食品新技术及其应用现状ppt课件.pptx

食品加工新技术与应用现状 1 1 食品新技术的出现与发展民以食为天 食品工业和人们生活密切相关 是人类永恒不衰的产业 它与人类整个工业的发展历程息息相关 在工业革命之前 食品的生产方式主要是自给自足 1763 1870年的第一次工业革命推动了农业的迅速发展 使农业生产力大大提高 导致食品工业的诞生 1870 1945年的第二次工业革命出现了电 内燃机和电气化技术并应用于食品工业中 为食品工业的发展奠定了物质和技术基础 促进了食品经济的快速增长和食品贸易的迅速发展 从20世纪50年代开始 大量的工业新技术不断涌现 并被广泛应用于食品加工中 如食品微胶囊技术 膜分离技术 超高压技术 微波技术和生物工程技术等等 2 我国20世纪80年代末期才开始引进食品新技术 面对国外日益激烈的市场竞争 和人民对食品越来越高的要求 我国政府高度重视新技术在食品工业中的应用 90年代中期我国的食品新技术呈现高速发展之势 尽管目前我国食品工业科技发展水平呈现出先进与落后并存的不平衡局面 但是随着我国改革开放的深入 经济的发展和人们生活水平的提高 人们对食品的要求从数量型转向质量型 新鲜 营养 方便 安全 是21世纪人们对食品追求的目标 也是食品工业的主旋律 因此 食品新技术的广泛应用和快速发展成为必然趋势 3 2 食品新技术的内容食品新技术是指为了克服传统食品生产中的某些缺陷 提高食品的产量 尽可能的保持食品原有的品质 在食品生产工业中不断更新和发展 并代表当今科技发展水平和食品加工业发展趋势的技术和方法 食物是千百年来人们赖以生存的物质基础之一 在任何历史阶段 在任何国家 食物始终是重要的战略物资 二十世纪中后期以来的科学技术革命对食品加工行业也产生了深远的影响 越来越多的新技术新方法应用于食品加工业 尤其是多种技术的综合运用 对食品行业的发展起了巨大的推动作用 4 综观影响和应用于食品加工的新技术主要有以下几个方面 1 超微粉碎技术2 食品微胶囊化技术3 冷冻浓缩与冷冻干燥技术4 超临界流体萃取技术5 微波加工技术6 膜分离技术7 食品非热杀菌新技术8 食品包装新技术9 食品生物技术 基因工程技术和酶工程技术 5 1 超微粉碎技术在食品工业中应用 超微粉碎是近年来迅速发展的一项新技术 在食品加工业也得到广泛应用 超微粉碎是利用特殊的设备 对物料通过冲击 碰撞 研磨 分散等加工程序 把物料粉碎至粒径为10 25 m以下的微细颗粒 是食品精细加工过程 随着现代食品 尤其是保健食品 工业的不断发展 以往普通的粉碎手段已越来越不适应生产的需要 超微粉碎技术作为一种高新技术加工方法 已运用于许多食品的加工中 6 粉碎的分类 根据被粉碎物料和成品粒度大小分类 7 超微粉碎的最终产品是超微细粉末 具有一般颗粒所没有的特殊理化性质 如良好的溶解性 分散性 吸附性 化学反应活性等 超微细技术已广泛应用于食品 化工 医药 化妆品农药 染料 涂料 电子及航空航天等许多领域上 应用范围 1 超微粉碎技术在食品工业中应用 8 1 1食物资源的高效利用 1 皮 渣等 小麦麸皮 燕麦皮 玉米皮 米糠等 含丰富维生素 微量元素等 具有很好的营养价值 但常规粉碎纤维粒度大 影响食用口感 使消费者难以接受 通过对纤维的微粒化 能明显改善纤维食品的口感和吸收性 使食物资源得到了充分的利用 而且丰富了食品的营养 果皮 果核 经超微粉碎可转变为食品 一些动植物体的不可食部分 如壳 虾皮等 也可通过超微化而成为易被人体吸收利用的钙源和甲壳素 9 1 1食物资源的高效利用 2 骨 含有丰富的蛋白质和脂肪 磷脂质 磷蛋白 骨胶原 氨基酸 软骨素 钙 铁 维生素A B1 B2 B12等营养成分 鲜骨煮 熬之后食用 但鲜骨中大量的营养成分没有被人体吸收 造成资源浪费 10 利用气流式超微粉碎技术 将鲜骨多级粉碎加工成超细骨泥或经脱水制成骨粉 既能保持95 以上的营养素 且吸收率高 11 1 2新型功能食品或添加剂 1食品膳食纤维 纤维素为 第七营养素 增加膳食纤维的摄入是提高人体健康的重要措施 借助现代超微粉碎技术 使食物纤维微粒化 能明显改善纤维食品的口感和吸收性 12 1 2新型功能食品或添加剂 2补钙食品 超微粉碎后得到的微粉有机钙 包括珍珠粉 比无机钙容易被人体吸收 利用 制成高钙高铁的骨粉 泥 系列食品 粒度小于5 m时可用于某些缺钙食品如豆奶等的富钙 13 1 2新型功能食品或添加剂 3甲壳素 蟹壳 虾壳等的超微粉末保鲜剂持水剂抗氧化剂降血脂 降血压 降血糖 14 1 2新型功能食品或添加剂 4花粉 灵芝孢子粉 花粉 灵芝孢子粉等的超微破壁不破壁人体难以消化吸收破壁后消化吸收率可提高30 50倍 破壁粉比不破壁粉具有更强的生物活性 15 1 改变传统工艺改善食品品质 降低生产成本 速溶茶 葛根全粉 传统的饮茶方法是用开水冲泡茶叶 但是人体并没有完全吸收茶叶的全部营养成分 采用超微粉碎将茶叶制成粒径小于5微米的粉茶 则茶叶的全部营养成分易被人体肠胃直接吸收 用水冲饮时成为溶液状 无沉淀 大大简化生产工艺并降低生产成本 16 1 4饮料加工 软饮料 豆类固体饮料 超细骨粉配制富钙饮料和速溶绿豆精等 牛奶 利用均质机能使脂肪明显细化 植物蛋白饮料 使蛋白质固体颗粒 脂肪颗粒变小 从而防止蛋白质下沉和脂肪上浮 调味品加工 超微粉使其香味和滋味更浓郁 突出 17 2微胶囊技术在食品工业中应用 微胶囊技术 是指利用成膜材料将固体 液体或气体物质包埋 封存在一种微型胶囊 一般为5 300 m 内成为一种固体微粒产品的技术 微胶囊技术应用于食品工业始于20世纪80年代中期 这一新技术正为食品工业开发新产品 更新传统工艺和改善产品质量等发挥着越来越大的作用 硬胶囊 软胶囊 微胶囊粉末鱼油 18 Spraydrying Spraydryingsystem 19 经微胶囊化后 可改变物质的色泽 形状 质量 体积 溶解性 反应性 耐热性和贮藏性等性质 能够储存微细状态的心材物质并在需要时释放出 由于这些特性 使得微胶囊技术在食品工业上能够发挥许多重要的作用 1 改变物料的存在状态 质量与体积2 隔离物料间的相互作用 保护敏感性物料3 掩盖不良风味 降低挥发性4 控制释放5 降低食品添加剂的毒副作用 2 1微胶囊的功能 20 1 改变物料的存在状态 物料的质量与体积液体物料经微胶囊化转变成细粉状固体物质 如液体香料 液体调味品 酒类和油脂等 可经微胶囊化后转变成粉末香精 粉末食用油脂 粉末乙醇等固体颗粒 以便于加工 贮藏与运输 例如 将液体油脂作为心材 选择适当的壁材 运用微胶囊技术就可产生出固体粉末油脂 非常方便地添加于各种食品原料中 在国外 目前约有数十种微胶囊产品的粉末油脂作为食品工业原料 应用于各类营养保健食品或功能型食品 21 2 隔离物料间的相互作用 保护敏感性物料在配料丰富的食品体系中 某些成分间的直接接触会加速不良反应的进程 如某些金属离子的存在会加速脂肪的氧化酸败 也可能影响食品的风味系统 通过微胶囊技术 可使易发生作用的配料相互隔离开 对于一些不稳性的敏感性物料 经微胶囊化后可免受环境中湿度 氧气 紫外线等不良因素的干扰 提高了贮藏加工时的稳定性并延长产品的货架寿命 22 部分食品添加剂 如某些矿物质 维生素等 因带明显的异味或色泽而会影响被添加食品的品质 若将这些添加剂制成微胶囊颗粒 即可掩盖它们所带的不良风味与色泽 改善它在食品工业中的使用性 部分易挥发的食品添加剂 如香精香味等 经微胶囊化后可抑制挥发 减少其在贮存加工时的挥发性 同时也减少了损失 节约了成本 3 掩盖不良风味 降低挥发性 23 4 控制释放控制释放于50年代初始用于口服药和化学肥料等 以延长活性成分的释放时间 使其释放速度受外界环境调节 实现控制释放的方法很多 微胶囊化是其中比较重要的一种 微胶囊后 可对心材的释放时间和释放速率进行控制 利用微胶囊控制释放的特点 用在食品工业可以滞留一些挥发性化合物 使其在最佳条件下释放 例 乳品工业中益生菌的包埋乳酸菌和双歧杆菌等益生菌经过蛋白质双层微胶囊化包埋处理后 保证了在胃酸中不被溶解 而在肠液的中性环境中经过2 3min后释放出来 保证了益生菌在肠道中的定植 24 对于酸味剂 如在加工初始就与其它配料相混合 可能会使部分配料如蛋白质发生变性而影响产品的质地 经微胶囊化后就可控制它在需要时 如产品加工即将结束 再释放出来 这就避免它可能带来的不良影响 饮料工业上部分防腐剂 如苯甲酸钠 与酸味剂的直接接触会引起失效 若将苯甲酸钠微胶囊后可增强对酸的忍耐性 并可设计在最佳状态下释放出来发挥防腐作用 延长防腐剂作用时间 25 通过预先设计并选取适当的壁材 还可实现特殊的释放模式达到某种特殊的效果 如一种微胶囊化的低酸性杀菌剂 是利用微胶囊缓慢释放出乙醇 让定量的乙醇在包装容器中形成一定的蒸汽压 以收到长期的杀菌防腐效果 26 5 降低食品添加剂的毒理作用利用微胶囊控制释放的特点 可通过适当的设计实现对心材的生物可利用性的控制 实际应用时 这种人为控制作用能够降低部分食品添加剂 特别是化学合成产品 的毒性 例乙酰水杨酸 未微胶囊化和微胶囊化的乙酰水杨酸对小鼠的半数致死量LD50值分别为1750mg kg和2823mg kg 后者比前者提高了60 说明毒副作用得以大幅度的降低 27 微胶囊化技术的应用 中草药微胶囊靶向治疗癌症量子点生物分析和医学诊断 农药微胶囊肥料微胶囊 益生菌微胶囊营养素微胶囊 无碳复写纸污水处理香料 医药医疗 农牧业方面 食品保健方面 工业方面 微胶囊化技术的应用 28 微胶囊技术在食品工业的应用 1 生物活性物质 膳食纤维 活性多糖 超氧化物歧化酶 SOD 硒化物和免疫球蛋白等 2 氨基酸 赖氨酸 精氨酸 组氨酸和胱氨酸等 3 维生素 维生素A B1 B2 C和E等 4 矿物元素 硫酸亚铁等 5 食用油脂 米糠油 玉米油 麦胚油 月见草油和鱼油等 6 酒类 白酒 葡萄酒和乙醇浸出液等 7 微生物细胞 乳酸菌 黑曲霉和酵母菌等 29 类胡萝卜微胶囊化 30 大蒜素 大蒜粉的微胶囊化 31 8 甜味剂 甜味素 Aspartame 甜菊苷 甘草甜素和二氢查尔酮等 9 酸味剂 柠檬酸 酒石酸 乳酸 磷酸和醋酸等 10 防腐剂 山梨酸和苯甲酸钠等 11 酶制剂 蛋白酶 淀粉酶 果胶酶和维生素酶等 12 香精香油 桔子香精 柠檬香精 樱桃香精 薄荷油和冬青油等 13 其它 焦糖色素和酱油等 32 3冷冻浓缩与冷冻干燥技术 冷冻浓缩是近年来发展迅速的一种浓缩方式 由于在低温常压下操作 具有可阻止不良化学变化和生物化学变化及风味 香气和营养损失小等优点 备受国内外学者的关注 特别适用于浓缩热敏性液态食品 生物制药 要求保留天然色香味的高档饮品及中药汤剂等 冷冻浓缩具有巨大的发展潜力 33 3 1冷冻浓缩的应用 冷冻浓缩设备在食品工业中用于果汁 葡萄酒 乳制品及功能食品等的浓缩 得到了高质量的产品 34 果汁行业 冷冻浓缩技术很好地保留了果汁中挥发性物质的香气成分 浓缩效果比冷冻干燥包括在内的任何其他浓缩技术都要好 酿酒行业 该技术可除去啤酒中冰晶的同时除去形成混浊的多酚 丹宁酸等物质 从而减少它的的贮存容积 还可以较好地保持葡萄酒的品质 香气和营养成分 35 乳制品行业 对去脂牛乳为对象进行冷冻浓缩维持最佳热平衡条件 可以获得易分离的表面光滑的大冰晶 浓缩包括全牛乳 甜乳清 酸乳清 乳清蛋白浓缩物和乳清透过物在内的牛乳制品 取得了良好的效果 茶行业 可以使茶饮料中含有的营养成分与风味物质等得到最大限度的保护 36 制药业 冷冻浓缩可以代替蒸发浓缩免去某些口服液制造过程的醇沉工序 改善其口感 为低聚木糖冷冻浓缩过程的开发利用提供了理论依据 环保方面 冷冻浓缩法可以使海水脱盐 利用海水制备纯水 还能处理污水和废水 整体的冰结晶又是很好的蓄冷 降温用冷源 对于保护环境 促进资源的再利用都有重大的意义 37 真空冷冻干燥 真空冷冻干燥又称为升华干燥或冷冻干燥 简称 冻干 FD 它是将物料冻结到共晶点温度以下 在真空条件下 通过升华除去物料中水分的一种适合热敏物质的干燥方法 真空冷冻干燥为世界上公认先进的食品加工高新技术之一 该技术的产品具有能保留新鲜食品的色 香 味及营养成分 有良好的速溶性和复水性 及易于运输 贮藏成本低等优点 在食品工业得到了广泛的应用 38 39 40 1 传统干燥会引起材料皱缩 细胞破坏 但在冷冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏 且保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性 2 冷冻干燥在低压低温下进行 可以保留新鲜食品的色 香 味及维生素C等营养物质 特别适用于热敏性食品以及易氧化食品的干燥 例如 对蛋白质 微生物等物质采用真空冷冻干燥不会发生变性或失去生物活性 41 3 物料中的一些挥发性成分或营养成分损失很小 比较适合一些生化制品或食品的干燥 4 因物料的干燥是在真空 冷冻条件下进行 系统中高度缺氧 能较好地抑制微生物的生长 使易氧化的物料受到较好的保护 冻干猕猴桃片 冻干猕猴桃粉 42 5 制品为多孔结构 质地疏松 较脆 复水性能好 重复再溶解迅速完全 恢复原来的性状 6 重量轻 满足宇航 旅游等人员需求 43 冻干食品 44 45 目前 冻干食品在国际市场的价格是热风干燥食品的4 6倍 在一些发达国家的民用食品中确立了稳固的地位 近年来 冻干食品的年消费量 美国是500万t以上 日本是160万t以上 法国是150万t以上 还有许多国家的消费量都很可观 我国的山东 辽宁 宁夏 江苏 广东 福建等省 区 也相继建立了真空冷冻干燥食品厂 产品以蔬菜 水果 调味品为主 冻干食品质量轻 复水快 色 香 味俱佳 与罐装食品 冷冻食品相比 以其运输 储存等经常性费用较低等优点 日益得到人们的青睐 但由于生产成本高的缺点 一直是人们致力加以改善的研究热点 46 超临界萃取在食品工业中的应用 47 超临界流体萃取 简称SFE 超临界流体萃取是利用介质在超临界区域兼具有气 液两性的特点而实现溶质溶解并分离的一项新型的食品分离技术 是一项发展很快 应用很广的实用性新技术 超临界流体萃取一般采用CO2作为萃取剂 具有温度低 选择性好 提取效率高 无溶剂残留 安全和节约能源等特点 48 超临界流体的性质超临界流体受到临界特征的影响 不同于一般的气体 也有别于一般液体 具有某些特殊的性质 其扩散系数比气体小 是液体的100倍 黏度接近气体 是液体的百分之一 具有良好的传质特征 密度类似液体 在临界点附近 温度和压力的细微变化可导致其密度的显著变动 所以可以通过变换压力和温度来调节它的溶解能力 提高萃取的选择性 压力或温度的改变均可导致相变 49 50 优点 过去 分离天然的有机成分一直沿用水蒸汽蒸馏法 压榨法 有机溶剂萃取法等 水蒸汽蒸馏法需要将原料加热 不适用于化学性质不稳定成分的提取 压榨法得率低 有机溶剂萃取法在去除溶剂时会造成产品质量下降或有机溶剂残留 由于超临界萃取技术具有加工温度不高 无毒 无害 无残留 无污染 分离效率高等特点 因而特别适用于热敏性天然营养素的提取 分离和精制 很好的解决了上述问题 51 超临界萃取在食品工业中的应用 我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由试验研究走向产业化 集中用在提取动植物油脂 色素 香料及食品脱臭方面 1 农产品风味成分的萃取 如香辛料 果皮 鲜花中的精油 呈味物质的提取 2 动植物油的萃取分离 如猕猴桃籽油 杜仲籽油 棕榈油等的提取 3 农产品中某些特定成分的萃取 如沙棘中沙棘油 月见草中亚麻酸 牛奶中胆固醇 咖啡豆中咖啡碱的提取 4 农产品脱色脱臭脱苦 如辣椒红色素的抽取 羊肉膻味物质的提取 柑橘汁的脱苦等 5 农产品灭菌防腐 52 53 超临界萃取猕猴桃籽油是一种功能性油脂 可开发成各种附加值极高的功能性食品 药品和美容化妆品 猕猴桃祛斑油 超临界CO2提取设备 54 微波技术微波是指波长为1mm 1m 频率在30MHZ 30GHZ之间的电磁波 在食品加工业中常用的频率有915MHZ和2450MHZ 微波食品加工技术是应用微波对物质的场致作用来进行食品的加热 干燥 灭菌 膨化 抑酶等加工 是一种特殊的加工工艺 是当今食品加工的高新技术之一 1960年以前 微波技术的应用只限于在食品烹调和解冻方面 1960年以后 微波技术尤其是微波加热和微波杀菌技术在食品工业中的应用得以广泛发展 目前在食品微波干燥 微波膨化 微波杀菌 微波灭酶保鲜 微波萃取等方面的研究都有了一定的进展 55 微波加热是靠电磁波把能量传播到被加热物体的内部 具有以下特点 1 加热速度快 2 加热均匀性好 3 加热易于瞬时控制 4 选择性吸收 5 加热效率高 56 微波干燥技术发展较快 近年来微波真空干燥技术在法国 日本 美国已经推广到工业化生产 美国加州大学与某公司合作 使用微波真空干燥无籽葡萄干 保持了葡萄原有的形状和颜色 避免了过去的传统工艺产品颜色 形状 风味和营养成分变化的缺点 产品质量大大提高 法国某公司制造的微波真空干燥机加工速溶桔粉 产品不仅保有原有的色香味 其维生素的保留也远远高于喷雾干燥 57 微波真空干燥 Microwavevacuumdrying 微波真空干燥是随微波干燥技术发展起来的一项参数可控适合多种不同物料干燥的新的组合干燥技术 58 微波具有磁场效应和热效应的共同作用 对物料的干燥效果不仅是失水 还有增强物料性能的作用 如在茶叶的处理中 韩国 日本用微波蒸热 制成的绿茶氨基酸 维生素C含量都有所增加 微波灭菌有速度快 适用范围广的特点 对肉制品 蛋制品 蔬菜水果 乳制品 豆制品 谷类等都有杀菌效果 对沙门氏杆菌 大肠杆菌 乳酸菌等都有杀伤作用 同样还可以使酵母 霉菌 霉菌孢子失活 利用微波杀菌对熟食品的保鲜上 对盐水鸭 烧鸡 风鹅 酱制品 烤鸭等 微波杀菌保鲜的作用优势明显 微波技术作为一种现代高新技术在食品中的应用将越来越广泛 微波技术将在很大程度上促进了食品工业的发展 且以其独特的加热特点 在食品工业中的应用前景将十分广阔 59 一 食品微波烹调 二 食品微波干燥 三 食品微波解冻 四 食品微波杀菌与保鲜 五 食品微波焙烤与烘烤 六 微波膨化 三 微波加热在食品工业中的应用 七 食品催陈 酒类陈化 60 加工技术高新化资源利用高效化加工能力规模化加工原料专用化质量体系标准化加工装备智能化食品物流专业化 三 食品加工新技术及发展趋势 61 1 加工技术高新化 无菌冷灌装技术膜分离技术超临界流体萃取技术真空多效浓缩技术冷冻干燥技术膨化与挤压技术非热杀菌技术 62 1 加工技术高新化 无菌冷灌装技术膜分离技术超临界流体萃取技术真空多效浓缩技术冷冻干燥技术膨化与挤压技术非热杀菌技术 63 2 资源利用高效化 对传统产品通过高新技术改造传统工艺和开发新产品 形成多层次 多品种的产品 降低成本 对加工过程中产生的副产品和下脚料进行了深度的开发和利用 实现资源的可持续利用 节能降耗 清洁生产技术 实现全效利用 生产过程实现 零排放 64 3 加工能力规模化 以巴西的冷冻浓缩橙汁加工企业为例 巴西的冷冻浓缩橙汁的出口量占世界出口量的80 世界上冷冻浓缩橙汁的50 产量在巴西 其榨汁量的96 5 由五大加工企业完成 65 10 0 17 5 174000 454000 41760 Citrovita 13 10 180000 492000 44280 Cargillcitr