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第十章食品加工高新技术 1 十一食品生物技术十食品挤压与膨化技术九食品加热与杀菌技术八食品冷冻加工技术七食品微波技术六食品超高压技术五食品超临界萃取技术四食品分子蒸馏技术三食品膜分离技术二食品微胶囊技术一食品超微粉碎技术 2 一 概述粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作 有时将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎 它包括粗粉碎和中粉碎 将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨 它包括微粉碎和超微粉碎 不过习惯上两者又统称为粉碎 第一节食品超微粉碎技术 3 二 超微粉碎类型及原理超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10 25 m以下的过程 目前 超微粉碎技术分化学法和机械法两种 化学粉碎法能够制得微米级 亚微米级甚至纳米级的粉体 但产量低加工成本高 应用范围窄 机械粉碎法产量大 成本低 是制备超微粉的主要手段 工业生产中大多用此法 机械法超微粉碎可分为干法粉碎和湿法粉碎 根据粉碎过程中产生粉碎力的原理不同 干法粉碎有气流式 高频振动式 旋转球 棒 磨式 锤击式和自磨式等几种形式 湿法粉碎主要是胶体磨和均质机 4 三 超微粉碎技术在食品工业中的应用 1 软饮料加工2 果蔬加工3 粮油加工 5 4 水产品加工螺旋藻 海带 珍珠 龟鳖 鲨鱼软骨等通过超微粉碎加工制成的超微粉具有一些独特优点 5 功能性食品加工膳食纤维素被现代医学界称为 第七营养素 是防治现代 文明病 和平衡膳食结构的重要功能性基料食品 超微粉碎技术在部分功能性食品基料 如膳食纤维 脂肪替代品等 的制备上起重要作用 6 6 巧克力生产巧克力细腻滑润的良好口感要求巧克力配料的粒度不大于25 当平均粒径大于40 时 巧克力的口感就明显粗糙 因此 只有超微粉碎加工巧克力配料才能保证巧克力的质量 7 调味品加工微粉食品的巨大孔隙率造成集合孔腔 可吸收并容纳香气经久不散 这是重要的固香方法之一 因此作为调味品使用的超微粉 其香味和滋味更浓郁 突出 8 其它当微粉孔腔中吸收容纳一定量的CO2和 2时 食品保鲜期会大大延长 7 一 概述微胶囊技术 又称微胶囊造粒技术 微胶囊包埋技术 它是指用特殊的手段将固 液 气体物质包埋在一个微小而封闭的胶囊内的技术 药物的胶囊化已有150多年的历史 但微胶囊化则出现于20世纪30年代 经过几十年的不断研究与开发 现已在制药 食品 饲料 精细化工 照相材料和机械制造等领域得到广泛应用 第二节食品微胶囊技术 8 微胶囊是一种具有聚合物壁壳的微型包覆体 能够包埋和保护其囊芯内的物质微粒 微胶囊内部被包覆的物料称为芯材 囊芯 内核 填充物 其外部的包覆膜称为壁材 囊壁 包膜 壳体 微胶囊的大小一般在5 200 m范围内 当囊的粒度小于5 m时 由于其布朗运动而难于收集 当其粒度超过200 m时 由于表面的静电摩擦系数减少而稳定性下降 微胶囊技术在食品工业中具有改变物态 体积和质量 控制释放和降低物质挥发性 隔离活性成分以及保护敏感物质等功能 9 微胶囊可有多种形状 如球形 肾形 粒状 谷粒状 絮状和块状等 囊壁可以是单层结构 也可以是多层结构 囊芯可以是单核的 也可以是多核的 如图所示 10 二 微胶囊技术在食品工业中的应用 1 微胶囊化香精香料和风味剂微胶囊化可有效控制风味物质的挥发 控制香味物质的释放速度 同时液体香料微胶囊化转变成固态 大大提高了产品的稳定性 拓宽了其适用范围 从而降低了其挥发性 提高了抗氧化能力和水溶性 在食品加工中能更好地分散于各种原料中 已被用于许多液体香精如薄荷油 柠檬油 橙油 桔子油 茴香油 花椒油 香辛料精油的微胶囊化 保香率提高到50 95 11 2 微胶囊化酸味剂由于酸味剂的酸味刺激性 如果直接加至食品中 易使某些敏感成分劣变 另外 柠檬酸等具有较强的吸湿性 易使产品吸水结块霉变 因此 采用微胶囊技术 把酸味剂包埋起来 使其与外界环境隔离 可有效控制其释放 使其持久恒定地发挥作用 美国目前已将微胶囊化酸味剂应用于焙烤食品 肉制品 固体饮料等产品中 3 微胶囊化甜味剂某些甜味剂因受温度和湿度的影响 导致丧失甜味 给加工贮藏带来诸多不便 如阿斯巴甜 受热易分解而丧失甜味 一些多元糖醇如山梨糖醇 木糖醇 麦芽糖醇等 吸湿性大 易结块 给加工和贮藏带来不便 微胶囊化处理后 产品的稳定性大大提高 吸湿性明显降低 可应用于焙烤食品和固体饮料中 12 4 微胶囊化营养强化剂食品中需要强化的营养素主要有氨基酸 维生素和矿物质等 这类物质在加工或贮藏过程中 易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味 如微胶囊碘剂具有稳定性好 成本低 碘剂使用效率高等优点 既可用于加碘盐 碘片中 又可用于其它食品 保健品和药品中 微胶囊碘剂的应用会产生良好的经济效益与社会效益 5 微胶囊化防腐剂食品中常用苯甲酸 钠 和山梨酸 钾 作为防腐剂 但由于加入了防腐剂而使介质的pH值下降 影响了产品质量 微胶囊化防腐剂可起到控制释放及防腐的作用 如日本开发的质量分数为6 的乙醇微胶囊 杀菌能力相当于70 的乙醇 将微胶囊化乙醇置入乙醇气体不易透过的密封包装中 利用胶囊缓慢释放的乙醇蒸气达到杀菌防腐的目的 13 6 微胶囊化生理活性物质生理活性物质 功能性食品基料 大多性质不稳定 极易受光 热 氧气 pH值等因素的影响 或易与其它配料发生作用等 不仅失去了对人体的生理活性或保健功能 甚至引起癌变等 应用微胶囊技术 可使其在贮藏期内保持生理活性 并发挥其营养和保健价值 7 微胶囊化抗氧化剂微胶囊抗氧化剂可提高产品的热稳定性 还可通过各抗氧化剂单体之间以及与金属离子螯合剂之间的协同增效作用 使油脂的抗氧化能力显著提高 是应用于油脂及高温油炸食品的一种较安全 高效和成本较低的抗氧化剂 14 早在1748年 AbbleNelkt就发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内 首次揭示了膜分离现象 但膜分离技术的大量研究和应用则是20世纪50年代以后的事 并且很快发展到工业化应用阶段 目前 膜分离已成为分离混合物的重要方法 广泛应用于食品 生物 化工 制药 电子 纺织和环保等行业 膜分离 MembraneSeparation 是利用具有一定选择透过性的过滤介质 依靠其两侧存在的能量差作为推动力 利用混合物中各组分在过滤介质中迁移速率的不同来实现物质的分离与纯化的单元操作 第三节食品膜分离技术 15 一 概述分子蒸馏就是指蒸馏物料分子在蒸发液面挥发出来直到冷凝面冷凝下来所走过的行程小于其分子运动平均自由程的单元操作 分子蒸馏技术作为一种新型 有效的分离手段 出现于20世纪30年代 主要用于大分子量物质的分离提纯以及传统方法无法进行蒸馏分离和挥发性小的热敏物质 目前该技术已广泛地应用到食品 日化 制药 石化等行业 分子蒸馏不同于一般的常规蒸馏 它是没有达到气 液相平衡的蒸馏 常规蒸馏建立在气 液相平衡的基础上 根据蒸馏物质在气 液相中组成不同进行分离 分离操作是在蒸馏物质沸点温度上进行的 而分子蒸馏是建立在不同物质挥发度不同的基础上 分离操作是在低于物料沸点下进行的 第四节食品分子蒸馏技术 16 二 分子蒸馏技术在食品工业中的应用 分子蒸馏特别适用于高沸点 热敏性及易氧化物料的分离 目前 在食品工业中用分子蒸馏分离混合油脂 可获得纯度达90 以上的单甘油酯 如硬脂酸单甘油酯 月桂酸单甘油酯 丙二醇甘油酯等 提取脂肪酸及其衍生物 生产二聚脂肪酸等 从动植物中提取天然产物 如精制鱼油 米糠油 小麦胚芽油 天然维生素E等 随着现代人崇尚天然 回归自然潮流的兴起 分子蒸馏技术在生产中必将有广阔的市场前景 17 一 概述超临界流体萃取 SupercriticalFluidExtraction 缩写SCFE 是利用流体 溶剂 在临界点附近某一区域 超临界区 内所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物的过程 早在100多年前 人们就观察到超临界流体的特殊溶解性能 但直到本世纪70年代以来才真正进入发展高潮 1978年召开了首届专题讨论会 1979年第一台工业装置投入运行 标志着超临界流体萃取技术开始进入工业应用阶段 近20多年来 SCFE技术发展迅速 并被用于化工 石油 食品 医药 香料等工业 以分离热敏性 高沸点的物质 第五节食品超临界萃取技术 18 超临界流体萃取之所以受到青睐 是由于它与萃取及处于常规状态下的液 液萃取或固 液萃取相比具有以下优点 1 萃取产率高 2 产品质量高 3 萃取剂的分离回收较容易 4 选择性好 不过 目前大型萃取装置尚不多见 其主要原因 1 投资和操作费用都比较高 2 人们对物质的超临界状态缺乏足够认识 3 缺乏放大和设计所必需的工程数据 19 二 超临界流体萃取原理 超临界流体就是指压强高于临界压强 温度高于临界温度的流体 与气体 液体的相应值作比较 超临界流体的物性较特殊 其主要表现在 1 其密度接近于液体的密度 而比气体的密度高的多 2 其扩散系数与气体相比小得多 但比液体又高得多 3 其黏度接近于气体 而比液体低得多 众所周知 当流体的扩散系数高 黏度低时 扩散阻力就小 有利于传质 加之超临界流体的密度较高 其溶解能力也较强 这样超临界流体很适合用作萃取剂 而且它们在常温下一般都是气体 所以很容易用汽化的方法进行回收 超临界流体的定义及特性 20 并非所有溶剂都适宜用作超临界流体萃取 超临界流体萃取对溶剂有以下要求 1 有较高的溶解能力 且有一定的亲水 亲油平衡 2 能容易地与溶质分离 无残留 不影响溶质品质 3 无毒 化学上为惰性 且稳定 4 来源丰富 价格便宜 5 纯度高 在所有研究过的超临界物质中 只有几种适于用作超临界流体萃取的溶剂 二氧化碳 乙烷 乙烯 以及一些含氟的碳氢化合物 其中最理想的溶剂是二氧化碳 它几乎满足上述所有要求 它的临界压强为7 38MPa 临界温度为31 06 目前几乎所有的超临界流体萃取操作均以二氧化碳为溶剂 超临界流体萃取溶剂的选择 21 1 易挥发 易与溶质分离 2 黏度低 扩散系数高 有很高的传质速率 3 只有相对分子质量低于500的化合物才易溶于二氧化碳 4 中 低相对分子质量的卤化碳 醛 酮 酯 醇 醚易溶于二氧化碳 5 极性有机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 但单酯化作用可增加溶解度 7 同系物中溶解度随相对分子质量的增加而降低 8 生物碱 类胡萝卜素 氨基酸 水果酸 氯仿和大多数无机盐不溶于二氧化碳 二氧化碳的主要特点是 22 三 超临界流体萃取在食品工业中的应用 近二十多年来 超临界流体萃取技术的研究取得了很大的进展 它在食品工业中的应用日益广泛 例如 从茶 咖啡豆中脱咖啡因 萃取啤酒花 从植物中萃取香精油等风味物质 从各种动植物油中萃取多种脂肪酸 从奶油和鸡蛋中去除胆固醇等 随着超临界流体萃取技术的不断完善以及和其它高新技术的结合使用 一定会改变目前超临界流体萃取投资费用高的问题 其应用前景也将更加广泛 23 一 概述食品超高压技术是指利用帕斯卡定律 给液体 水 加压 100 1000MPa 再以液体 水 作为压力传递介质 对放在专门密封超高压容器内的食品 在常温或较低温度 低于100 下加压达数百兆帕 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效果的技术 第六节食品超高压技术 24 1899年 美国西Virginia大学化学家BertHite教授最早将高压技术应用到食品工业中 而开创现代高压技术研究先河的则是美国物理学家P W Briagman 直到20世纪80年代末期 随着能源问题 化学污染问题和对高质量食品的需求 人们才又重新考虑它的价值 然而 真正使这项技术得到重视和应用的则是在1986年日本京都大学教授林力丸首次发表采用非热高压 101 3 1013MPa 加工食品的报告之后 从而也使日本成为最先将高压技术运用到食品工业的国家 1991年4月世界第一个高压食品果酱在日本明治屋MeidiYa食品公司面世 在日本国内引起轰动 被称为 二十一世纪的食品 同时 这一技术也引起了世界各国的关注 欧美等发达国家也先后对高压食品加工原理 方法及应用前景开展了广泛的研究 并取得了不少成果 现在高压技术已成为食品加工中的一个热点 25 高压技术在我国还处于起步 理论研究阶段 国内超高压杀菌技术的研究报道仅局限在果汁及果汁饮料的灭酶及杀菌中 还未投入实际生产应用之中 目前尚无高压食品商品问世 因此 加快开展超高压食品研究 特别是加强超高压加工调味品 中药材 保健食品以及其他价值高但对热较敏感的食品或药品的研究 对我国参与国际竞争有着极为重要的意义 26 二 超高压技术原理 液体 水 在超高压作用下被压缩 而受压食品介质中的蛋白质 淀粉 酶等生物高分子物料会产生压力变性 即生物高分子物质立体结构中的非共价键结合部分 氢键 离子键和疏水键等相互作用 发生变化 其结果是食品中的蛋白质呈凝固状变性 淀粉呈胶凝状糊化 酶失活 微生物死亡 或使之产生一些新物料改性和改变物料某些理化反应速度 故可长期保存食品而不变质 这就是超高压技术的基本原理 超高压技术加工的食品与传统加热处理的食品相比 具有其独特的优点 1 营养成分高 2 产生新的组织结构 不会产生异味 3 无 回生 现象 4 原料利用率高 5 适用范围广 开发前景好 27 三 超高压技术加工设备 目前国外常见的食品高压装置由高压容器和压力发生器 或称加减压系统 两大部分组成 高压容器是整个装置的核心 它承受的操作压力可高达数百甚至上千兆帕 对其技术要求也较高 工作条件苛刻 为保证安全生产 其容积不宜过大 一般为1 50L 压力发生器的加压方式又可分为外部加压式和内部加压式两种 根据油压装置与高压容器连接形式又可分为分体型和一体型两种 前者高压容器顶盖兼具活塞功能 后者油压装置与高压容器经高压活塞联成一体 28 四 超高压技术在食品工业中的应用 食品超高压处理技术被称为 食品工业的一场革命 当今世界十大尖端科技 等 可被应用于所有含液体成分的水果 蔬菜 奶制品 鸡蛋 鱼 肉 禽 果汁 果酱 酱油 醋 酒类等固态或液态食品中 经过超高压处理的食品 能保持食品原有的爽脆 风味 营养价值 符合人们对21世纪新型食品天然 方便 营养的消费需求 相信它必然有巨大的潜在市场和广阔的发展前景 超高压食品的前景如何在很大程度上主要取决于高压设备装置的研制和开发 由于用于加压食品的压力极高 通常150 600MPa 因此对设备的要求很严 食品加压装置的研究开发将是超高压食品研究的重要一环 29 一 概述微波是指波长在1mm 1m 其相应的频率为300 300000MHz 的电磁波 微波技术是利用电磁波把能量传播到被加热物体内部 使加热达到生产所需要求的一种新技术 常用的微波频率有915MHz和2450MHz 第七节食品微波技术 30 微波技术的发展可追溯到第二次世界大战中雷达的发明 1945年 美国雷声公司 Raytheon 工作人员泊西 斯潘塞在进行雷达试验时 偶然发现衣袋里的糖果因受泄漏的微波的作用而发热融化 进而经过一系列实验研究之后 申请了世界上第一个微波应用于食品加工的专利 此后 1947年雷声公司的马文 贝克根据微波加热原理 研制了第一台用于加热食品的大型微波炉 1965年美国CrydryCo 公司研制成功第一台用于干燥马铃薯片的隧道式工业微波干燥设备 并在SeyfertFoods 美国赛菲特 食品公司投入使用 并通过了美国食品与药品管理局的鉴定 从此微波在工业上的应用价值引起了人们广泛的关注 如今 微波作为一种新的加热能源 被广泛应用于食品 医药 皮革 木材 胶片等行业 31 微波加热的原理与食品工业中其它传统加热法如传导 对流 辐射相比有很大不同 传统的加热是将热量从外部传入物料的内部 由表及里需要一定时间 物体的热传导性能越差 所需的时间就越长 因此加热速度慢 受热不均匀 且能耗较高 而微波加热是微波从四面八方穿透食品物料 被加热的食品物料直接吸收微波能而立即生热 内外同时加热 因而加热速度快 内外受热均匀 有利于水分的扩散和蒸发 可节省大量能源 微波加热特点 32 二 微波技术原理 微波加热过程就是微波与食品物料直接作用 将微波的电磁能转变为热能的过程 其转变的过程与物质中分子等微观粒子的运动有关 在电磁场的作用下 物质中微观粒子可产生四种类型的介电极化 即电子极化 原子核周围电子的重新排布 原子极化 分子内原子的重新排布 取向极化 分子永久偶极的重新取向 和空间电荷极化 自由电荷的重新排布 在这四种极化中 与微波频率相比 前两种极化要快得多 所以不会产生微波加热 而后两种极化与之相当 可产生微波加热 即可通过微观粒子的这种极化过程 将微波能转变为热能 微波加热机理 33 微波对微生物的杀灭机理 主要是食品中的微生物在微波热效应和非热效应 生物效应 的共同作用下 其内部的蛋白质和生理活性物质发生变异或破坏 从而导致生物体发育异常 甚至死亡 因此 微波杀菌的温度低于常规方法 仅需70 105 时间约90 180s 微波杀菌机理 34 三 微波技术在食品工业中的应用微波主要应用于六种食品加工中的单元操作 其中脱水的基本目的是除去水分 以限制微生物和酶引起的腐败 其它单元操作都是根据加工对象提高产品的温度 有些是升高到一定温度再冷却 如热烫 消毒和灭菌 有些是保持在较高温度 如蒸煮和冷冻食品的调温 直至达到加工目的 随着工业微波加热装置的商品规模化 微波技术正越来越广泛地应用于食品原料和农产品的干燥 膨化 灭菌 灭酶 杀虫 焙烤以及解冻等方面 35 微波食品加工的主要单元操作 36 一 冷冻粉碎冷冻粉碎技术产生于上世纪初 在橡胶及塑料行业已得到应用 自日本在上世纪80年代对食品的低温冷冻粉碎进行了研究后 美国 欧洲及我国也进行了一些开发研究 冷冻粉碎不但能保持粉碎产品的色 香 味及活性物质的性质不变 而且在保证产品微细程度方面具有无法比拟的优势 由于冷冻粉碎能最大程度地保存原有营养物质分子结构 成分及活性 所以提高了人体对各种营养成分和微量元素的吸收 因此 它符合目前人们追求 绿色食品 的要求 在食品加工行业将有很好的应用前景 第八节食品冷冻加工技术 概述 37 1 可以粉碎常温下难以粉碎的物质 2 可以制成比常温粉粒体流动性更好 粒度分布更理想的产品 3 不会发生常温粉碎时因发热 氧化等造成的变质现象 4 粉碎时不会发生气味逸出 粉尘爆炸 噪音等 这些优点使得该技术特别适用于由于油分 水分等缘故难以在常温下微粉碎的食品或在常温粉碎时很难保持香味成分的香辛料 冷冻粉碎与常温粉碎相比具有如下优点 38 冷冻粉碎就是首先使物料低温冷冻到玻璃化转变温度或脆化温度以下 再用粉碎机将其粉碎 在食品快速降温过程中 会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内应力 在此应力的作用下 物料内部薄弱部位产生微裂纹并导致内部组织的结合力降低 因而在外部较小作用力下就使得内部裂纹迅速扩大而破碎 冷冻粉碎原理 39 这些年来 随着冷冻技术的不断发展 应用于食品领域的加工产品日益增多 除了谷物 水产及畜产品 果蔬三类外 其他方面还有诸如大豆 花生 可可豆 胡椒粉 杏仁等种籽类材料的冷冻粉碎 此外 在水产品加工技术国家 十五 研究项目中 鼓励进行低温冷冻粉碎和干燥的技术与设备的应用研究 冷冻粉碎技术在食品工业中的应用 40 二 冷冻浓缩 冷冻浓缩是将水溶液中的部分水分以冰的形式析出 然后将生成的冰从液相中分离出来 而使液体得到浓缩的过程 冷冻浓缩方法特别适宜于含挥发性芳香物的热敏性液体食品的浓缩 如果在结晶器中能控制好温度 防止局部过冷 那么冰晶是非常纯的 而且可溶性固体的损失随着冰晶比表面积的降低而降低 此外 其能耗比蒸发浓缩法低 实践证明 对于含芳香物的液体食品 采用冷冻浓缩方法所得到的浓缩物产品质量优于蒸发浓缩与膜浓缩 概述 41 2020 3 19 42 冷冻浓缩由于在加工过程中不使物料受热 因此所得到的制品在色 香 味方面均得到最大限度的保留 就产品品质而言 可以说是最佳的 但由于浓缩极限的限制及操作成本较高等缺陷 使得其应用受到一定限制 目前主要用于高档果汁 高档饮品 生物制品 药物 调味品等的浓缩 浓缩的制品或直接作为成品 或作为冷冻干燥过程中的半成品 冷冻浓缩在食品工业中的应用 43 三 冷冻干燥 冷冻干燥又称真空冷冻干燥 升华干燥 冷冻升华干燥 分子干燥等 它是先将湿物料的温度降至冰点以下 使物料中的水分凝结成冰 然后在较高的真空度下 使冰直接升华而除去水分的干燥方法 冷冻干燥技术出现于19世纪 最早应用于生物标本的制作 随后在医药 血液制品 各种疫苗和微生物菌种的保存等方面的应用中得到迅速发展 20世纪30年代 开始了对食品进行冷冻干燥的试验 但大规模地系统研究冷冻干燥在食品工业中的应用 则是在第二次世界大战以后 冷冻干燥食品的品质在许多方面优于普通干燥的食品 但系统装备较复杂 操作费用较高 因此 其应用范围与规模受到一定的限制 概述 44 冷冻干燥具有其他干燥方法无可比拟的优点 因此 越来越受到人们的青睐 目前 随着研究工作的深入 加工材料及制造技术的改进 在食品工业中常用于肉类 水产 果蔬 禽蛋 咖啡 茶和调味品等的干燥 冷冻干燥技术在食品工业中的应用 45 四 速冻技术 速冻 QuickFreezing 是指使食品尽快通过最大冰晶生成区 并使平均温度尽快达到 18 而迅速冻结的方法 速冻食品 QuickfrozenFoods 是指采用速冻的方法冻结 而后低温冻藏的食品 目前世界上速冻食品尚无统一的概念 一般认为速冻食品是将经过一定前处理的食品在 18 30 的温度条件下进行速冻 并在20 30min内完成 速冻后的食品中心温度要达到 18 以下 经过包装在 18 以下低温冻藏和流通的方便食品 如今国内外市场上出现的速冻食品大致可以分为四类 果蔬类 如冻果汁 速冻草莓 荷仁豆 蒜苗等 水产类 冻鱼 虾 蟹等 畜禽肉蛋类 冻鸡 肉 蛋等 调理食品类 冻饺子 包子 馄饨等 46 1 避免在细胞之间生成大的冰晶体 2 减少细胞内水分外析 解冻时汁液流失少 3 残留浓缩水的危害性下降 4 将食品温度迅速降低到微生物生长活动所需温度之下 有利于抑制微生物的繁殖及其生化反应 5 食品在冻结设备中停留时间短 有利于提高设备利用率 速冻具有以下五个优点 47 下图为食品快速冻结时的曲线 在冻结过程中 其温度的下降可分为三个阶段 食品速冻曲线 48 随着我国人民生活水平的提高及食品冷冻技术的发展 速冻食品已走进了千家万户 并深受消费者欢迎 目前已呈现如下趋势 1 不断开发新品种 满足不同消费者的需求 2 依托现代科技 弘扬中华饮食文化 3 走规模化和规范化的发展道路 4 尽快研制符合环保要求的包装 5 加强冷藏运输与低温销售环节 总之 速冻食品的发展趋势符合广大消费者的 健康 营养 多样选择 适合各年龄层次 的饮食需求 速冻食品以其安全 卫生 营养 方便等优点将在我国食品工业中占有重要的地位 也必然会有更广阔的发展前景 速冻食品的发展趋势 49 一 远红外加热技术红外线可按波长的长短分为以下几个区域 工业上把0 75 1 4 m区间的红外线称为近红外 把1 4 3 0 m区间的红外线称为中红外 把3 0 1000 m区间的红外线称为远红外 远红外加热是一种以辐射为主的加热过程 它利用加热元件所发出来的红外线照射到被加热物体上 其热能以电磁波的形式被物体分子均匀吸收 从而引起物质分子的激烈共振 以达到加热干燥的目的 第九节食品加热与杀菌技术 概述 50 人们利用红外线进行加热始于20世纪初 1935年美国福特汽车公司的格罗维尼 Groveny 首先取得将红外线用于加热和干燥的专利权 70年代起 由于人们对红外辐射和物质结构等了解的深入 国外开始采用远红外进行加热 国内利用远红外加热的工作始于70年代的中期 开始时主要应用于产品的漆层干燥 后来应用范围不断扩大 现已扩展到油漆涂饰 塑料加工 机械制造 电力电子 金属材料 纺织印染 造纸印刷 医药卫生 食品 木器家具等行业 51 远红外加热技术应用于食品加工具有以下优点 1 加热速度快 传热效率高 2 化学分解作用小 食品原料不易变性 3 有一定的穿透能力 4 容易进行操作控制 52 二 欧姆加热技术 欧姆加热 OhmicHeating 技术 也叫电阻加热 ResistanceHeating 技术 焦耳加热 JouleHeating 技术 电力加热 ElectroHeating 技术 它是利用连续流动的导电液体的电阻热效应来进行加热以达到杀菌目的的过程 概述 53 早在19世纪初就提出了欧姆加热的概念 并逐渐有了利用电能加热物料的专利加工技术 20世纪初 美国生产出用于牛奶消毒的欧姆加热装置 但是由于没有合适的惰性电极材料而失败 90年代 英国的APVBaker公司开发了商用的欧姆加热装置 英国 法国 日本和美国均开始使用 由于欧姆加热技术具有物料升温快 加热均匀 无污染 易操作 热能利用率高 加工食品质量好等优点 近年来逐渐引起国内外食品科学工作者的关注 54 目前 欧姆加热技术在美国正广泛应用于低酸性或高酸性食品的加工 在日本用于生产酸牛奶的草莓 鱼糜制品及豆腐的加工等 在国内主要用于肉的解冻和牛奶 豆浆的加热杀菌 从目前国外的研究和使用情况来看 欧姆加热最具有潜力的应用领域是含颗粒流体食品的无菌加工 除此之外 用于对大块固体食品的加热与解冻也具有很大的研究发展空间 欧姆加热技术在食品工业中的应用 55 三 超高温瞬时杀菌技术 超高温瞬时杀菌 UltraHighTemperatureShortTime 简称UHTST 是利用热交换器或直接蒸汽 使食品在130 150 温度下 保持2 8s后迅速冷却 产品达到商业无菌要求的过程 超高温瞬时杀菌法是英国于1956年首创的 20世纪50年代初荷兰的斯托克 Stork 公司率先开发了超高温瞬时杀菌装置 20世纪60年代初 由于超高温杀菌与无菌罐装技术的结合 从而使超高温灭菌装置获得了广泛的应用 自20世纪80年代后 超高温瞬时杀菌技术不仅仅局限于液体产品 而且已应用到固液混合产品和固体粉状产品中 概述 56 超高温瞬时杀菌主要是利用热处理对微生物的致死作用即微生物的蛋白质变性 并且其致死数量与热处理强度和原始含菌量成正比 由于热处理时间很短 这样就最大限度地保持了食品原有的风味及营养价值 这是超高温瞬时杀菌的基本原理 超高温瞬时杀菌原理 57 在杀菌条件相同的情况下 超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比 不仅细菌致死时间显著缩短 而且食品成分的保存率也显著提高 目前这种杀菌技术已广泛应用于牛乳 果汁饮料 豆乳茶 酒等产品的生产过程中 超高温瞬时杀菌技术在食品工业中的应用 58 一 食品挤压加工技术食品挤压加工就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下 然后突然释放至常温常压下 使物料内部结构和性质发生突然变化的过程 这些物料通常是以谷物为原料如大米 糯米 小麦 豆类 玉米 高粱等为主体 添加水 脂肪 蛋白质 微量元素等配料混合而成 第十节食品挤压与膨化技术 概述 59 20世纪30年代末期 人们首次把挤压机应用于方便谷物食品的生产中 1936年第一台应用于谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世 并第一次生产出了膨化玉米圈 到了70年代 许多国家纷纷展开挤压机理的探讨 进一步研究了各种谷物及蛋白质类食物在挤压过程中发生的一系列变化 以及挤压食品的营养与吸收问题 这使得挤压技术扩展到水产品 仿生制品 调味品 乳品 糖果制品 方便面等领域 目前 挤压技术不仅在食品工业和饲料工业中应用广泛 而且在其他工业如发酵工业 建筑业中也具有广阔的应用前景 60 与传统生产工艺相比 挤压加工技术具有以下特点 1 应用范围广 2 生产效率高 3 原料利用率高 无污染 4 营养素损失少 有利于消化吸收 5 口感好 食用方便 6 不易回生 便于贮藏 61 挤压加工是借助挤压机螺杆的推动力 将物料向前挤压 物料受到混合 搅拌和摩擦以及高剪切力作用 使得淀粉粒解体 同时机腔内温度压力升高 温度可达150 200 压力可达到1MPa以上 然后从一定形状的模孔瞬间挤出 由高温 高压突然降至常温 常压 游离水分在此压差下急骤汽化 水的体积可膨胀大约2000倍 膨化的瞬间 谷物结构发生了变化 生淀粉 淀粉 转化成熟淀粉 淀粉 同时变成片层状疏松的海绵体 谷物体积膨胀几倍到十几倍 挤压加工原理 62 采用挤压技术加工食品在我国已有悠久历史 但是由于种种原因 长期以来一直停留在爆米花的手工业状态 从20世纪70年代中期开始 尤其是近几年来 我国用挤压方法来生产食品得到了很大的发展 随着人民生活水平的提高和饮食结构的变化 随着对挤压机理研究的不断深入和新型挤压设备的研制开发 挤压食品的品种和产量将会日益增多 并朝着高效 节能 产品风味多样化和美味化方向发展 挤压加工技术展望 63 二 食品膨化加工技术膨化 Puffing 是利用相变和气体的热压效应原理 使被加工物料内部的液体迅速升温汽化 增压膨胀 并依靠气体的膨胀力 带动组分中高分子物质的结构变性 从而使之成为具有网状组织结构特征定型的多孔状物质的过程 由于 膨化食品 PuffingFood 这一概念出现的时间并不是很长 目前 尚没有一个被食品科学界公认的定义 广义上的膨化食品是指凡是利用油炸 挤压 沙炒 焙烤 微波等技术作为熟化工艺 在熟化前后 体积有明显增加现象的食品 概述 64 膨化食品按加工工艺条件主要分为两类 一类是利用高温 如油炸 热空气 微波膨化等 另一类是利用温度和压力的共同作用 如挤压膨化 低温真空油炸等 由于挤压膨化可实现连续化 自动化操作生产 产量大而稳定 现已被广泛应用于食品工业中 65 膨化技术作为一种新型食品加工技术 在国外发展很快 早在1856年美国的沃德就申请了关于食品膨化技术的专利 1936年 挤压法生产膨化玉米果首次成功 直到1946年才开始商业化生产 20世纪50年代初 膨化技术开始广泛地应用于饼干生产 淀粉预处理及糊化中 20世纪60年代中期 开发出膨化谷物早餐食品 以及用谷物 油 蛋白质 肉 调味料和半干食品制成的膨化动物饲料 20世纪70年代又生产出了膨化的大豆蛋白食品和马铃薯食品 它们可用来制作松脆的快餐 即食苹果酱和水果馅饼等 同时膨化技术也用于水果蛋糕和脱水苹果的生产 近年来 国外利用膨化技术生产的膨化食品主要有膨化主食 人造肉 马铃薯食品 脱水苹果 快餐食品 小食品 速溶饮料 代乳饮料和强化食品等 66 食品膨化技术在我国有着悠久的历史 古代就把油炸和沙炒作为食品膨化的重要方法 但由于种种原因 我国膨化技术发展缓慢 直到20世纪70年代末才开始膨化技术与膨化食品的研究 70年代末期我国第一台挤压机在上海研制成功 这标志着我国工业生产挤压膨化食品的开始 目前 随着生活水平的提高 人们对膨化食品的要求越来越高 为了满足消费需求 国内成立了专门从事膨化技术的研究所 生产和仿制了几种膨化设备和生产线 膨化技术的应用范围也从膨化食品发展到强化食品 与此同时 膨化物料也开始应用于饲料 酿造 医药 建筑和铸造等行业 并取得了较好的效果 67 膨化动力的产生主要由物料内部水分的能量释放所致 同样的外部供能条件下 在物料内部的各种物质成分中 由于水具有分子量小 沸点低 易汽化膨胀的特性 水分子热运动最先加剧 分子动能同时加大 当水分子所获能量超出相互间的束缚极值时 就会发生分子离散 水分子的分子离散使物料内部水分发生变化 产生相变和蒸汽膨胀 其结果必然造成对与之接触的物料结构的冲击 当这种冲击作用力超出维持高分子物质空间结构的力 并超出高分子物质维持的物料空间结构的支撑力时 就会带动这些大分子物质空间结构的扩展变形 最终造成膨胀物料的质构变化 膨化加工原理 68 整个膨化过程可分为三个阶段 第一阶段为相变段 此时物料内部的液体因吸热或过热 发生汽化 第二阶段为增压段 汽化后的气体快速增压并开始带动物料膨胀 第三阶段为固化段 当物料内部的瞬间增压达到和超过极限时 气体迅速外溢 内部因失水而被高温干燥固化 最终形成泡沫状的膨化产品 69 按膨化加工的工艺过程分类 食品的膨化方法有直接膨化法和间接膨化法 直接膨化法 是指把原料放入加工设备 目前主要是膨化设备 中 通过加热 加压再降温减压而使原料膨胀化 间接膨化法 就是先用一定的工艺方法制成半熟的食品毛坯 再把这种坯料通过微波 焙烤 油炸 炒制等方法进行第二次加工 得到酥脆的膨化食品 按膨化加工的工艺条件进行分类 食品的膨化方法又可分为挤压膨化 微波膨化 油炸膨化 汽流膨化等 膨化加工方法分类 70 由于膨化食品的适口性 使得其在固体饮料 酱油酿造 酒精发酵 油脂提取 淀粉糖浆等的生产中发挥着重要的作用 随着食品工业的发展 新技术和新工艺的出现以及人们消费观念的转变 新型膨化加工技术如超低温膨化技术 超声膨化技术 化学膨化技术等都有可能在不久的将来得到实际的应用 膨化加工技术展望 71 生物技术 Biotechnology 是利用生物体系 应用先进的生物学和工程技术 加工或不加工底物原料 以提供所需的各种产品或达到某种目的的一门新型跨学科技术 目前认为生物技术是由基因工程 细胞工程 发酵工程 酶工程和蛋白质工程等组成 第十一节食品生物技术 概述 72 食品生物技术 FoodBiotechnology 是生物技术在食品原料生产 加工和制造中的应用的一个学科 它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程 也