食品加工新技術

第六章食品加工新技術主講教師：劉雄西南大學食品學院2009.11.251食品加工新技術5/9/2024

食品加工新技術領域1、生物技術（基因工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程等）2、新型分離技術(超臨界流體萃取技術、膜分離技術、反滲透技術等)3、新型殺菌技術(冷殺菌、超高壓殺菌、微波殺菌等)4、新型干燥技術(冷凍干燥、真空干燥和噴霧干燥等)5、高效制汁與濃縮技術（酶技術、低溫多效濃縮技術）6、超微粉碎技術7、速凍技術8、無菌罐裝技術9、膨化技術10、輻射技術11、微膠囊與緩釋技術12、質(zhì)構重組與淀粉修飾技術2食品加工新技術5/9/2024概念

食品的輻射保藏是利用射線照射食品，滅菌、殺蟲、抑制鮮果蔬的生命活動，從而達到防霉、防腐、延長食品貨架期目的的一種食品保藏方法。食品輻射保藏的特點“冷殺菌”；具有良好的保鮮效果；輻照處理食品能耗低；對環(huán)境的污染小。。

食品的輻射保藏3食品加工新技術5/9/2024

美國最早于本世紀四十年代開始進行輻射(照)保藏食品的研究，當時主要是用于軍事上。1943年發(fā)表了對漢堡包進行輻照殺菌的論文后，美國由此解決了海軍食品保存問題。爾后研究遍及美國90多所大學及科研單位。五十年代初前蘇聯(lián)、歐洲和日本也相繼進行了廣泛的研究。我國食品輻射(照)的研究則最早于1958年開始，70年代中在四川、河南、天津、北京、上海、東北地區(qū)、湖南、廣東等地相繼開展了食品輻照的研究。在國際原子能機構(IAEA)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)的倡議下，1970年在巴黎成立了“食品輻射(照)國際計劃”(IFIP)，先后共有24個國家參加該計劃，分工協(xié)作進行研究。一、食品輻射保藏的歷史發(fā)展4食品加工新技術5/9/2024

食品輻照時，射線把能量或電荷傳遞給食品以及食品上的微生物和昆蟲，引起的各種效應會造成它們體內(nèi)的酶鈍化和各種損傷會迅速影響其整個生命過程，導致代謝、生長異常、損傷擴大直至生命死亡。而食品則不同，除了鮮活食品之外均不存在著生命活動，鮮活食品的新陳代謝也處在緩慢的階段，輻射所產(chǎn)生的影響是進一步延緩了它們后熟的進程，符合儲藏的需要。

二、食品輻射保藏的基本原理5食品加工新技術5/9/2024第三節(jié)食品的輻照效應

1、輻射術語與單位

（1）放射性強度的單位放射性強度是度量放射性強弱的物理量，常用的單位有居里(Ci)、貝克(Bq)和克鐳當量。輻射強度也可用輻射線的能量來表示，輻射能量德單位是電子伏特（eV),它表示任何帶單位電荷的粒子彈其越過1V點位差時所需的能量。(2)照射量及其單位照射量(Exposure)是用來量度X射線或g射線在空氣中電離能力的物理量，其單位為倫琴(R)。（3）吸收劑量及其單位

被照射物質(zhì)所吸收的射線的能量稱為吸收量，其單位為J/kg,專用名為戈瑞(Gy)，或拉德(rad)。6食品加工新技術5/9/20242、食品輻射效應

(1)食品輻射的物理效應a.g射線和X射線的作用康普頓散射、感生放射性b.電子射線的作用電離散射韌性輻照湮沒輻射契論科夫輻射7食品加工新技術5/9/2024(2)食品輻射的化學效應

輻射的化學效應是指被輻射物質(zhì)中的分子所發(fā)生的化學變化。食品的輻射處理，發(fā)生化學變化的物質(zhì)，除了食品本身及包裝材料之外，還有附著在食品表面及內(nèi)部的微生物、昆蟲和寄生蟲等生物體。

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輻射化學效應的強弱用G值表示，所謂G值就是介質(zhì)中每吸收100eV能量時發(fā)生變化的分子數(shù)。例如，麥芽糖溶液經(jīng)過輻射發(fā)生降解的G值為4.0，則表示麥芽糖溶液每吸收100eV的輻射能，就有4個麥芽糖分子發(fā)生降解。不同介質(zhì)的G值可能相差很大，G值大的，輻射引起的化學效應較強烈；G值相同者，吸收劑量大者所引起的化學效應較強烈。例如G值等于3，吸收劑量為1Mrad時，每千克介質(zhì)發(fā)生變化的摩爾數(shù)為3.1×10-6，劑量提高到6Mrad時，則每千克發(fā)生變化的摩爾數(shù)達1.9×10-2。

9食品加工新技術5/9/2024a.水水輻射的化學效應可概括為：H2O→2.7OH·+0.55H·+2.7e-水化+0.45H2

+0.71H2O2+2.7H3O·10食品加工新技術5/9/2024b.蛋白質(zhì)和酶蛋白質(zhì)結構破壞輻射交聯(lián)輻射降解蛋白質(zhì)輻照時交聯(lián)與降解同時發(fā)生，而往往是交聯(lián)大于降解，所以降解常被掩蓋而不易覺察。

11食品加工新技術5/9/2024酶

酶的主要組成部分是蛋白質(zhì)，所以輻射對酶所引起的作用與蛋白質(zhì)類似，酶中所含的巰基(-SH)由于容易氧化會增大酶對輻射的敏感性，但在復雜的食品體系中，由于其他物質(zhì)的伴生存在而使酶得以保護，欲使酶鈍化需要相當大的輻射劑量。12食品加工新技術5/9/2024c.糖類糖類在輻射過程中發(fā)生的變化主要是降解作用和輻解產(chǎn)物的形成，若干固態(tài)糖類的輻解產(chǎn)物見表。

13食品加工新技術5/9/2024糖輻解產(chǎn)物G值500krad時濃度(10mg·kg-1)葡萄糖甲醛0.060.095

乙醛

丙酮

葡糖醛酸0.44.1

葡糖酸0.88.2

5-脫氧葡糖酸0.323果糖甲醛2.54蔗糖甲醛0.160.25

果糖

葡萄糖

甘露糖醇甲醛0.81.26

果糖0.565.2表輻射不同固態(tài)糖類的主要輻解產(chǎn)物

14食品加工新技術5/9/2024d.脂類

脂肪和脂肪酸被射線照射時，飽和脂肪比較穩(wěn)定，而不飽和脂肪容易氧化，出現(xiàn)脫羧、氫化、脫氨等作用。有氧存在時，由于會發(fā)生自動氧化作用，飽和脂肪也會被氧化。輻射促進自動氧化過程可能是由于促進自由基的形成和氫過氧化物的分解，并使抗氧化劑遭到破壞。

食品中的脂類組分受輻射而產(chǎn)生的化合物，除了有輻射誘導的自動氧化產(chǎn)物外，也有非氧化的分解產(chǎn)物。

15食品加工新技術5/9/2024e.維生素食品中維生素在輻射中的穩(wěn)定性和食品的性質(zhì)及成分有密切的關系，其損失率隨著輻射劑量的增大而增大。16食品加工新技術5/9/2024(3)食品輻射的生物學效應

a.抑制蔬菜發(fā)芽和果實后熟

蔬菜中的馬鈴薯和洋蔥，主要是通過控制其休眠來進行儲藏的。在結束休眠后，如果溫度和濕度適宜時，便會旺盛地發(fā)芽；果實采收后的成熟現(xiàn)象稱為后熟，后熟的速度影響著儲藏期的長短。17食品加工新技術5/9/2024

輻射對生物體作用的機理目前尚未十分清楚，但可能與下列原因有關：

(1)由于射線的輻照，細胞中的DNA和RNA受到損傷，植物體生長點上的細胞不能發(fā)生分裂，所以馬鈴薯、洋蔥等經(jīng)輻照后不會發(fā)芽。

(2)食品輻照時，干擾了ATP的合成，使細胞的核酸減少，抑制了植物體的發(fā)芽。18食品加工新技術5/9/2024(3)植物組織處于休眠狀態(tài)時，其生長點缺乏植物生長激素或生長激素被鈍化，若把經(jīng)過輻射的馬鈴薯放入一種生長激素—赤霉素酸溶液中，馬鈴薯就開始發(fā)芽。

(4)對于具有呼吸高峰的果實，在高峰開始出現(xiàn)前夕，體內(nèi)乙烯的合成明顯增加，從而促進成熟的到來。若在高峰前對果實進行輻照處理，由于干擾了果實體內(nèi)乙烯的合成，就能夠抑制其高峰的出現(xiàn)，延長果實的儲藏期。

19食品加工新技術5/9/2024b.導致微生物和昆蟲的死亡食品經(jīng)輻射后，附著在食品上的微生物和昆蟲發(fā)生了一系列生理學與生物學效應而導致死亡，其機理是一個十分復雜的問題，目前還沒有完全搞清楚，一般認為與下面兩點有密切關系：

(1)造成遺傳物質(zhì)DNA的損傷；

(2)輻射化學效應的產(chǎn)物與細胞組成發(fā)生反應。20食品加工新技術5/9/2024

食品的輻射裝置包括輻射源、防護設備、輸送系統(tǒng)和自動控制與安全系統(tǒng)。

二、食品輻射裝置

21食品加工新技術5/9/20241.輻射源

輻射源是食品輻射加工的核心部分，它可以分為放射性同位素和電子加速器兩大類。

(1)放射性同位素

60Co輻射源、

137Ce輻射源

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(2)電子加速器電子射線射程短，密度大，穿透力差，一般適用于食品表面的照射。如對易腐食品輻射時，選定適當?shù)摹凹铀倌堋?，就可使射線不穿透食品內(nèi)部，只進行表面殺菌。

23食品加工新技術5/9/2024X射線

X射線具有高穿透能力，可以用于食品輻射加工。但是由于電子加速器作X射線源效率低，而且能量中包含大量低能部分，難以均勻照射大塊樣品，故沒有得到廣泛的應用。

24食品加工新技術5/9/2024三、食品的輻射劑量

及輻照食品安全

1、食品輻射的類型

聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、國際原子能機構(IAEA)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合專家委員會把食品輻射分為下列三類：低劑量輻照、中等劑量輻照、大劑量輻照。25食品加工新技術5/9/202426食品加工新技術5/9/20242.食品輻照的衛(wèi)生與安全

輻照食品的安全性通過以下五個方面研究：1、食品的輻照劑量2、食品的包裝方法和包裝材料3、輻射化學變化4、動物或家畜喂養(yǎng)實驗5、輻照食品的毒理學研究

FAO、IAEA和WHO聯(lián)合專家委員會得出結論，任何商品食物輻照總平均劑量達10kGy水平時，不具有毒理學上的危害性，這樣處理的食品毋需進行毒理學檢查。用10kGy劑量輻照過的食品，不會引起特殊的營養(yǎng)或微生物問題。27食品加工新技術5/9/2024FAO、IAEA和WHO聯(lián)合專家委員會于1980年10月27日至11月3日在日內(nèi)瓦召開了關于輻照食品衛(wèi)生會議。依據(jù)以前各屆專家委員會的建議和這些機構組織的其他技術或法律專家會議所作出的結論，允許食品輻照的最大能量水平是：電子射線為10MeV；γ射線和X射線為5MeV。

28食品加工新技術5/9/20241.超臨界流體的概念

物質(zhì)有三中狀態(tài)，氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)。除了這三中常見的狀態(tài)外物質(zhì)還有另的一些狀態(tài)，如等離子狀態(tài)、超臨界狀態(tài)等。2.超臨界流體的特性超臨界狀態(tài)下的流體對溶質(zhì)的溶解度大大地增加了，一般可達幾個數(shù)量級，而在某些條件下甚至可達到按蒸氣壓計算的1010倍；超臨界流體的密度與液體很接近，而它又具有氣體擴散性能；在超臨界狀態(tài)下氣體和液體兩相的界面消失，表面張力為零，反應速度最大，熱容量、熱傳導率等出現(xiàn)峰值；在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化可對溶劑的密度、擴散系數(shù)、表面張力、黏度、溶解度、介電常數(shù)等帶來明顯的變化。超臨界流體的這些特殊性質(zhì)，使其成為良好的分離介質(zhì)和反應介質(zhì)，根據(jù)這些特性發(fā)展起來的超臨界流體技術在分離、提取、反應、材料等領域得到了越來越廣泛的開拓利用。

超臨界流體萃取技術29食品加工新技術5/9/20243．超臨界二氧化碳的溶解性能作為一種新型溶劑，超臨界二氧化碳能得到廣泛的工業(yè)化應用，是因為它具有不同于傳統(tǒng)的液體溶劑的性能。超臨界二氧化碳的密度接近于液體，使它具有很好的溶解能；另一方面它又有與氣體相近的高滲透能力和低黏度，表面張力接近于零，因此它具有良好的傳遞性能，可以很快的進出被萃取物的微小結構中，這是一般溶劑所沒有的。通過改變超臨界二氧化碳的壓力或溫度，可使它的密度隨之大幅度地改變。由于超臨界二氧化碳的溶解度與密度密切相關，所以我們可以很方便的改變超臨界二氧化碳的溶解度。30食品加工新技術5/9/202431食品加工新技術5/9/2024工業(yè)用超臨界萃取設備32食品加工新技術5/9/2024三、超臨界二氧化碳萃取的影響因素影響因素包括：溫度、壓力、流量、夾帶劑；樣品的物理形態(tài)、粒度、黏度等。LabSCF系列超臨界萃取儀

33食品加工新技術5/9/2024超臨界水所謂超臨界水，是指當氣壓和溫度達到一定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時，水的液體和氣體便沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。當水處于其臨界點(374℃，22.1MPa)以上的高溫高壓狀態(tài)時被稱為超臨界水(SupercriticalWater，簡稱SCW)，在此條件下水具有許多獨特的性質(zhì)。34食品加工新技術5/9/2024超臨界水氧化裝置

SupercriticalWaterOxidation(SCWO)法國SEPAREX公司生產(chǎn)的超臨界水氧化裝置采用特殊的金屬材料作為釜體，不但可以滿足苛刻的超臨界水氧化所需要的條件，而且還具有強抗腐蝕性。并根據(jù)自己二十多年的研究經(jīng)驗向用戶提供多種超臨界水氧化完美解決方案。

特點反應壓力：1000bar反應溫度：700°C

35食品加工新技術5/9/2024超臨界水具有兩個顯著的特性一是具有極強的氧化能力，將需要處理的物質(zhì)放入超臨界水中，充入氧和過氧化氫，這種物質(zhì)就會被氧化和水解。有的還能夠發(fā)生自燃，在水中冒出火焰。另一個特性是可以與油等物質(zhì)混合，具有較廣泛的融合能力。如烴類等非極性有機物與極性有機物一樣可完全與超臨界水互溶，氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體也都能以任意比例溶于超臨界水中，無機物尤其是鹽類在超臨界水中的溶解度很小。超臨界水還具有很好的傳質(zhì)、傳熱性質(zhì)。這些特性使得超臨界水成為一種優(yōu)良的反應介質(zhì)。

36食品加工新技術5/9/2024膜分離技術所謂膜分離，系利用高分子半滲透性膜，以膜兩側的壓力差或電位為動力，促使流體中的某些分子或離子透過半透膜或被半透膜留下來，以獲得或去除流體中某些成分的一種分離技術。如果通過半透膜的只是溶劑，則溶液獲得了濃縮，此過程為膜濃縮。如果在過程中，通過半透膜的不僅是溶劑，而且選擇性地讓某些溶質(zhì)通過，因而溶液中不同溶質(zhì)得到分離，此過程也稱膜分離。37食品加工新技術5/9/2024幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動力傳遞機理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價離子、多價離子有機物復合膜反滲透壓力差溶劑的擴散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對稱性膜復合膜滲析濃度差溶質(zhì)的擴散傳遞低分子量物、離子溶劑非對稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復合膜，非對稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復合膜，非對稱膜液膜分離濃度差反應促進和擴散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜38食品加工新技術5/9/2024（1）微濾（MF）截留顆粒直徑0.2～2μm，可除去淀粉、細菌、霉菌、乳化油等。（2）超濾（UF）截留顆粒直徑0.02～0.22μm，相當于分子量1000～5×105道爾頓?？蔀V出蛋白質(zhì)、脂肪、病毒、樹脂和色素物質(zhì)。（3）反滲透被截留物質(zhì)分子量小于1000道爾頓，只允許溶解質(zhì)或水通過，被形容為脫水濃縮技術。

(4)電滲析應用海水淡化、溶液脫鹽等?？商岣甙l(fā)酵液中谷氨酸收得率。

(5)透析應用生物大分子分離純化，除去小分子、脫鹽等。食品工業(yè)中幾種主要膜分離39食品加工新技術5/9/2024超濾利用半透膜的微孔過濾以截留溶液中大溶質(zhì)分子的操作稱為超濾，而這樣的半透膜稱為超濾膜。超濾的驅(qū)動力是壓力，通常高達1.0MPa。40食品加工新技術5/9/2024反滲濾41食品加工新技術5/9/202442食品加工新技術5/9/2024超微粉碎技術原理根據(jù)粉碎加工技術的深度和粉體物料物理化學性質(zhì)及應用性能的變化，一般將細粉體和微細粉體分為10—1000μm（細粉），0.1—10μm（超細粉）和0.001—0.1μm的細粉一般采用傳統(tǒng)的粉碎或磨粉設備及相應的分級設備等進行加工，這種加工技術稱為磨粉；小于0.1μm的超微細粉目前還難以完全用機械粉碎的方法加工，需要采用其他物理，化學，方法進行加工；一般將加工0.1—10μm的超細粉體和相應的分級技術稱為超細粉碎。

43食品加工新技術5/9/2024超微粉特點及應用超細粉體由于粉度細，分布窄，質(zhì)量均勻，缺陷少，因而具有比表面積大，表面活性高，化學反應速度快，溶解度大，燒結溫度低且燒結體強度高，填充補強性能好等特性以及獨特的電性，磁性，光學性能.超微粉碎是近年來世界材料加工業(yè)的一項新技術，廣泛應用于化工、冶金、制藥、保健品、生物工程、礦產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、建材、軍工等領域，該技術可提高產(chǎn)品的加工精度、檔次，提高產(chǎn)品的附加值，尤其在醫(yī)藥領域有廣闊的應用前景。廣泛應用與高科技陶瓷，微電子及信息材料，塑料，橡膠及復合材料填料，潤滑劑及高溫潤滑材料，精細磨料及研磨拋光劑，造紙?zhí)盍霞巴苛细呒壞突鸩牧霞氨馗魺岵牧系雀呒夹g和新材料產(chǎn)業(yè)。44食品加工新技術5/9/2024氣流粉碎機工作原理：在旋轉(zhuǎn)