于中国秸秆资源开发。

作者介绍了蒸汽爆破技术的原理及加工工艺，综述了蒸汽爆破技术对秸秆营养价值的影响及其在秸秆饲料开发领域存在的问题，并对其在畜牧生产中的应用前景作出展望，旨在对秸秆蒸汽爆破技术在畜牧业中应用奠定理论基础。

%Steam explosion technology is a comprehensive fiber processing craft of physical and chemical,which through vapor phase heating and exploding effect to achieve the purpose of chan-ging fiber chemical composition and structure.It can improve the potential of animal feed intake and digestibility of straw,and contribute to the straw resources utilization in China.The author introduced the principle and processing technology of steam explosion,summarized the difference of steam explosion making on straw nutritional value and the problems of this techndogy in straw feed development,and its application prospects in livestock production,hopingto provide the ref-erence for its application in livestock.【期刊名称】《中国畜牧兽医》【年(卷),期】2016(043)009【总页数】6页(P2352-2357)【关键词】蒸汽爆破;秸秆;营养价值;应用【作者】周涛;陈万宝;孟庆翔;周振明;任丽萍【作者单位】中国农业大学动物科技学院，动物营养国家重点实验室，北京100193;中国农业大学动物科技学院，动物营养国家重点实验室，北京 100193;中国农业大学动物科技学院，动物营养国家重点实验室，北京 100193;中国农业大学动物科技学院，动物营养国家重点实验室，北京 100193;中国农业大学动物科技学院，动物营养国家重点实验室，北京 100193【正文语种】中文【中图分类】S816结构性碳水化合物是目前最多的可再生能源物质，据初步统计，全世界每年的碳水化合物产量约为1×1010 t，其中农作物秸秆占可利用物质产量的70%左右[1-3]。

蒸汽爆破生物秸秆能耗标准
蒸汽爆破生物秸秆是一种将生物质废弃物转化为有用能源的方法。

在蒸汽爆破过程中，生物秸秆在高温高压的环境下，被分解为可用于生产能源的化合物。

蒸汽爆破生物秸秆的能耗标准是指在这个过程中所消耗的能源的要求和限制。

蒸汽爆破生物秸秆能耗标准的制定应该综合考虑以下几个因素：
1. 能源消耗效率：蒸汽爆破生物秸秆的能耗标准应该要求在能源消耗方面达到一定的效率。

具体而言，应该规定在生物秸秆蒸汽爆破的过程中，产生的能源比消耗的能源要多一定的比例。

2. 能源种类限制：蒸汽爆破生物秸秆所消耗的能源可以是各种不同种类的能源，如天然气、煤炭或其他可再生能源。

能耗标准应该指定使用哪些种类的能源以及使用这些能源的比例。

3. 能源消耗权衡：蒸汽爆破生物秸秆需要在高温高压的环境下进行，这将导致较高的能源消耗。

然而，过高的能源消耗将不利于生物质资源的可持续利用。

因此，能耗标准应该要求在能源消耗与可持续发展之间取得平衡。

4. 技术创新鼓励：为了提高蒸汽爆破生物秸秆的能效，能耗标准应该鼓励技术创新。

例如，可以设立奖励机制，鼓励研究开发更高效的蒸汽爆破技术，降低能源消耗。

5. 环境因素考虑：除了能耗标准外，还应该考虑蒸汽爆破生物秸秆对环境的影响。

这包括废水、废气排放以及废弃物处理等
问题。

能耗标准应该规定对这些环境影响进行严格的控制和监管。

总之，蒸汽爆破生物秸秆能耗标准的制定需要考虑能源消耗效率、能源种类限制、能源消耗权衡、技术创新鼓励和环境因素考虑等多个因素。

通过合理的标准制定，可以促进蒸汽爆破生物秸秆技术的发展，提高能源利用效率，实现资源的可持续利用。

322㊀2021Vol.47No.7(Total 427)DOI:10.13995/ki.11-1802/ts.024756引用格式:陈晓思,贺稚非,王泽富,等.蒸汽爆破技术的应用现状与发展前景[J].食品与发酵工业,2021,47(7):322-328.CHENXiaosi,HE Zhifei,WANG Zefu,et al.Application and development of steam explosion technology[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(7):322-328.蒸汽爆破技术的应用现状与发展前景陈晓思1,贺稚非1,2,王泽富1,许雄1,李洪军1,2∗1(西南大学食品科学学院,重庆400716)2(重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆400716)摘㊀要㊀蒸汽爆破技术是指将物料在高温高压的蒸汽下处理一段时间,然后在0.01s 内瞬时泄压实现 爆破 ,热能转换为机械能做功,蒸汽以冲击波的形式作用于物料,改变其结构组成的一种物理化学处理技术㊂通过气相蒸煮过程的热化学作用以及蒸汽爆破阶段的物理做功,原料致密有序的结构被打破,酶及化学试剂的可及性增加,易于后续反应的进行㊂蒸汽爆破技术以其安全㊁高效㊁环保等特点,在食品领域有广阔的发展前景㊂该文介绍了蒸汽爆破技术的原理㊁优缺点及影响因素,概述了其发展历史,并分别总结了蒸汽爆破技术在植物性原料以及动物性原料中的应用现状,最后对其发展前景作出了展望,以期为蒸汽爆破技术在食品领域进行更广阔的应用提供一定的参考价值㊂关键词㊀蒸汽爆破技术;原理;影响因素;应用现状;发展趋势第一作者:硕士研究生(李洪军教授为通讯作者,E-mail:983362225@)㊀㊀基金项目:国家兔产业技术体系肉加工与综合利用(CARS-43-E-1);重庆市特色食品工程技术研究中心能力提升项目(cstc2014pt-gc8001)收稿日期:2020-06-15,改回日期:2020-09-29㊀㊀蒸汽爆破技术(steam explosion technology),简称 汽爆 ,是一种绿色环保㊁高效㊁低能耗㊁经济的新型热加工技术,同时也是一种不使用有毒化学物质㊁投资少的物理化学预处理方式[1-3]㊂最初的蒸汽爆破技术由MASON 于1925年提出,用于生产纤维压缩板[4]㊂通过蒸汽爆破过程中的热反应和物理撕裂作用,纤维素晶体结构被破坏,半纤维素被降解,故蒸汽爆破技术自提出以来主要用于木质纤维素材料(如麦秸㊁玉米秸秆)的加工㊁改变纤维材料的结构㊁促进纤维素的水解等,提高了纤维素对化学试剂和酶的可获得性[5-6]㊂蒸汽爆破技术可以在较短的时间内有效破坏物料致密的结构,并改变其化学组成[7],近年来,蒸汽爆破技术的应用范围不再局限于木质纤维素的处理㊁秸秆发酵生产乙醇㊁对动物饲料进行加工等,其在食品领域作为一种有效的预处理加工方式而逐渐受到关注,可用于促进食品营养成分的溶出㊁对食品成分进行改性等,具有广阔的发展前景[8-9]㊂本文对蒸汽爆破技术的原理㊁优缺点㊁影响因素㊁发展历史㊁在动植物原料中的应用现状进行了综述,并对其在食品领域的发展前景作出展望,以期为蒸汽爆破技术在食品工业中进一步应用提供一定的参考㊂1㊀蒸汽爆破技术的原理㊁优缺点及影响因素1.1㊀蒸汽爆破技术的原理蒸汽爆破技术是指将原料封闭于高温高压(160~260ħ㊁0.69~4.83MPa)的环境,过热饱和水蒸气在较高压力的作用下强制进入食品原料,并填满细胞孔隙,保温保压一段时间后,瞬间(0.00875s 内)将压力释放至大气压,细胞中的过热液体迅速汽化并向外做功,体积急速膨胀,细胞破裂形成多孔结构[10]㊂蒸汽爆破处理技术主要分为2个过程:气相的蒸煮过程和蒸汽降压爆破过程[11-12]㊂第一阶段,原料在高温高压水蒸气的作用下发生热化学反应,蒸汽进入原料内部,降低其内部的连接强度和黏度,有利于后续的机械性分离㊂不同的原料在此阶段会发生不同的反应,对于木质纤维素材料,会发生半纤维素的酸性自水解作用,同时还会发生苷元物质的脱糖基作用[13-14]㊂第二阶段,由于瞬间释压,原料中液体与水蒸气介质同时发生绝热膨胀,热能转化为机械能做功,膨胀的气体以冲击波的形式作用于软化的原料使其变形,结构发生改变,并释放出小分子物质[15-16]㊂1.2㊀蒸汽爆破技术的优缺点蒸汽爆破技术是一个热能转化为机械能的过程,其优点是有效打破了原料细胞中营养物质的抗提取屏障,有利于活性成分的提取㊁高分子物质降解为生物活性更强的小分子物质;同时,处理过程中使用的是水蒸气,避免了化学处理的污染残留,是食品领域2021年第47卷第7期(总第427期)323㊀中具有巨大发展潜力的预处理技术[17],表1展示了蒸汽爆破技术与传统热压技术(如高压水蒸气预处理等)的区别[4,18-19]㊂然而,蒸汽爆破技术也存在一些缺点:蒸汽爆破的过程中由于基质组成较复杂,且反应处于高温高压下容易发生美拉德反应[20],处理过程中有可能产生新的副产物或造成目标产物的降解;同时,目前的设备难以实现既能瞬时(0.01s 内)弹射泄压又能连续进料;此外,蒸汽爆破后的物体相对密度降低,体积有所增大㊂表1㊀蒸汽爆破技术与传统热压技术的区别Table 1㊀The difference between steam explosion technology and traditional technology of high temperature and pressure蒸汽爆破技术传统热压技术处理时间短,一般几分钟长,一般几十分钟至几小时释压时间短,0.00875s 内较长,一般需要几分钟完成释压释压是否有爆响声有明显爆响声,有冲击波产生没有爆响声热功转换效率高,爆出过程近似于绝热膨胀低,热能无法有效转换为机械能做功物料爆出温度低,一般为55~60ħ,爆出后物料明显降温较高,一般为100ħ左右,需要在室温下进行冷却物料一致性较好较差,存在夹生现象1.3㊀蒸汽爆破技术的影响因素影响汽爆处理效果的因素分为内因和外因,一般包括蒸汽压力(温度)㊁保压时间㊁物料形态㊁物料含水量[21]㊂蒸汽爆破裂度因子log R 0可由公式(1)[22]表示:R 0=t ㊃e T -10014.75(1)式中:t ,保压时间,min;T ,蒸汽温度,ħ㊂然而此公式只反映了汽爆中蒸煮过程的强度,而没有体现爆的过程,在此基础上,YU 等[11]提出了爆破功率密度(explosion power density,EPD),来描述爆破阶段的绝热膨胀做功,EPD 定义如公式(2)所示:EPD =ΔH s +ΔH l +ΔH mt ˑV(2)式中:ΔH s ㊁ΔH l ㊁ΔH m 分别代表爆破过程中的蒸汽焓降(J)㊁液态水焓降(J)㊁固体物料焓降(J);t ,爆破时间,s;V ,汽爆反应器的容积,m 3㊂焓降的外在表现为物料喷出后温度的变化,可以反映出热功转换量;爆破时间和汽爆反应器的容积是设备的固有参数,与设备本身的结构有关[19]㊂由公式(2)可见,在爆破反应器容积一定时,爆破时间越短,焓降越大,爆破功率密度越大,热能转换为机械能的效率越高㊂裂度因子和爆表2㊀处理因素对蒸汽爆破效果的影响Table 2㊀Effect of treatment factors on steam explosion因素层次因素种类原料种类作用效果参考文献内因物料含水量玉米秸秆蒸汽温度198ħ,保压时间5min,玉米秸秆葡萄糖酶解得率随含水量(20%~100%)增加先上升后下降,在含水量40%拥有最大的葡萄糖酶解得率[23]甘蔗渣蒸汽压力2.0MPa,保压时间60s,随着物料含水量的增加(0~75%),甘蔗渣的比表面积先增加后下降,在含水量25%时达到最大,且随着含水量的增加,汽爆后甘蔗渣表面的孔隙和裂缝增加[24]牛膝蒸汽压力1.5MPa,保压时间60s,随着牛膝含水量的增加(0~20%),汽爆时蒸汽渗透效率增加,牛膝多糖得率先增加后趋于平稳,并于含水量10%时获得最大多糖得率[25]黑豆壳蒸汽压力1.0MPa,保压时间80s,随着水分含量的增加(9%~19%),黑豆壳可溶性膳食纤维提取率先上升后下降,并于含水量15%达到最大值,当含水量>15%,黑豆壳的纤维素和半纤维素在高温高压下被破坏,可溶性膳食纤维提取率下降[26]物料形态玉米芯渣玉米芯渣经硫酸浸泡预处理再蒸汽爆破,具有比单独蒸汽爆破处理更大的比表面积和孔隙,其纤维素转化率比单独蒸汽爆破处理高约10%[27]玉米秸秆30%水和2%CaO 复合处理1d 后进行蒸汽爆破处理,与单独的汽爆处理相比,玉米秸秆规则的表面破坏更严重,出现碎片和卷曲,其木质素降解率提高10.3%,酶解糖化后总糖得率提高12.3%[28]小麦秸秆㊁柠条先汽爆处理,再经过0.1mol /L NaOH 处理的小麦秸秆与柠条表面破坏严重,与单独蒸汽爆破处理相比,具有更多的褶皱与更明显的网络结构,酶可及性增加,葡聚糖转化率高于单独汽爆处理与单独碱处理[29]外因蒸汽压力亮叶杨桐叶片保压时间1min,随着蒸汽压力(0.5~3.0MPa)增加,亮叶杨桐叶片上的小孔隙越多,芹菜素含量先上升后下降㊂[30]麦麸爆破时间120s,随着蒸汽压力的增加(1.0~3.7MPa),麦麸纤维规则的表面破坏程度越发严重,碎片含量增加,酶解后葡萄糖㊁阿拉伯糖㊁还原糖含量先增加后减少,均于1.0MPa 达到最大值[31]鸭羽毛保压时间1min,随着蒸汽压力的增加(1.4~2.0MPa),蒸汽爆破辅助碱法处理组的鸭羽毛溶解率和角蛋白得率先增加后轻微下降,并于1.8MPa 分别达到最大值65.78%和42.78%[32]油菜籽随着蒸汽压力的增加(0.4~1.2MPa),榨出的菜籽油中多酚含量逐渐上升,于1.0MPa 达到最大值,是未汽爆组的52.63倍,当压力增加到1.2MPa,菜籽油多酚由于热降解作用以及与蛋白质的结合作用,含量下降[33]保压时间橙皮蒸汽压力0.8MPa,随着保压时间(3~11min)的延长,可溶性膳食纤维的含量先上升后下降,在7min 时达到最大值㊂[34]牛骨蒸汽压力1.2~2.0MPa,随着保压时间的增加(100~900s),牛骨蛋白质含量随之下降,钙离子释放率随之上升,牛骨硬度随时间的增加而逐渐下降[35]米糠蒸汽压力2.1MPa,随着保压时间的增加(0~300s),米糠粕的氮溶解指数增加,当保压时间达到120s 后增加趋于平缓,保压时间为300s 时的氮溶解指数是未汽爆处理的2.2倍,米糠蛋白溶解性提高[36]柑橘皮蒸汽压力10.0MPa,随着保压时间的增加(15~480s),柑橘皮精油提取率先增加后下降,在240s 达到最大值[37]324㊀2021Vol.47No.7(Total 427)破功率密度共同表达了蒸汽爆破过程[4]㊂2㊀发展历史早期的蒸汽爆破技术大多指的是热喷放式蒸汽爆破技术和螺杆挤压式蒸汽爆破技术[19,38]㊂热喷放式蒸汽爆破技术是指将汽爆反应器下的阀门快速开启,将蒸汽与物料一起喷入接收仓内的一种技术,物料喷出后温度比较高,放气时间可达数十秒,该技术最主要的缺点是爆破时功率密度不足,由于泄压时间长导致先后放出的物料泄压时所处的压力不一致,存在 夹生 现象[39]㊂螺杆挤压式蒸汽爆破技术是指利用螺杆向压力仓进料,通过管壁和螺杆形成密封仓,当物料到达出料口的时候由于挤压应力的消失导致此处压力减小,物料发生膨胀,但是此技术在泄压放料的时候也没有短促的爆炸响声,不具有 爆 的特征,功耗大且效果有限[4]㊂由于以上技术泄压时间长,热能转换为机械能做功的效率低,实际上没有体现 爆 的过程㊂在此基础上,瞬间弹射蒸汽爆破技术应运而生㊂此技术设备主要包含三大部分:蒸汽产生器㊁爆体㊁接收仓㊂其中爆体引入了一种活塞阀门驱动系统,当保压时间结束,活塞在拉爆气缸的作用下,向下作爆出运动,解除爆体的密封状态,在毫秒内将物料和蒸汽一起弹射出来[4]㊂图1和图2分别展示了瞬间弹射蒸汽爆破装置的结构及活塞爆破的过程㊂图1㊀瞬间弹射蒸汽爆破装置示意图[40]Fig.1㊀The structure diagram of instant catapult steam explosion图2㊀活塞爆破过程示意图[4]Fig.2㊀The diagram of piston explosion process与传统的蒸汽爆破技术和热水蒸煮相比,瞬间弹射蒸汽爆破技术的优点为处理时间短㊁爆出速度快㊁出料温度低㊁物料一致性好㊂3㊀蒸汽爆破技术在食品中的应用3.1㊀在植物性原料中的应用3.1.1㊀对膳食纤维进行改性膳食纤维按溶解性的不同可以分为水溶性膳食纤维与水不溶性膳食纤维,其中水溶性膳食纤维在调节代谢功能方面起着更为重要的作用,是衡量膳食纤维生理功能的重要指标,具有增强糖耐量㊁降低胆固醇等生理功能[41-43],因此通常需要对植物原料进行改性以提高水溶性膳食纤维的含量㊂蒸汽爆破处理打破了物料致密的机械结构,使组织变得松散,促进了可溶性膳食纤维的溶出[7]㊂WANG 等[44]利用响应面优化了蒸汽爆破技术提取甘薯渣中可溶性膳食纤维的工艺,结果显示当蒸汽的压力为0.35MPa,保压时间为121s,颗粒度为60目时,甘薯渣中的可溶性膳食纤维含量为22.59%,比对照组增加18.78%,同时蒸汽爆破处理增加了可溶性膳食纤维的持水力㊁持油力与溶胀能力㊂LIANG 等[45]发现苹果渣经蒸汽爆破处理后其水溶性膳食纤维表面变得粗糙㊁多孔㊁疏松,处理组的可溶性膳食纤维含量比对照组高4.76倍㊂WANG 等[34]发现橘皮经过酸浸泡-蒸汽爆破处理后,其可溶性膳食纤维对铅㊁砷㊁铜3种有毒阳离子的结合能力明显提高,与对照组相比,其可溶性膳食纤维分子质量更小㊁热稳定性更高㊂3.1.2㊀促进多酚、黄酮类物质的提取蒸汽爆破技术可以破坏细胞壁,使其形成多孔结构,由刚性有序的状态变为粗糙无序的状态,增加其比表面积以及溶剂的可达性,有利于游离酚类物质的溶出[46];还可以通过破坏酚类化合物的羟基与多糖糖苷键氧原子形成的氢键㊁酚酸和多糖之间形成的酯键,释放出结合酚类物质[47]㊂LI 等[48]将苦荞麸皮在1.5MPa 压力下处理60s 后,其游离酚和结合酚的含量显著增加,且结合酚的含量是对照组的2倍,蒸汽爆破处理还增强了苦荞麸皮酚类物质抑制Caco-2和HepG2细胞增殖的能力㊂张棋等[49]将粉葛经过蒸汽爆破处理后,总黄酮提取量是未经处理粉葛的2.32倍,同时抗氧化活性得到显著提高,清除DPPH 自由基的半抑制浓度IC 50值降低了67%㊂3.1.3㊀对蛋白质进行改性蒸汽爆破处理能使细胞壁表面形成蜂窝状的立体网状结构,使其表面碎片增加,变得柔软多孔,传质阻力降低,提高了原料的蛋白提取率,同时蒸汽爆破处理能诱导蛋白质构象改变,从而改善其功能特性[36]㊂张燕鹏[22]研究发现豆粕经过1.8MPa㊁180s 蒸汽爆破处理后,其蛋白质提取率从未处理的50.5%增加至65.7%㊂ZHANG等[50]发现山茶籽粕经过蒸汽爆破处理后,利用碱法提取得到的蛋白质中α-螺旋㊁无规则卷曲㊁β-转角含量下降,β-折叠含量上升,蛋白质的二级结构发生改变,其溶解性㊁起泡性㊁乳化性均高于未汽爆处理的蛋白质㊂3.1.4㊀制备抗消化淀粉抗消化淀粉(抗性淀粉)指的是不能在小肠中被消化吸收,但在结肠中能被微生物发酵而发挥有益生理作用的一类淀粉,具有降低血液中胆固醇含量㊁控制糖尿病㊁预防结肠癌等作用[51]㊂蒸汽爆破处理可使支链淀粉降解,生成较多分子链较短的直链淀粉,同时淀粉表面出现裂纹,表现出不规则的团块状,在经过4ħ低温储藏后,汽爆处理后的淀粉分子重排形成结构更紧密的重结晶碎片[52]㊂LI等[53]对甘薯渣抗性淀粉的制备工艺进行了响应面优化,发现蒸汽爆破压力2.1MPa,保压时间56s,压热处理时间26 min,所制备的抗性淀粉的抗消化性可达37.73%,红外扫描光谱的结果显示,没有出现新的化学基团,表明所制备的抗性淀粉安全性较高㊂3.1.5㊀促进油脂的提取蒸汽爆破处理可以改变油料种子完整㊁规则㊁紧凑的结构,使其表面产生缝隙,降低其传质阻力,提高产油率[54]㊂YU等[55]发现对亚麻籽进行蒸汽爆破处理后,其亚麻籽油得率显著高于未处理组,榨出的亚麻油中的生育酚㊁植物甾醇㊁多酚和黄酮含量显著增加,氧化稳定性也增强,对其挥发性特征物质进行分析发现,蒸汽爆破处理后其特征挥发性成分吡嗪的含量达到68.25%,具有浓厚的亚麻籽油的独特香味,油品质量较好㊂3.2㊀在动物性原料中的应用世界人口的增长带来肉类消费的剧增,然而大量的肉类消费将带来羽毛㊁骨头等副产物的增加㊂我国拥有丰富的羽毛资源,每年生产羽毛类副产物约70万t,除去服装纺织行业㊁饲料行业对羽毛的利用,还有约81%的羽毛被丢弃或焚烧,对环境造成了一定的污染[19]㊂羽毛中含有丰富的角蛋白,其含量可达90%左右,然而角蛋白质地坚硬,拥有稳定的空间结构,分子链排列整齐,难溶于水,如果没有经过合适的处理,其生物利用率较低,只能被丢弃,经济价值低下且浪费严重[19,56]㊂蒸汽爆破处理能破坏羽毛纤维紧密㊁规则的结构,削弱角蛋白各化学键能,形成新的非共价键,提高羽毛溶解率以及角蛋白得率,图3展示了蒸汽爆破处理降解羽毛角蛋白的机制㊂ZHANG 等[40]研究发现蒸汽爆破处理能破坏鸭羽毛的纤维结构,随着蒸汽压力的增大,羽毛表面的孔隙增多,同时角蛋白的二硫键㊁β-折叠含量减少,羽毛的胃蛋白酶消化率增加,当蒸汽压力为1.8MPa,保压时间为1min时,爆破处理后的羽毛胃蛋白酶消化率约为91%,比对照组高约9倍㊂图3㊀蒸汽爆破处理降解羽毛角蛋白机制示意图[19] Fig.3㊀The schematic diagram of feather keratin degradationby steam explosion treatment猪蹄壳也是一种富含角蛋白的肉类加工副产物,我国猪肉消费量巨大,每年产生约2.1万t的猪蹄壳,然而由于猪蹄壳富含角蛋白,难以降解,其利用受到了很大的限制[57]㊂SHEN等[57]将猪蹄壳进行蒸汽爆破处理,在0.5~2.3MPa的蒸汽压力下保压5~ 30min,此时蒸汽的温度可达155~225ħ,猪蹄壳发生水解液化反应,生成水相产物,将其冷冻干燥制成酪蛋白胨替代物,并以此作为替代氮源制备微生物培养基,结果显示,酵母菌和米曲霉在此培养基上的生长优于在含有酪蛋白胨培养基上的生长㊂骨头是肉类生产加工的另一代表性副产物,我国骨头资源丰富,但由于骨头质地坚硬,其利用受到了限制,所以在进行深加工利用之前需要进行预处理,将其粉碎或者液化㊂蒸汽爆破处理能通过加压使骨胶原蛋白变性㊁降解,使骨胶原蛋白形成的有序致密网状结构被破坏,骨骼软化易于破碎,同时,水蒸气进入骨骼孔隙,在瞬间泄压时蒸汽的热能换为机械能做功,粉碎骨骼[35]㊂张舒晴等[35]对牛骨进行蒸汽爆破处理,发现随着蒸汽压力以及保压时间的增加,固态牛骨的硬度逐渐下降,蛋白质含量显著减少,其红外光谱图上的峰逐渐清晰,有机物和水的吸收峰逐渐减小,接近于羟磷灰石红外光谱图㊂而蒸汽爆破处理后的液态牛骨(可以过18目筛㊁直径<1mm的固体颗2021年第47卷第7期(总第427期)325㊀326㊀2021Vol.47No.7(Total 427)粒)粒径随汽爆压力和保压时间的增加逐渐减小,钙释放率随之增加,蒸汽爆破处理后的牛骨既可以用于羟磷灰石的制备,又可以用于制作高钙类食品㊂秦晓洁等[58]利用蒸汽爆破技术处理牦牛骨粉,结果显示1.5MPa㊁30min 条件处理后,牦牛骨粉比常规球磨法处理得到的样品粒径更小,蛋白质溶解度和钙离子释放度更高,汽爆处理得到的牦牛骨粉溶解性和稳定性更优㊂SHEN 等[59]对鸡胸软骨进行蒸汽爆破预处理(1.4MPa㊁120s),随后用木瓜蛋白酶进行酶解并通过膜分离得到硫酸软骨素,结果显示,汽爆处理后得到的硫酸软骨素回收率和总得率最高,分别为92.15%㊁18.55%㊂4㊀展望蒸汽爆破技术以其绿色㊁高效㊁低能耗等优点在食品领域逐步受到关注,然而由于蒸汽爆破技术最初用于造纸制浆以及木质纤维素的处理,其发展也一直围绕植物性原料,同时,在瞬间弹射蒸汽爆破技术提出之前,传统的汽爆技术保压时间长,在高温高压下,动物性原料容易发生美拉德反应,且在处理过程中容易产生严重焦糊味,实用性不高,因此以往汽爆技术在动物性原料上的应用较少㊂近年来,随着瞬间弹射蒸汽爆破技术的提出,物料的维压时间缩短,同时可以实现0.01s 内的瞬时泄压,热功转换效率高,爆出后物料温度较低,约为60ħ,产物没有焦糊味,因此近年来汽爆技术开始应用在动物性原料,但研究数量相对较少㊂另一方面,汽爆技术对各种原料成分作用效果的机理研究还不够深入,例如汽爆处理可以提高原料的抗氧化性,提高其DPPH 自由基清除率等,促进其结合酚酸的解离,增加游离酚酸的含量,但结合酚酸的降解规律尚未阐明㊂汽爆处理能直接从鸡骨原料制备获得鸡骨高汤,其工艺参数得到优化,但还未对汽爆过程中鸡骨组分的解离㊁降解㊁迁移规律进行研究㊂因此对蒸汽爆破技术的发展作出以下展望:增加对动物性原料的汽爆处理研究,以提高肉品生产过程中副产物的经济价值;深入探讨蒸汽爆破技术对各种原料成分的作用机理,并从分子作用方式以及化学键的层次解释其原因,揭示蒸汽爆破技术对各原料组分的作用规律;研究蒸汽爆破技术对相关有毒有害物质的降解作用,并探讨其可能的机制;对蒸汽爆破技术处理过程中是否产生新的副产物进行研究;将蒸汽爆破技术与多种处理手段联合运用,并研究是否存在协同作用;研制能够处理大批次原料的蒸汽爆破装备,提高机器的生产力,努力实现工业化的大规模应用㊂此外,应研究如何实现瞬时弹射泄压的同时,完成自动连续进料㊂参考文献[1]㊀CHENY S,SHAN S R,CAO D M,et al.Steam flash explosion pre-treatment enhances soybean seed coat phenolic profiles and antioxi-dant activity[J].Food Chemistry,2020,319:126552.[2]㊀ROMERO-GARCIAM J,LAMA-MUNOZ A,RODRIGUEZ-GUTIER-REZ G,et al.Obtaining sugars and natural antioxidants from olive leaves by steam-explosion [J].Food Chemistry,2016,210:457-465.[3]㊀ALVIRA P,TOMÁS-PEJÓE,BALLESTEROS M,et al.Pretreatmenttechnologies for an efficient bioethanol production process based on 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蒸汽爆破生物秸秆能耗标准蒸汽爆破生物秸秆技术是一种将生物秸秆转化为生物质能源的新型技术，该技术既能有效地处理生物秸秆，又能获得高质量的生物质能源，具有广阔的应用前景和经济价值。

而在蒸汽爆破生物秸秆的过程中，能耗是一个非常重要的指标，对于技术商业化以及环保经济等方面都具有重要意义。

首先，我们需要了解一下蒸汽爆破生物秸秆的工艺流程和主要设备。

蒸汽爆破技术一般流程为物料进料、热处理、蒸汽爆破、还原、冷却、气固分离、收集等，其中主要设备有进料系统、加热系统、蒸汽爆破系统、还原系统、气固分离系统、综合收尘系统等。

蒸汽爆破生物秸秆的能耗主要来自两个方面：一个是设备运行所需的能源消耗，另一个是物料加热和转化过程中的能源消耗。

在设备运行方面，主要涉及到电力消耗和蒸汽消耗。

电力消耗主要来自设备运转以及收集、净化等环节的电动机消耗，而蒸汽消耗则是来自于设备中的加热系统和蒸汽爆破系统。

在物料加热和转化方面，主要涉及到物料升温和气相转化过程中的热能消耗。

物料升温需要的能量主要来自于加热系统，而气相转化过程中的能耗则主要来自于蒸汽爆破过程和还原过程。

针对以上能耗来源，我们可以采取一系列措施来减少能耗。

首先，在设备运转方面，可以采用高效电动机和减少设备的运转时间来降低电力消耗；同时，选用高效加热系统和高效的蒸汽发生器来降低蒸汽消耗。

其次，在物料加热和转化过程中，可以采用高效的物料加热方式和优化还原过程来降低能耗。

总体而言，蒸汽爆破生物秸秆的能耗标准应该从多个方面进行确定和优化，包括设备运转、物料加热和转化等方面。

只有通过综合考虑和跨领域的合作，才能够建立一套系统的能耗标准，推动蒸汽爆破生物秸秆技术在产业化和市场化方面的快速发展。

化工蒸汽知识点总结一、蒸汽的基本概念蒸汽是指水在一定温度和压力条件下由液态转化成气态的物质。

在化工工艺中，蒸汽是一种重要的传热介质和动力源。

蒸汽的使用可以节约能源、提高生产效率，因此对蒸汽的认识和掌握在化工生产中至关重要。

二、蒸汽的性质1. 温度和压力蒸汽的温度和压力是蒸汽的两个重要性质。

在一定的温度和压力条件下，水可以存在于液态、气态和气液两相共存的状态。

蒸汽的温度和压力随着水的状态改变而改变，因此在化工生产中需要根据工艺要求来控制蒸汽的温度和压力。

2. 热容和比热蒸汽的热容和比热分别指蒸汽单位质量在单位温度变化下吸收的热量和单位质量的蒸汽增加1度温度所需的热量。

在化工过程中，需要考虑蒸汽的热容和比热来确定传热量和热负荷。

3. 含湿量含湿量是指蒸汽中所含水分的量，通常用相对湿度或绝对湿度来表示。

蒸汽的含湿量影响着蒸汽的传热能力和使用效果，因此在化工生产中需要通过控制蒸汽的含湿量来满足工艺要求。

4. 饱和蒸汽和过热蒸汽饱和蒸汽是指在一定压力下与其相对应的温度下的蒸汽状态。

而过热蒸汽是指蒸汽的温度高于其相对应的饱和温度的状态。

在化工生产中需要根据不同的工艺要求来选择饱和蒸汽或过热蒸汽。

三、蒸汽的产生1. 锅炉锅炉是化工生产中常用的蒸汽产生设备，它通过加热水使水转化成蒸汽。

根据不同的燃料和工艺要求，锅炉可以分为燃油锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉等不同类型。

2. 发生器发生器是一种专门用于产生高温高压蒸汽的设备，它通常用于化工过程中产生过热蒸汽。

发生器的燃料可以是天然气、石油、焦炭等，可以满足不同工艺的蒸汽需求。

3. 热泵热泵是一种利用低温热能产生高温蒸汽的设备，它通过显热和潜热的转化过程将低温热能提升到高温水蒸气。

热泵在节能环保方面具有很大优势，因此在化工生产中被广泛应用。

四、蒸汽的输送与利用1. 蒸汽管道蒸汽管道是将蒸汽从蒸汽产生设备输送到使用设备的重要设施。

在设计蒸汽管道时需要考虑蒸汽的温度、压力、流速等因素来确保管道的安全运行。