个性化、数字化、可持续性——从Anuga FoodTec 2024看食品加工及包装技术趋势

每三年一届的科隆国际食品技术和机械博览会（Anuga FoodTec）是世界食品饮料技术行业最重要的展会之一，展品范围广泛——从食品饮料产品制造到加工处理，从包装、储存再到分销，几乎涵盖食品饮料工业所涉及的各个环节。

 

Anuga FoodTec 2024 再次巩固了其作为全球食品饮料行业重要贸易平台的地位，共有来自133个国家的1,307 家公司和近4万名专业观众参与其中。此次展会，展商们以“责任（Responsibility）”为主题，展示了替代蛋白、能源和水资源管理、数字化和人工智能等领域的新技术和新理念，助力企业在整个价值链中实现对自然资源的可持续管理。本文将对本届Anuga FoodTec 所展示的这些新技术以及所呈现的技术趋势进行梳理。

 

聚焦过程工艺三大趋势：数字化、可持续性和个性化

无论是整条生产线还是单个工艺系统，都需要高效且能保证产品质量的最佳实践技术。同时，这些系统还必须具有可扩展性和灵活性，以便今后能加工新的配料。因此，在Anuga FoodTec上展示的新一代加工技术/系统呈现出三大重要趋势：数字化、可持续性和个性化。

以可持续的方式重新设计食品和饮料行业目标从未像今天这样迫切。更重要的是，生产商必须高效灵活地使用适合这项任务的系统。为此，参展商展示了工艺技术领域多样而又创新的解决方案。

◆ 将高效植入每个生产步骤
因此，搅拌机是食品工业中实现产品批量标准化不可或缺的基础设备。15年前，一台简单的间歇式搅拌机就足以加工标准配方。而当今市场比以往任何时候都更加活跃，生产商每天都需要多次更改配方，以适应消费者不断变化的需求。现代搅拌机必须能应对这种复杂性，并能将各种原料进行干湿混合，同时不增加工艺难度。Anuga FoodTec展示了各类能满足这些需求的搅拌机，例如轨道式搅拌机。它们利用可编程轨迹，通过物料惯性引入剪切力，这能使产品自行搅拌而无需搅拌工具。

然而，食品生产并不只依靠一个加工步骤，展会现场还展示了混料机、挤压机、均质机、热交换器等设备，以及大量与之相关的数字解决方案。具体来说，就是把这些流程工艺和网络相结合，形成一套完整体系。配方和批管理软件能规划和控制自动化生产；中央终端可对所有功能，如转速、真空值、气体暴露或传送带速度等，进行监控和操作；用户友好型设计确保了工艺安全和直观的操作，同时也解决了该行业缺乏熟练工人的问题。

 

◆ 实现整条生产线的数字化和网络化
优化生产流程是Anuga FoodTec重要的展示内容之一，主要是通过数字技术对生产流程进行监测，而这在过去无法实现。食品生产商以此为基础，将生产提升到最新标准，并协调人、机器和设备之间的联系。参展商从这一点出发，展示了基于智能传感器和网络的过程控制系统，它们也适用于原有系统，可在工厂控制系统中实现全面的可持续性管理。

整套方案能实现整个流程的自动化——从混料和原料制备到分配、成型或挤出等加工过程，再到拾取和将产品放入包装等流程。随后，智能喂料和精确分拣可确保产品完成最终包装并准备装运。

◆ 温和加工，造就更高品质
食品生产商不仅面临着不断提高生产效率的挑战，他们还必须确保产品的耐用性和质量。在此背景下，非热加工技术仍然是大势所趋，他们能实现食品的最少加工。例如，高压加工技术能在6000巴的压力下温和地保存食品，而无需添加剂和加热工艺，这保证了产品的新鲜度和高品质。产品可直接在最终包装中进行处理。

脉冲电场 (PEF) 在食品加工领域的新应用也不断涌现。迄今为止，该技术主要用于蔬菜和水果。此外，在生产薯条时，用脉冲电场对原料进行预处理已成为标准。这能使薯条具有更好的切口外观，同时减少原料损耗和淀粉流失。该工艺可与传统干燥技术（如热风、冷冻、真空、微波或红外线干燥）相结合，在提高最终产品吸引力的同时，减少水和能源的消耗。这项技术最近还在酒或原生橄榄油生产中大显身手，电穿孔和由此产生的细胞液放电原理被用于提取有价值的成分。

 

控制食品质量，保障食品安全

 在食品工业中，质量控制仍是重要环节，目前仍广泛采用传统分析方法和湿化学工艺。质量控制通常在实验室内进行，每批产品都要抽取样品，不符合规格的产品将被扣留。因此，公司内往往存在一个由分析设备、软件工具和流程组成的异构环境。在个别情况下，这些设备只能通过操作软件与中央实验室信息和管理系统（LIMS）相连接。数据通过 U 盘和 Excel 表来传输，或者最不理想的情况是打印出来并进行手工交接——在数字化程度越来越高的时代，这种方式不切实际。在这种背景下，过程分析技术（PAT）应运而生。

随着对系统效率和食品质量要求的不断提高，对PAT的需求也在逐步增长。与此同时，市场上出现了大量适用于相应应用的技术和传感器。智能化是PAT的发展方向，也就是说除了实际测量值之外，还能提供大量附加数据，例如有关系统状况的数据，以便预先采取维护措施。

◆ 配料的在线分析
近红外（NIR）光谱仪已发展成为食品生产所有步骤中的可靠监测工具。评估光谱结果所需的数学模型存储在设备中，这意味着它们将探头和光谱仪合二为一。有了它们，就可以在生产线上直接测定干物质、糖、蛋白质和脂肪含量等与质量相关的参数，无需接触，也无需取样。同时，由于偏差值在早期就能被识别出来，而不是在实验室分析之后，因此可以避免出现问题批次。

 

在食品工业中，质量控制仍是重要环节，目前仍广泛采用传统分析方法。

食用油生产商甚至可以在压榨前通过这种方式确定原材料的含油量。乳品行业的情况也是如此，例如酸奶生产。在这里，可以测定果糖含量，而果糖含量会随着水果种类和成熟阶段而变化。通过反射探头进行的在线光谱测量取代了耗时的折射率测定，确保了灌装前的最佳质量。因此，过程分析技术为自动批次审批铺平了道路。工艺分析技术的最终目的还在于提高产量，并尽可能减少能源消耗。例如，如果用于婴儿食品的奶粉已经达到了所需的干燥度，那么就不需要再进行干燥处理。

◆ 质量控制中的人工智能
Anuga FoodTec 的创新解决方案可帮助食品生产商识别异物、确定灌装水平或气调包装的完整性。重要的是测量过程不会延长生产时间。非接触式测量程序主要用于此目的。图像处理软件还必须实时计算结果，以便立即剔除不合格产品。在本届展会上，人工智能的重要性日益凸显，具有深度学习功能的光学系统越来越多。有了它们，就可以在从紫外线到可见光再到近红外的整个波长范围内检测食品。

技术供应商还在 Anuga FoodTec 上展示了先进分拣机和异物识别系统，这些系统可无缝集成到现有加工生产线中，并可根据客户要求进行编程。传统的分拣系统使用普通光线进行视觉检测，例如，可以通过对表面的二维颜色分析来精确确定吐司或面包的褐变程度。这样，褐变过深的烘焙食品就能在包装前自动分拣出来，从而避免流入市场。但如果需要检测饼干上的巧克力涂层，就会变得更加困难。在现代系统中，软件可在几毫秒内根据表面的亮度结构识别烘焙食品上的涂层是否正确。由于巧克力涂层涂错的案例不计其数，因此深度学习技术发挥了核心作用。这意味着软件可以通过详细评估数字图像数据来 “学习”待识别对象的典型特征，这种训练只需要看到涂层正确的饼干图像即可。

 

创新传感器解决方案 ：成就食品和饮料高效生产

传感器是自动化过程和过程分析（PAT）不可或缺的要素。几十年来，传感器以其快速的反应时间和可靠准确的测量值，帮助食品生产商优化生产流程，从而节省能源和时间。然而，随着数字化和网络化的发展，测量技术的任务也在发生变化。如今，仅仅提供测量工艺参数已远远不够。自动化方案越复杂，对传感器精度和可靠性的要求就越高。大量数据对测量技术的配置和连接提出了新的挑战。为控制系统提供二进制信号的传统传感器在此遇到了应用瓶颈。因此，它们逐渐被新型传感器系统替代，在这里，信号准备和处理能与测量参数的实际记录合二为一。

在这一领域技术提供商此次展示了卫生流量、灌装液位、温度、压力和其他分析传感器的完整产品组合，这些传感器特别针对食品和饮料行业开发。通过这些传感器可以深入了解生产过程，并为系统操作员提供重要的诊断和生产数据。同时，这些展商还为已经广泛实施工业 4.0 并考虑与云解决方案或其他更高阶系统直接通信的食品生产商，带来了面向未来的解决方案。

◆ 智能自动化从传感器开始
在 Anuga FoodTec 展会上，包括 Baumer、Endress+Hauser、ifm、Siemens、Vega、Optel 和 Beckhoff 在内的测量技术提供商展示了他们如何帮助食品生产商在工业 4.0 时代利用智能传感器保持竞争力。所有发展的共同点是，不要为了数字化而数字化，而是要根据实际需求进行数字化升级。不言自明的操作概念、传感器诊断以及无线数据传输的可能性被视为智能流程的关键概念。除了高精度测量技术之外，人工智能和深度学习算法也在其中发挥着重要作用。以复杂信号处理形式集成到传感器中的智能元素越多，自我监控和重新配置的可能性就越大。

 

食用油生产商甚至可以在压榨前通过近红外光谱仪确定原材料的含油量。

本次展会的多传感器系统就反映了这一发展趋势，它们使一些用于测量流量和灌装液位的传统技术能够记录其它与质量相关的产品特性，基于表面声波（SAW）的传感器就是其中一个例子。利用这种测量原理，传感器可在完全卫生的条件下工作，没有固定或可移动部件和死角，因此更易于清洁。SAW 传感器的另一个特点是既适用于静态测量，也适用于快速变化的环境。除了流量、密度和温度外，它们还能记录质量、密度和 Brix 等附加值。液体中的气泡和颗粒物也可以通过密度识别出来。例如，该技术可用于确定酿造过程中的原始抽提物。这意味着质量控制不再是在实验室里随意进行，而是可以立即、实时地进行，这是饮料生产商以前无法完成的。

◆ 数据进入云端
与此同时，OPC UA 等通信标准也在食品行业大行其道。因此，可以通过所有自动化级别进行通信，甚至是云通信。到达云端后，可根据需要对其进行评估。例如，除了测量过程值，科里奥利质量流量计还能读取管道的振动频率或电子元件的温度；除了监控测量设备的当前状态，这些数据还可用于预防性维护。传感器可以向状态监测系统发送诊断代码，以便在传感器不再提供任何数据之前对其进行及时检查，这样就能减少系统停机和中断次数。

 

为了能够同时独立操作两个通信级别，所需接口已经集成到硬件端具有工业4.0功能的传感器中。现有系统中的许多测量点也可以加装无线接口，如 WirelessHart、Wi-Fi 或蓝牙。最新一代传感器的另一个优势是集成了网络服务器，这不仅符合现代网络安全要求，还能通过移动设备进行简单调试，整个配置和诊断都可通过标准网络浏览器进行，无需掌握更多的 PLC 编程知识。

 

可持续包装解决方案

 对“最佳 ”包装材料的探讨是此次Anuga FoodTec最激动人心的主题之一。对于食品生产商来说，做出正确的决定仍然是一项挑战。随着欧盟“绿色新政”的实施——最迟会在 2030 年之前禁止在包装中使用所有不可回收的物质，对“可回收”包装的需求不断增长。多层铝箔具有很强的保护功能，尤其受到关注。但是它也面临着一项巨大挑战——在进一步处理前必须先将各种材料分离开。

◆ 可回收包装材料帮助企业实现可持续发展
现在比以往任何时候都更需要既能保护资源又能可靠地保护食品的解决方案，因为只有完好无损地送达消费者手中的产品才能最终促进可持续发展，这正是包装行业的优势所在。在 本届Anuga FoodTec 展会上，我们看到更多纸张代替了塑料，更多的可回收单一材料代替了多层薄膜，这些都是参展企业对可持续发展的回应，他们正在用各自在包装领域的专业知识帮助生产商实现碳中和。

然而，这也带来一系列挑战：纸张本身不具备阻隔或密封性能，因此，这些性能必须借助于其它材料。此次展会展示了这方面的最新进展，其中包括采用高比例可再生原材料的功能性纸张，这种纸张在无特殊涂层或覆膜的情况下，能实现对氧气、蒸汽和油脂的阻隔，确保包装食品的质量；还有一些纸张的背面有分散层，具有良好的热封性能，它们适用于多层包装和不需要特殊保护的食品，如糖果或小甜点。如果设计得当，塑料包装也可以成为可回收利用的典范，Anuga FoodTec 展会上的供应商展示了大量单一材料、可再生薄膜以及特别薄的结构，它们可以作为真正的单一材料解决方案加入到相应的可回收材料循环体系中。

◆ 提升包装线的灵活性和效率
如今包装线不仅要快速、可靠地运行，还需适应替代包装材料的使用。为此，包装机械制造商在设计系统时将这些因素考虑其中，他们注重系统的灵活性，并对创新包装理念的适用性进行测试。例如，为使由纤维材料制成的流动袋与塑料流动袋的机械性能保持一致，他们会对封口缝的拉伸强度尽可能进行精确检测。

使用最新一代高性能包装机，通过常用的冷封工艺和复杂的热封工艺，可以生产出纸张比例高达95%的高阻隔流动袋，它们同时拥有热封功能。精确可变的温度使整个工艺既能满足包装材料的要求，又能适应待包装产品的需求。虽然现有机器还无法应对这些挑战，但特殊的改装套件能解决这些难题。因此，食品生产商可以很容易地在纸和聚丙烯或聚乙烯单一材料之间进行转换。

◆ 自动化方案的无缝衔接
只有当包装和系统完美结合时，食品生产才能高效、高性能地进行。因此，在构思全自动包装机和机器人辅助包装机时，不再仅仅关注一次包装和二次包装，而是越来越多地关注上游和下游工艺。食品生产商需要高度灵活的系统，以此方便快捷地更换包装形式，并能立即投入使用。经过验证的标准模块可用于所有包装流程，如设置纸箱空白切割、分组、顶部装载以及密封和贴标。

如果要先将产品放入纸板或塑料托盘中，可通过附加的分割机轻松实现这一功能。当需要无缝衔接节省空间的生产线末端方案时，仍遵循即插即用理念，即使是执行贴标和码垛等任务的外部集合设备，也可以通过单一的人机界面进行集成和操作。

灵活性与多功能性的结合使包装机成为真正的“全能人才”，从长远来看，这意味着更少停机时间、更少废弃物、更少资源使用以及更强的可持续性。这对于食品行业的未来发展意义重大。

 

来源：荣格-《 国际食品加工及包装商情》

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