高新技术在农产品精深加工中的应用

2 0 0 2年于男等: 高新技术在农产品精深加工中的应用 高新技术在农产品精深加工中的应用 于勇， 王俊， 胡桂仙 ( 浙江大学农业工程与食品科学学院) 摘要: 近年来， 我国农产品精深加工工业有了很大发展， 其中高新技术的开发应用在其发展中占有十分重要的地 位。 该文 将以 膜分离技术、 冷冻技术、 远红外技术、 超临界萃取技术和无亩包装技术为代表， 介绍高新技术在国内外 农产品精深加工工业中的研究和应用情况及发展趋势. 关 . A : 高 新 势 术 农 产 品 ， 精 深 加 S ; 应 xlm 中 。 分 类 号 : S 3 71( 目前， 食品加工技术的重点是如何保持原料、 营 养成分不受损失以及食品中的营养因子、 功能因子、 有效因子的 分离、 提取、 组合川 等几方面。围绕这个 目标， 近几年在农产品精深加工中应用的高新技术 有膜分离技术、 冷冻技术、 远红外及微波技术、 超临 界萃取技术、 无菌生产包装技术、 增溶增香技术、 食 品微生物技术川等等。这些新技术的应用不仅可以 提高生产率， 降低成本， 还可以改善食品品质、 开发 新食品， 进而提高食品的市场竞争力， 为食品工业增 添持续发展的后劲。 1 膜分离技术在农产品精深加工中的应用 膜分离过程以其能耗低、 污染小等优点受到世 界各个国家和各个技术领域的普遍重视， 已迅速发 展成为一种重要的分离过程。 在膜技术的应用中， 主 要体现在反渗透、 超滤和膜蒸馏等方面。 1 . 1 反渗透 反渗透是利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂 的性质， 对溶液施加压力以克服溶液的渗透压， 使溶 剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。反渗 透技术在食品工业中的应用主要有: 1 ) 浓缩。主要应用于果蔬汁和葡萄酒类的浓 缩。 林翔云( 1 9 9 9 ) 曾 将反渗透技术应用于芦荟原 汁的加工， 结果表明其质量比真空浓缩、 喷雾千燥和 冷冻干燥法制得的芦荟干粉好得多。 K o l t u n i e w i c z ( 1 9 9 2 ) 1 等人利用反渗透对红葡萄酒进行部分浓 缩， 可以在提高醇含量的同时降低乙醇的损失。 2 ) 色素分离。 王熊等人( 1 9 8 9 ) 很早就开始利 用膜的选择分离特性以及色素与膜的电荷相斥作 收稿日期 2 0 0 2 - 0 5 - 3 1 基金项目: 浙江省自然科学基金项目资助 作者简介: 于勇. 博士研究生， 杭州市凯旋路 2 6 8 号浙江大 学华家池校区农业工程食品科学学院, 3 1 0 0 2 9 用， 将食品天然色素提取和浓缩， 较传统方法色价 高、 能耗少。 3 ) 回收及综合利用。 采用反渗透技术处理食品 加工废水， 可实现闭路循环， 在消除污染的同时回收 有价值的物质。汤利飞等人( 1 9 9 5 ) 1 6 运用此技术成 功地回收了淀粉废水中的蛋白质。袁其朋等人 ( 2 0 0 1 ) 1 也发现用膜分离技术处理大豆乳清废水可 以回收绝大部分的蛋白质。 1 . 2 超泣 超滤是应用超滤膜来过滤含有大分子或微细粒 子的溶液， 使大分子或微细粒子从溶液中分离的过 程。超滤在食品工业中的应用主要有: 1 ) 果汁、 乳制品、 酒等饮料的消毒与澄清。 王熊 等人( 1 9 9 8 ) 1 8 在实验中 用超滤技术代替传统的酶 解 法， 发现超滤技术可使果汁、 果胶同时实现分离、 提 纯， 且分离过程短时、 常温， 果汁的色泽及风味保持 较好。乔发东( 1 9 9 8 ) 也曾将超滤技术应用于制备 浓缩乳酸菌发酵剂， 所得发酵剂的发醉性能良好。 2 ) 蛋白的浓缩。 近年来这方面的研究受到了更 多人的重视， 其中曲永询等人( 1 9 9 0 户o 在大豆蛋白 质浓缩方面， 海金萍等人( 2 0 0 0 ) 1 在提取山药粘液 蛋白 质方面， 徐华民( 1 9 9 9 ) 1 1 x 在豌豆分离蛋白方面 都使用了超滤技术， 并且取得了很好的效果。 3 ) 制备超纯水。 邹敏辰等人( 1 9 9 6 户3 设计的小 型中空纤维超滤装置是一种利用超滤法制备超纯水 的装置， 此法能弥补使用离子交换法时离子交换树 脂不能有效地除去有机物、 胶体和细菌的不足。 1 . 3 膜燕翻 膜蒸馏是利用高分子硫水膜提供的很大传质表 面实现汽化和传质的分离过程， 其推动力是膜两侧 溶液组分的汽相分压差。膜蒸馏技术在食品工业中 的应用主要有: 1 ) 易结晶溶液的浓缩一结晶。 膜燕馏法可将浓 机遇 挑战 创新 2 0 0 2年 缩和结晶两个过程结合在一起进行， 比分别浓缩和 结晶过程更为经济。 可应用于甘蔗榨汁液、 葡萄糖水 溶液和柠檬酸钠水溶液等的浓缩结晶， 但此技术目 前在国内食品领域的实际应用还很少 2 ) 溶液浓缩。 膜蒸馏用于非挥发性溶质水溶液 的浓缩时， 截留率很高， 效果很好。如从牛磺酸废液 中0L7 收牛磺酸; 从人参、 灵芝 陈灵等， 1 9 9 6 ) 洗露 中浓缩、 回收其中所含的人参皂贰、 灵芝多糖和氨基 酸等有效成分， 完成液浓度都比较高。 2 冷冻技术在农产品精深加工中的应用 2 1 冷冻超微粉碎 常温下固体粉碎， 会由于物料油、 水分较多使得 粉碎后粉粒凝集， 或粉碎过程中能量转化为大量热 能而造成食品的变质、 溶解、 粘着等， 导致生产能力 下降。而如果将待粉碎的物料冻结到脆化点C p s 以 下， 就可以利用其低温脆性轻而易举地使物料粉碎。 这一方法目前主要应用于以下几个方面: 1 ) 补钙食品。据张肇富( 1 9 9 4 ) s 报道， 日 本岩 谷产业公司利用“ 液氮冻结粉碎设备” ， 成功地将甲 鱼加工成1 0 0 %保持原风味的超微粉末， 且该食品所 具有的味、 香、 滋补成分 等均无损失; 肖建春 ( 2 0 0 1 ) j 将冷冻粉碎技术用于制备松花粉， 得到营 养及活性物质更集中、 更纯净的速溶松花精粉; 此外 徐泽智等人( 1 9 9 8 ) 2 对冷冻粉碎藻类技术也进行 了研究， 并发现其市场前景广阔。 2 ) 饮品加工。目 前该技术已被应用于蔬菜( 胡 秋林， 2 0 0 0 ) 3 、 水果、 果皮的超微粉碎， 所得微膏粉 既保存全部的营养素， 纤维质也因微细化而增加了 水溶性， 口感极佳可制成速溶饮品 此外潘建国等人 ( 2 0 0 1 广0 3 还发现冷冻粉碎技术在蜂产业上也将有 广阔的前景。 3 ) 粮油加工。 经超微粉加工的面粉、 豆粉、 米粉 的口 感以及人体吸收利用率得到显著提高。调味品 使用超微粉进行加工时巨大孔隙率造成集合孔腔， 可吸收并容纳香气经久不散使其香味和滋味更浓 郁、 突出。然而， 国内在这方面具体的研究还很少 2 . 2 冷冻干澡 冷冻干燥是将含水物质先冻结至冰点以下， 使 水分变为固态冰， 然后在较高的真空度下， 将冰直接 转化为蒸汽而除去。 目前主要应用于以下几个方面: 1 )方便食品领域。 目 前冻干肉丁、 虾仁、 鸡蛋以 及小葱( 廖敏， 2 0 0 1 ) 2 3 、 胡萝卜 ( 邱学青， 1 9 9 6 ) x 2 2 3 蘑菇( F r o s t , C . E . ，1 9 8 9 + ; G o r m l e y , T . R . ， 1 9 7 5 - 3 : B u rt o n , K . S . , 1 9 8 9 + 5 3 ) 等己 广泛用于方 便面、 方便米饭的配料和各种即冲即喝汤料中， 其具 有色、 香、 味俱全且复水特快的优点。 2 ) 颗粒蔬菜领域。选多种冻干蔬菜如菠菜( 崔 伏香， 1 9 9 9 ) ( 1 0 1 、 胡萝卜 、 芦荟( 周永安， 2 0 0 1 ) + 和藻 类( 徐成海, 1 9 9 6 ) 3 等， 根据人体营养需求合理搭 配制成颗粒， 所制成的颗粒富含天然的维生素、 胡萝 卜 素以及人体必须的微量元素， 市场前景十分广阔。 3 ) 营养及土特食品。 近年来冻干技术开始应用 于营养食品如人参、 拘祀( 杨涓, 2 0 0 1 户s 3 和土特风 味食品如荔枝( 张颜民， 1 9 9 9 ) s 0 3 、 茶叶( 黄伟东， 2 0 0 1 ) 3 3 , 芦笋等。所得产品不仅营养丰富， 而且可 以降低总成本中加工费用的比例， 增强了竞争力。 23 冷冻浓缩 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液平衡原 理， 当溶液中所含溶质浓度低于低共熔浓度时， 冷却 结果表现为溶剂成晶体析出， 而余下溶液中的溶质 浓度显然就提高了。这一技术目前主要应用于: 1 )啤酒工业 刘辉等人( 1 9 9 8 ) 3 2 在研究中发现冷冻浓缩工 艺不仅可以使啤酒的口味更加柔和、 爽口， 还能大大 提高啤酒的非生物稳定性， 延长啤酒的保质期。 高灵 燕等人( 1 9 9 6 ) 发现冷冻浓缩工艺 具有工艺简 单、 增加设备的生产能力、 提高设备的利用率等优点。 可 见冷冻浓缩工艺在啤酒工业应用前景广阔， 但目前 由于一次性投资较大而限制了在国内的推广。 2 ) 乳品工业 据李刚( 1 9 9 8 ) 的报道， 国 外学者已 将冷冻浓 缩技术应用于全 脂奶、 脱脂奶( E v e r i n g t o n , D . W. , 1 9 9 V J 和乳清蛋白浓缩物等的生产， 其高效的加 工不仅节省了能源， 而且现已证明， 冷冻浓缩牛奶复 原后的口感与鲜牛奶毫无差别。 3 ) 果汁工业 冷冻浓缩可用于制备橙汁( 廖小军， 2 0 0 1 户 、 草萄汁、 番茄汁( 杨新辉, 2 0 0 1 ) 3 、 樱桃汁等果汁， 其产品除了口感纯正、 天然， 而且还可以防止颜色发 生改变 与传统浓缩方法相比， 其浓缩产品的质量是 最好的， 与新鲜果汁几乎没有差别。 3 远红外技术在农产品精深加工中的应用 远红外技术是基于很多物质对波长在 3 1 5 k m范围的红外辐射有很强的吸收带的原理。此技 术不但可以更充分利用热能， 而且产品的质量也有 显著的提高， 因此远红外技术的应用范围不断扩大， 现已应用到食品加工业的干燥、 烘烤、 杀菌等领域。 3 . 1 干澡工程 近年来， 远红外技术在该领域的应用和研究发 展很快， 现已应用到大豆( 胡广报等， 1 9 9 4 ) E 3 1 3 、 刀 豆、 蘑菇 ( 王俊等r 1 9 9 7 户o 腐竹 ( 杜连起等， 2 0 0 2年 于勇等 高新技术在农产品精深加工中的应用 1 9 9 8 Y 、 茶叶( 陈兆风， 1 9 9 7 ) u l 、 洋葱( 肖 旭霖等， 1 9 9 9 ) ( W等的干燥; T . M. A f a a l 等人( 1 9 9 9 ) 3 还 将这一技术应用到大麦的干燥。 其结果都表明， 远红 外干燥可以在不使食品过热的情况下， 达到比其他 传热方法大得多的能流密度， 再辅之以较优的干燥 参数组合， 可以使干燥效率和干燥质量大大提高。 32 烘烤工程 在这一领域的研究中， 段振山( 1 9 9 6 ) f 发现， 利用远红外线烤制面包和饼干时， 热能够使其表面 1 -2 m m左右的薄层急速受热固化形成致密的外 壳， 阻止内部水分和风味物质在烘烤过程中的损失， 从而提高产品质量; P . S h e r i d a n ( 1 9 9 9 ) e 也发现， 利用远红外线烤制肉类产品可以保持更多的营养成 分， 提高烤肉品质。 3 . 3 杀菌保藏工程 虽然目 前远红外辐射杀菌的机理还未完全搞清 楚， 但其效果却令人瞩目。 据杨瑞金( 1 9 9 8 ) a s 报道， 日本学者山野藤吾曾将细菌、 酵母和霉菌悬浮液装 人塑料袋中进行远红外线杀菌试验， 结果表明: 照射 1 0 m i n 能将不耐热细菌全部杀死; 将耐热细菌的数 量降低 1 0 5 -1 0 1 以上。研究还发现， 远红外辐射杀 菌不需经过热媒， 传热直接由待杀菌物品表面渗透 到内部， 这使其不但可以用于一般的粉状和块状食 品的杀菌. 而且可以用于坚果类食品如咖啡豆、 花生 和谷物的杀菌、 灭霉和袋装食品的直接杀菌。 萃取墨红花的香气， 他发现该技术可避免蒸馏法和 溶剂法可能产生氧化和残余溶剂毒性的缺点， 而且 工艺简单、 产品香气更接近天然花香。 F . T e m e l l i 等 人( 1 9 8 8 ) 1 1 , 利用该技术萃取柑桔香精油， 并得到了 柑桔风味浓厚的桔香精油， 克服了传统方法不能有 效地去除不良风味的缺点。 4 . 3 其他领域的萃取分离 随着超临界萃取技术近2 0 年的快速发展， 该技 术在动物类营养油脂的萃取分离方面的应用也得到 了 一定的发展、 如吴守一等C s s . s s ) 将该技术应用到卵 黄磷脂的萃取分离中。 此外， 国外许多食品工业企业 也将该技术应用到实际生产当中。例如， 原西德、 美 国等国的咖啡厂用该技术进行脱咖啡因; 澳大利亚 等国家用该技术萃取啤酒花( s 7 ; 欧洲一些公司也用 该技术从奶油和鸡蛋中去除胆固醉; 从天然产物中 萃 取药用有效成分( 5 8 等 等。 4 超临界萃取技术在农产品精深加工中的 应用 超临界萃取是利用流体在临界点附近的某一区 域( 超临界区) 内， 与待分离混合物中的溶质具有异 常相平衡行为和传递性能、 且它对溶质溶解能力随 压力和温度的改变在相当宽的范围内变动的特性来 实现溶质分离的技术。目前可应用到如下领域。 4 . 1 植物营养油脂的苹取分离 随着人们对植物营养油脂认识的进一步深人， 对其萃取分离技术的要求也日益提高。 近年来. 许多 学者开始采用超临界萃取技术来分离植物营养油 脂， 并成功地应用到小麦胚芽油( 孙爱东， 1 9 9 7 0 0 ; 李伟， 2 0 0 0 a 7 ) 、 月见草油( 孙爱东， 1 9 9 8 ) , 紫苏油 ( 武练增等， 1 9 9 8 ) 5 、 洋葱油( 杨祯, 1 9 9 9 笋 5 1 1 、 玉米 胚芽油( 程霜等， 2 0 0 0 ) 等的萃取分离。 研究发现. 该技术与传统的溶剂蒸馏萃取法相比具有低温、 高 效、 无污染等特点， 所得产品纯度高、 营养成分损失 小， 市场前景十分广阔。 4 . 2 植物香料油脂的苹取分离 在这一领域， 向智敏( 1 9 9 6 ) , 采用超临界c 0 , 5 无菌包装技术在农产品精深加工中的应 用 无菌包装从狭义上讲就是在无菌环境下， 把无 菌的或预杀菌的产品充填到无菌容器并密封。食品 物料的预杀菌、 包装容器的灭菌和充填密封环境的 无菌是食品无菌包装的三大要素， 近年来关于这方 面的研究也很多， 本文则着重介绍无菌包装中包装 技术的种类及应用情况。 5 . 1 纸盒无苗包装技术 以T e t r a B r i k 纸盒包装机为代表的纸盒无菌包 装技术具有劳动强度低， 产品无菌性可靠， 集成型、 充填、 封口为一体等优点。其包装材料中8 0 %为纸 板， 并复合了几层塑料和一层铝箔。 在国内其应用范 围一般为乳制品、 纯果汁( 李正明， 1 9 9 7 ) ( l 、 凉粉 ( 黄健豪等， 1 9 9 8 ) e 等的包装， 国外则将其推广至 酒类、 植物油、 汤类等( 陈晖等， 1 9 9 7 ) s 众多液体食 品的包装。 5 . 2 塑料袋、 塑料瓶无菌包装技术 以法国百利公司为代表的塑料袋无菌包装技术 在国外主要应用于牛奶包装， 而在国内近两年才开 始这方面的 研究， 如同庆标( 2 0 0 0 ) 开发出的五层 复合塑料膜无菌包装U H T牛奶加工生产技术; 赵 良 忠等( 1 9 9 7 ) s 设计的软包装豆 奶生产线， 无菌包 装效果都达到了商业要求。 以波特派克( B o t t l e p a c k ) 为代表的集成型、 充 填、 密封为一体的塑料瓶无菌包装技术近几年在国 外较为流行， 而国内此方面的研究还比较少， 应用方 面主要是引进进口设备用于乳制品、 果汁等的包装。 机遇 挑战 创新2 0 0 2年 5 . 3 箱中衬袋无苗包装技术 箱中衬袋无菌包装是一种大容量的无菌包装方 式， 对于商店、 宾馆的销售和使用是十分经济、 方便 的。 因此国内近年来也开始了这方面的研究， 并普遍 应用于水果工业上， 姚其民等人( 1 9 9 6 ) 1 x 0 研制的果 汁自 动灌装系统和余锦春( 1 9 9 4 ) 1 的芒果酱生产、 灌装系统代表了这一技术目前在国内的应用范围。 多糖 J . 上海交通大学学报， 1 9 9 6 , 3 0 ( 1 1 ) ; 1 1 4 - 1 1 7 . H o k k a i d o S 1 . V a c u u m c o o l i n g me t h o d a n d a p p a r a t u s P . U n i t e d S t a t e s P a t e n t N u m b e r 5 0 8 8 2 9 3 . 1 9 9 0 . 张篆富. 冷冻粉碎法制备甲鱼粉 J 1 . 山东食品发醉， 1 9 9 4 , ( 4 ) ; 5 6 5 6 . 肖 建春. 松花粉中有效成分提取技术的研究 J . 广州 食品T业科技， 2 0 0 1 , 1 7 ( 2 ) : 1 2 - 1 4 . 徐泽智， 陈文聪. 深低温冷冻粉碎藻类技术的研究 C J J . 冷藏技术， 1 9 9 8 , ( 1 ) : 1 - 4 . 胡秋林. 徽波冷冻干燥技术制作蔬菜固体饮料 J 7 . 应 用技术， 2 0 0 0 , ( 1 ) : 3 1 3 3 . 潘建国 王开发. 现代食品十大高新技术在蜂产品加 工业上的应用前景 J . 中国养蜂. 2 0 0 1 , 5 2 ( 3 ) : 3 0 - 3 廖敏. 小香葱真空冷冻干燥工艺的研究 J . 四 川工 业学院学报， 2 0 0 1 , 2 0 ( 1 ) ; 5 3 5 5 . 邱学青， 候瑞宏. 胡萝卜 冷冻干澡过程的研究 J 口 . 食 品科学， 1 9 9 6 , 1 7 ( 5 ) : 3 0 - 3 3 . F r o s t C E, B u r t o n K S , A t k e y P T. A f r e s h l o o k a t c o o l i n g m u s h r o o m s J . Mu s h r o o m J o u r n a l . 1 9 8 9 , 1 9 3 . 2 3 - 2 9 . G o r m l e y T R . V a c u u m c o o l i n g a n d m u s h r o o m w h i t - e n e s s J . Mu s h r o o m J o u r n a l . 1 9 7 5 b . 2 7 , 8 4 , 8 6 . B u r t o n K S , F r o s t C E, A t k e y P T. 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