2017年现代食科复习题.doc

2017年现代食品科学技术复习提纲1、 什么是膜？有那些类别？各有何特点？答：“膜”是两相之间的一个不连续区间。“区间”表明了膜是有一定厚度的物质，用以区别界面的概念。膜是可分隔开两种流体的一个阻挡层，阻止了这两种流体间的自由流动，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。膜可分为生物膜和合成膜两大类。合成膜的形态可以分为气体、液体和固体，或是它们的组合，材料可是无机和有机的；结构可是均相或非均相；对称或非对称型的；电性可是中性或带电性的；厚度可是不足一微米或几毫米。特点：2、 什么叫反渗透、纳滤、超滤、微滤、电渗析？各有何特点？其原理是什么？答：反渗透(reverse osmosis)简称RO。用一块半透性膜把水和水溶液隔开，水有一种趋向,水溶液内渗透，直至水溶液的液面比水面高出一定的高度，即水溶液一侧的压力比水一侧的压力高出一定的数置后，水的渗透才停止。其高出的压力称为渗透压。若在溶液一侧施加一个比渗透压还大的压力，渗透过程便逆转，即水从水溶液一侧向水一侧渗透，称为反渗透。反渗透必须符合两个条件，一是要有一个选择性透过膜(半透膜)，二是要有一个大于渗透压的静压力。实际操作中还需克服膜的阻力。反渗透操作压力的大致范围为1-10MPa。具有能耗低、无污染、工艺先进、操作简便等优点。利用反渗透的分离特性可以有效地除去水中的溶解盐、胶体、有机物、细菌等杂质。纳滤也叫低压反渗透，纳滤常用于分离相对分子质量为几百至几千的有机小分子溶质,其操作压力大致范围为0.5-2.5 MPa。反渗透和纳滤主要用于溶液中小分子量溶质分离,如无机盐及葡萄糖和蔗糖等小分子有机溶液。超滤（UF），分离的组分一般为直径10100nm，分子质量500100万的大分子和胶体。采用的工作压力一般为0.10.5MPa。基本原理：是一种筛孔分离过程。膜的化学性质对分离特性影响不大。其对溶质的分离过程式主要有三种方式：即在膜表面的机械筛分、在膜表面及微孔内吸附、在孔内停留而被去除（阻塞）。影响超滤的因素：浓差极化，操作压力，操作温度（提高温度可降低料液的粘度，增加扩散系数，提高渗透通量），操作时间（一段时间后，浓差极化形成浓缩凝胶层，故要进行定时清洗，完成一个运行周期），物料浓度（小分子有机物的质量分数不大于5%；蛋白质、多肽不大于1020%；油水乳状液不大于5070%等），料液流速（提高料液流速可限制浓差极化，一般湍流体系中采用流速为13m/s），料液的预处理（有过滤、化学絮凝、消毒、活性碳吸附、pH调节等）。微滤(MF)，以压差为推动力，利用膜的筛分作用进行分离的压力驱动膜过程微孔滤膜 。具有比较整齐、均匀的多孔结构，操作压力为0.010.2MPa。分离直径为0.0315um的微粒，也称精密过滤。孔隙率占总体积的7080%，故阻力很小，过滤速度很快。基本原理：1. 微滤的传递模型1)孔模型 以压力差为推动力,按不同膜孔半径来选择分离体系中的大分子。 2)阻塞模型: 一般阻塞、完全阻塞、中间阻塞、滤饼阻塞3)浓差极化2.微滤分离机理 筛分原理，膜物理结构起决定性作用，吸附和电性能等因素对截留也有影响。截留作用基本为：1）机械截留作用，膜具有截留大于或相当于膜孔径的微粒等杂质的作用，即筛分作用。2）吸附截留作用，除孔径外，还有吸附、电性能的影响。3）架桥作用，在膜孔的入口处具有架桥截留作用。4）网络内部截留作用，是将微粒截留在膜的网络内部的作用。电渗析，是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换树脂的选择透过性将电解质从溶液中分离而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的膜分离技术。其特点为：）能量消耗少。）环境污染小。）对原水含盐量变化适应性强。）操作简单，易实现机械化和自动化。）水的利用率高。水的利用率可达。电渗析缺点是只能去除水中盐分，对水中有机质不能去除，有些高价离子和有机物还会污染膜，在运行过程中易发生浓差极化而产生结垢。原理：在阴极和阳极之间交替排列着一系列阴离子交换膜和阳离子交换膜。阴离子交换膜只允许阴离子通过而阻止阳离子通过，阳离子膜只允许阳离子通过。3、 反渗透膜的分离规律是什么？答：反渗透膜的分离规律 1.无机溶质的分离 反渗透膜对电解质的截留服从以下规律：截留率随离子水合半径增大而增加，高价离子截留率比低价离子截留率高 反渗透膜截留阳离子服从以下顺序：MgCaSrBaLiNaKRbCs 对于阴离子截留率服从以下顺序：IOBrOClO;SOClBrNOI 2.有机物的分离 ）有机物截留率随同系分子量加大而加大，相同分子量的则随他子支链增加而增加。 ）有离子基团的化合物比没有离子基团截留率高，比有极性基团的化合物高。 ）极性分子比非极性分子截留率高。 ）酚类化合物截留率很低，低分子量碳氢化合物的氯化物截留率低。 ）可明显形成氢键的化合物（乙醇、 乙醛、 酸、 脲等）截留率也很低。 ）有机酸和胺形成盐时，截留率上升。4、 什么叫同名离子迁移、反离子迁移？ 答：）反离子迁移 反离子是与膜的固定活性基团电性相反的离子。在直流电场作用下，反离子透过膜进行迁移，这是电渗析的主要过程。 ）同名离子迁移是指与膜的固定活性基团所带电荷相同的离子。由于膜对离子的选择透过性不可能达到，在电渗析过程中总会存在少量与膜的固定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象，这种离子的迁移称为同名离子迁移。其结果使电渗析过程的效率下降。膜两侧浓度差越高，膜的选择性越差，越易发生同名离子迁移。5、 膜组件是什么？膜分离装置有那些类别？答：膜组件是将一定面积膜以某些形式组装成的器件。常用的膜组件有五种形式：管式、毛细管式、中空纤维、板框式和卷式。 膜分离装置：主要有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维式。1、 板框式 特点是装置体积较紧凑,增大处理量,只要简单增加膜层数即可。膜的更换、清洗、维护较容易。原料液流道截面积较大,压力损失较小,原料液流速可达1-5m/s,原料液中即使含有一些杂质也不易堵塞流道,适应面广，预处理要求低。但板框中膜面积大，液体湍流时易产生波动，因此要求膜要有足够的强度。还有密封边界长也是主要缺点之一。单程回收率较低，自然耗能也大。、管式膜组件 有内压式、外压式、单管式、管束式等。内压式是在管状膜上包以尼龙布或滤纸一类的支撑材料，装在多孔的不锈钢管中，膜管的末端作成喇叭形，以橡胶垫密封。加压下的料液从管内流过，透过液在管外侧收集。外压式结构与内压式相反，把膜装在耐压多孔管外，水从管外透过膜进入管内。由于外压式需要耐高压的外壳，而且水的流动性较差，一般较少使用。管式组件特点是流动性好，流速易控制，安装拆卸维修方便，能处理含有悬浮固体的溶液，合适流动状态还可以防止浓差极化和污染。但管膜制备较难，单位体积内有效膜面积较少，管口密封较难。3、卷式膜 卷式膜元件是由多个膜袋缠绕在一开有孔洞的工程塑料中心集水管上制成。每个膜袋由两张相背的膜片构成，膜片中间夹一层聚酯纤维编织淡水网格，膜周围3条边用环氧或聚氨酯粘合剂密封，第四边留作产水通道与中心集水管连接。在相邻两膜袋之间铺夹塑料隔网构成进水流道（进水网格）。4、中空纤维式膜 中空纤维的直径较细，一般外径为um，内径为um，具有高压下不变形的强度。中空纤维膜把几十万根中空纤维弯成形，装入圆柱形耐压容器内，纤维束的开口端密封在环氧树脂的管板中。在纤维束中心轴处安置一个原水分配管，原水以经向流过纤维束，透过纤维管壁的淡水沿纤维的中空内腔经管板被引出，浓原水在容器另一端排出。中空纤维之所以采用外压式是因为纤维壁承受内向压力的能力比外向压力大，而且即使部分纤维强度不够，也只会被压瘪，中空部分被压实，堵塞，不会破裂，从而防止了产品被原水污染。尼龙中空纤维物化稳定性好，不需要支撑材料，寿命可达年。效率高，成本低，体积小，质量轻。但中空纤维膜的制作技术复杂，管板制作也困难，不能处理含悬浮物的原水。6、膜材料结构对膜性能的影响因素; 微滤、超滤等可分离的组分直径一般为多少？答：膜材料结构对膜性能的影响 高分子聚合物是由大量的基础化合物（单体）构成，聚合物的结构特征主要由分子量、高分子的化学结构和不同大分子间相互作用这几个因素决定。 1、分子量在聚合过程中由不同长度的链按统计学规律聚集而成，所以聚合物不具有统一的分子量，而是某种分子量分布。为表示链长经常用平均分子量或聚合度表示分子的大小。构成长链分子的结构单元叫聚合度。长链分子的分子量取决于聚合度及其单体分子量。一般情况下，随链长增长高分子内部和高分子之间相互作用部位的数目也相应增多。 2、聚合物的化学结构和空间排列相同的单体可以形成不同化学结构和空间排列的聚合物，相应膜 的性能就会有很大的不同，相关因素可以从聚合物组成、构型、构象加以说明。化学结构是指参与构成高分子的单体种类及其相互连接顺序。链的结构形式可分为线性的和分支两大类。微滤 0.110m：细菌、煤灰、发酵细胞、颜料、蛋白等。超滤 0.0050.1m：蛋白、颜料、多糖、大分子。7、膜过滤中的浓差极化是如何产生的？如何防止？浓差极化，当推动力作用于原料溶液时，溶质部分被膜截留溶剂渗透通过膜，被截留的溶质在膜表面处累积，其浓度会逐渐提高这种浓度累积会导致溶质向原料主体的反向扩散流动，但经过一定时间后达到平衡。这种现象成为浓差极化。 防止方法 化学防止法 1原料液预处理通过絮凝预过滤改变酸度等 2改变膜材料吸附性能 物理防止法 1）填料法 把直径29-100um的玻璃小球加入原料液中，利用球的流动冲击来刮除滤饼并清洗膜面，减小极化层厚度。 2）湍流促进器法 一般是用可强化流态的多种障碍物，将湍流促进器以一定间距放在膜面上，可在质量边界层中产生周期性的非稳定流动。 3）脉动发生器法 对圆管加一个脉动压力梯度，产生沿径向分布的具有两个峰值的速度曲线因此提高膜表面剪切速度，促进膜表面被截留物质向主体流动，强化过滤过程。 4）膜面搅拌法 5）错流法 6）松弛法 7）清洗法8、有那些影响超滤的因素？影响超滤的因素一般渗透通量为1100L/mh。如果渗透通量低于1L/mh就没有实际意义。浓差极化是流体阻力增加的主要原因，是超滤过程的主要障碍。除此之外，还有以下因素：（1）操作压力（2）操作温度提高温度可降低料液的粘度，增加扩散系数，提高渗透通量.（3）操作时间一段时间后，浓差极化形成浓缩凝胶层，故要进行定时清洗，完成一个运行周期。（4）物料浓度随过程进行，主体浓度不断增加，边界厚度随之扩大。因此对主体液流浓度有一个限制，如小分子有机物的质量分数不大于5%；蛋白质、多肽不大于1020%；油水乳状液不大于5070%等。（5）料液流速提高料液流速可限制浓差极化，一般湍流体系中采用流速为13m/s9、膜在应用时存在那些问题？解决的思路是什么？10、如何控制膜的污染？导致污染的原因有：）原料中某些组分易吸附于膜面上，这种污染在膜面上接触原液即发生。）原液中某些物质的沉淀引起的膜污染，这要较长时间才能表现出来。）原料中存在低浓度的某种物质可渗透膜中，引起膜结构改变。、化学防止法）原料液预处理，通过絮凝，预过滤，改变酸度等。）改变膜材料吸附性能常用的方法有:、用复合手法复合一层分离层，如用阴极喷涂法在膜表面分别镀一层碳或聚硅氧烷等，降低蛋白质在膜表面的吸附；、在膜表面引入亲水或憎水基团，如有用丙烯酸对聚砜膜进行表面化学改性;、在制膜液中加入OH基或磺酸基等亲水性能材料，制成一些蛋白质难心吸附的膜。物理防止法）填料法把直径29-100um的玻璃小球加入原料液中，利用球的流动冲击来刮除滤饼并清洗膜面，减小极化层厚度。）湍流促进器法一般是用可强化流态的多种障碍物。将湍流促进器以一定间距放在膜面上，可在质量边界层中产生周期性的非稳定流动。）脉动发生器法对圆管加一个脉动压力梯度，产生沿径向分布的具有两个峰值的速度曲线，因此提高膜表面剪切速度，促进膜表面被截留物质向主体流动，强化过滤过程。）膜面搅拌法通过膜面的）错流法 ）松弛法 ）清洗法11、超临界流体萃取的原理是什么？是利用流体在临界点附近某一区域（超临界区）内，与等分离混合物中的溶质具有相平衡行为和传播性能，且对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术。利用临界流体为溶剂，可从多种液态或固态混合物中萃取出等分离的组分。12、CO2作超临界流体的优缺点;什么是夹带剂?有何作用?它具有以下特点：（1）分子量大于500D（道尔顿）的物质有一定的溶解性；（2）中低分子量的卤化烃、醛、酮、醇、醚等易溶；（3）低分子量（20碳以下）、非极性的脂肪烃及小分子芳烃类化合物可溶；（4）分子量很低的极性有机物可溶的。但酰胺、脲、氨基甲酸乙酯等溶解性较差（5）极性基团增加会降低有机物的溶解性；（6）脂肪酸及其甘油三酯具有低的溶解性，但单酯化作用可增强脂肪酸的溶解性；（7）同系物中溶解度随分子量增加而降低；（8）生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸和大多数无机盐是不溶的。增加共沸物可大增加其溶解性和选择性，降低操作压力和温度。13、CO2作超临界流体在萃取方面的特点是什么比较理想的萃取剂是CO2。它具有以下特点：（1）分子量大于500D（道尔顿）的物质有一定的溶解性；（2）中低分子量的卤化烃、醛、酮、醇、醚等易溶；（3）低分子量（20碳以下）、非极性的脂肪烃及小分子芳烃类化合物可溶；（4）分子量很低的极性有机物可溶的。但酰胺、脲、氨基甲酸乙酯等溶解性较差。（5）极性基团增加会降低有机物的溶解性；（6）脂肪酸及其甘油三酯具有低的溶解性，但单酯化作用可增强脂肪酸的溶解性；（7）同系物中溶解度随分子量增加而降低；（8）生物碱、类胡萝卜素、氨基酸、水果酸和大多数无机盐是不溶的。增加共沸物可大增加其溶解性和选择性，降低操作压力和温度。超临界流体萃取的CO2萃取剂优点用超临界萃取方法提取天然产物时，一般用CO2作萃取剂。这是因为：a) 临界温度和临界压力低( Tc=31.1 C，Pc=7.38MPa)，操作条件温和，对有效成分的破坏少，因此特别适合于处理高沸点热敏性物质，如香精、香料、油脂、维生素等；b)CO2可看作是与水相似的无毒、廉价的有机溶剂；c)CO2在使用过程中稳定、无毒、不燃烧、安全、不污染环境，且可避免产品的氧化：d)CO2的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金量，并且无有害溶剂的残留；e)在超临界CO2萃取时，被萃取的物质通过降低压力，或升高温度即可析出，不必经过反复萃取操作，所以超临界CO2萃取流程简单。14、超临界流体的密度的性质是什么?超临界点时的流体密度称为超临界密度，其倒数为超临界比容。（1）超临界流体的传递性质密度接近液体，粘度接近普通气体，自扩散能力比液体大约100倍。（2）超临界流体的溶解能力与密度有很大的关系。在临界区附近，操作压力和温度的微小变化会引起流体密度的大幅度改变，因而也将影响其溶解能力。超临界流体正是利用此性质来分离物质的。15、一般超临界流体萃取系统可分为那三种形式？各有何特点？一般超临界流体系统可分为三种形式：1） 控制系统温度、达到理想萃取及分离式2） 控制系统压力式3）吸附方式16、影响超临界流体萃取的因素有那些？（1）超临界流体的选择（2）萃取条件（压力、温度）的选择（3）夹带剂的应用（4）流体的流速萃取压力的影响萃取压力是SFE最重要的参数之一，萃取温度一定时，压力增大，流体密度增大，溶剂强度增强，溶剂的溶解度就增大。对于不同的物质，其萃取压力有很大的不同。萃取温度的影响温度对超临界流体溶解能力影响比较复杂，在一定压力下，升高温度被萃取物挥发性增加，这样就增加了被萃取物在超临界气相中的浓度，从而使萃取量增大；但另一方面，温度升高，超临界流体密度降低，从而使化学组分溶解度减小，导致萃取数减少。因此，在选择萃取温度时要综合这两个因素考虑。萃取颗粒大小粒度大小可影响提取回收率，减小样品粒度，可增加固体与溶剂的接触面积，从而使萃取速度提高。不过，粒度如过小、过细，不仅会严重堵塞筛孔，造成萃取器出口过滤网的堵塞。CO2的流量CO2的流量的变化对超临界萃取有两个方面的影响。CO2的流量太大，会造成萃取器内CO2流速增加，CO2停留时间缩短，与被萃取物接触时间减少，不利于萃取率的提高。但另一方面，CO2的流量增加，可增大萃取过程的传质推动力，相应地增大传质系数，使传质速率加快，从而提高SFE的萃取能力。因此，合理选择CO2的流量在SFE中也相当重要。夹带剂的选择对于极性较大的溶质，在超临界CO2中溶解较差，SFE很难萃取出来，但若加入一定的夹带剂，以改变溶剂的活性，在一定条件下，就可以萃取出来，而且萃取条件会更低，萃取率更高。常用的夹带剂有甲醇、氯仿等。夹带剂的种类可根据萃取组分的性质来选择，加入的量一般通过实验来确定。应用自Hanay和Hogarth发现SFE原理以来以近百年了。从50年代开始进入实验阶段，如从石油中脱沥青等。70年代末，SFE技术在食品工业中应用日益广泛，其中从啤酒花中提取酒花精已经形成了生产规模。80年代以来，SFE技术广泛应用于香精和香辛料风味成分的提取（从玫瑰花、米兰花、菊花等提取天然花香剂；从薄荷、胡椒等提取香辛料；对绿茶、红茶进行全成分提取等）。17、超临界流体萃取在食品工业中的应用有那些？在食品工业中的应用（一）在食用油工业的应用（二）在酒类、调味品工业的应用（三）在脱除食品中某些成分的应用（四）在提取抗氧化成分中的应用超临界流体萃取在食品方面的应用传统的食用油提取方法是乙烷萃取法，但此法生产的食用油所含溶剂的量难以满足食品管理法的规定，美国采用超临界二氧化碳萃取法（SCFE）提取豆油获得成功，产品质量大幅度提高，且无污染问题。目前，已经可以用超临界二氧化碳从葵花籽、红花籽、花生、小麦胚芽、棕榈、可可豆中提取油脂，且提出的油脂中含中性脂质，磷含量低，着色度低，无臭味。这种方法比传统的压榨法的回收率高，而且不存在溶剂法的溶剂分离问题。专家们认为这种方法可以使油脂提取工艺发生革命性的改进。咖啡中含有的咖啡因，多饮对人体有害，因此必须从咖啡中除去。工业上传统的方法是用二氯乙烷来提取，但二氯乙烷不仅提取咖啡因，也提取掉咖啡中的芳香物质，而且残存的二氯乙烷不易除净，影响咖啡质量。西德Max-plank煤炭研究所的Zesst博士开发的从咖啡豆中用超临界二氧化碳萃取咖啡因的专题技术，现已由西德的Hag公司实现了工业化生产，并被世界各国普遍采用。这一技术的最大优点是取代了原来在产品中仍残留对人体有害的微量卤代烃溶剂，咖啡因的含量可从原来的1%左右降低至0.02%，而且CO2的良好的选择性可以保留咖啡中的芳香物质。美国ADL公司最近开发了一个用SCFE技术提取酒精的方法，还开发了从油腻的快餐食品中除去过多的油脂，而不失其原有色香味及保有其外观和内部组织结构的技术，且已申请专利。18、什么是超高温杀菌？什么是无菌包装？超高温杀菌概念无公认定义,通常将加热温度为135-150 ,加热时间为2-8S,杀菌效果达到商业无菌要求的过程叫超高温杀菌.无菌包装生产线是将果汁、果浆等流体经杀菌、冷却后，在无菌条件下灌装在无菌的铝塑复合袋中，籍以达到在非冷藏条件下长期保存的目的。19、最常用的超高温杀菌、无菌包装是什么方式？（PPT上找不到答案）环形管式热交换超高温；20、超高温杀菌的方法有那些？各自的特点是什么？超高温杀菌的方法可分为两种直接式和间接式。蒸汽直接加热是把蒸汽直接加入物料中，接着进行急剧冷却，在闪蒸过程中把注入的蒸汽蒸发，恢复物料原来的组成。一、蒸汽喷射式蒸汽喷射式加热灭菌法是指采用蒸汽喷射的UHT灭菌法，通常叫做直接蒸汽喷射或DSI。在最后的灭菌阶段将产品与蒸汽在一定的压力下混合，蒸汽释放出潜热将产品快速加热至灭菌温度。这种直接加热系统加热产品的速度比其它任何间接系统都要快。二次灭菌法按设备运行方式可分为间歇式和连续式。间歇式是指产品第一次灭菌采用管式超高温灭菌机，然后经灌装、封盖后放入间歇式灭菌器内进行第二次灭菌。连续式是指产品第一次灭菌采用管式或板式超高温灭菌机，第二次灭菌采用连续式灭菌机。该法灭菌处理的产品保存期长，有利于长途储运。蒸汽压力在4.8-5.0kg/cm2二、蒸汽注入式三、欧姆加热超高温是利用食品本身的介电性质，将电流直接导入食品原料，使食品自身发热而达到杀菌效果的一种方法，该法对含颗粒（粒径小于15mm）物料流质食品杀菌具有独特优势。该系统主要有欧姆加热器，输送泵，管式或刮面式热交换器等组成。四、板式加热超高温板式杀菌设备适用于牛奶、果汁饮料或类似产品的连续杀灭菌。依靠转子式定量输送泵以及全流量变速高压均质机来对流量加以控制和调节。由于传热板两侧相同的结构间隙及可拆性，对产品的加热和冷却以及热回收均可在板式换热器中进行，因而热回收率最高可达90%以上。操作运行的全过程是由操作人员可从控制面板上对各台泵及回流功能阀加以控制，由温度自动控制器来维持灭菌温度。杀菌温度在记录仪上有连续的记录。还有配置可编程电脑控制系统的，按设定的工艺要求对生产运行的全过程进行自动控制，配置CIP清洗程序，进行自动清洗。五、环形管式热交换超高温管式换热器杀菌系统工作原理及特点：在一个完全封闭系统内对液态食品进行瞬时的超高温加热与急速冷却处理，能将液态食品中的有害微生物彻底杀灭。在这个过程中，食品原来的风味和营养成分并没有受到损失。这种精确的处理方法加之严格的无菌包装有效地防止了食品的二次污染，同时大大提高了产品的保质期。 UHT工艺多半优选采用直列套管式THE换热器杀菌系统，因其在较高蒸汽压力及超高温状态下所具备的可靠工作性能，尤其连续工作时间可长达十多个小时，从而获得了比板式PHE杀菌系统更为广泛的应用。UHT杀菌系统特点（1）经UHT杀菌系统处理后的食品在无菌包装情况下，其品质或新鲜度能够在常温下保持数月之久, 免除冷藏链。（2）经UHT系统处理过的食品其风味、色泽及营养成分均能够保持原有水平，而受到影响的部分极其甚微。（3）由于内套管采用波纹多管束的结构, 而获得良好的紊流效果, 换热效率远高于盘管式换热器, 接近于板式换热器。（4）适用任何一种物料，尤其能够适合较高黏度以及含有微小颗粒的液态食品。（5）独特的浮动头设计，最好的避免热应力的影响；管壁不易结焦或结垢，连续运行时间长，套管的清洗十分便利。（6）双密封结构消除了污染的危险，维护成本远低于板式换热器，只有O型密封圈需要更换，方法简便。（7）整个杀菌系统的管腔内无一死角，防止食品残留物引起细菌的孳生，管道检修方便，符合3-A卫生标准技术要求。21、微生物的耐热机制是什么？（1）从微生物的细胞壁、细胞膜、核糖体、rRNA、DNA、酶等各方面进行比较，来研究微生物的耐热机制。（2）一般是从外向里，分别由粘液层、细胞壁、细胞膜组成，其组成成分和生活机能都对微生物的耐热性有影响。（3）一般认为，嗜热菌的主要高分子化合物不一定都具有耐热性，嗜热菌和中温性菌中的DNA及SRNA 的热稳定性大体相近，核糖体和RNA在耐热性方面存在着差异，即嗜热菌中的RNA因鸟嘌呤和胞嘧啶的含量多，所以它的高级结构有助于耐热性的增强，而且表明核糖体的稳定性与发育最高温度之间也存在着相关性。（3）细胞的其他成分还有水分和无机盐等，水分的存在状态造成了细菌的营养细胞与芽孢耐热性的极大差异，而无机盐中，钙、镁、磷酸等物质对酶、核酸、核糖体等细胞成分的热稳定性起着重要的作用。与营养细胞相比，细菌芽孢具有相当强的耐热性，并且对杀菌剂、放射线等刺激也具有显著的抗性。有关其机制，可归纳为如下几点：1）芽孢膜结构对内部的保护作用。2) 芽孢膜不具通透性。3）酶类以稳定的形态存在4）DNA处于稳定状态5）有皮质层存在6）核处于脱水状态微生物的芽孢对加热处理产生抗性反应的机制可归纳为：1）芽孢内部具有防止热渗透的结构2）核具有抵御加热伤害的结构3）酶活性蛋白本身具有抵御加热伤害的结构。22、超高压杀菌的原理及影响杀菌的因素是什么?(1)超高压杀菌的原理高压对细胞形态的影响。如胞内空气泡在0、6MPa下会破裂等。高压对细胞生化反应的影响。加压有利于减小体积的反应进行。延缓了增大体积的反应。高压会使酶系失活。对蛋白质的变性是改变内部结构；活性部位上构象发生变化。对微生物表现主要在于由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断。高压对细胞膜壁也有影响。使磷脂分子横切面减小，细胞膜双层结构体积随之降低，膜的通透性被改变。超高压杀菌主要是通过破坏细胞膜，抑制酶活性和DNA等遗传物质的复制来实现的。(2)影响杀菌的主要因素压力的大小、受压时间、温度、pH值、食品成分等。压力大小和受压时间。一般压力越大、杀菌效果越好。相同压力下，延长受压时间不一定会提高灭菌效果。杀菌效果因种间不同而有差异。耐高温的微生物耐高压的能力也较强。芽孢杆菌的芽孢最耐压。温度。受压温度对微生物的杀菌效果有明显影响。在低温范围内高压的良好杀菌效果特别引人注目pH长期以来，该值一直被看作是影响微生物在受压条件下生长的主要因素。酸性条件下微生物耐压性变差。食品组成。营养丰富的环境中微生物耐压性较强。蛋白质、碳水化合物、脂类和盐分对微生物有保护作用。细菌在蛋白质和盐分浓度高时，其耐压性就高。并有随营养成分增多而增高的趋势。一般蛋白质和油脂含量较高的食品杀菌效果差些。如果在食品中加入脂肪酸酯、蔗糖酯或酒精等添加剂会提高加压杀菌的效果。（2）影响因素：1）压力的影响一般随着压力的升高，灭活率提高，大部分遵循一级反应动力学的规律，但也有一些例外：阳性革兰氏芽孢杆菌，耐压最高可达1000 MPa。酶的情况比较复杂，较低的压力能激活酶，超过某压力即会失活。2）加压时间的影响随着加压时间的增加，微生物灭活率提高，但达到一定的时间，不再有明显的作用。3）温度的影响温度对灭活微生物有很大的影响，在最适合生存的温度存活率最高，高于和低于该温度，都有助于灭活。4）加压方式的影响交变加压：脉冲循环，效果好，可降低最大压力；升压速度和卸压速度对微生物形态有一定的影响；微生物对压力缓慢变化的耐受性比突然变化的耐受性高。5）生物材料成分的影响不同类型的材料效果不同：牛顿流体（果汁、奶等液体）、非牛顿流体（果酱、膏状材料）、富含水分的固体（肉类、海产品）。材料成分的影响：糖、蛋白质、脂肪、维生素、氨基酸对微生物有保护作用。低pH值、加入nisin、山梨酸钾、脂肪酸酯、蔗糖酯或乙醇等添加剂，将提高加压杀菌的效果。6）微生物状态的影响处于最适生长温度条件下的微生物比处于高于或低于最适温度下的微生物对高压的抗性强。如果微生物经过某些因素的刺激(如冷休克、亚致死热)会增强对高压的抵抗力；处于对数生长期的微生物，对压力比较敏感，成熟期的微生物，耐压性较强。7)水份活度的影响水分活度主要是通过渗透压影响细胞的生理特性，从而抑制细菌生长甚至使其死亡。一般来说，水分活度低可保护细胞抵抗压力，但微生物一旦经过高压处理后，对水分活度就更加敏感。23、超高压杀菌对食品中各种成分的影响是什么?（一）对微生物活性的影响高压可引起微生物的致死作用。会导致微生物的形态结构、生化反应、基因机制及细胞壁膜的结构的功能发生多方面的变化。使之原有的生理活动机能，甚至原功能破坏或发生不可逆变化。（二）超高压对食品中酶的影响酶就是蛋白质，其活性与其三维结构有关。即使一个很小的三维结构变化也会引起其酶活性的失去。超高压会对蛋白质空间结构的盐键、氢键、疏水键等造成破坏。使肽键分子伸展成不规则的线性多肽，使活性部位不存在。一般在100-200MPa压力时是可逆的，当处理压力达至350MPa时，酶会永久性失去活性。(三）超高压对蛋白质的影响超高压对一级结构没影响，由于超高压有利于氢键形成，所以对二级结构的稳定有利。对三、四结构则会有破坏，使蛋白质的原始结构伸展，子成为无序而松散的构造。使活性中心受到破坏。在100-200MPa时蛋白质和酶的变化是可逆的。大于300MPa时变化是不可逆的。常温下蛋白质变性压力为400MPa以上，温度为45C以上。（四）对淀粉的影响在400-600MPa，保持一定的作用时间后，淀粉颗粒会溶胀分裂，其晶体结构受到某种程度的破坏，内部有序分子间的氢键断裂，分散成无序的状态，即淀粉成为a-，这种作用与压力、水分、时间有关。淀粉高压糊化，与加热糊化有不同的性质，热处理破坏淀粉颗粒，而高压使淀粉溶胀不破裂。超高压所致完全糊化淀粉无老化现象，不完全糊化则有老化现象。低于700MPa的压力会使淀粉产生类似热加工陈米增香陈大米细胞壁和膜比新米坚硬，抑制了淀粉粒子的膨润和糊化，超高压处理后硬壁膜被破坏，煮制时其硬度下降，粘度上升，平衡值提高到新米范围，改善了光泽，有新米口味和香气。淀粉的变性处理加压400-600MPa，保持一定时间，淀粉颗粒溶胀分裂，内部有序态分子间的氢键断裂，分散成无序状态，即糊化为淀粉，呈不透明的粘糊状物，并且不存在加热糊化的老化回生的现象，为生产变性淀粉提供了一种简便、快捷、节能、成本低的工艺。（五）对脂类的影响影响是可逆的，室温下液态的脂类在100-200MPa基本可使其固化，发生相变结晶，使脂类形成更稠、更稳定结晶，不过解压后仍会回恢复原状。超高压对脂肪的氧化有一定的影响。对纯鱼油氧化是稳定的，对混和鱼油则会加速其氧化。（六）对维生素的影响还原型VC经超高压后，出现下降的上升的情况。三价铁可加速VC降解。超高压下作用更强。铜离子对铜酶起激活作用。铜酶可降解VC。与加热处理比较，如80C,30min（酸性食品巴氏杀菌安全值）;121C,20min（中性食品高温杀菌安全条件），其VC保存率分别为50%、40%，而400MPa、45min处理保存率为91%。（七）对风味物质、色素影响这些物质结合状态为共价键，故对其基本无影响。24、超高压杀菌的主要特点是什么?主要特点(1)液体介质；(2)等静压，瞬时压缩、作用均匀、时间短、耗能低；(3)污染少（热污染、化学污染）；(4)保持天然风味: 色、香、味、营养；(5)通过组织变性，得到新物性食品；(6)压力不同作用影响性质不同；(7)与温度、防腐剂、杀菌剂配合应用；(8)其他应用处理食品的特点(1)营养成分高(2)产生新的组织结构、不会产生异味(3)处理过的食品无“回生”现象(4)原料利用率高(5)适用范围广开发前景好25、超高压杀菌在食品中的应用一般采用什么作用条件？通常是把食品原料放入100-1000MPa高压下处理，达到杀菌保鲜的目的。原理：是利用帕斯卡定律，用加在液体中的压力（100-1000MPa），通过介质，以压力为能量因子，将放在密闭容器中的食品，在常温或较低温度（低于100C）下，以液压作为压力传递介质对食品加压，压力达数百兆帕斯卡，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的效果。26、超高压技术除杀菌外，在食品工业方面还有那些应用？研究对酶活性与结构影响：重点以果蔬内源酶多酚氧化酶、过氧化物酶、果胶甲酯酶、脂肪氧合酶为主。研究对食品品质的影响：HHP处理的研究对象包括果蔬、畜产品、乳品、水产品、调味品、酒、茶叶和烟草等。研究辅助提取食品组分：HHP所涉及到的食品组分提取包括蛋白质、多酚、多糖、色素、黄酮、有机苷、有机酸、有机醛、油脂以及其他功能性成分。研究对食品组分进行改性：HHP主要应用于对食品组分中蛋白质和淀粉等大分子的改性，还包含少数其他物质，如大豆膳食纤维、红薯渣膳食纤维、小麦麸皮、-环糊精等。27、超高压技术在食品工业上应有还存在那些问题？我国从事HHP技术研究的人员日益增加，在HHP领域发表的文章数量和申请的专利也不断增加，取得了较大进步。 由于我国有关HHP的研究起步晚，与美国、德国、澳大利亚、比利时、西班牙和日本等。HHP技术研究强国相比，仍存在较大的差距，具体体现在以下4个方面：基础研究不够深入，科学问题没有凝练。国内HHP研究多停留在对技术应用的开发层面，缺乏机理性研究。HHP装备稳定性差，实时温度检测缺乏。我国HHP装备的研究起步较晚，与国外设备相比，在设备结构设计、性能和配置方面存在较大的差距。 另外，由于HHP装备本身需要极大的抗压力，对设备和密封件的材质要求非常高，设备使用过程中容易出现裂痕、 破损和密封性降低等问题。直接表现为升泄压速率、 压致升温幅度的变动以及实际压力与预设压力的差异等。低水平跟踪研究多，工艺技术开发为主。从文章数量来分析，国内HHP研究涉及范围较广，以低水平的跟踪研究居多，集中在工艺技术的开发上。 其中一种单纯的通过处理对象的改变实现“创新”，以工艺优化为研究内容，暴露出试验的盲目性和低端模仿性， 缺少科学合理的研究思路和目标。没有建立合作机制，同行学术交流较少。与国外相比，我国HHP研究机构和研究人员比较庞大，采购HHP设备的单位不少，且往往各自开展研究，缺乏合作和交流的平台，相关信息交流不多。28、食品分子蒸馏技术的原理及影响蒸馏的因素是什么?分子蒸馏技术是指在高真空条件下，利用液体分子受热会从液面逸出，不同种类分子逸出后其分子平均自由程不同，通过蒸发面和冷凝面的间距小于等于被分离物质的分子平均自由程，由蒸发面逸出的分子既不自身相互碰撞也不与残余空气分子碰撞，在冷凝面聚集而实现液液分离的一种蒸馏技术。影响分子蒸馏分离的因素：（1）压强：当蒸馏温度一定时，压强越小（真空度越高），物料的沸点越低，分子平均自由程越大，轻分子从蒸发面到冷凝面的阻力越小，分离效果越好。（2）温度：最适蒸发温度。（3）被蒸馏物质的性质：相对挥发度越大，也就是待分离的轻、重组分分子的蒸汽压之比越大，两者越易分离。（4）蒸发液膜的覆盖面积、厚薄和均匀度：蒸发液膜越薄、越均匀、覆盖面积越大，蒸馏效果越好。（5）进料速度：进料时物料流速太快，待分离组分还未蒸发就流到蒸发面底部，起不到分离作用。物料流速太慢，影响分离效率。（6）携带剂的使用：携带剂要求沸点高，对物料有较好的溶解性，不与物料发生化学反应，且易于分离出去。29、食品分子蒸馏技术的主要特点是什么?对于沸点较高、沸点相近的两种物质、在沸点温度时容易氧化或分解以及高温下容易爆炸的物质，普通的蒸馏就很难奏效。分子蒸馏相对于传统的蒸馏具备以下优点：操作温度低：由于分子蒸馏利用高真空度，在远低沸点条件下通过分子平均自由程的不同进行分离，可以处理高沸点、热敏性以及易氧化物料的分离，并且可以分离常规蒸馏中难以分离的共沸混合物，因为较低的操作温度，可较好地保证物料的天然品质，可被广泛应用于天然物质的提取；蒸馏压力低：分子蒸馏是基于真空环境进行的，其压强仅有0.51Pa，可有效避免易氧化或分解物质的氧化分解；受热时间短：分子蒸馏中蒸发面和冷凝面间距小于分子的平均自由程，并且受热液体呈薄膜状，液面逸出分子几乎未经碰撞就达到冷凝面，受热时间很短，在蒸馏温度下停留时间一般几秒至几十秒之间，对物料的影响很小；分子蒸馏的分馏过程属于物理过程，在物料分离上，可以较好地保护被分离物不受污染和侵害；操作工艺简单，设备少，分离效率高。30、什么是分子的平均自由程？任何物质的分子都处于不断的运动状态，而其运动的程度又各不相同或在不断变化中，在某一时间间隔内、分子运动的过程中，分子自由程的平均值即为分子运动平均自由程。分子运动的平均自由程为：式中：m分子平均自由程；K波尔兹曼常数；d分子