《食品科学概论 本科》课件22食品加工高新技术

1、第二十二章 食品加工高新技术十一食品生物技术 十食品挤压与膨化技术九食品加热与杀菌技术 八食品冷冻加工技术 七食品微波技术 六食品超高压技术 五食品超临界萃取技术 四食品分子蒸馏技术三食品膜分离技术 二食品微胶囊技术 一食品超微粉碎技术 一、概述 粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作，有时将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎，它包括粗粉碎和中粉碎；将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨，它包括微粉碎和超微粉碎，不过习惯上两者又统称为粉碎。 现代工程技术的发展，要求许多以粉末状态存在的固体物料具有极细的颗粒、严格的粒度分布、规整的颗粒外形和极低的污染程度，因此，普通

2、的粉碎手段已不能满足生产的需要，于是便产生了超微粉碎加工技术。但由于在超微粉碎过程中能量的利用率很低，目前对该技术本身的研究主要集中在如何提高能量的利用率上。第一节 食品超微粉碎技术二、超微粉碎类型及原理 超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至1025m以下的过程。目前，超微粉碎技术分化学法和机械法两种。化学粉碎法能够制得微米级、亚微米级甚至纳米级的粉体，但产量低加工成本高，应用范围窄。机械粉碎法产量大、成本低，是制备超微粉的主要手段，工业生产中大多用此法。机械法超微粉碎可分为干法粉碎和湿法粉碎，根据粉碎过程中产生粉碎力的原理不同，干法粉碎有气流式、高频振动式、旋转球(棒)磨式、锤击式和

3、自磨式等几种形式；湿法粉碎主要是胶体磨和均质机。三、超微粉碎技术在食品工业中的应用1. 软饮料加工 利用气流微粉碎技术已经开发出的软饮料有粉茶、豆类固体饮料、超细骨粉配制富钙饮料和速溶绿豆精等。在牛奶生产过程中，利用均质机能使脂肪显著细化。若脂肪球直径98%在2以下，则可达到优良的均质效果，口感好，易于消化。2. 果蔬加工 果皮、果核经超微粉碎可转变为食品。蔬菜在低温下磨成微膏粉，既保存全部的营养素，纤维质也因微细化而增加了水溶性，口感更佳。3. 粮油加工 经超微粉碎加工的面粉、豆粉、米粉的口感以及人体吸收利用率得到显著提高。将麦麸粉、大豆微粉等加到面粉中，用来改造劣质面粉，可制成高纤维或高蛋

4、白面粉。4. 水产品加工 螺旋藻、海带、珍珠、龟鳖、鲨鱼软骨等通过超微粉碎加工制成的超微粉具有一些独特优点。加工珍珠粉的传统方法是球磨十几个小时，粒度达几百目。如果在-67左右的低温和严格的净化气流条件下瞬时粉碎珍珠，可以得到平均粒径为10，D97在173以下的超微珍珠粉。加上整个生产过程无污染，与传统珍珠粉加工方法相比，珍珠有效成分被充分保留，其钙含量高达42%，可作为药膳或食品添加剂，制成补钙营养食品。5. 功能性食品加工 膳食纤维素被现代医学界称为“第七营养素”，是防治现代“文明病”和平衡膳食结构的重要功能性基料食品。超微粉碎技术在部分功能性食品基料(如膳食纤维、脂肪替代品等)的制备上起

5、重要作用。6. 巧克力生产 巧克力细腻滑润的良好口感要求巧克力配料的粒度不大于25，当平均粒径大于40时，巧克力的口感就明显粗糙。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保证巧克力的质量。7. 调味品加工 微粉食品的巨大孔隙率造成集合孔腔，可吸收并容纳香气经久不散，这是重要的固香方法之一，因此作为调味品使用的超微粉，其香味和滋味更浓郁、突出。8. 其它 当微粉孔腔中吸收容纳一定量的CO2和2时，食品保鲜期会大大延长。一、概述 微胶囊技术，又称微胶囊造粒技术、微胶囊包埋技术，它是指用特殊的手段将固、液、气体物质包埋在一个微小而封闭的胶囊内的技术。 药物的胶囊化已有150多年的历史，但微胶囊化则出现于

6、20世纪30年代，经过几十年的不断研究与开发，现已在制药、食品、饲料、精细化工、照相材料和机械制造等领域得到广泛应用。第二节 食品微胶囊技术 微胶囊是一种具有聚合物壁壳的微型包覆体，能够包埋和保护其囊芯内的物质微粒。微胶囊内部被包覆的物料称为芯材、囊芯、内核、填充物，其外部的包覆膜称为壁材、囊壁、包膜、壳体。 微胶囊的大小一般在5200m范围内，当囊的粒度小于5m时，由于其布朗运动而难于收集，当其粒度超过200m时，由于表面的静电摩擦系数减少而稳定性下降。 微胶囊技术在食品工业中具有改变物态、体积和质量，控制释放和降低物质挥发性，隔离活性成分以及保护敏感物质等功能。 微胶囊可有多种形状，如球形

7、、肾形、粒状、谷粒状、絮状和块状等。囊壁可以是单层结构，也可以是多层结构；囊芯可以是单核的，也可以是多核的，如图所示。二、微胶囊化原理1. 微胶囊化的步骤 微胶囊化的基本步骤是先将芯材分散成微粒，后以壁材包敷其上，最后固化定形，如图所示。(a)芯材在介质中分散 (b)加入壳材料(c)含水壳材料的沉积 (d)微胶囊壳的固化2. 微胶囊的制备方法分类 目前，主要是按Kondo的分类方法，将各种微胶囊的制备方法分为三大类，即化学法、物理化学法和机械法。而这三大类方法又可衍生出许多方法，现将其概括如下： 界面聚合法 原位聚合法 化学法 锐孔法(聚合物快速沉析法) 包接络合物法(分子包接法) 辐射化学法

8、 旋转悬浮分离法 空气悬浮包衣法(Wurster法) 喷雾干燥法 真空蒸发沉积 静电结合法 离心挤压法 锅包衣法 蔗糖共结晶法机械法 水相分离法 油相分离法 变温相分离法 凝聚法(相分离法) 复相乳液法(干燥浴法)物理化学法 熔化分散与冷凝法 囊心交换法 粉末床法单凝聚法复凝聚法 盐凝聚法 调节pH值沉淀法3. 囊芯材料释放机理 微胶囊的释放原理有很多种，主要有扩散释放、溶液活化释放、渗透压释放、pH敏感释放、温度敏感释放、熔融活化释放、生物降解释放等。扩散释放是囊芯在浓度梯度推动下扩散到微胶囊颗粒表面；溶液活化释放可以将胶囊完全溶解释放出内容物或者仅仅使其溶胀从而加快活性物的释放，溶液活化释

9、放是食品工业中应用最广泛的控释机制；渗透压释放是将微胶囊囊芯材料溶胀，直到胶囊爆裂；pH敏感释放是胶囊系统能对pH值变化作出反应，当pH值变化时胶囊破裂释放出囊芯材料；温度敏感释放是指一些物质具有在一定温度下会崩解或膨胀的独特性能；熔融活化释放是指胶囊外壁熔融从而释放出活性材料，如喷雾冷凝微胶囊的释放；生物降解释放是利用生物酶降解大分子壁材，可分为瞬间打破释放和缓慢释放两种。 三、微胶囊技术在食品工业中的应用1. 微胶囊化香精香料和风味剂 微胶囊化可有效控制风味物质的挥发，控制香味物质的释放速度，同时液体香料微胶囊化转变成固态，大大提高了产品的稳定性，拓宽了其适用范围，从而降低了其挥发性，提高

10、了抗氧化能力和水溶性，在食品加工中能更好地分散于各种原料中。已被用于许多液体香精如薄荷油、柠檬油、橙油、桔子油、茴香油、花椒油、香辛料精油的微胶囊化，保香率提高到50%95%。 2. 微胶囊化酸味剂 由于酸味剂的酸味刺激性，如果直接加至食品中，易使某些敏感成分劣变，另外，柠檬酸等具有较强的吸湿性，易使产品吸水结块霉变。因此，采用微胶囊技术，把酸味剂包埋起来，使其与外界环境隔离，可有效控制其释放，使其持久恒定地发挥作用。美国目前已将微胶囊化酸味剂应用于焙烤食品、肉制品、固体饮料等产品中。3. 微胶囊化甜味剂 某些甜味剂因受温度和湿度的影响，导致丧失甜味，给加工贮藏带来诸多不便。如阿斯巴甜，受热易

11、分解而丧失甜味；一些多元糖醇如山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇等，吸湿性大，易结块，给加工和贮藏带来不便。微胶囊化处理后，产品的稳定性大大提高，吸湿性明显降低，可应用于焙烤食品和固体饮料中。 4. 微胶囊化营养强化剂 食品中需要强化的营养素主要有氨基酸、维生素和矿物质等，这类物质在加工或贮藏过程中，易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味。如微胶囊碘剂具有稳定性好、成本低、碘剂使用效率高等优点，既可用于加碘盐、碘片中，又可用于其它食品、保健品和药品中,微胶囊碘剂的应用会产生良好的经济效益与社会效益。5. 微胶囊化防腐剂 食品中常用苯甲酸(钠)和山梨酸(钾)作为防腐剂，但由于加入了防腐剂而

12、使介质的pH值下降，影响了产品质量。微胶囊化防腐剂可起到控制释放及防腐的作用。如日本开发的质量分数为6%的乙醇微胶囊，杀菌能力相当于70%的乙醇。将微胶囊化乙醇置入乙醇气体不易透过的密封包装中，利用胶囊缓慢释放的乙醇蒸气达到杀菌防腐的目的。6. 微胶囊化生理活性物质 生理活性物质(功能性食品基料)大多性质不稳定，极易受光、热、氧气、pH值等因素的影响，或易与其它配料发生作用等，不仅失去了对人体的生理活性或保健功能，甚至引起癌变等。应用微胶囊技术，可使其在贮藏期内保持生理活性，并发挥其营养和保健价值。7. 微胶囊化抗氧化剂 微胶囊抗氧化剂可提高产品的热稳定性，还可通过各抗氧化剂单体之间以及与金属

13、离子螯合剂之间的协同增效作用，使油脂的抗氧化能力显著提高，是应用于油脂及高温油炸食品的一种较安全、高效和成本较低的抗氧化剂。一、概述 早在1748年，Abble Nelkt就发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。但膜分离技术的大量研究和应用则是20世纪50年代以后的事，并且很快发展到工业化应用阶段。目前，膜分离已成为分离混合物的重要方法，广泛应用于食品、生物、化工、制药、电子、纺织和环保等行业。 膜分离(Membrane Separation)是利用具有一定选择透过性的过滤介质，依靠其两侧存在的能量差作为推动力，利用混合物中各组分在过滤介质中迁移速率的不同来实现物质的分

14、离与纯化的单元操作。第三节 食品膜分离技术二、膜分离装置及其工艺流程 膜分离装置主要包括膜组件、泵以及辅助装置，其中膜组件是核心。所谓膜组件，就是将膜以某种形式组装在一个单元设备内，以便料液在外加压力作用下实现溶质与溶剂的分离。目前，工业上常用的膜组件有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维素、毛细管式和槽条式等类型。 常见的基本流程有两类：一是一级流程，即指进料液经一次加压操作的分离流程；二是多级流程，即指进料液经过多次加压分离的流程。微滤、超滤、纳滤和反渗透装置及其工艺流程 电渗析设备主要由电渗析器本体和辅助设备两大部分组成。电渗析器本体，又可分成膜堆、极区和夹紧装置三部分。其中膜堆是由交替排列

15、的浓、淡室隔板和阴、阳离子交换膜所组成，是电渗析器脱盐的主要场所。极区包括电极、极水框和保护室，用以供给直流电，通入及引出极水，排除电极反应产物，从而保证电渗析器的正常工作。辅助设备包括整流器、水泵、流量计、过滤器、水箱和仪器仪表等。 电渗析的基本流程可以采用与上述相似的流程。但就电渗析器本体而言，由于其结构的特殊性，使得电渗析器本体就存在一个组装方式的问题，由于原水的水源不同以及对出水水质和水量的要求不同，电渗析器本体的组装方式有串联组装、并联组装以及串、并联联合组装三种。电渗析装置及其工艺流程三、膜分离过程中的主要问题 在常用的以静压力差为推动力的膜分离过程中如微滤、超滤、纳滤及反渗透等，

16、都涉及一个不可忽视的问题即浓差极化。以反渗透为例，由于机械力的作用，迫使溶液中的溶质和溶剂都趋向穿过膜，其中溶剂基本上是可以全部穿过，但对于溶质来说，由于膜的阻碍作用使其大部分无法通过而被截留在膜的高压侧表面上并积累，造成由膜表面到主体流溶液之间的浓度梯度，从而引起溶质从膜表面通过边界层，向主体流扩散。当膜表面上截留了溶质或其他物质而形成浓差极化层时，膜的传递性能及分离性能均将迅速衰减，不仅降低了膜分离器的工作效能，而且还会缩短其使用寿命。 微滤、超滤、纳滤和反渗透过程中的主要问题 浓差极化实际上是不可避免的，但可以采用适当的方法减缓其影响。通常采取下列措施：(1)预处理 在进入膜处理以前，对

17、溶液进行预过滤，去除微粒状物质，降低待阻留溶质的浓度；(2)温度 在物料性质与膜性质允许的范围内，尽可能提高待处理液的温度；(3)溶液的流动形式 以减少膜表面处层流内层的厚度为目的。因此，常采取错流、制造湍流(如采用搅拌、超声波振动、脉冲等)等措施；(4)操作方式 间歇地对膜进行逆向冲洗，避免浓差极化严重后造成膜污染而致使膜报废。 沉淀结垢是影响电渗析器运行的一个主要问题。膜面的浓差极化，是产生结垢的主要原因。当采用过大的操作电流(或隔室内水流状态不佳)时，会在膜表面造成缺乏离子的“真空”情况，水就会解离产生H+和OH-，由H+和OH-的迁移来补充传递电流。此即极化现象。 极化现象的产生会给电

18、渗析器的运行带来很大的危害，诸如电渗析器无法正常工作，耗电量增加，膜的使用寿命缩短等。因此，在电渗析器的运行中，应采取以下措施：(1)严格控制操作电流，使之在低于极限电流密度下运行；(2)强化电渗析隔室内的流动状态；(3)定期清洗，加入防垢剂；(4)定期倒换电极等。电渗析器运行中的主要问题一、概述 分子蒸馏就是指蒸馏物料分子在蒸发液面挥发出来直到冷凝面冷凝下来所走过的行程小于其分子运动平均自由程的单元操作。 分子蒸馏技术作为一种新型、有效的分离手段，出现于20世纪30年代，主要用于大分子量物质的分离提纯以及传统方法无法进行蒸馏分离和挥发性小的热敏物质，目前该技术已广泛地应用到食品、日化、制药、

19、石化等行业。 分子蒸馏不同于一般的常规蒸馏，它是没有达到气液相平衡的蒸馏。常规蒸馏建立在气液相平衡的基础上，根据蒸馏物质在气液相中组成不同进行分离，分离操作是在蒸馏物质沸点温度上进行的。而分子蒸馏是建立在不同物质挥发度不同的基础上，分离操作是在低于物料沸点下进行的。 第四节 食品分子蒸馏技术二、分子蒸馏原理 分子蒸馏原理与传统意义的蒸馏不同，其核心概念是分子运动平均自由程，因此，在介绍分子蒸馏原理时，我们先从以下两个基本概念入手。 众所周知，分子与分子之间存在着相互作用力。当两个分子离得较远时，分子之间的作用力表现为吸引力；但当两个分子接近到一定程度后，分子之间的作用力表现为排斥力，并且这种排

20、斥力随其接近程度的增加而迅速增加。当两分子接近到一定程度，排斥力的作用就会使两分子分开，这种由接近而至排斥分离的过程就是分子的碰撞过程。分子碰撞 由于分子间作用力的存在，因此分子总是处于不停的运动变化中，从排斥到吸引，甚至碰撞，它们之间的距离也在不停地变化着。而所谓的分子平均自由程就是指气体分子在两次连续碰撞之间所走路程的平均值。分子运动平均自由程与环境温度成正比，而与分子大小和压力成反比。分子蒸馏的基本原理如图所示。 分子运动平均自由程 液体混合物的分子受热后运动会加剧，当分子获得足够能量时，就会从液面逸出离开加热液面，以自由方式运动。根据分子运动理论，随着加热液面外气相分子的增加，有一部分

21、气体就会返回液体。在外界条件保持恒定的情况下，最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看，液体系统达到了平衡。 在一定温度下，压力越低，气体分子的平均自由程越大。但由于不同分子的分子质量不同，导致分子质量小的平均自由程大，分子质量大的平均自由程小。此时若在离液面小于分子质量小的平均自由程而大于分子质量大的平均自由程处设置一捕集器，使得分子质量小的不断被捕集，从而破坏了分子质量小的动态平衡，而使混合液中的分子质量小的不断逸出，而分子质量大的因达不到捕集器很快趋于动态平衡，不再从混合液中逸出，这样，便达到了混合物分离的目的。 下面是分子蒸馏的四个步骤： (1) 分子从液相主体向蒸发面扩散； (2)

22、分子从蒸发面(加热面)上自由蒸发； (3) 分子从蒸发面向冷凝面飞射，在飞射过程中，可能与残存的空气分子碰撞，也可能相互碰撞。但只要有合适的真空度，使蒸发分子的平均自由程大于或等于两面(蒸发面与冷凝面)之间的距离即可，过高的提高真空度毫无意义； (4) 分子在冷凝面上冷凝，冷凝面形状合理且光滑，从而完成对该物质分子的分离提取。 三、分子蒸馏装置 分子蒸馏装置就是通过降低蒸发空间的压力，使冷凝表面靠近蒸发表面，当其间的垂直距离小于分子质量小的平均自由程，而大于分子质量大的平均自由程时，从蒸发表面汽化的分子质量小的分子，就可以不与其他分子碰撞，直接到达冷凝表面而冷凝。 四、分子蒸馏技术在食品工业中

23、的应用 分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物料的分离。目前，在食品工业中用分子蒸馏分离混合油脂，可获得纯度达90%以上的单甘油酯，如硬脂酸单甘油酯、月桂酸单甘油酯、丙二醇甘油酯等；提取脂肪酸及其衍生物，生产二聚脂肪酸等；从动植物中提取天然产物，如精制鱼油、米糠油、小麦胚芽油、天然维生素E等。随着现代人崇尚天然，回归自然潮流的兴起，分子蒸馏技术在生产中必将有广阔的市场前景。 一、概述 超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,缩写SCFE)是利用流体(溶剂)在临界点附近某一区域(超临界区)内所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物的过程。 早在100

24、多年前，人们就观察到超临界流体的特殊溶解性能。但直到本世纪70年代以来才真正进入发展高潮，1978年召开了首届专题讨论会，1979年第一台工业装置投入运行，标志着超临界流体萃取技术开始进入工业应用阶段。近20多年来，SCFE技术发展迅速，并被用于化工、石油、食品、医药、香料等工业，以分离热敏性、高沸点的物质。 第五节 食品超临界萃取技术 超临界流体萃取之所以受到青睐，是由于它与萃取及处于常 规状态下的液液萃取或固液萃取相比具有以下优点： (1) 萃取产率高；(2) 产品质量高；(3) 萃取剂的分离回收较 容易；(4) 选择性好。 不过，目前大型萃取装置尚不多见，其主要原因： (1) 投资和操作

25、费用都比较高； (2) 人们对物质的超临界状态缺乏足够认识； (3) 缺乏放大和设计所必需的工程数据。 二、超临界流体萃取原理 超临界流体就是指压强高于临界压强，温度高于临界温度的流体。 与气体、液体的相应值作比较，超临界流体的物性较特殊，其主要表现在：(1)其密度接近于液体的密度，而比气体的密度高的多；(2)其扩散系数与气体相比小得多，但比液体又高得多；(3)其黏度接近于气体，而比液体低得多。 众所周知，当流体的扩散系数高、黏度低时，扩散阻力就小，有利于传质。加之超临界流体的密度较高，其溶解能力也较强，这样超临界流体很适合用作萃取剂，而且它们在常温下一般都是气体，所以很容易用汽化的方法进行回

26、收。 超临界流体的定义及特性 并非所有溶剂都适宜用作超临界流体萃取。超临界流体萃取对溶剂有以下要求：(1)有较高的溶解能力，且有一定的亲水亲油平衡；(2)能容易地与溶质分离，无残留，不影响溶质品质；(3)无毒，化学上为惰性，且稳定；(4)来源丰富，价格便宜；(5)纯度高。 在所有研究过的超临界物质中，只有几种适于用作超临界流体萃取的溶剂：二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的碳氢化合物。其中最理想的溶剂是二氧化碳，它几乎满足上述所有要求。它的临界压强为7.38MPa，临界温度为31.06。目前几乎所有的超临界流体萃取操作均以二氧化碳为溶剂。 超临界流体萃取溶剂的选择(1) 易挥发，易与溶质分离；

27、(2) 黏度低，扩散系数高，有很高的传质速率；(3) 只有相对分子质量低于500的化合物才易溶于二氧化碳；(4) 中、低相对分子质量的卤化碳、醛、酮、酯、醇、醚易溶于 二氧化碳；(5) 极性有机物中只有低分子量者才溶于二氧化碳；(6) 脂肪酸和甘油三酯不易溶于二氧化碳，但单酯化作用可增加溶 解度；(7) 同系物中溶解度随相对分子质量的增加而降低；(8) 生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸、氯仿和大多数无机盐 不溶于二氧化碳。 二氧化碳的主要特点是 下图为典型的超临界流体萃取流程。首先将溶剂压缩，使其达到超临界态，然后在萃取器内进行萃取。可以采用常规的固液萃取或液液萃取设备，但在高压下进行。萃取

28、相经膨胀阀减压，溶剂即汽化。在分离器内进行分离，剩余的物质就是溶质，汽化后的溶剂循环进入压缩机，必要时补充一些溶剂。 超临界流体萃取的流程三、超临界流体萃取在食品工业中的应用 近二十多年来，超临界流体萃取技术的研究取得了很大的进展，它在食品工业中的应用日益广泛。例如：从茶、咖啡豆中脱咖啡因，萃取啤酒花，从植物中萃取香精油等风味物质，从各种动植物油中萃取多种脂肪酸，从奶油和鸡蛋中去除胆固醇等。随着超临界流体萃取技术的不断完善以及和其它高新技术的结合使用，一定会改变目前超临界流体萃取投资费用高的问题，其应用前景也将更加广泛。 一、概述 食品超高压技术是指利用帕斯卡定律，给液体(水)加压(10010

29、00MPa)，再以液体(水)作为压力传递介质，对放在专门密封超高压容器内的食品，在常温或较低温度(低于100)下加压达数百兆帕，从而达到杀菌、物料改性、产生新的组织结构、改变食品的品质和改变食品的某些物理化学反应速度效果的技术。第六节 食品超高压技术 1899年，美国西Virginia大学化学家Bert Hite教授最早将高压技术应用到食品工业中，而开创现代高压技术研究先河的则是美国物理学家P.W.Briagman，但是限于当时的条件如高压设备、包装材料以及市场的需求和有关的技术等原因，这些研究成果并未引起足够的重视。直到20世纪80年代末期，随着能源问题、化学污染问题和对高质量食品的需求，人

30、们才又重新考虑它的价值。然而，真正使这项技术得到重视和应用的则是在1986年日本京都大学教授林力丸首次发表采用非热高压(101.31013MPa)加工食品的报告之后，从而也使日本成为最先将高压技术运用到食品工业的国家。1991年4月世界第一个高压食品果酱在日本明治屋Meidi Ya食品公司面世，在日本国内引起轰动，被称为“二十一世纪的食品”。同时，这一技术也引起了世界各国的关注，欧美等发达国家也先后对高压食品加工原理、方法及应用前景开展了广泛的研究，并取得了不少成果，现在高压技术已成为食品加工中的一个热点。 高压技术在我国还处于起步、理论研究阶段，国内超高压杀菌技术的研究报道仅局限在果汁及果汁

31、饮料的灭酶及杀菌中，还未投入实际生产应用之中，目前尚无高压食品商品问世。因此，加快开展超高压食品研究，特别是加强超高压加工调味品、中药材、保健食品以及其他价值高但对热较敏感的食品或药品的研究，对我国参与国际竞争有着极为重要的意义。 二、超高压技术原理 液体(水)在超高压作用下被压缩，而受压食品介质中的蛋白质、淀粉、酶等生物高分子物料会产生压力变性，即生物高分子物质立体结构中的非共价键结合部分(氢键、离子键和疏水键等相互作用)发生变化，其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性、淀粉呈胶凝状糊化、酶失活、微生物死亡，或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度，故可长期保存食品而不变质。这就是超高

32、压技术的基本原理。 超高压技术加工的食品与传统加热处理的食品相比，具有其独特的优点：(1)营养成分高；(2)产生新的组织结构，不会产生异味；(3)无“回生”现象；(4)原料利用率高；(5)适用范围广，开发前景好。 三、超高压技术加工设备 目前国外常见的食品高压装置由高压容器和压力发生器(或称加减压系统)两大部分组成。 高压容器是整个装置的核心，它承受的操作压力可高达数百甚至上千兆帕，对其技术要求也较高，工作条件苛刻，为保证安全生产，其容积不宜过大，一般为150L。 压力发生器的加压方式又可分为外部加压式和内部加压式两种。根据油压装置与高压容器连接形式又可分为分体型和一体型两种，前者高压容器顶盖

33、兼具活塞功能，后者油压装置与高压容器经高压活塞联成一体。 四、超高压技术在食品工业中的应用 食品超高压处理技术被称为“食品工业的一场革命”、“当今世界十大尖端科技”等，可被应用于所有含液体成分的水果、蔬菜、奶制品、鸡蛋、鱼、肉、禽、果汁、果酱、酱油、醋、酒类等固态或液态食品中。经过超高压处理的食品，能保持食品原有的爽脆、风味、营养价值，符合人们对21世纪新型食品天然、方便、营养的消费需求，相信它必然有巨大的潜在市场和广阔的发展前景。 超高压食品的前景如何在很大程度上主要取决于高压设备装置的研制和开发，由于用于加压食品的压力极高(通常150600MPa)，因此对设备的要求很严，食品加压装置的研究

34、开发将是超高压食品研究的重要一环。 一、概述 微波是指波长在1mm1m(其相应的频率为300300 000MHz)的电磁波。 微波技术是利用电磁波把能量传播到被加热物体内部，使加热达到生产所需要求的一种新技术。常用的微波频率有915MHz和2450MHz。第七节 食品微波技术 微波技术的发展可追溯到第二次世界大战中雷达的发明，1945年，美国雷声公司(Raytheon)工作人员泊西斯潘塞在进行雷达试验时，偶然发现衣袋里的糖果因受泄漏的微波的作用而发热融化，进而经过一系列实验研究之后，申请了世界上第一个微波应用于食品加工的专利。此后，1947年雷声公司的马文贝克根据微波加热原理，研制了第一台用于

35、加热食品的大型微波炉，1965年美国Crydry Co.公司研制成功第一台用于干燥马铃薯片的隧道式工业微波干燥设备，并在SeyfertFoods(美国赛菲特)食品公司投入使用，并通过了美国食品与药品管理局的鉴定，从此微波在工业上的应用价值引起了人们广泛的关注。如今，微波作为一种新的加热能源，被广泛应用于食品、医药、皮革、木材、胶片等行业。 二、微波技术原理 微波加热过程就是微波与食品物料直接作用，将微波的电磁能转变为热能的过程，其转变的过程与物质中分子等微观粒子的运动有关。在电磁场的作用下，物质中微观粒子可产生四种类型的介电极化，即电子极化(原子核周围电子的重新排布)、原子极化(分子内原子的重

36、新排布)、取向极化(分子永久偶极的重新取向)和空间电荷极化(自由电荷的重新排布)。在这四种极化中，与微波频率相比，前两种极化要快得多，所以不会产生微波加热，而后两种极化与之相当，可产生微波加热，即可通过微观粒子的这种极化过程，将微波能转变为热能。微波加热机理 微波加热的原理与食品工业中其它传统加热法如传导、对流、辐射相比有很大不同。传统的加热是将热量从外部传入物料的内部，由表及里需要一定时间，物体的热传导性能越差，所需的时间就越长，因此加热速度慢、受热不均匀，且能耗较高。而微波加热是微波从四面八方穿透食品物料，被加热的食品物料直接吸收微波能而立即生热，内外同时加热，因而加热速度快，内外受热均匀

37、，有利于水分的扩散和蒸发，可节省大量能源。微波加热特点 微波对微生物的杀灭机理，主要是食品中的微生物在微波热效应和非热效应(生物效应)的共同作用下，其内部的蛋白质和生理活性物质发生变异或破坏，从而导致生物体发育异常，甚至死亡。因此，微波杀菌的温度低于常规方法，仅需70105，时间约90180s。微波杀菌机理三、微波加热设备 微波加热设备主要由电源、微波管、连接波导、加热器及冷却系统等几部分组成，下图为微波加热体系示意图。 微波加热设备按加热物和微波场的作用形式，可分为驻波场谐振腔加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器和慢波型加热器等几大类。也可根据其结构形式分为箱式、隧道式、平板式、曲波导式和

38、直波导式等几大类。其中箱式、平板式和隧道式常用。 四、微波技术在食品工业中的应用 微波主要应用于六种食品加工中的单元操作，其中脱水的基本目的是除去水分，以限制微生物和酶引起的腐败，其它单元操作都是根据加工对象提高产品的温度，有些是升高到一定温度再冷却(如热烫、消毒和灭菌)，有些是保持在较高温度(如蒸煮和冷冻食品的调温)直至达到加工目的。 随着工业微波加热装置的商品规模化，微波技术正越来越广泛地应用于食品原料和农产品的干燥、膨化、灭菌、灭酶、杀虫、焙烤以及解冻等方面。 微波食品加工的主要单元操作 单元操作主要目的应用食品热烫失活致腐酶类水果、蔬菜和茶叶蒸煮改善风味和结构禽类和肉类脱水降低水分含量

39、面条和洋葱消毒杀灭微生物营养细胞面包和酸奶灭菌杀灭微生物孢子各种食品调温升高温度到冰点以下冷冻食品一、冷冻粉碎 冷冻粉碎技术产生于上世纪初，在橡胶及塑料行业已得到应用。自日本在上世纪80年代对食品的低温冷冻粉碎进行了研究后，美国、欧洲及我国也进行了一些开发研究。冷冻粉碎不但能保持粉碎产品的色、香、味及活性物质的性质不变，而且在保证产品微细程度方面具有无法比拟的优势。由于冷冻粉碎能最大程度地保存原有营养物质分子结构、成分及活性，所以提高了人体对各种营养成分和微量元素的吸收。因此，它符合目前人们追求“绿色食品”的要求，在食品加工行业将有很好的应用前景。第八节 食品冷冻加工技术概述(1) 可以粉碎常

40、温下难以粉碎的物质；(2) 可以制成比常温粉粒体流动性更好，粒度 分布更理想的产品；(3) 不会发生常温粉碎时因发热、氧化等造成的变质现象；(4) 粉碎时不会发生气味逸出、粉尘爆炸、噪音等。 这些优点使得该技术特别适用于由于油分、水分等缘故难以在常温下微粉碎的食品或在常温粉碎时很难保持香味成分的香辛料。冷冻粉碎与常温粉碎相比具有如下优点 冷冻粉碎就是首先使物料低温冷冻到玻璃化转变温度或脆化温度以下，再用粉碎机将其粉碎。在食品快速降温过程中，会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内应力，在此应力的作用下，物料内部薄弱部位产生微裂纹并导致内部组织的结合力降低，因而在外部较小作用力下就使得内部裂纹迅速扩

41、大而破碎。冷冻粉碎原理 冷冻粉碎装置一般由制冷剂供给装置(液氮箱)、原料冷冻箱、供给箱、低温粉碎机、产品收集器、显热回收装置等组成。 食品包括的物料种类非常广阔。但用冷冻粉碎加工时，其加工工艺都有类似之处，基本流程大体为：原料前处理低温冷冻真空升华干燥低温粉碎产品后处理。冷冻粉碎设备及工艺流程冷冻粉碎设备流程 这些年来，随着冷冻技术的不断发展，应用于食品领域的加工产品日益增多，除了谷物、水产及畜产品、果蔬三类外，其他方面还有诸如大豆、花生、可可豆、胡椒粉、杏仁等种籽类材料的冷冻粉碎。此外，在水产品加工技术国家“十五”研究项目中，鼓励进行低温冷冻粉碎和干燥的技术与设备的应用研究。冷冻粉碎技术在食

42、品工业中的应用二、冷冻浓缩 冷冻浓缩是将水溶液中的部分水分以冰的形式析出，然后将生成的冰从液相中分离出来，而使液体得到浓缩的过程。 冷冻浓缩方法特别适宜于含挥发性芳香物的热敏性液体食品的浓缩。如果在结晶器中能控制好温度，防止局部过冷，那么冰晶是非常纯的，而且可溶性固体的损失随着冰晶比表面积的降低而降低。此外，其能耗比蒸发浓缩法低。实践证明，对于含芳香物的液体食品，采用冷冻浓缩方法所得到的浓缩物产品质量优于蒸发浓缩与膜浓缩。概述二、冷冻浓缩 冷冻浓缩是将水溶液中的部分水分以冰的形式析出，然后将生成的冰从液相中分离出来，而使液体得到浓缩的过程。 冷冻浓缩方法特别适宜于含挥发性芳香物的热敏性液体食品

43、的浓缩。如果在结晶器中能控制好温度，防止局部过冷，那么冰晶是非常纯的，而且可溶性固体的损失随着冰晶比表面积的降低而降低。此外，其能耗比蒸发浓缩法低。实践证明，对于含芳香物的液体食品，采用冷冻浓缩方法所得到的浓缩物产品质量优于蒸发浓缩与膜浓缩。概述 冷冻浓缩主要包括结晶和分离两步，因而冷冻浓缩设备主要也由结晶设备和分离设备两大部分组成。 冷冻浓缩中的结晶设备实现两个功能：冷却除去结晶热和进行结晶。根据冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结晶器，而间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。下图为具有芳香物回收的真空结晶装置。冷冻浓缩设备V水蒸汽；A芳香物；C浓缩液；I惰性气体；1真空结晶器；

44、2冷凝器；3干式真空泵；4湿式真空泵；5吸收器；6吸收器；7冰晶分离器 冷冻浓缩由于在加工过程中不使物料受热，因此所得到的制品在色、香、味方面均得到最大限度的保留，就产品品质而言，可以说是最佳的。但由于浓缩极限的限制及操作成本较高等缺陷，使得其应用受到一定限制。目前主要用于高档果汁、高档饮品、生物制品、药物、调味品等的浓缩，浓缩的制品或直接作为成品，或作为冷冻干燥过程中的半成品。冷冻浓缩在食品工业中的应用三、冷冻干燥 冷冻干燥又称真空冷冻干燥、升华干燥、冷冻升华干燥、分子干燥等，它是先将湿物料的温度降至冰点以下，使物料中的水分凝结成冰，然后在较高的真空度下，使冰直接升华而除去水分的干燥方法。

45、冷冻干燥技术出现于19世纪，最早应用于生物标本的制作，随后在医药、血液制品、各种疫苗和微生物菌种的保存等方面的应用中得到迅速发展。20世纪30年代，开始了对食品进行冷冻干燥的试验，但大规模地系统研究冷冻干燥在食品工业中的应用，则是在第二次世界大战以后。冷冻干燥食品的品质在许多方面优于普通干燥的食品，但系统装备较复杂，操作费用较高，因此，其应用范围与规模受到一定的限制。概 述 含水物料冷冻干燥是在真空冷冻干燥设备中实现的。冷冻干燥设备按操作方式可分为间歇式、半连续式和连续式设备；按能否在干燥室内进行冻结可分为能预冻和不能预冻设备；按生产量可分为实验用和生产用设备等。但无论何种设备，都是由预冻系统

46、、供热系统、蒸汽和不凝结气体排除系统及干燥室等构成，如下图所示。冷冻干燥设备 这些系统一般以冷冻干燥箱体为核心连接在一起，有些就是干燥箱内的结构组成，如加热板、制冷板和水汽凝结器。预冻系统既可以和干燥箱结合在一起，也可以分开设置，预冻过程甚至可独立于冷冻干燥机的主机。 冷冻干燥设备组成示意图 冷冻干燥具有其他干燥方法无可比拟的优点，因此，越来越受到人们的青睐。目前，随着研究工作的深入，加工材料及制造技术的改进，在食品工业中常用于肉类、水产、果蔬、禽蛋、咖啡、茶和调味品等的干燥。冷冻干燥技术在食品工业中的应用四、速冻技术 速冻(Quick Freezing)是指使食品尽快通过最大冰晶生成区，并使

47、平均温度尽快达到-18而迅速冻结的方法。 速冻食品(Quick frozen Foods)是指采用速冻的方法冻结，而后低温冻藏的食品。目前世界上速冻食品尚无统一的概念，一般认为速冻食品是将经过一定前处理的食品在-18-30的温度条件下进行速冻，并在2030min内完成，速冻后的食品中心温度要达到-18以下，经过包装在-18以下低温冻藏和流通的方便食品。如今国内外市场上出现的速冻食品大致可以分为四类：果蔬类(如冻果汁、速冻草莓、荷仁豆、蒜苗等)、水产类(冻鱼、虾、蟹等)、畜禽肉蛋类(冻鸡、肉、蛋等)、调理食品类(冻饺子、包子、馄饨等)。 速冻食品1928年起源于美国，但受人们认识和当时生活水平的

48、限制，发展迟缓。第二次世界大战后，美国科学家系统研究了速冻食品以及冷藏理论，并提出了著名的T、T、T新概念。此后，各国相继制定了速冻食品制造工艺和法规，速冻食品从而实现了工业化生产并进入了超级市场。目前，速冻食品已是当今世界发展最快的食品工业，平均每年以20%30%的速度增长，发展最快的有美国、欧盟、日本、澳大利亚等。 我国速冻食品的生产始于20世纪60年代，但当时用于出口，主要有速冻饺子、春卷等传统食品和冻禽类等特殊产品，且数量较少。真正起步是20世纪70年代的事，当时也大多是为外贸提供速冻蔬菜。20世纪80年代初期，出现了速冻面食和面点，是打开销售渠道的开拓阶段。进入80年代后期，速冻食品

49、有了较快的发展，生产、流通和消费渐渐看好。90年代，我国速冻食品得到了较快的发展，速冻食品生产企业数量和生产规模都成倍增长。现在，全国已有速冻食品生产企业1000余家，年产量约300万吨，年增长率达5%，但人均占有量尚不足2.5kg，仍远低于世界人均消费水平。 (1) 避免在细胞之间生成大的冰晶体；(2) 减少细胞内水分外析，解冻时汁液流失少；(3) 残留浓缩水的危害性下降；(4) 将食品温度迅速降低到微生物生长活动所需温度之下，有利于抑制微生物的繁殖及其生化反应；(5) 食品在冻结设备中停留时间短，有利于提高设备利用率。速冻具有以下五个优点 下图为食品快速冻结时的曲线，在冻结过程中，其温度的

50、下降可分为三个阶段。 食品速冻曲线 速冻设备适用于冻结小包装或未包装的块、片、粒等形状的原料，其类型很多：按冷却介质与食品接触的方式可分为空气冻结法、间接接触冻结法和直接接触冻结法(又称浸渍冻结法)；按速冻设备的结构分为箱式、隧道式、带式、流化床式和螺旋式等形式；根据冻结装置的结构特征和热交换方式又可分为隧道式冻结装置、螺旋式冻结装置、接触式冻结装置和流化式冻结装置。速冻设备 随着我国人民生活水平的提高及食品冷冻技术的发展，速冻食品已走进了千家万户，并深受消费者欢迎，目前已呈现如下趋势：(1)不断开发新品种，满足不同消费者的需求；(2)依托现代科技，弘扬中华饮食文化；(3)走规模化和规范化的发

51、展道路；(4)尽快研制符合环保要求的包装；(5)加强冷藏运输与低温销售环节。 总之，速冻食品的发展趋势符合广大消费者的“健康、营养、多样选择、适合各年龄层次”的饮食需求，速冻食品以其安全、卫生、营养、方便等优点将在我国食品工业中占有重要的地位，也必然会有更广阔的发展前景。速冻食品的发展趋势一、远红外加热技术 红外线可按波长的长短分为以下几个区域，工业上把0.751.4m区间的红外线称为近红外，把1.43.0m区间的红外线称为中红外，把3.01000m区间的红外线称为远红外。 远红外加热是一种以辐射为主的加热过程，它利用加热元件所发出来的红外线照射到被加热物体上，其热能以电磁波的形式被物体分子均

52、匀吸收，从而引起物质分子的激烈共振，以达到加热干燥的目的。第九节 食品加热与杀菌技术概 述 人们利用红外线进行加热始于20世纪初，1935年美国福特汽车公司的格罗维尼(Groveny)首先取得将红外线用于加热和干燥的专利权。70年代起，由于人们对红外辐射和物质结构等了解的深入，国外开始采用远红外进行加热。国内利用远红外加热的工作始于70年代的中期，开始时主要应用于产品的漆层干燥，后来应用范围不断扩大，现已扩展到油漆涂饰、塑料加工、机械制造、电力电子、金属材料、纺织印染、造纸印刷、医药卫生、食品、木器家具等行业。 远红外加热技术应用于食品加工具有以下优点： (1) 加热速度快，传热效率高； (2

53、) 化学分解作用小，食品原料不易变性； (3) 有一定的穿透能力； (4) 容易进行操作控制。 对红外线敏感的物质，其分子、原子吸收红外线后，不仅会发生能级的跃迁，而且会扩大以平衡位置为中心的各种运动的幅度，质点的内能增大，这样便产生了自发的热效应。由于这种热效应直接产生于物体的内部，所以能快速有效地对物质加热。这就是远红外加热的基本原理。远红外加热原理 远红外加热系统大体可以分成两类：一类是只有一个出入炉门的密闭的箱式加热炉，又称烘箱或烤箱，这类设备系间歇操作，故出入口散失的热量少；另一类是用于生产线上连续加热物料或对物料进行干燥、杀菌等处理的远红外加热设备，又称烘道或隧道炉，由于食品中一般

54、都含有大量的水分，所以在设备中应设计通风装置，以排出蒸发出的大量水分。 远红外加热设备是由远红外加热元件、外壳和辅助装置如输送装置、控制装置等组成。它与单纯加热设备的区别主要在加热元件的不同及其附属设备的不同，其它装置如外壳、输送装置等差别不大。 远红外加热设备 远红外加热技术在食品工业中应用非常广泛，食品工业应用远红外线主要是利用其放射特性及加热特性，现已应用的具体领域有食品的干燥、焙烤、熟成、杀菌、解冻等。 远红外技术是一门跨专业的交叉学科，通过深入研究远红外辐射技术的节能机理，可以有针对性地开发新的适合加工对象的远红外产品，节约日益枯竭的自然资源。 远红外加热技术在食品工业中的应用二、欧

55、姆加热技术 欧姆加热(Ohmic Heating)技术，也叫电阻加热(Resistance Heating)技术、焦耳加热(Joule Heating)技术、电力加热(Electro Heating)技术，它是利用连续流动的导电液体的电阻热效应来进行加热以达到杀菌目的的过程。 概 述 早在19世纪初就提出了欧姆加热的概念，并逐渐有了利用电能加热物料的专利加工技术。20世纪初，美国生产出用于牛奶消毒的欧姆加热装置，但是由于没有合适的惰性电极材料而失败。90年代，英国的APV Baker公司开发了商用的欧姆加热装置，英国、法国、日本和美国均开始使用。由于欧姆加热技术具有物料升温快、加热均匀、无污染

56、、易操作、热能利用率高、加工食品质量好等优点，近年来逐渐引起国内外食品科学工作者的关注。 欧姆加热是利用食品物料的电导特性来加工食品的技术，食品中含有大量盐分或有机酸等电解质，所以无论是流体还是固体食品，电流都能通过。当电流通过食品时，因食品自身的导电性及不良导体产生巨大的电阻抗特性，可在食品内部将电能转化成热能，引起食品温度升高，从而达到直接均匀加热的目的。 欧姆加热原理欧 姆 加 热 原 理 欧姆加热装置由加热、保温和冷却三部分组成，具有一定粘度的、含颗粒的食品经泵进入到欧姆加热器中，以垂直于电场的方向流过欧姆加热柱，物料在2min内被加热到需要的温度，在该温度保温3090s，达到要求的灭

57、菌强度，然后快速冷却、无菌包装。欧姆加热装置及流程欧 姆 加 热 流 程 目前，欧姆加热技术在美国正广泛应用于低酸性或高酸性食品的加工，在日本用于生产酸牛奶的草莓、鱼糜制品及豆腐的加工等，在国内主要用于肉的解冻和牛奶、豆浆的加热杀菌。从目前国外的研究和使用情况来看，欧姆加热最具有潜力的应用领域是含颗粒流体食品的无菌加工。除此之外，用于对大块固体食品的加热与解冻也具有很大的研究发展空间。 欧姆加热技术在食品工业中的应用三、超高温瞬时杀菌技术 超高温瞬时杀菌(Ultra High Temperature Short Time，简称UHTST)是利用热交换器或直接蒸汽，使食品在130150温度下，保

58、持28s后迅速冷却，产品达到商业无菌要求的过程。 超高温瞬时杀菌法是英国于1956年首创的，20世纪50年代初荷兰的斯托克(Stork)公司率先开发了超高温瞬时杀菌装置，20世纪60年代初，由于超高温杀菌与无菌罐装技术的结合，从而使超高温灭菌装置获得了广泛的应用，自20世纪80年代后，超高温瞬时杀菌技术不仅仅局限于液体产品，而且已应用到固液混合产品和固体粉状产品中。 概 述 超高温瞬时杀菌主要是利用热处理对微生物的致死作用即微生物的蛋白质变性，并且其致死数量与热处理强度和原始含菌量成正比。由于热处理时间很短，这样就最大限度地保持了食品原有的风味及营养价值，这是超高温瞬时杀菌的基本原理。超高温瞬

59、时杀菌原理 按照物料与加热介质直接接触与否，超高温瞬时杀菌过程可分为直接混合式加热法和间接式加热法两类。 直接混合式加热法可按两种方式进行。一是注射式，即将高压蒸汽注射到待杀菌物料中；另一种是喷射式，即将待杀菌物料喷射到蒸汽中。后者，物料通常向下流动，而蒸汽向上运动。由于加热蒸汽直接与食品相接触，因此对蒸汽的纯净度要求甚高。超高温瞬时杀菌基本过程 间接式加热法是采用高压蒸汽或高压水为加热介质，热量经固体换热壁转传给待加热杀菌物料。由于加热介质不直接与食品接触，所以可较好地保持食品物料的原有风味。间接式加热法广泛用于果汁、牛乳等的超高温杀菌过程。 直接混合式加热法与间接式加热法相比，前者具有加热

60、速率快，热处理时间短，食品颜色、风味及营养成分损失少的优点，但同时也因为控制系统复杂和加热蒸汽需要净化而带来产品成本的提高。后者相对成本较低，生产易于控制，但传热速率相对前者较低。 在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。目前这种杀菌技术已广泛应用于牛乳、果汁饮料、豆乳茶、酒等产品的生产过程中。 超高温瞬时杀菌技术在食品工业中的应用一、食品挤压加工技术 食品挤压加工就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压下，使物料内部结构和性质发生突然变化的过程。这些物料通常是以谷物为原料如大米、糯米、小麦、