《食品科學(xué)概論 本科》課件22食品加工高新技術(shù)

1、第二十二章 食品加工高新技術(shù)十一食品生物技術(shù) 十食品擠壓與膨化技術(shù)九食品加熱與殺菌技術(shù) 八食品冷凍加工技術(shù) 七食品微波技術(shù) 六食品超高壓技術(shù) 五食品超臨界萃取技術(shù) 四食品分子蒸餾技術(shù)三食品膜分離技術(shù) 二食品微膠囊技術(shù) 一食品超微粉碎技術(shù) 一、概述 粉碎是用機(jī)械力的方法來(lái)克服固體物料內(nèi)部凝聚力達(dá)到破碎的單元操作，有時(shí)將大塊物料分裂成小塊物料的操作稱為破碎，它包括粗粉碎和中粉碎；將小塊物料分裂成細(xì)粉的操作稱為磨碎或研磨，它包括微粉碎和超微粉碎，不過(guò)習(xí)慣上兩者又統(tǒng)稱為粉碎。 現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，要求許多以粉末狀態(tài)存在的固體物料具有極細(xì)的顆粒、嚴(yán)格的粒度分布、規(guī)整的顆粒外形和極低的污染程度，因此，普通

2、的粉碎手段已不能滿足生產(chǎn)的需要，于是便產(chǎn)生了超微粉碎加工技術(shù)。但由于在超微粉碎過(guò)程中能量的利用率很低，目前對(duì)該技術(shù)本身的研究主要集中在如何提高能量的利用率上。第一節(jié) 食品超微粉碎技術(shù)二、超微粉碎類型及原理 超微粉碎一般是指將3mm以上的物料顆粒粉碎至1025m以下的過(guò)程。目前，超微粉碎技術(shù)分化學(xué)法和機(jī)械法兩種?；瘜W(xué)粉碎法能夠制得微米級(jí)、亞微米級(jí)甚至納米級(jí)的粉體，但產(chǎn)量低加工成本高，應(yīng)用范圍窄。機(jī)械粉碎法產(chǎn)量大、成本低，是制備超微粉的主要手段，工業(yè)生產(chǎn)中大多用此法。機(jī)械法超微粉碎可分為干法粉碎和濕法粉碎，根據(jù)粉碎過(guò)程中產(chǎn)生粉碎力的原理不同，干法粉碎有氣流式、高頻振動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)球(棒)磨式、錘擊式和

3、自磨式等幾種形式；濕法粉碎主要是膠體磨和均質(zhì)機(jī)。三、超微粉碎技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用1. 軟飲料加工 利用氣流微粉碎技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出的軟飲料有粉茶、豆類固體飲料、超細(xì)骨粉配制富鈣飲料和速溶綠豆精等。在牛奶生產(chǎn)過(guò)程中，利用均質(zhì)機(jī)能使脂肪顯著細(xì)化。若脂肪球直徑98%在2以下，則可達(dá)到優(yōu)良的均質(zhì)效果，口感好，易于消化。2. 果蔬加工 果皮、果核經(jīng)超微粉碎可轉(zhuǎn)變?yōu)槭称贰Ｊ卟嗽诘蜏叵履コ晌⒏喾郏缺４嫒康臓I(yíng)養(yǎng)素，纖維質(zhì)也因微細(xì)化而增加了水溶性，口感更佳。3. 糧油加工 經(jīng)超微粉碎加工的面粉、豆粉、米粉的口感以及人體吸收利用率得到顯著提高。將麥麩粉、大豆微粉等加到面粉中，用來(lái)改造劣質(zhì)面粉，可制成高纖維或高蛋

4、白面粉。4. 水產(chǎn)品加工 螺旋藻、海帶、珍珠、龜鱉、鯊魚軟骨等通過(guò)超微粉碎加工制成的超微粉具有一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。加工珍珠粉的傳統(tǒng)方法是球磨十幾個(gè)小時(shí)，粒度達(dá)幾百目。如果在-67左右的低溫和嚴(yán)格的凈化氣流條件下瞬時(shí)粉碎珍珠，可以得到平均粒徑為10，D97在173以下的超微珍珠粉。加上整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，與傳統(tǒng)珍珠粉加工方法相比，珍珠有效成分被充分保留，其鈣含量高達(dá)42%，可作為藥膳或食品添加劑，制成補(bǔ)鈣營(yíng)養(yǎng)食品。5. 功能性食品加工 膳食纖維素被現(xiàn)代醫(yī)學(xué)界稱為“第七營(yíng)養(yǎng)素”，是防治現(xiàn)代“文明病”和平衡膳食結(jié)構(gòu)的重要功能性基料食品。超微粉碎技術(shù)在部分功能性食品基料(如膳食纖維、脂肪替代品等)的制備上起

5、重要作用。6. 巧克力生產(chǎn) 巧克力細(xì)膩滑潤(rùn)的良好口感要求巧克力配料的粒度不大于25，當(dāng)平均粒徑大于40時(shí)，巧克力的口感就明顯粗糙。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保證巧克力的質(zhì)量。7. 調(diào)味品加工 微粉食品的巨大孔隙率造成集合孔腔，可吸收并容納香氣經(jīng)久不散，這是重要的固香方法之一，因此作為調(diào)味品使用的超微粉，其香味和滋味更濃郁、突出。8. 其它 當(dāng)微粉孔腔中吸收容納一定量的CO2和2時(shí)，食品保鮮期會(huì)大大延長(zhǎng)。一、概述 微膠囊技術(shù)，又稱微膠囊造粒技術(shù)、微膠囊包埋技術(shù)，它是指用特殊的手段將固、液、氣體物質(zhì)包埋在一個(gè)微小而封閉的膠囊內(nèi)的技術(shù)。 藥物的膠囊化已有150多年的歷史，但微膠囊化則出現(xiàn)于

6、20世紀(jì)30年代，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷研究與開發(fā)，現(xiàn)已在制藥、食品、飼料、精細(xì)化工、照相材料和機(jī)械制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第二節(jié) 食品微膠囊技術(shù) 微膠囊是一種具有聚合物壁殼的微型包覆體，能夠包埋和保護(hù)其囊芯內(nèi)的物質(zhì)微粒。微膠囊內(nèi)部被包覆的物料稱為芯材、囊芯、內(nèi)核、填充物，其外部的包覆膜稱為壁材、囊壁、包膜、殼體。 微膠囊的大小一般在5200m范圍內(nèi)，當(dāng)囊的粒度小于5m時(shí)，由于其布朗運(yùn)動(dòng)而難于收集，當(dāng)其粒度超過(guò)200m時(shí)，由于表面的靜電摩擦系數(shù)減少而穩(wěn)定性下降。 微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中具有改變物態(tài)、體積和質(zhì)量，控制釋放和降低物質(zhì)揮發(fā)性，隔離活性成分以及保護(hù)敏感物質(zhì)等功能。 微膠囊可有多種形狀，如球形

7、、腎形、粒狀、谷粒狀、絮狀和塊狀等。囊壁可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)；囊芯可以是單核的，也可以是多核的，如圖所示。二、微膠囊化原理1. 微膠囊化的步驟 微膠囊化的基本步驟是先將芯材分散成微粒，后以壁材包敷其上，最后固化定形，如圖所示。(a)芯材在介質(zhì)中分散 (b)加入殼材料(c)含水殼材料的沉積 (d)微膠囊殼的固化2. 微膠囊的制備方法分類 目前，主要是按Kondo的分類方法，將各種微膠囊的制備方法分為三大類，即化學(xué)法、物理化學(xué)法和機(jī)械法。而這三大類方法又可衍生出許多方法，現(xiàn)將其概括如下： 界面聚合法 原位聚合法 化學(xué)法 銳孔法(聚合物快速沉析法) 包接絡(luò)合物法(分子包接法) 輻射化學(xué)法

8、 旋轉(zhuǎn)懸浮分離法 空氣懸浮包衣法(Wurster法) 噴霧干燥法 真空蒸發(fā)沉積 靜電結(jié)合法 離心擠壓法 鍋包衣法 蔗糖共結(jié)晶法機(jī)械法 水相分離法 油相分離法 變溫相分離法 凝聚法(相分離法) 復(fù)相乳液法(干燥浴法)物理化學(xué)法 熔化分散與冷凝法 囊心交換法 粉末床法單凝聚法復(fù)凝聚法 鹽凝聚法 調(diào)節(jié)pH值沉淀法3. 囊芯材料釋放機(jī)理 微膠囊的釋放原理有很多種，主要有擴(kuò)散釋放、溶液活化釋放、滲透壓釋放、pH敏感釋放、溫度敏感釋放、熔融活化釋放、生物降解釋放等。擴(kuò)散釋放是囊芯在濃度梯度推動(dòng)下擴(kuò)散到微膠囊顆粒表面；溶液活化釋放可以將膠囊完全溶解釋放出內(nèi)容物或者僅僅使其溶脹從而加快活性物的釋放，溶液活化釋

9、放是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的控釋機(jī)制；滲透壓釋放是將微膠囊囊芯材料溶脹，直到膠囊爆裂；pH敏感釋放是膠囊系統(tǒng)能對(duì)pH值變化作出反應(yīng)，當(dāng)pH值變化時(shí)膠囊破裂釋放出囊芯材料；溫度敏感釋放是指一些物質(zhì)具有在一定溫度下會(huì)崩解或膨脹的獨(dú)特性能；熔融活化釋放是指膠囊外壁熔融從而釋放出活性材料，如噴霧冷凝微膠囊的釋放；生物降解釋放是利用生物酶降解大分子壁材，可分為瞬間打破釋放和緩慢釋放兩種。 三、微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用1. 微膠囊化香精香料和風(fēng)味劑 微膠囊化可有效控制風(fēng)味物質(zhì)的揮發(fā)，控制香味物質(zhì)的釋放速度，同時(shí)液體香料微膠囊化轉(zhuǎn)變成固態(tài)，大大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，拓寬了其適用范圍，從而降低了其揮發(fā)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種原料中。已被用于許多液體香精如薄荷油、檸檬油、橙油、桔子油、茴香油、花椒油、香辛料精油的微膠囊化，保香率提高到50%95%。 2. 微膠囊化酸味劑 由于酸味劑的酸味刺激性，如果直接加至食品中，易使某些敏感成分劣變，另外，檸檬酸等具有較強(qiáng)的吸濕性，易使產(chǎn)品吸水結(jié)塊霉變。因此，采用微膠囊技術(shù)，把酸味劑包埋起來(lái)，使其與外界環(huán)境隔離，可有效控制其釋放，使其持久恒定地發(fā)揮作用。美國(guó)目前已將微膠囊化酸味劑應(yīng)用于焙烤食品、肉制品、固體飲料等產(chǎn)品中。3. 微膠囊化甜味劑 某些甜味劑因受溫度和濕度的影響，導(dǎo)致喪失甜味，給加工貯藏帶來(lái)諸多不便。如阿斯巴甜，受熱易

11、分解而喪失甜味；一些多元糖醇如山梨糖醇、木糖醇、麥芽糖醇等，吸濕性大，易結(jié)塊，給加工和貯藏帶來(lái)不便。微膠囊化處理后，產(chǎn)品的穩(wěn)定性大大提高，吸濕性明顯降低，可應(yīng)用于焙烤食品和固體飲料中。 4. 微膠囊化營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑 食品中需要強(qiáng)化的營(yíng)養(yǎng)素主要有氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等，這類物質(zhì)在加工或貯藏過(guò)程中，易受外界環(huán)境因素的影響而喪失營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或使制品變色變味。如微膠囊碘劑具有穩(wěn)定性好、成本低、碘劑使用效率高等優(yōu)點(diǎn)，既可用于加碘鹽、碘片中，又可用于其它食品、保健品和藥品中,微膠囊碘劑的應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。5. 微膠囊化防腐劑 食品中常用苯甲酸(鈉)和山梨酸(鉀)作為防腐劑，但由于加入了防腐劑而

12、使介質(zhì)的pH值下降，影響了產(chǎn)品質(zhì)量。微膠囊化防腐劑可起到控制釋放及防腐的作用。如日本開發(fā)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的乙醇微膠囊，殺菌能力相當(dāng)于70%的乙醇。將微膠囊化乙醇置入乙醇?xì)怏w不易透過(guò)的密封包裝中，利用膠囊緩慢釋放的乙醇蒸氣達(dá)到殺菌防腐的目的。6. 微膠囊化生理活性物質(zhì) 生理活性物質(zhì)(功能性食品基料)大多性質(zhì)不穩(wěn)定，極易受光、熱、氧氣、pH值等因素的影響，或易與其它配料發(fā)生作用等，不僅失去了對(duì)人體的生理活性或保健功能，甚至引起癌變等。應(yīng)用微膠囊技術(shù)，可使其在貯藏期內(nèi)保持生理活性，并發(fā)揮其營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值。7. 微膠囊化抗氧化劑 微膠囊抗氧化劑可提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，還可通過(guò)各抗氧化劑單體之間以及與金屬

13、離子螯合劑之間的協(xié)同增效作用，使油脂的抗氧化能力顯著提高，是應(yīng)用于油脂及高溫油炸食品的一種較安全、高效和成本較低的抗氧化劑。一、概述 早在1748年，Abble Nelkt就發(fā)現(xiàn)水能自然地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，首次揭示了膜分離現(xiàn)象。但膜分離技術(shù)的大量研究和應(yīng)用則是20世紀(jì)50年代以后的事，并且很快發(fā)展到工業(yè)化應(yīng)用階段。目前，膜分離已成為分離混合物的重要方法，廣泛應(yīng)用于食品、生物、化工、制藥、電子、紡織和環(huán)保等行業(yè)。 膜分離(Membrane Separation)是利用具有一定選擇透過(guò)性的過(guò)濾介質(zhì)，依靠其兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，利用混合物中各組分在過(guò)濾介質(zhì)中遷移速率的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分

14、離與純化的單元操作。第三節(jié) 食品膜分離技術(shù)二、膜分離裝置及其工藝流程 膜分離裝置主要包括膜組件、泵以及輔助裝置，其中膜組件是核心。所謂膜組件，就是將膜以某種形式組裝在一個(gè)單元設(shè)備內(nèi)，以便料液在外加壓力作用下實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與溶劑的分離。目前，工業(yè)上常用的膜組件有板框式、管式、螺旋卷式、中空纖維素、毛細(xì)管式和槽條式等類型。 常見的基本流程有兩類：一是一級(jí)流程，即指進(jìn)料液經(jīng)一次加壓操作的分離流程；二是多級(jí)流程，即指進(jìn)料液經(jīng)過(guò)多次加壓分離的流程。微濾、超濾、納濾和反滲透裝置及其工藝流程 電滲析設(shè)備主要由電滲析器本體和輔助設(shè)備兩大部分組成。電滲析器本體，又可分成膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分。其中膜堆是由交替排列

15、的濃、淡室隔板和陰、陽(yáng)離子交換膜所組成，是電滲析器脫鹽的主要場(chǎng)所。極區(qū)包括電極、極水框和保護(hù)室，用以供給直流電，通入及引出極水，排除電極反應(yīng)產(chǎn)物，從而保證電滲析器的正常工作。輔助設(shè)備包括整流器、水泵、流量計(jì)、過(guò)濾器、水箱和儀器儀表等。 電滲析的基本流程可以采用與上述相似的流程。但就電滲析器本體而言，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使得電滲析器本體就存在一個(gè)組裝方式的問(wèn)題，由于原水的水源不同以及對(duì)出水水質(zhì)和水量的要求不同，電滲析器本體的組裝方式有串聯(lián)組裝、并聯(lián)組裝以及串、并聯(lián)聯(lián)合組裝三種。電滲析裝置及其工藝流程三、膜分離過(guò)程中的主要問(wèn)題 在常用的以靜壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程中如微濾、超濾、納濾及反滲透等，

16、都涉及一個(gè)不可忽視的問(wèn)題即濃差極化。以反滲透為例，由于機(jī)械力的作用，迫使溶液中的溶質(zhì)和溶劑都趨向穿過(guò)膜，其中溶劑基本上是可以全部穿過(guò)，但對(duì)于溶質(zhì)來(lái)說(shuō)，由于膜的阻礙作用使其大部分無(wú)法通過(guò)而被截留在膜的高壓側(cè)表面上并積累，造成由膜表面到主體流溶液之間的濃度梯度，從而引起溶質(zhì)從膜表面通過(guò)邊界層，向主體流擴(kuò)散。當(dāng)膜表面上截留了溶質(zhì)或其他物質(zhì)而形成濃差極化層時(shí)，膜的傳遞性能及分離性能均將迅速衰減，不僅降低了膜分離器的工作效能，而且還會(huì)縮短其使用壽命。 微濾、超濾、納濾和反滲透過(guò)程中的主要問(wèn)題 濃差極化實(shí)際上是不可避免的，但可以采用適當(dāng)?shù)姆椒p緩其影響。通常采取下列措施：(1)預(yù)處理 在進(jìn)入膜處理以前，對(duì)

17、溶液進(jìn)行預(yù)過(guò)濾，去除微粒狀物質(zhì)，降低待阻留溶質(zhì)的濃度；(2)溫度 在物料性質(zhì)與膜性質(zhì)允許的范圍內(nèi)，盡可能提高待處理液的溫度；(3)溶液的流動(dòng)形式 以減少膜表面處層流內(nèi)層的厚度為目的。因此，常采取錯(cuò)流、制造湍流(如采用攪拌、超聲波振動(dòng)、脈沖等)等措施；(4)操作方式 間歇地對(duì)膜進(jìn)行逆向沖洗，避免濃差極化嚴(yán)重后造成膜污染而致使膜報(bào)廢。 沉淀結(jié)垢是影響電滲析器運(yùn)行的一個(gè)主要問(wèn)題。膜面的濃差極化，是產(chǎn)生結(jié)垢的主要原因。當(dāng)采用過(guò)大的操作電流(或隔室內(nèi)水流狀態(tài)不佳)時(shí)，會(huì)在膜表面造成缺乏離子的“真空”情況，水就會(huì)解離產(chǎn)生H+和OH-，由H+和OH-的遷移來(lái)補(bǔ)充傳遞電流。此即極化現(xiàn)象。 極化現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)給電

18、滲析器的運(yùn)行帶來(lái)很大的危害，諸如電滲析器無(wú)法正常工作，耗電量增加，膜的使用壽命縮短等。因此，在電滲析器的運(yùn)行中，應(yīng)采取以下措施：(1)嚴(yán)格控制操作電流，使之在低于極限電流密度下運(yùn)行；(2)強(qiáng)化電滲析隔室內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)；(3)定期清洗，加入防垢劑；(4)定期倒換電極等。電滲析器運(yùn)行中的主要問(wèn)題一、概述 分子蒸餾就是指蒸餾物料分子在蒸發(fā)液面揮發(fā)出來(lái)直到冷凝面冷凝下來(lái)所走過(guò)的行程小于其分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的單元操作。 分子蒸餾技術(shù)作為一種新型、有效的分離手段，出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，主要用于大分子量物質(zhì)的分離提純以及傳統(tǒng)方法無(wú)法進(jìn)行蒸餾分離和揮發(fā)性小的熱敏物質(zhì)，目前該技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到食品、日化、制藥、

19、石化等行業(yè)。 分子蒸餾不同于一般的常規(guī)蒸餾，它是沒(méi)有達(dá)到氣液相平衡的蒸餾。常規(guī)蒸餾建立在氣液相平衡的基礎(chǔ)上，根據(jù)蒸餾物質(zhì)在氣液相中組成不同進(jìn)行分離，分離操作是在蒸餾物質(zhì)沸點(diǎn)溫度上進(jìn)行的。而分子蒸餾是建立在不同物質(zhì)揮發(fā)度不同的基礎(chǔ)上，分離操作是在低于物料沸點(diǎn)下進(jìn)行的。 第四節(jié) 食品分子蒸餾技術(shù)二、分子蒸餾原理 分子蒸餾原理與傳統(tǒng)意義的蒸餾不同，其核心概念是分子運(yùn)動(dòng)平均自由程，因此，在介紹分子蒸餾原理時(shí)，我們先從以下兩個(gè)基本概念入手。 眾所周知，分子與分子之間存在著相互作用力。當(dāng)兩個(gè)分子離得較遠(yuǎn)時(shí)，分子之間的作用力表現(xiàn)為吸引力；但當(dāng)兩個(gè)分子接近到一定程度后，分子之間的作用力表現(xiàn)為排斥力，并且這種排

20、斥力隨其接近程度的增加而迅速增加。當(dāng)兩分子接近到一定程度，排斥力的作用就會(huì)使兩分子分開，這種由接近而至排斥分離的過(guò)程就是分子的碰撞過(guò)程。分子碰撞 由于分子間作用力的存在，因此分子總是處于不停的運(yùn)動(dòng)變化中，從排斥到吸引，甚至碰撞，它們之間的距離也在不停地變化著。而所謂的分子平均自由程就是指氣體分子在兩次連續(xù)碰撞之間所走路程的平均值。分子運(yùn)動(dòng)平均自由程與環(huán)境溫度成正比，而與分子大小和壓力成反比。分子蒸餾的基本原理如圖所示。 分子運(yùn)動(dòng)平均自由程 液體混合物的分子受熱后運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，當(dāng)分子獲得足夠能量時(shí)，就會(huì)從液面逸出離開加熱液面，以自由方式運(yùn)動(dòng)。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)理論，隨著加熱液面外氣相分子的增加，有一部分

21、氣體就會(huì)返回液體。在外界條件保持恒定的情況下，最終會(huì)達(dá)到分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡，從宏觀上看，液體系統(tǒng)達(dá)到了平衡。 在一定溫度下，壓力越低，氣體分子的平均自由程越大。但由于不同分子的分子質(zhì)量不同，導(dǎo)致分子質(zhì)量小的平均自由程大，分子質(zhì)量大的平均自由程小。此時(shí)若在離液面小于分子質(zhì)量小的平均自由程而大于分子質(zhì)量大的平均自由程處設(shè)置一捕集器，使得分子質(zhì)量小的不斷被捕集，從而破壞了分子質(zhì)量小的動(dòng)態(tài)平衡，而使混合液中的分子質(zhì)量小的不斷逸出，而分子質(zhì)量大的因達(dá)不到捕集器很快趨于動(dòng)態(tài)平衡，不再?gòu)幕旌弦褐幸莩?，這樣，便達(dá)到了混合物分離的目的。 下面是分子蒸餾的四個(gè)步驟： (1) 分子從液相主體向蒸發(fā)面擴(kuò)散； (2)

22、分子從蒸發(fā)面(加熱面)上自由蒸發(fā)； (3) 分子從蒸發(fā)面向冷凝面飛射，在飛射過(guò)程中，可能與殘存的空氣分子碰撞，也可能相互碰撞。但只要有合適的真空度，使蒸發(fā)分子的平均自由程大于或等于兩面(蒸發(fā)面與冷凝面)之間的距離即可，過(guò)高的提高真空度毫無(wú)意義； (4) 分子在冷凝面上冷凝，冷凝面形狀合理且光滑，從而完成對(duì)該物質(zhì)分子的分離提取。 三、分子蒸餾裝置 分子蒸餾裝置就是通過(guò)降低蒸發(fā)空間的壓力，使冷凝表面靠近蒸發(fā)表面，當(dāng)其間的垂直距離小于分子質(zhì)量小的平均自由程，而大于分子質(zhì)量大的平均自由程時(shí)，從蒸發(fā)表面汽化的分子質(zhì)量小的分子，就可以不與其他分子碰撞，直接到達(dá)冷凝表面而冷凝。 四、分子蒸餾技術(shù)在食品工業(yè)中

23、的應(yīng)用 分子蒸餾特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物料的分離。目前，在食品工業(yè)中用分子蒸餾分離混合油脂，可獲得純度達(dá)90%以上的單甘油酯，如硬脂酸單甘油酯、月桂酸單甘油酯、丙二醇甘油酯等；提取脂肪酸及其衍生物，生產(chǎn)二聚脂肪酸等；從動(dòng)植物中提取天然產(chǎn)物，如精制魚油、米糠油、小麥胚芽油、天然維生素E等。隨著現(xiàn)代人崇尚天然，回歸自然潮流的興起，分子蒸餾技術(shù)在生產(chǎn)中必將有廣闊的市場(chǎng)前景。 一、概述 超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction,縮寫SCFE)是利用流體(溶劑)在臨界點(diǎn)附近某一區(qū)域(超臨界區(qū))內(nèi)所具有的高滲透能力和高溶解能力萃取分離混合物的過(guò)程。 早在100

24、多年前，人們就觀察到超臨界流體的特殊溶解性能。但直到本世紀(jì)70年代以來(lái)才真正進(jìn)入發(fā)展高潮，1978年召開了首屆專題討論會(huì)，1979年第一臺(tái)工業(yè)裝置投入運(yùn)行，標(biāo)志著超臨界流體萃取技術(shù)開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。近20多年來(lái)，SCFE技術(shù)發(fā)展迅速，并被用于化工、石油、食品、醫(yī)藥、香料等工業(yè)，以分離熱敏性、高沸點(diǎn)的物質(zhì)。 第五節(jié) 食品超臨界萃取技術(shù) 超臨界流體萃取之所以受到青睞，是由于它與萃取及處于常 規(guī)狀態(tài)下的液液萃取或固液萃取相比具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 萃取產(chǎn)率高；(2) 產(chǎn)品質(zhì)量高；(3) 萃取劑的分離回收較 容易；(4) 選擇性好。 不過(guò)，目前大型萃取裝置尚不多見，其主要原因： (1) 投資和操作

25、費(fèi)用都比較高； (2) 人們對(duì)物質(zhì)的超臨界狀態(tài)缺乏足夠認(rèn)識(shí)； (3) 缺乏放大和設(shè)計(jì)所必需的工程數(shù)據(jù)。 二、超臨界流體萃取原理 超臨界流體就是指壓強(qiáng)高于臨界壓強(qiáng)，溫度高于臨界溫度的流體。 與氣體、液體的相應(yīng)值作比較，超臨界流體的物性較特殊，其主要表現(xiàn)在：(1)其密度接近于液體的密度，而比氣體的密度高的多；(2)其擴(kuò)散系數(shù)與氣體相比小得多，但比液體又高得多；(3)其黏度接近于氣體，而比液體低得多。 眾所周知，當(dāng)流體的擴(kuò)散系數(shù)高、黏度低時(shí)，擴(kuò)散阻力就小，有利于傳質(zhì)。加之超臨界流體的密度較高，其溶解能力也較強(qiáng)，這樣超臨界流體很適合用作萃取劑，而且它們?cè)诔叵乱话愣际菤怏w，所以很容易用汽化的方法進(jìn)行回

26、收。 超臨界流體的定義及特性 并非所有溶劑都適宜用作超臨界流體萃取。超臨界流體萃取對(duì)溶劑有以下要求：(1)有較高的溶解能力，且有一定的親水親油平衡；(2)能容易地與溶質(zhì)分離，無(wú)殘留，不影響溶質(zhì)品質(zhì)；(3)無(wú)毒，化學(xué)上為惰性，且穩(wěn)定；(4)來(lái)源豐富，價(jià)格便宜；(5)純度高。 在所有研究過(guò)的超臨界物質(zhì)中，只有幾種適于用作超臨界流體萃取的溶劑：二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的碳?xì)浠衔?。其中最理想的溶劑是二氧化碳，它幾乎滿足上述所有要求。它的臨界壓強(qiáng)為7.38MPa，臨界溫度為31.06。目前幾乎所有的超臨界流體萃取操作均以二氧化碳為溶劑。 超臨界流體萃取溶劑的選擇(1) 易揮發(fā)，易與溶質(zhì)分離；

27、(2) 黏度低，擴(kuò)散系數(shù)高，有很高的傳質(zhì)速率；(3) 只有相對(duì)分子質(zhì)量低于500的化合物才易溶于二氧化碳；(4) 中、低相對(duì)分子質(zhì)量的鹵化碳、醛、酮、酯、醇、醚易溶于 二氧化碳；(5) 極性有機(jī)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，但單酯化作用可增加溶 解度；(7) 同系物中溶解度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而降低；(8) 生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸、氯仿和大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽 不溶于二氧化碳。 二氧化碳的主要特點(diǎn)是 下圖為典型的超臨界流體萃取流程。首先將溶劑壓縮，使其達(dá)到超臨界態(tài)，然后在萃取器內(nèi)進(jìn)行萃取?？梢圆捎贸Ｒ?guī)的固液萃取或液液萃取設(shè)備，但在高壓下進(jìn)行。萃取

28、相經(jīng)膨脹閥減壓，溶劑即汽化。在分離器內(nèi)進(jìn)行分離，剩余的物質(zhì)就是溶質(zhì)，汽化后的溶劑循環(huán)進(jìn)入壓縮機(jī)，必要時(shí)補(bǔ)充一些溶劑。 超臨界流體萃取的流程三、超臨界流體萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用 近二十多年來(lái)，超臨界流體萃取技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)展，它在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。例如：從茶、咖啡豆中脫咖啡因，萃取啤酒花，從植物中萃取香精油等風(fēng)味物質(zhì)，從各種動(dòng)植物油中萃取多種脂肪酸，從奶油和雞蛋中去除膽固醇等。隨著超臨界流體萃取技術(shù)的不斷完善以及和其它高新技術(shù)的結(jié)合使用，一定會(huì)改變目前超臨界流體萃取投資費(fèi)用高的問(wèn)題，其應(yīng)用前景也將更加廣泛。 一、概述 食品超高壓技術(shù)是指利用帕斯卡定律，給液體(水)加壓(10010

29、00MPa)，再以液體(水)作為壓力傳遞介質(zhì)，對(duì)放在專門密封超高壓容器內(nèi)的食品，在常溫或較低溫度(低于100)下加壓達(dá)數(shù)百兆帕，從而達(dá)到殺菌、物料改性、產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)、改變食品的品質(zhì)和改變食品的某些物理化學(xué)反應(yīng)速度效果的技術(shù)。第六節(jié) 食品超高壓技術(shù) 1899年，美國(guó)西Virginia大學(xué)化學(xué)家Bert Hite教授最早將高壓技術(shù)應(yīng)用到食品工業(yè)中，而開創(chuàng)現(xiàn)代高壓技術(shù)研究先河的則是美國(guó)物理學(xué)家P.W.Briagman，但是限于當(dāng)時(shí)的條件如高壓設(shè)備、包裝材料以及市場(chǎng)的需求和有關(guān)的技術(shù)等原因，這些研究成果并未引起足夠的重視。直到20世紀(jì)80年代末期，隨著能源問(wèn)題、化學(xué)污染問(wèn)題和對(duì)高質(zhì)量食品的需求，人

30、們才又重新考慮它的價(jià)值。然而，真正使這項(xiàng)技術(shù)得到重視和應(yīng)用的則是在1986年日本京都大學(xué)教授林力丸首次發(fā)表采用非熱高壓(101.31013MPa)加工食品的報(bào)告之后，從而也使日本成為最先將高壓技術(shù)運(yùn)用到食品工業(yè)的國(guó)家。1991年4月世界第一個(gè)高壓食品果醬在日本明治屋Meidi Ya食品公司面世，在日本國(guó)內(nèi)引起轟動(dòng)，被稱為“二十一世紀(jì)的食品”。同時(shí)，這一技術(shù)也引起了世界各國(guó)的關(guān)注，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家也先后對(duì)高壓食品加工原理、方法及應(yīng)用前景開展了廣泛的研究，并取得了不少成果，現(xiàn)在高壓技術(shù)已成為食品加工中的一個(gè)熱點(diǎn)。 高壓技術(shù)在我國(guó)還處于起步、理論研究階段，國(guó)內(nèi)超高壓殺菌技術(shù)的研究報(bào)道僅局限在果汁及果汁

31、飲料的滅酶及殺菌中，還未投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用之中，目前尚無(wú)高壓食品商品問(wèn)世。因此，加快開展超高壓食品研究，特別是加強(qiáng)超高壓加工調(diào)味品、中藥材、保健食品以及其他價(jià)值高但對(duì)熱較敏感的食品或藥品的研究，對(duì)我國(guó)參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)有著極為重要的意義。 二、超高壓技術(shù)原理 液體(水)在超高壓作用下被壓縮，而受壓食品介質(zhì)中的蛋白質(zhì)、淀粉、酶等生物高分子物料會(huì)產(chǎn)生壓力變性，即生物高分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)中的非共價(jià)鍵結(jié)合部分(氫鍵、離子鍵和疏水鍵等相互作用)發(fā)生變化，其結(jié)果是食品中的蛋白質(zhì)呈凝固狀變性、淀粉呈膠凝狀糊化、酶失活、微生物死亡，或使之產(chǎn)生一些新物料改性和改變物料某些理化反應(yīng)速度，故可長(zhǎng)期保存食品而不變質(zhì)。這就是超高

32、壓技術(shù)的基本原理。 超高壓技術(shù)加工的食品與傳統(tǒng)加熱處理的食品相比，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)營(yíng)養(yǎng)成分高；(2)產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生異味；(3)無(wú)“回生”現(xiàn)象；(4)原料利用率高；(5)適用范圍廣，開發(fā)前景好。 三、超高壓技術(shù)加工設(shè)備 目前國(guó)外常見的食品高壓裝置由高壓容器和壓力發(fā)生器(或稱加減壓系統(tǒng))兩大部分組成。 高壓容器是整個(gè)裝置的核心，它承受的操作壓力可高達(dá)數(shù)百甚至上千兆帕，對(duì)其技術(shù)要求也較高，工作條件苛刻，為保證安全生產(chǎn)，其容積不宜過(guò)大，一般為150L。 壓力發(fā)生器的加壓方式又可分為外部加壓式和內(nèi)部加壓式兩種。根據(jù)油壓裝置與高壓容器連接形式又可分為分體型和一體型兩種，前者高壓容器頂蓋

33、兼具活塞功能，后者油壓裝置與高壓容器經(jīng)高壓活塞聯(lián)成一體。 四、超高壓技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 食品超高壓處理技術(shù)被稱為“食品工業(yè)的一場(chǎng)革命”、“當(dāng)今世界十大尖端科技”等，可被應(yīng)用于所有含液體成分的水果、蔬菜、奶制品、雞蛋、魚、肉、禽、果汁、果醬、醬油、醋、酒類等固態(tài)或液態(tài)食品中。經(jīng)過(guò)超高壓處理的食品，能保持食品原有的爽脆、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，符合人們對(duì)21世紀(jì)新型食品天然、方便、營(yíng)養(yǎng)的消費(fèi)需求，相信它必然有巨大的潛在市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展前景。 超高壓食品的前景如何在很大程度上主要取決于高壓設(shè)備裝置的研制和開發(fā)，由于用于加壓食品的壓力極高(通常150600MPa)，因此對(duì)設(shè)備的要求很嚴(yán)，食品加壓裝置的研究

34、開發(fā)將是超高壓食品研究的重要一環(huán)。 一、概述 微波是指波長(zhǎng)在1mm1m(其相應(yīng)的頻率為300300 000MHz)的電磁波。 微波技術(shù)是利用電磁波把能量傳播到被加熱物體內(nèi)部，使加熱達(dá)到生產(chǎn)所需要求的一種新技術(shù)。常用的微波頻率有915MHz和2450MHz。第七節(jié) 食品微波技術(shù) 微波技術(shù)的發(fā)展可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中雷達(dá)的發(fā)明，1945年，美國(guó)雷聲公司(Raytheon)工作人員泊西斯潘塞在進(jìn)行雷達(dá)試驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)衣袋里的糖果因受泄漏的微波的作用而發(fā)熱融化，進(jìn)而經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究之后，申請(qǐng)了世界上第一個(gè)微波應(yīng)用于食品加工的專利。此后，1947年雷聲公司的馬文貝克根據(jù)微波加熱原理，研制了第一臺(tái)用于

35、加熱食品的大型微波爐，1965年美國(guó)Crydry Co.公司研制成功第一臺(tái)用于干燥馬鈴薯片的隧道式工業(yè)微波干燥設(shè)備，并在SeyfertFoods(美國(guó)賽菲特)食品公司投入使用，并通過(guò)了美國(guó)食品與藥品管理局的鑒定，從此微波在工業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值引起了人們廣泛的關(guān)注。如今，微波作為一種新的加熱能源，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、皮革、木材、膠片等行業(yè)。 二、微波技術(shù)原理 微波加熱過(guò)程就是微波與食品物料直接作用，將微波的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程，其轉(zhuǎn)變的過(guò)程與物質(zhì)中分子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。在電磁場(chǎng)的作用下，物質(zhì)中微觀粒子可產(chǎn)生四種類型的介電極化，即電子極化(原子核周圍電子的重新排布)、原子極化(分子內(nèi)原子的重

36、新排布)、取向極化(分子永久偶極的重新取向)和空間電荷極化(自由電荷的重新排布)。在這四種極化中，與微波頻率相比，前兩種極化要快得多，所以不會(huì)產(chǎn)生微波加熱，而后兩種極化與之相當(dāng)，可產(chǎn)生微波加熱，即可通過(guò)微觀粒子的這種極化過(guò)程，將微波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｎ⒉訜釞C(jī)理 微波加熱的原理與食品工業(yè)中其它傳統(tǒng)加熱法如傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射相比有很大不同。傳統(tǒng)的加熱是將熱量從外部傳入物料的內(nèi)部，由表及里需要一定時(shí)間，物體的熱傳導(dǎo)性能越差，所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此加熱速度慢、受熱不均勻，且能耗較高。而微波加熱是微波從四面八方穿透食品物料，被加熱的食品物料直接吸收微波能而立即生熱，內(nèi)外同時(shí)加熱，因而加熱速度快，內(nèi)外受熱均勻

37、，有利于水分的擴(kuò)散和蒸發(fā)，可節(jié)省大量能源。微波加熱特點(diǎn) 微波對(duì)微生物的殺滅機(jī)理，主要是食品中的微生物在微波熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)(生物效應(yīng))的共同作用下，其內(nèi)部的蛋白質(zhì)和生理活性物質(zhì)發(fā)生變異或破壞，從而導(dǎo)致生物體發(fā)育異常，甚至死亡。因此，微波殺菌的溫度低于常規(guī)方法，僅需70105，時(shí)間約90180s。微波殺菌機(jī)理三、微波加熱設(shè)備 微波加熱設(shè)備主要由電源、微波管、連接波導(dǎo)、加熱器及冷卻系統(tǒng)等幾部分組成，下圖為微波加熱體系示意圖。 微波加熱設(shè)備按加熱物和微波場(chǎng)的作用形式，可分為駐波場(chǎng)諧振腔加熱器、行波場(chǎng)波導(dǎo)加熱器、輻射型加熱器和慢波型加熱器等幾大類。也可根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分為箱式、隧道式、平板式、曲波導(dǎo)式和

38、直波導(dǎo)式等幾大類。其中箱式、平板式和隧道式常用。 四、微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 微波主要應(yīng)用于六種食品加工中的單元操作，其中脫水的基本目的是除去水分，以限制微生物和酶引起的腐敗，其它單元操作都是根據(jù)加工對(duì)象提高產(chǎn)品的溫度，有些是升高到一定溫度再冷卻(如熱燙、消毒和滅菌)，有些是保持在較高溫度(如蒸煮和冷凍食品的調(diào)溫)直至達(dá)到加工目的。 隨著工業(yè)微波加熱裝置的商品規(guī)?；?，微波技術(shù)正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于食品原料和農(nóng)產(chǎn)品的干燥、膨化、滅菌、滅酶、殺蟲、焙烤以及解凍等方面。 微波食品加工的主要單元操作 單元操作主要目的應(yīng)用食品熱燙失活致腐酶類水果、蔬菜和茶葉蒸煮改善風(fēng)味和結(jié)構(gòu)禽類和肉類脫水降低水分含量

39、面條和洋蔥消毒殺滅微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞面包和酸奶滅菌殺滅微生物孢子各種食品調(diào)溫升高溫度到冰點(diǎn)以下冷凍食品一、冷凍粉碎 冷凍粉碎技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)初，在橡膠及塑料行業(yè)已得到應(yīng)用。自日本在上世紀(jì)80年代對(duì)食品的低溫冷凍粉碎進(jìn)行了研究后，美國(guó)、歐洲及我國(guó)也進(jìn)行了一些開發(fā)研究。冷凍粉碎不但能保持粉碎產(chǎn)品的色、香、味及活性物質(zhì)的性質(zhì)不變，而且在保證產(chǎn)品微細(xì)程度方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。由于冷凍粉碎能最大程度地保存原有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、成分及活性，所以提高了人體對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分和微量元素的吸收。因此，它符合目前人們追求“綠色食品”的要求，在食品加工行業(yè)將有很好的應(yīng)用前景。第八節(jié) 食品冷凍加工技術(shù)概述(1) 可以粉碎常

40、溫下難以粉碎的物質(zhì)；(2) 可以制成比常溫粉粒體流動(dòng)性更好，粒度 分布更理想的產(chǎn)品；(3) 不會(huì)發(fā)生常溫粉碎時(shí)因發(fā)熱、氧化等造成的變質(zhì)現(xiàn)象；(4) 粉碎時(shí)不會(huì)發(fā)生氣味逸出、粉塵爆炸、噪音等。 這些優(yōu)點(diǎn)使得該技術(shù)特別適用于由于油分、水分等緣故難以在常溫下微粉碎的食品或在常溫粉碎時(shí)很難保持香味成分的香辛料。冷凍粉碎與常溫粉碎相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 冷凍粉碎就是首先使物料低溫冷凍到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或脆化溫度以下，再用粉碎機(jī)將其粉碎。在食品快速降溫過(guò)程中，會(huì)造成內(nèi)部各部位不均勻的收縮而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在此應(yīng)力的作用下，物料內(nèi)部薄弱部位產(chǎn)生微裂紋并導(dǎo)致內(nèi)部組織的結(jié)合力降低，因而在外部較小作用力下就使得內(nèi)部裂紋迅速擴(kuò)

41、大而破碎。冷凍粉碎原理 冷凍粉碎裝置一般由制冷劑供給裝置(液氮箱)、原料冷凍箱、供給箱、低溫粉碎機(jī)、產(chǎn)品收集器、顯熱回收裝置等組成。 食品包括的物料種類非常廣闊。但用冷凍粉碎加工時(shí)，其加工工藝都有類似之處，基本流程大體為：原料前處理低溫冷凍真空升華干燥低溫粉碎產(chǎn)品后處理。冷凍粉碎設(shè)備及工藝流程冷凍粉碎設(shè)備流程 這些年來(lái)，隨著冷凍技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于食品領(lǐng)域的加工產(chǎn)品日益增多，除了谷物、水產(chǎn)及畜產(chǎn)品、果蔬三類外，其他方面還有諸如大豆、花生、可可豆、胡椒粉、杏仁等種籽類材料的冷凍粉碎。此外，在水產(chǎn)品加工技術(shù)國(guó)家“十五”研究項(xiàng)目中，鼓勵(lì)進(jìn)行低溫冷凍粉碎和干燥的技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用研究。冷凍粉碎技術(shù)在食

42、品工業(yè)中的應(yīng)用二、冷凍濃縮 冷凍濃縮是將水溶液中的部分水分以冰的形式析出，然后將生成的冰從液相中分離出來(lái)，而使液體得到濃縮的過(guò)程。 冷凍濃縮方法特別適宜于含揮發(fā)性芳香物的熱敏性液體食品的濃縮。如果在結(jié)晶器中能控制好溫度，防止局部過(guò)冷，那么冰晶是非常純的，而且可溶性固體的損失隨著冰晶比表面積的降低而降低。此外，其能耗比蒸發(fā)濃縮法低。實(shí)踐證明，對(duì)于含芳香物的液體食品，采用冷凍濃縮方法所得到的濃縮物產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于蒸發(fā)濃縮與膜濃縮。概述二、冷凍濃縮 冷凍濃縮是將水溶液中的部分水分以冰的形式析出，然后將生成的冰從液相中分離出來(lái)，而使液體得到濃縮的過(guò)程。 冷凍濃縮方法特別適宜于含揮發(fā)性芳香物的熱敏性液體食品

43、的濃縮。如果在結(jié)晶器中能控制好溫度，防止局部過(guò)冷，那么冰晶是非常純的，而且可溶性固體的損失隨著冰晶比表面積的降低而降低。此外，其能耗比蒸發(fā)濃縮法低。實(shí)踐證明，對(duì)于含芳香物的液體食品，采用冷凍濃縮方法所得到的濃縮物產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)于蒸發(fā)濃縮與膜濃縮。概述 冷凍濃縮主要包括結(jié)晶和分離兩步，因而冷凍濃縮設(shè)備主要也由結(jié)晶設(shè)備和分離設(shè)備兩大部分組成。 冷凍濃縮中的結(jié)晶設(shè)備實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：冷卻除去結(jié)晶熱和進(jìn)行結(jié)晶。根據(jù)冷卻方法可分為直接冷卻式結(jié)晶器和間接冷卻式結(jié)晶器，而間接式又可分為內(nèi)冷式結(jié)晶器與外冷式結(jié)晶器。下圖為具有芳香物回收的真空結(jié)晶裝置。冷凍濃縮設(shè)備V水蒸汽；A芳香物；C濃縮液；I惰性氣體；1真空結(jié)晶器；

44、2冷凝器；3干式真空泵；4濕式真空泵；5吸收器；6吸收器；7冰晶分離器 冷凍濃縮由于在加工過(guò)程中不使物料受熱，因此所得到的制品在色、香、味方面均得到最大限度的保留，就產(chǎn)品品質(zhì)而言，可以說(shuō)是最佳的。但由于濃縮極限的限制及操作成本較高等缺陷，使得其應(yīng)用受到一定限制。目前主要用于高檔果汁、高檔飲品、生物制品、藥物、調(diào)味品等的濃縮，濃縮的制品或直接作為成品，或作為冷凍干燥過(guò)程中的半成品。冷凍濃縮在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、冷凍干燥 冷凍干燥又稱真空冷凍干燥、升華干燥、冷凍升華干燥、分子干燥等，它是先將濕物料的溫度降至冰點(diǎn)以下，使物料中的水分凝結(jié)成冰，然后在較高的真空度下，使冰直接升華而除去水分的干燥方法。

45、冷凍干燥技術(shù)出現(xiàn)于19世紀(jì)，最早應(yīng)用于生物標(biāo)本的制作，隨后在醫(yī)藥、血液制品、各種疫苗和微生物菌種的保存等方面的應(yīng)用中得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)30年代，開始了對(duì)食品進(jìn)行冷凍干燥的試驗(yàn)，但大規(guī)模地系統(tǒng)研究冷凍干燥在食品工業(yè)中的應(yīng)用，則是在第二次世界大戰(zhàn)以后。冷凍干燥食品的品質(zhì)在許多方面優(yōu)于普通干燥的食品，但系統(tǒng)裝備較復(fù)雜，操作費(fèi)用較高，因此，其應(yīng)用范圍與規(guī)模受到一定的限制。概 述 含水物料冷凍干燥是在真空冷凍干燥設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的。冷凍干燥設(shè)備按操作方式可分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式設(shè)備；按能否在干燥室內(nèi)進(jìn)行凍結(jié)可分為能預(yù)凍和不能預(yù)凍設(shè)備；按生產(chǎn)量可分為實(shí)驗(yàn)用和生產(chǎn)用設(shè)備等。但無(wú)論何種設(shè)備，都是由預(yù)凍系統(tǒng)

46、、供熱系統(tǒng)、蒸汽和不凝結(jié)氣體排除系統(tǒng)及干燥室等構(gòu)成，如下圖所示。冷凍干燥設(shè)備 這些系統(tǒng)一般以冷凍干燥箱體為核心連接在一起，有些就是干燥箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成，如加熱板、制冷板和水汽凝結(jié)器。預(yù)凍系統(tǒng)既可以和干燥箱結(jié)合在一起，也可以分開設(shè)置，預(yù)凍過(guò)程甚至可獨(dú)立于冷凍干燥機(jī)的主機(jī)。 冷凍干燥設(shè)備組成示意圖 冷凍干燥具有其他干燥方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，越來(lái)越受到人們的青睞。目前，隨著研究工作的深入，加工材料及制造技術(shù)的改進(jìn)，在食品工業(yè)中常用于肉類、水產(chǎn)、果蔬、禽蛋、咖啡、茶和調(diào)味品等的干燥。冷凍干燥技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用四、速凍技術(shù) 速凍(Quick Freezing)是指使食品盡快通過(guò)最大冰晶生成區(qū)，并使

47、平均溫度盡快達(dá)到-18而迅速凍結(jié)的方法。 速凍食品(Quick frozen Foods)是指采用速凍的方法凍結(jié)，而后低溫凍藏的食品。目前世界上速凍食品尚無(wú)統(tǒng)一的概念，一般認(rèn)為速凍食品是將經(jīng)過(guò)一定前處理的食品在-18-30的溫度條件下進(jìn)行速凍，并在2030min內(nèi)完成，速凍后的食品中心溫度要達(dá)到-18以下，經(jīng)過(guò)包裝在-18以下低溫凍藏和流通的方便食品。如今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)的速凍食品大致可以分為四類：果蔬類(如凍果汁、速凍草莓、荷仁豆、蒜苗等)、水產(chǎn)類(凍魚、蝦、蟹等)、畜禽肉蛋類(凍雞、肉、蛋等)、調(diào)理食品類(凍餃子、包子、餛飩等)。 速凍食品1928年起源于美國(guó)，但受人們認(rèn)識(shí)和當(dāng)時(shí)生活水平的

48、限制，發(fā)展遲緩。第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)科學(xué)家系統(tǒng)研究了速凍食品以及冷藏理論，并提出了著名的T、T、T新概念。此后，各國(guó)相繼制定了速凍食品制造工藝和法規(guī)，速凍食品從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)并進(jìn)入了超級(jí)市場(chǎng)。目前，速凍食品已是當(dāng)今世界發(fā)展最快的食品工業(yè)，平均每年以20%30%的速度增長(zhǎng)，發(fā)展最快的有美國(guó)、歐盟、日本、澳大利亞等。 我國(guó)速凍食品的生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代，但當(dāng)時(shí)用于出口，主要有速凍餃子、春卷等傳統(tǒng)食品和凍禽類等特殊產(chǎn)品，且數(shù)量較少。真正起步是20世紀(jì)70年代的事，當(dāng)時(shí)也大多是為外貿(mào)提供速凍蔬菜。20世紀(jì)80年代初期，出現(xiàn)了速凍面食和面點(diǎn)，是打開銷售渠道的開拓階段。進(jìn)入80年代后期，速凍食品

49、有了較快的發(fā)展，生產(chǎn)、流通和消費(fèi)漸漸看好。90年代，我國(guó)速凍食品得到了較快的發(fā)展，速凍食品生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模都成倍增長(zhǎng)?，F(xiàn)在，全國(guó)已有速凍食品生產(chǎn)企業(yè)1000余家，年產(chǎn)量約300萬(wàn)噸，年增長(zhǎng)率達(dá)5%，但人均占有量尚不足2.5kg，仍遠(yuǎn)低于世界人均消費(fèi)水平。 (1) 避免在細(xì)胞之間生成大的冰晶體；(2) 減少細(xì)胞內(nèi)水分外析，解凍時(shí)汁液流失少；(3) 殘留濃縮水的危害性下降；(4) 將食品溫度迅速降低到微生物生長(zhǎng)活動(dòng)所需溫度之下，有利于抑制微生物的繁殖及其生化反應(yīng)；(5) 食品在凍結(jié)設(shè)備中停留時(shí)間短，有利于提高設(shè)備利用率。速凍具有以下五個(gè)優(yōu)點(diǎn) 下圖為食品快速凍結(jié)時(shí)的曲線，在凍結(jié)過(guò)程中，其溫度的

50、下降可分為三個(gè)階段。 食品速凍曲線 速凍設(shè)備適用于凍結(jié)小包裝或未包裝的塊、片、粒等形狀的原料，其類型很多：按冷卻介質(zhì)與食品接觸的方式可分為空氣凍結(jié)法、間接接觸凍結(jié)法和直接接觸凍結(jié)法(又稱浸漬凍結(jié)法)；按速凍設(shè)備的結(jié)構(gòu)分為箱式、隧道式、帶式、流化床式和螺旋式等形式；根據(jù)凍結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)特征和熱交換方式又可分為隧道式凍結(jié)裝置、螺旋式凍結(jié)裝置、接觸式凍結(jié)裝置和流化式凍結(jié)裝置。速凍設(shè)備 隨著我國(guó)人民生活水平的提高及食品冷凍技術(shù)的發(fā)展，速凍食品已走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，并深受消費(fèi)者歡迎，目前已呈現(xiàn)如下趨勢(shì)：(1)不斷開發(fā)新品種，滿足不同消費(fèi)者的需求；(2)依托現(xiàn)代科技，弘揚(yáng)中華飲食文化；(3)走規(guī)?；鸵?guī)范化的發(fā)

51、展道路；(4)盡快研制符合環(huán)保要求的包裝；(5)加強(qiáng)冷藏運(yùn)輸與低溫銷售環(huán)節(jié)。 總之，速凍食品的發(fā)展趨勢(shì)符合廣大消費(fèi)者的“健康、營(yíng)養(yǎng)、多樣選擇、適合各年齡層次”的飲食需求，速凍食品以其安全、衛(wèi)生、營(yíng)養(yǎng)、方便等優(yōu)點(diǎn)將在我國(guó)食品工業(yè)中占有重要的地位，也必然會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。速凍食品的發(fā)展趨勢(shì)一、遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù) 紅外線可按波長(zhǎng)的長(zhǎng)短分為以下幾個(gè)區(qū)域，工業(yè)上把0.751.4m區(qū)間的紅外線稱為近紅外，把1.43.0m區(qū)間的紅外線稱為中紅外，把3.01000m區(qū)間的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外。 遠(yuǎn)紅外加熱是一種以輻射為主的加熱過(guò)程，它利用加熱元件所發(fā)出來(lái)的紅外線照射到被加熱物體上，其熱能以電磁波的形式被物體分子均

52、勻吸收，從而引起物質(zhì)分子的激烈共振，以達(dá)到加熱干燥的目的。第九節(jié) 食品加熱與殺菌技術(shù)概 述 人們利用紅外線進(jìn)行加熱始于20世紀(jì)初，1935年美國(guó)福特汽車公司的格羅維尼(Groveny)首先取得將紅外線用于加熱和干燥的專利權(quán)。70年代起，由于人們對(duì)紅外輻射和物質(zhì)結(jié)構(gòu)等了解的深入，國(guó)外開始采用遠(yuǎn)紅外進(jìn)行加熱。國(guó)內(nèi)利用遠(yuǎn)紅外加熱的工作始于70年代的中期，開始時(shí)主要應(yīng)用于產(chǎn)品的漆層干燥，后來(lái)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已擴(kuò)展到油漆涂飾、塑料加工、機(jī)械制造、電力電子、金屬材料、紡織印染、造紙印刷、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、木器家具等行業(yè)。 遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)應(yīng)用于食品加工具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 加熱速度快，傳熱效率高； (2

53、) 化學(xué)分解作用小，食品原料不易變性； (3) 有一定的穿透能力； (4) 容易進(jìn)行操作控制。 對(duì)紅外線敏感的物質(zhì)，其分子、原子吸收紅外線后，不僅會(huì)發(fā)生能級(jí)的躍遷，而且會(huì)擴(kuò)大以平衡位置為中心的各種運(yùn)動(dòng)的幅度，質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)能增大，這樣便產(chǎn)生了自發(fā)的熱效應(yīng)。由于這種熱效應(yīng)直接產(chǎn)生于物體的內(nèi)部，所以能快速有效地對(duì)物質(zhì)加熱。這就是遠(yuǎn)紅外加熱的基本原理。遠(yuǎn)紅外加熱原理 遠(yuǎn)紅外加熱系統(tǒng)大體可以分成兩類：一類是只有一個(gè)出入爐門的密閉的箱式加熱爐，又稱烘箱或烤箱，這類設(shè)備系間歇操作，故出入口散失的熱量少；另一類是用于生產(chǎn)線上連續(xù)加熱物料或?qū)ξ锪线M(jìn)行干燥、殺菌等處理的遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備，又稱烘道或隧道爐，由于食品中一般

54、都含有大量的水分，所以在設(shè)備中應(yīng)設(shè)計(jì)通風(fēng)裝置，以排出蒸發(fā)出的大量水分。 遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備是由遠(yuǎn)紅外加熱元件、外殼和輔助裝置如輸送裝置、控制裝置等組成。它與單純加熱設(shè)備的區(qū)別主要在加熱元件的不同及其附屬設(shè)備的不同，其它裝置如外殼、輸送裝置等差別不大。 遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備 遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，食品工業(yè)應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線主要是利用其放射特性及加熱特性，現(xiàn)已應(yīng)用的具體領(lǐng)域有食品的干燥、焙烤、熟成、殺菌、解凍等。 遠(yuǎn)紅外技術(shù)是一門跨專業(yè)的交叉學(xué)科，通過(guò)深入研究遠(yuǎn)紅外輻射技術(shù)的節(jié)能機(jī)理，可以有針對(duì)性地開發(fā)新的適合加工對(duì)象的遠(yuǎn)紅外產(chǎn)品，節(jié)約日益枯竭的自然資源。 遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用二、歐

55、姆加熱技術(shù) 歐姆加熱(Ohmic Heating)技術(shù)，也叫電阻加熱(Resistance Heating)技術(shù)、焦耳加熱(Joule Heating)技術(shù)、電力加熱(Electro Heating)技術(shù)，它是利用連續(xù)流動(dòng)的導(dǎo)電液體的電阻熱效應(yīng)來(lái)進(jìn)行加熱以達(dá)到殺菌目的的過(guò)程。 概 述 早在19世紀(jì)初就提出了歐姆加熱的概念，并逐漸有了利用電能加熱物料的專利加工技術(shù)。20世紀(jì)初，美國(guó)生產(chǎn)出用于牛奶消毒的歐姆加熱裝置，但是由于沒(méi)有合適的惰性電極材料而失敗。90年代，英國(guó)的APV Baker公司開發(fā)了商用的歐姆加熱裝置，英國(guó)、法國(guó)、日本和美國(guó)均開始使用。由于歐姆加熱技術(shù)具有物料升溫快、加熱均勻、無(wú)污染

56、、易操作、熱能利用率高、加工食品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)逐漸引起國(guó)內(nèi)外食品科學(xué)工作者的關(guān)注。 歐姆加熱是利用食品物料的電導(dǎo)特性來(lái)加工食品的技術(shù)，食品中含有大量鹽分或有機(jī)酸等電解質(zhì)，所以無(wú)論是流體還是固體食品，電流都能通過(guò)。當(dāng)電流通過(guò)食品時(shí)，因食品自身的導(dǎo)電性及不良導(dǎo)體產(chǎn)生巨大的電阻抗特性，可在食品內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)化成熱能，引起食品溫度升高，從而達(dá)到直接均勻加熱的目的。 歐姆加熱原理歐 姆 加 熱 原 理 歐姆加熱裝置由加熱、保溫和冷卻三部分組成，具有一定粘度的、含顆粒的食品經(jīng)泵進(jìn)入到歐姆加熱器中，以垂直于電場(chǎng)的方向流過(guò)歐姆加熱柱，物料在2min內(nèi)被加熱到需要的溫度，在該溫度保溫3090s，達(dá)到要求的滅

57、菌強(qiáng)度，然后快速冷卻、無(wú)菌包裝。歐姆加熱裝置及流程歐 姆 加 熱 流 程 目前，歐姆加熱技術(shù)在美國(guó)正廣泛應(yīng)用于低酸性或高酸性食品的加工，在日本用于生產(chǎn)酸牛奶的草莓、魚糜制品及豆腐的加工等，在國(guó)內(nèi)主要用于肉的解凍和牛奶、豆?jié){的加熱殺菌。從目前國(guó)外的研究和使用情況來(lái)看，歐姆加熱最具有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是含顆粒流體食品的無(wú)菌加工。除此之外，用于對(duì)大塊固體食品的加熱與解凍也具有很大的研究發(fā)展空間。 歐姆加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用三、超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù) 超高溫瞬時(shí)殺菌(Ultra High Temperature Short Time，簡(jiǎn)稱UHTST)是利用熱交換器或直接蒸汽，使食品在130150溫度下，保

58、持28s后迅速冷卻，產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無(wú)菌要求的過(guò)程。 超高溫瞬時(shí)殺菌法是英國(guó)于1956年首創(chuàng)的，20世紀(jì)50年代初荷蘭的斯托克(Stork)公司率先開發(fā)了超高溫瞬時(shí)殺菌裝置，20世紀(jì)60年代初，由于超高溫殺菌與無(wú)菌罐裝技術(shù)的結(jié)合，從而使超高溫滅菌裝置獲得了廣泛的應(yīng)用，自20世紀(jì)80年代后，超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)不僅僅局限于液體產(chǎn)品，而且已應(yīng)用到固液混合產(chǎn)品和固體粉狀產(chǎn)品中。 概 述 超高溫瞬時(shí)殺菌主要是利用熱處理對(duì)微生物的致死作用即微生物的蛋白質(zhì)變性，并且其致死數(shù)量與熱處理強(qiáng)度和原始含菌量成正比。由于熱處理時(shí)間很短，這樣就最大限度地保持了食品原有的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，這是超高溫瞬時(shí)殺菌的基本原理。超高溫瞬

59、時(shí)殺菌原理 按照物料與加熱介質(zhì)直接接觸與否，超高溫瞬時(shí)殺菌過(guò)程可分為直接混合式加熱法和間接式加熱法兩類。 直接混合式加熱法可按兩種方式進(jìn)行。一是注射式，即將高壓蒸汽注射到待殺菌物料中；另一種是噴射式，即將待殺菌物料噴射到蒸汽中。后者，物料通常向下流動(dòng)，而蒸汽向上運(yùn)動(dòng)。由于加熱蒸汽直接與食品相接觸，因此對(duì)蒸汽的純凈度要求甚高。超高溫瞬時(shí)殺菌基本過(guò)程 間接式加熱法是采用高壓蒸汽或高壓水為加熱介質(zhì)，熱量經(jīng)固體換熱壁轉(zhuǎn)傳給待加熱殺菌物料。由于加熱介質(zhì)不直接與食品接觸，所以可較好地保持食品物料的原有風(fēng)味。間接式加熱法廣泛用于果汁、牛乳等的超高溫殺菌過(guò)程。 直接混合式加熱法與間接式加熱法相比，前者具有加熱

60、速率快，熱處理時(shí)間短，食品顏色、風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分損失少的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)復(fù)雜和加熱蒸汽需要凈化而帶來(lái)產(chǎn)品成本的提高。后者相對(duì)成本較低，生產(chǎn)易于控制，但傳熱速率相對(duì)前者較低。 在殺菌條件相同的情況下，超高溫瞬時(shí)殺菌與低溫長(zhǎng)時(shí)間殺菌相比，不僅細(xì)菌致死時(shí)間顯著縮短，而且食品成分的保存率也顯著提高。目前這種殺菌技術(shù)已廣泛應(yīng)用于牛乳、果汁飲料、豆乳茶、酒等產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中。 超高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用一、食品擠壓加工技術(shù) 食品擠壓加工就是將食品物料置于擠壓機(jī)的高溫高壓狀態(tài)下，然后突然釋放至常溫常壓下，使物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生突然變化的過(guò)程。這些物料通常是以谷物為原料如大米、糯米、小麥、