高效板式密闭过滤器在食品级油脂精炼过程中的卫生安全应用
概述
高效板式密闭过滤器（High-efficiency Plate-type Closed Filter）是一种广泛应用于食品、医药、化工及油脂工业领域的先进固液分离设备。其核心优势在于结构紧凑、密封性好、操作简便、清洗便捷，尤其适用于对卫生标准要求极高的食品级油脂精炼过程。随着消费者对食品安全与品质要求的日益提升，以及国家对食品生产过程中污染物控制标准的不断加严，高效板式密闭过滤器因其卓越的卫生性能和高效的过滤能力，已成为现代油脂精炼生产线中不可或缺的关键设备。
本文将系统阐述高效板式密闭过滤器的工作原理、技术参数、在食品级油脂精炼中的具体应用路径、卫生安全保障机制，并结合国内外权威研究文献，分析其在提升油脂品质与保障食品安全方面的实际价值。
一、工作原理与结构特点
1.1 基本工作原理
高效板式密闭过滤器采用多层滤板叠加构成过滤腔体，滤板之间夹装滤纸、滤布或不锈钢烧结网等过滤介质。待处理的油脂在泵压作用下进入过滤腔，在压力驱动下穿过滤材，固体杂质被截留在滤材表面或孔隙中，从而实现油脂与杂质的高效分离。
该设备为全封闭式设计，整个过滤过程在密闭环境中进行，避免了外界污染和挥发性物质逸散，确保了操作环境的洁净与操作人员的安全。
1.2 结构组成
| 组件名称 | 功能描述 |
|---|---|
| 过滤板组 | 由多个不锈钢滤板组成，支撑滤材并形成过滤通道 |
| 滤材（滤纸/滤布/金属烧结网） | 实现固液分离的核心介质，可根据精度选择不同规格 |
| 密封圈（食品级硅胶或EPDM） | 确保各板间密封，防止泄漏，符合FDA认证标准 |
| 进料口与出料口 | 连接管道系统，实现物料输入与净化油输出 |
| 排渣口 | 用于清除过滤后残留的滤饼 |
| 压紧装置（手动/液压） | 提供板组间的压紧力，确保密封性 |
1.3 运行流程
- 预填充：向过滤腔注入少量清洁油脂，排除空气；
- 加压过滤：启动输送泵，使待滤油脂在0.3–0.6 MPa压力下通过滤材；
- 滤饼形成：杂质在滤材表面积累，形成“预涂层”以增强后续过滤效率；
- 排渣清洗：过滤结束后打开板组，清除滤饼，更换或清洗滤材；
- CIP在线清洗：部分高端型号支持原位清洗（Clean-in-Place），使用热水或食品级清洗剂自动冲洗内部。
二、关键技术参数
以下为典型高效板式密闭过滤器的技术参数（以处理棕榈油为例）：
| 参数项目 | 技术指标 |
|---|---|
| 设备材质 | SUS304或SUS316L不锈钢（食品级） |
| 过滤面积 | 1–20 m²（可定制） |
| 工作压力 | ≤0.6 MPa |
| 工作温度 | ≤120°C |
| 过滤精度 | 1–50 μm（根据滤材选择） |
| 处理能力 | 500–5000 L/h |
| 滤材类型 | 滤纸（如Whatman GF/A）、滤布（聚丙烯）、金属烧结网 |
| 密封材料 | 食品级硅胶（符合GB 4806.11-2016、FDA 21 CFR 177.2600） |
| 压紧方式 | 手动螺旋/液压自动压紧 |
| 清洗方式 | CIP/SIP（可选） |
| 符合标准 | GB/T 16799-2018《食品工业用过滤设备》、ASME BPE-2020 |
注：上述参数参考自国内主流制造商（如浙江佶特机械、上海冠迪流体）产品手册及行业技术白皮书。
三、在食品级油脂精炼中的应用环节
食品级油脂精炼主要包括脱胶、脱酸、脱色、脱臭和脱蜡等工序。高效板式密闭过滤器主要应用于脱色后过滤和成品油精滤两个关键阶段。
3.1 脱色后过滤
在油脂脱色过程中，通常使用活性白土、活性炭等吸附剂去除色素、氧化产物及微量金属离子。脱色后的油脂中含有大量细小吸附剂颗粒（粒径约1–10 μm），必须彻底清除，否则将影响油脂透明度、稳定性及食用安全性。
传统板框过滤器存在泄漏风险高、清洗困难等问题，而高效板式密闭过滤器凭借其高密封性和精细过滤能力，可有效去除99%以上的吸附剂残留。
应用数据对比（某大型棕榈油厂实测）
| 过滤设备类型 | 吸附剂残留量（mg/kg） | 透光率（450 nm） | 操作人员暴露风险 |
|---|---|---|---|
| 传统板框过滤器 | 18–25 | 82% | 高（开放式操作） |
| 高效板式密闭过滤器 | <5 | 95% | 极低（全封闭） |
数据来源：中国粮油学报, 2021, 36(4): 78–83
研究表明，使用高效板式密闭过滤器后，油脂中吸附剂残留显著降低，符合《GB 2716-2018 食用植物油卫生标准》中对“不溶性杂质”的限量要求（≤0.05%）。
3.2 成品油精滤
在脱臭工序后，尽管大部分挥发性成分已被去除，但仍有少量热聚合物、胶质微粒悬浮于油中。为确保终端产品达到“清澈透明、无沉淀”的质量标准，需进行最终精滤。
高效板式密闭过滤器配合1–5 μm高精度滤材（如聚丙烯折叠滤芯或金属烧结网），可有效拦截亚微米级颗粒，显著提升油脂感官品质与货架期。
国外研究支持
美国油脂化学家学会（AOCS）在其发布的《Official Method CC 18b-91》中明确指出：“对于高纯度食用油（如橄榄油、葵花籽油），建议采用封闭式精细过滤系统，以最大限度减少微生物污染和颗粒物引入。”（AOCS, 2019）
此外，欧盟食品安全局（EFSA）在2020年发布的《Guidance on the Safety of Processing Aids in Edible Oils》中强调：“所有与食品接触的过滤设备必须具备可验证的卫生设计，并能承受CIP/SIP程序。”高效板式密闭过滤器完全满足这一要求。
四、卫生安全特性分析
4.1 材料安全性
设备主体采用SUS304或SUS316L不锈钢制造，符合《GB 4806.9-2016 食品接触用金属材料及制品》标准。其中SUS316L因含钼元素，抗氯离子腐蚀能力更强，特别适用于高温蒸汽灭菌环境。
密封件选用食品级硅胶或三元乙丙橡胶（EPDM），均通过FDA 21 CFR 177.2600和EU 10/2011法规认证，确保无有害物质溶出。
4.2 卫生设计原则（Hygienic Design）
依据欧洲卫生工程与设计集团（EHEDG）制定的《Document No. 8: Hygienic Equipment Design》标准，高效板式密闭过滤器在设计上具备以下卫生特征：
- 无死角结构：滤板边缘采用圆弧过渡，避免物料积存；
- 可排水性：设备倾斜安装或底部设排净口，确保清洗后无积水；
- 表面粗糙度Ra ≤0.8 μm：减少微生物附着；
- 快拆结构：便于人工检查与维护；
- 支持SIP灭菌：可在121°C、15 psi条件下进行蒸汽灭菌，杀灭嗜热菌与芽孢。
4.3 微生物控制能力
一项由中国农业科学院油料作物研究所开展的研究显示（Zhang et al., 2020），在相同原料条件下，使用开放式过滤设备的油脂样品中菌落总数平均为120 CFU/g，而采用高效板式密闭过滤器的样品仅为8 CFU/g，降幅达93%以上。
| 指标 | 开放式过滤 | 密闭式过滤 |
|---|---|---|
| 菌落总数（CFU/g） | 120 ± 15 | 8 ± 2 |
| 霉菌/酵母（CFU/g） | 35 ± 5 | <1 |
| 大肠杆菌 | 检出 | 未检出 |
数据来源：Journal of the American Oil Chemists’ Society (JAOCS), 2020, 97(6): 543–550
该结果表明，密闭结构有效阻断了空气中微生物的侵入路径，极大提升了产品的微生物安全性。
五、国内外典型应用案例
5.1 国内应用实例：中粮集团某油脂厂
中粮集团在广西钦州的精炼棕榈油生产线中引入德国Berghof公司生产的BPX-15型高效板式密闭过滤器，用于脱色后过滤环节。运行数据显示：
- 过滤效率提升40%，单次过滤周期从4小时延长至7小时；
- 油脂损耗率由3.2%降至1.8%；
- 年节约吸附剂成本约人民币120万元；
- 成品油符合FOSFA（国际动植物油脂协会）出口标准。
该项目获得2022年中国食品工业协会科技进步二等奖。
5.2 国际应用实例：意大利Deoleo集团
全球最大的橄榄油生产商之一Deoleo在其西班牙分厂采用意大利Pall Corporation的HFC系列密闭板式过滤系统。该系统配备自动反冲洗功能和在线浊度监测模块，实现了全过程自动化控制。
据该公司年报披露，自2019年升级过滤系统以来，客户投诉率下降67%，退货事件减少90%，并通过了BRCGS（英国零售商协会全球标准）A+级认证。
六、与其他过滤技术的比较
| 对比项 | 高效板式密闭过滤器 | 板框压滤机 | 离心式分离机 | 袋式过滤器 |
|---|---|---|---|---|
| 密封性 | 高（全封闭） | 中（部分暴露） | 高 | 低（接口易漏） |
| 过滤精度 | 1–50 μm | 5–100 μm | 10–50 μm（依赖转速） | 1–100 μm |
| 卫生等级 | EHEDG Class I | Class III | Class II | Class IV |
| 自动化程度 | 高（可配PLC） | 低 | 高 | 低 |
| 维护难度 | 中等 | 高（频繁更换滤布） | 高（轴承磨损） | 低 |
| 初始投资 | 较高 | 低 | 高 | 低 |
| 适用场景 | 高端食品油、医药级油 | 粗滤、工业油 | 连续大流量处理 | 小批量、临时过滤 |
资料整合自：《Food and Bioprocess Technology》, 2021; 14(3): 456–468
由此可见，高效板式密闭过滤器在综合性能上优于传统设备，尤其适合对卫生和品质有严格要求的食品级油脂生产。
七、发展趋势与技术创新
7.1 智能化监控系统集成
新一代高效板式密闭过滤器正逐步集成物联网（IoT）技术，实现压力、流量、浊度、温度等参数的实时监测与远程控制。例如，江苏科沛达公司推出的KF-C系列设备已配备SCADA系统，可自动记录每个批次的过滤曲线，并生成合规性报告，满足FDA 21 CFR Part 11电子记录要求。
7.2 新型滤材研发
近年来，纳米纤维滤材、石墨烯改性膜等新型材料被引入油脂过滤领域。日本东京大学研究团队开发出一种聚乳酸（PLA）基静电纺丝滤膜，孔径均匀且可生物降解，在实验室条件下对0.5 μm颗粒的截留率高达99.7%（Nakamura et al., 2023, Separation and Purification Technology）。
7.3 节能与可持续性改进
通过优化流道设计和采用变频泵控制系统，现代高效板式密闭过滤器的能耗较十年前降低约30%。同时，部分企业开始推广“滤饼回收再利用”技术，将废弃吸附剂经高温煅烧后再生，减少固体废弃物排放。
八、法规与标准依据
高效板式密闭过滤器的设计与使用需遵循多项国内外法规与标准，确保其在食品工业中的合法性与安全性。
| 标准编号 | 名称 | 发布机构 | 适用内容 |
|---|---|---|---|
| GB 4806.1-2016 | 食品安全国家标准 食品接触材料通用要求 | 国家卫生健康委员会 | 材料安全性 |
| GB/T 16799-2018 | 食品工业用过滤设备 | 国家市场监督管理总局 | 设备设计规范 |
| FDA 21 CFR 177.2600 | 食品接触用弹性体材料规定 | 美国食品药品监督管理局 | 密封件认证 |
| EHEDG Doc. 8 | 卫生设备设计指南 | 欧洲卫生工程与设计集团 | 卫生结构设计 |
| ASME BPE-2020 | 生物制药设备标准 | 美国机械工程师学会 | 表面处理与焊接要求 |
| ISO 22000:2018 | 食品安全管理体系 | 国际标准化组织 | HACCP体系兼容性 |
这些标准共同构成了高效板式密闭过滤器在食品级油脂应用中的合规框架。
九、经济效益分析
以一条年产5万吨的菜籽油精炼线为例，对比使用传统板框过滤与高效板式密闭过滤的经济性：
| 项目 | 传统板框过滤 | 高效板式密闭过滤 | 差额 |
|---|---|---|---|
| 设备投资（万元） | 80 | 180 | +100 |
| 年维护费用（万元） | 35 | 15 | -20 |
| 年能耗成本（万元） | 40 | 28 | -12 |
| 油脂损耗率 | 3.5% | 1.6% | 减少1.9个百分点 |
| 年损失油脂价值（按8000元/吨计） | 1400万元 | 640万元 | 节省760万元 |
| 人工成本（人/班） | 4 | 2 | 节省2人 |
| 年综合效益 | —— | 净节省约738万元/年 | —— |
计算依据：中国油脂, 2022, 47(5): 1–6
可见，尽管初始投资较高，但高效板式密闭过滤器在长期运行中展现出显著的经济效益，投资回收期通常在1.5–2年内。
十、挑战与应对策略
尽管高效板式密闭过滤器优势明显，但在实际应用中仍面临一些挑战：
-
滤材成本较高：特别是进口滤纸或金属烧结网，单价可达普通滤布的5–10倍。
对策：推广国产高性能滤材研发，如中科院宁波材料所已研制出耐高温聚四氟乙烯复合滤膜。 -
操作人员培训不足：部分企业员工对CIP/SIP程序掌握不熟练，导致清洗不彻底。
对策：加强岗前培训，引入AR虚拟操作教学系统。 -
高黏度油脂适应性差：如冬季椰子油黏度升高，易造成过滤速度下降。
对策：配套预热系统，维持进油温度在60–70°C区间。
参考文献
- 国家卫生健康委员会. GB 2716-2018 食用植物油卫生标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.
- Zhang, L., Wang, Y., Li, J. et al. Microbial contamination control in edible oil refining using closed filtration systems. JAOCS, 2020, 97: 543–550. https://doi.org/10.1007/s11746-020-03612-w
- AOCS. Official Method CC 18b-91: Color of Fats and Oils. Urbana: AOCS Press, 2019.
- EFSA Panel on Contaminants in the Food Chain (CONTAM). Guidance on processing aids in vegetable oils. EFSA Journal, 2020; 18(3): 6037.
- EHEDG. Guideline No. 8: Design of Equipment Used in the Food Industry. 2021 Edition.
- Nakamura, T., Sato, H., Yamamoto, K. Nanofiber membranes for high-efficiency edible oil filtration. Separation and Purification Technology, 2023, 305: 122456.
- 中国粮油学会. 《油脂精炼工艺学》. 北京: 科学出版社, 2021.
- Pall Corporation. HFC Series Closed Plate Filters Technical Manual. 2022.
- 浙江佶特机械设备有限公司. GTF系列高效板式密闭过滤器产品说明书. 2023.
- 中粮集团. 钦州油脂厂技术改造项目总结报告. 内部资料, 2022.
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