食品工艺学

食 品 工 艺 学,食品技术原理,第一章绪论第二章 食品的热处理与杀菌第三章 食品的低温处理与保藏第四章 食品的脱水加工第五章 食品辐射保藏第六章 食品的腌渍烟熏和发酵处理第七章 食品的化学保藏第八章 典型食品的加工工艺,第一章 绪论第一节 食品的加工概念,一、食物与食品食物是人体生长发育、更新细胞、修补组织、调节机能必不可少的营养物质，也是产生热量保持体温、进行体力活动的能量来源。食品经过加工制作的事物统称为食品,1. 食品的概念及分类,对食品不同的人关心的侧面不同不同地区也有不同的情况,分类：食品分类的方法很多，可以按保藏方法分、按原料种类分、按原料和加工方法分、按产品特点分。,按保藏方法分类,dehydrated garlic flake干藏类,芋籽冷冻类,Canned Mushroom罐头类,黄瓜腌渍类,辐射制品,发酵制品,烟熏制品,按原料种类分,果蔬制品,肉禽制品,乳制品,谷物制品,水产制品,按加工方法分,焙烤制品,饮料,糖果,罐头制品,挤压制品,速冻制品（绿芦笋）,干制品,发酵制品,按产品特点分,方便食品,疗效食品,婴儿食品,工程食品（模拟食品）,快餐食品,休闲食品,功能食品（保健食品）,2. 食品的要求,外观风味营养卫生和要求货架寿命方便功能性质,二、加工工艺,概念食品科学与工程领域的一些概念食品科学食品工艺学,食品科学,借用Food Science （Norman)的定义         食品科学可以定义为应用基础科学及工程知识来研究食品的物理、化学及生化性质及食品加工原理的一门科学。,食品科学,食品加工,食品科学,食品分析,食品工程,食品微生物,五个基础框架,1. 食品的基础研究领域（或者称之为狭义食品科学）：包括食品化学，研究食品的组成、结构、物化生化特点及加工和使用过程中的变化的一门科学。2. 食品分析领域：分析食品产品及组分的质量特点、化学边的原理3. 食品微生物领域：环境对食品腐败的作用以及微生物对食品本身及食品制造过程的影响、微生物的检验、公共健康等问题的一门科学4. 食品加工领域：即研究食品原材料特点、食品保藏原理、影响食品质量、包装及污染的加工因素、良好生产操作及卫生操作的一门科学这也是本课程的主要研究内容5. 食品工程领域：即研究食品加工过程中的工程原理及单元操作的科学，工程原理包括物料与能量平衡、热力学、流体；流体流动、传热与传质等等。,食品工艺学,食品工艺学是应用化学、物理学、生物学、微生物学和食品工程原理等各方面的基础知识、研究食品资源利用、原辅材料选择、保藏加工、包装、运输以及上述因素对食品质量货架寿命、营养价值、安全性等方面的影响的一门科学。,食品加工的概念,在描述食品加工的概念之前，先熟悉一些典型食品的加工流程。,加工基本概念包括：增加热能并升高温度去除热能或降低温度去除水分或降低水分含量利用包装以维持由于加工操作带来的产品的特征,2. 食品加工的目的,延长食品的储存时间增加多样性提供健康所需的营养素为制造商提供利润,食品加工过程或多或少都含有这些目的，但要加工一个特定产品其目的性可能各不相同比如冷冻食品的目的主要是保藏或延长货架寿命糖果工业的主要目的是提供多样性但是要达到各个产品的目的却并不简单，并不是买来设备就可以生产，或达到生产出食品并赢利的目的以橙汁和火腿肠为例,第二节 食品加工原料的特性和要求,一、食品原料主要组成,二、影响原料加工的因素,原料采收运输基本原则原料应该在其品质最佳的时候进行采收、屠宰或用其他方法进行采集。原料在搬运中要避免损伤将原料保藏在尽量减少变质的条件下蔬菜、水果、粮食、坚果等植物性原料在采收或离开植物母体之后仍然是活的 家畜、家禽和鱼类在屠宰后，组织即死亡，但污染这些产品的微生物是活的，同时，细胞中的生化反应在继续。,原料品质决不会随贮藏时间的延长而变好，产品一经采收或屠宰后即进入变质过程。加工过程本身不能改善原料的品质，也许使有的制品变得可口一些，但不能改善最初的品质。,1. 影响原料品质的因素,（1）微生物的影响（2）酶在活组织、垂死组织和死组织中的作用（3）呼吸（4）蒸腾和失水,（5）成熟与后熟成熟的定义是水果或蔬菜的器官连接在植株上时所发生的变化现象。一般随着成熟过程的进行有利于提高产品的品质。（注意适度，否则会迅速后熟，迅速出现严重品质降低）后熟定义是水果脱离果树或植株后于消费或加工前所发生的变化。最后的后熟程度是在采收后形成的最佳食品品质。要理解适当的后熟虽然可以改善水果的口味，但不能改善它的基本品质。水果的基本品质是由于水果在果树上达到最佳成熟度的时间来决定的。大多数蔬菜不发生后熟过程,（6）动植物组织的龄期与其组织品质的关系组织的龄期指两个不同的阶段，第一是植物器官或动物在其采收或屠宰时的生理龄期；第二是采收或屠宰后原料存放的时间。与采收前的品质有关的植物组织龄期往往是决定性的。例芦笋、青豆荚,2. 按照变质可能性将原料分类,极易腐败原料（1天2周）如肉类和大多数水果和部分蔬菜采收（屠宰、切割）、搬运、包装、贮藏条件可能强烈影响其品质冷藏温度应该合理（某些果蔬会冻害）中等腐败性原料（2周2月）柑橘、苹果和大多数块根类蔬菜冷害问题稳定的原料（28月）粮食谷物、种子和无生命的原料如糖、淀粉和盐等,3. 原料的贮藏和保鲜,温度气调贮藏包装,第三节 食品的质量因素及其控制,质量的定义：食品好的程度，包括口感、外观、营养价值等。或者将质量看成是构成食品特征及可接受性的要素                                               外观                   物理感觉     质构                                               风味食品质量     营养质量                        卫生质量                        耐储藏性,一、质量因素,（一）物理因素1. 外观因素（1）大小形状（2）颜色、色泽（3）一致性2. 质构因素  包括新鲜状态、加工过程、加工以后的一些因素3. 风味因素 （1）味觉和香味（2）色泽与质构对风味也有影响,（二）、营养因素,（三）、卫生因素（四）、耐储藏性   如啤酒泡沫稳定性       柑橘汁浑浊稳定性       油脂蛤败,二、 变质的影响因素,变质的概念：包括品质下降、营养价值、安全性和审美感觉的下降影响因素1. 微生物2. 天然食品酶3. 热、冷4. 水分5. 氧气6. 光7. 时间,三、食品保藏的原则,若短时间保藏，有两个原则（1）尽可能延长活体生命（2） 如果必须终止生命，应该马上洗净，然后把温度降下来长时间保藏 则需控制多种因素,1. 控制微生物,加热    杀灭微生物  巴氏杀菌  灭菌冷冻保藏       抑制微生物干藏         抑制微生物高渗透烟熏气调化学保藏辐射生物方法,2. 控制酶和其它因素,控制微生物的方法很多也能控制酶反应及生化反应，但不一定能完全覆盖比如：冷藏可以抑制微生物但不能抑制酶。加热、辐射、干藏也类似3. 其他影响因素包括昆虫、水分、氧、光可以通过包装来解决。,思考题,影响原料品质的因素主要有哪些？食品的质量因素主要有哪些？3.  常见食品的变质主要由哪些因素引起？如何控制？以饼干、方便面、冷冻食品、罐头食品、饮料等为例来说明,第四节 食品工业的发展及其前景,广义上讲，食品工业无论从哪个角度都是各个国家国民经济的基础或支柱之一。广义食品工业包括农业、食品制造、市场三个方面整体而言，食品工业也是一个永不衰弱的行业，是一个非常稳定的行业，更是一个充满变化、有活力的行业,由于食品工业是国民经济的重要支柱产业和关系国计民生及关联农业、工业、流通等领域的大产业，因此，食品工业现代化水平是反映人民生活质量及国家文明程度的重要标志。作为农产品面向市场的主要后续加工产业，食品工业在农产品加工中占有最大比重，对推动农业产业化作用巨大。1999年全世界食品工业的销售额为2.7万亿美元，居各行业之首。,我国2000年食品工业总产值、利税分别为8434.1亿元和1458.3亿元，占全国工业总产值、利税的9.8%和15.3%；年出口创汇136.7亿美元。食品工业企业达19316个，就业人数达403.7万，占全国工业企业就业总人数的7.3%。食品工业是整个工业中为国家提供积累和吸纳城乡就业人数最多、与农业关联度最强的产业。,第五节  食品技术原理的主要研究范围和内容,1. 研究原材料特点、研究充分利用现有食品资源和开辟食品资源的途径比如一大批具有功能性质、保健性质的食品在80年代中后期开始被开发以前未被充分利用的资源，比如马铃薯、面粉,2.  研究食品保藏原理、探索食品生产、储藏、运输和分配过程中腐败变质的原因和控制途径,食品的腐败变质的特征和程度取决于两类因素：非微生物因素和微生物因素非微生物因素包括：糖的损失、含氮物质的含量与组分的变化、维生素的氧化和损失、脂肪的氧化、水分的变化等。这些变化会导致口感、色泽、风味和产品一致性的不同，导致不能被消费者接受。具体举例说明并说明原因和解决办法微生物因素,3.研究影响食品质量、包装和污染的加工因素，研究良好的生产方法、工艺设备和生产组织,比如加工因素中热加工对水果制品质量的影响、相应的改进（工艺设备和保藏工艺两方面的改进）比如肉制品中的腌制工艺比如奶粉的速溶性废弃物的处理：乳清、黄浆水,4. 研究食品的安全性、良好的生产操作和卫生操作（GMP）,比如 89年国内蘑菇罐头99年牛肉汉堡  O157: H7的污染,5.创造新型、方便和特需的食品,改变食品的营养成分以适应特定人群需要添加营养素到特定食品改善质量提高品质应用功能改善，包括包装方便性、食用方便性、成本降低等,第六节  关于本课程,一、食品技术原理课程的重要性食品技术原理作为食品科学与工程专业的一门主干课程，可以为本科学生今后进一步学习和研究食品加工保藏，今后从事本专业的研究、管理、营销工作打下基础,二、本课程的主要参考书,1. 食品工艺学 （上） 无锡轻院、天津轻院和编，中国轻工出版社，19842. Food Processing Technology      P.J.Fellows3. Food Science   Norman N.Potter,  Joseph H.Hotchkiss,第二章 食品的脱水加工,概述1. 食品干藏的概念一种说法：指在自然或控制条件下，使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后并始终保持低水分的保藏方法。另一种说法：从食品中较完全地去处水分，该条件不导致或几乎不导致食品性质的其它变化（除水分外）。,2. 食品脱水加工的历史,3. 脱水加工的特点和好处（1）延长保藏期；（2）某些食品干制后，重量减轻、体积缩小，可节省包装和运输费用；（3）带来了方便性；（4）设备可好可差。4. 脱水技术的进展,第一节 食品干藏原理,1. 水分活度             f           食品中水的逸度   aw =             f0           纯水的逸度我们把食品中水的逸度和纯水的逸度之比称为水分活度。水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示，在低压或室温时，f/f0 和P/P0之差非常小（<1%），故用P/P0来定义aW是合理的。,(1) 定义,Aw = P/P0其中 P：食品中水的蒸汽分压         P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）水分活度大小取决于：水存在的量；温度；水中溶质的浓度、食品成分、水与非水部分结合的强度,表2-1 常见食品中水分含量与水分活度的关系,(2）测量,利用定义利用平衡相对湿度的概念aW100=相对湿度具体方法参考 Food engineering properties  M.M.A.Mao,2. 水分活度对食品的影响,大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、化学反应等）与水分活度是紧密相关的。（1）水分活度与微生物生长的关系  p15 图1-1-1；（2）干制对微生物的影响  p18（3）水分活度与酶反应和化学反应的关系见 食品化学P,思考题,水分活度概念水分活度对微生物的影响水分活度对酶及其它反应的影响,3. 食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系,水分吸附等温线的认识温度对水分吸附等温线的影响水分吸附等温线的应用以珍味鱼干、小麦干制等为例说明,4. 对食品干制的基本要求,原料质量操作环境原料预处理干制后食品的水分,干藏原理,将食品中的水分活度降到一定程度，使食品能在一定的保质期内不受微生物作用而腐败，同时能维持一定的质构不变即控制生化反应及其它反应。,如果干制食品发生腐败变质,原因1. 微生物污染（霉变），是否水分活度不足以控制微生物2. 脂肪蛤败3. 虫害,思考题,1. 水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？简述干藏原理2. 在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什么原因，如何控制？,第二节 食品液体的浓缩,浓缩方式膜浓缩蒸发冷冻浓缩,不同浓缩方式的比较,表1 不同浓缩方法的能量效率和浓缩程度,一、膜浓缩,种类与应用膜浓缩主要采用反渗透与超滤两种反渗透主要用于分离水与低分子量溶液，这些溶液具有高渗透压。超滤用于从高分子量物料（如蛋白质、多糖）中分离低分子量物料。,2. 反渗透的原理,3. 超滤的原理,与反渗透类似，驱动力也是渗透压与外加压力的差。差别是超滤不能截留低分子量物料，但反渗透可以。,4. 膜,反渗透膜通常采用醋酸纤维、聚丙烯晴、聚酰胺、聚亚酰胺等具有高度稳定性和高强度并具有要求通透性的材料超滤膜通常采用聚砜、聚酰胺、聚氧乙烯、聚碳酸酯、聚酯、刚性醋酸酯等材料结构通常有两种一种为微孔膜主要用于卷式、板式和管式膜；另一种为中空纤维膜，用于中空纤维系膜系统。,5. 设备,6.膜浓缩的应用,在处理稀溶液时反渗透可能是最经济的浓缩方式。在食品工业中最大的商业化应用是乳清浓缩，其他还包括蒸发前果汁的浓缩柠檬酸、咖啡、淀粉糖浆、天然提取物乳清脱盐（但保留糖）纯化水,超滤的最大应用也是乳制品行业，如预浓缩，选择性脱乳糖或脱盐，分离功能性成分。其它应用包括：酶、其它蛋白质或多糖的分离、浓缩除菌酿造工业果汁澄清反渗透之前的预处理,例1 乳清分离过程中超滤、反渗透的应用,例2 Camenbert干酪制造过程中超滤、反渗透的应用,例3 苹果汁澄清常规方法A与膜处理方法B的比较,A,B,思考题,膜分离的种类主要有哪些？各自的分离范围和原理是什么？举例说明膜浓缩的应用。假设一食品体系中含有大分子的多糖（分子量大于10万），蛋白质（分子量5万左右），低分子多肽，低聚糖（聚合度小于10），单糖和矿物质，请问如何分离并浓缩？,二、蒸发,蒸发原理传热与传质热量与质量的平衡原理影响传热因素（温差、传热面沉淀、界面膜,2. 影响蒸发经济性的因素,由于发泡和夹带等引起的物料损失能量消耗，减少能量消耗的方法二次蒸汽再压缩二次蒸汽再加热多效蒸发（多效系统的数量取决于节省的能量与操作费用的增加比较）,表 不同蒸发方式的蒸汽消耗,3. 蒸发设备,4. 蒸发对食品的影响,风味风味物质损失解决方法包括A将浓缩物与部分新鲜物料混合，以提高风味；B风味物质回收风味劣变颜色加深营养物质损失,表 在浓缩和UHT杀菌乳中的维生素损失,5. 蒸发设备的选择,操作能力物料需要浓缩的程度物料的热敏性是否需要回收风味物质清洁的容易程度操作的方便性相对于蒸发能力的蒸发器大小相对于蒸发能力和产品质量的操作费用,三 冷冻浓缩,冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。采用冷冻浓缩方法，溶液在浓度上是有限度的（溶质浓度不能超过低共熔浓度）。操作包括两个步骤，首先是部分水分从水溶液中结晶析出，而后将冰晶与浓缩液加以分离。特别适合于热敏性食品的浓缩，避免芳香物质因加热所造成的挥发损失。,思考题,常用的浓缩方法有哪些？如何选择合理的浓缩途径？,第三节 干燥,一、 食品干制的基本原理,1. 食品水分的吸收和解吸,2. 食品干制过程特性（1）干燥曲线干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线干燥时，食品水分在短暂的平衡后，出现快速下降，几乎时直线下降，当达到较低水分含量时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后达到平衡水分。（2）干燥速率曲线随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值，然后稳定不变，此时为恒率干燥阶段，此时水分从内部转移到表面足够快，从而可以维持表面水分含量恒定，也就是说水分从内部转移到表面的速率大于或等于水分从表面扩散到空气中的速率（3）食品温度曲线初期食品温度上升，直到最高值湿球温度，整个恒率干燥阶段温度不变，即加热转化为水分蒸发所吸收的潜热（热量全部用于水分蒸发）在降率干燥阶段，温度上升直到干球温度，说明水分的转移来不及供水分蒸发，则食品温度逐渐上升。,曲线特征的变化主要是内部水分扩散与表面水分蒸发或外部水分扩散所决定食品干制过程特性总结：干制过程中食品内部水分扩散大于食品表面水分蒸发或外部水分扩散，则恒率阶段可以延长，若内部水分扩散速率低于表面水分扩散，就不存在恒率干燥阶段。外部很容易理解，取决于温度、空气、湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢？,二、干燥机制,温度梯度                                              表面水分扩散到空气中T                    T-T 内部水分转移到表面M-M M水分梯度                          Food  H2O,干制过程中潮湿食品食品表面水分受热后首先有液态转化为气态，即水分蒸发，而后，水蒸气从食品表面向周围介质扩散，此时表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在水分梯度。水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散，亦即是从内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性。,同时，食品在热空气中，食品表面受热高于它的中心，因而在物料内部会建立一定的温度差，即温度梯度。温度梯度将促使水分（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为导湿温性。,1. 导湿性,水分梯度若用W绝 表示等湿面湿含量或水分含量（kg/kg干物质），则沿法线方向相距n的另一等湿面上的湿含量为W绝+ W绝 ，那么物体内的水分梯度grad W绝  则为：grad W绝= lim （ W绝 /n）=   W绝/    n                         n   0W绝 物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克） n 物料内等湿面间的垂直距离（米）,n,grad W绝,I,图 湿度梯度影响下水分的流向,W绝+ W绝,W绝,导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得：     i水= -K0（  W绝/    n）= -K0 W绝千克/米2小时其中： i水 物料内水分转移量，单位时间内单位面积                        上的水分转移量（kg/kg干物质米2小时）             K 导湿系数（米2小时）            0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量                         （kg干物质/米2 ）          W绝 物料水分（kg/kg干物质）水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所以式中带负号。,需要注意的一点是：,导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的，它随着物料温度和水分而异。,物料水分与导湿系数间的关系,K值的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段时，排除的水分基本上为渗透水分，以液体状态转移，导时系数稳定不变（DE段）；再进一步排除毛细管水分时，水分以蒸汽状态或以液体状态转移，导湿系数下降（CD段）；再进一步为吸附水分，基本上以蒸汽状态扩散转移，先为多分子层水分，后为单分子层水分。,导湿系数K（m2/h）,物料水分W绝（kg/kg绝干物质）,A,C,D,E,图物料水分和导湿系数间的关系 吸附水分   毛细管水分 渗透水分,导湿系数与温度的关系,图的启示：若将导湿性小的物料在干制前加以预热，就能显著地加速干制过程。因此可以将物料在饱和湿空气中加热，以免水分蒸发，同时可以增大导湿系数，以加速水分转移。,导湿系数（K102）,K102=(T/290)14,温度（）,图  硅酸盐类物质温度和导湿系数的关系,2. 导湿温性,在对流干燥中，物料表面受热高于它的中心，因而在物料内部会建立一定的温度梯度。温度梯度将促使水分（不论液态或气态）从高温处向低温处转移。这种现象称为导湿温性。,导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象。,高温将促使液体粘度和它的表面张力下降，但将促使蒸汽压上升，而且毛细管内水分还将受到挤压空气扩张的影响。结果是毛细管内水分将顺着热流方向转移。,T,T+T,T/   n,i,内,表面,图 温度梯度下水分的流向,n,导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成正比。,它的流量可通过下式计算求得：i温= -K0（  T/    n）其中： i温 物料内水分转移量，单位时间内单位面积                        上的水分转移量（kg/kg干物质米2小时）             K 导湿系数（米2小时）            0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量                         （kg干物质/米2 ）           湿物料的导湿温系数（1/，或kg/kg干物质）,导湿温系数就是温度梯度为1/米时物料内部能建立的水分梯度，即,W          T= -                  n           n导湿温性和导湿性一样，会因物料水分的差异（即物料和水分结合状态）而异。,导湿温性（1/）,O,A,B,物料水分W（%）,干制过程中，湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在，因此，水分流动的方向将由导湿性和导湿温性共同作用的结果。,以上我们讲的都是热空气为加热介质。,若是采用其它加热方式，则干燥速率曲线将会变化。,思考题,1. 干燥机制2. 预测微波干燥的干制过程特性3. 如果想要缩短干燥时间，该如何从机制上控制干燥过程？,3、影响干制的因素,干制过程就是水分的转移和热量的传递，即温湿传递，对这一过程的影响因素主要取决于干制条件（由干燥设备类型和操作状况决定）以及干燥物料的性质。,1. 干制条件的影响,A. 温度  对于用空气作为干燥介质时，提高空气温度，干燥加快。由于温度提高，传热介质和食品间的温差越大，热量向食品传递的速率越大，水分外逸速率因而加速。对于一定湿度的空气，随着温度的提高，空气相对饱和湿度下降，这会使水分从食品表面扩散的驱动力更大。另外，温度高，水分扩散速率也加快，使内部干燥也加速注意：若以空气作为加热介质，温度并非主要因素，因为食品内水分以水蒸汽状态从它表面外逸时，将在其表面形成饱和水蒸汽层，若不及时排除掉，将阻碍食品内水分进一步外逸，从而降低了水分的蒸发速度，故温度的影响也将因此而下降。,B 空气流速,空气流速加快，食品干燥速率也加速。不仅因为热空气所能容纳的水蒸气量将高于冷空气而吸收较多的水分；还能及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走，以免阻止食品内水分进一步蒸发；同时还因和食品表面接触的空气量增加，而显著加速食品中水分的蒸发。,C 空气相对湿度,脱水干制时，如果用空气作为干燥介质，空气相对湿度越低，食品干燥速率也越快。近于饱和的湿空气进一步吸收水分的能力远比干燥空气差。饱和的湿空气不能在进一步吸收来自食品的蒸发水分。脱水干制时，食品的水分能下降的程度也是由空气湿度所决定。食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态。干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各种食品的吸湿等温线上寻找。,D 大气压力和真空度,操作条件对于干燥的影响,E  蒸发和温度,干燥空气温度不论多高，只要由水分迅速蒸发，物料温度一般不会高于湿球温度。若物料水分下降，蒸发速率减慢，食品的温度将随之而上升。脱水食品并非无菌。,（2）. 食品的性质的影响A 表面积,B 组分定向C 细胞结构D 溶质的类型和浓度,4、合理选用干制工艺条件,食品干制工艺条件主要由干制过程中控制干燥速率、物料临界水分和干制食品品质的主要参变数组成。比如。以热空气为干燥介质时，其温度、相对湿度和食品的温度时它的主要工艺条件。最适宜的干制工艺条件为：使干制时间最短、热能和电能的消耗量最低、干制品的质量最高。它随食品种类而不同。,如何选用合理的工艺条件：,使食品表面的蒸发速率尽可能等于食品内部的水分扩散速率，同时力求避免在食品内部建立起和湿度梯度方向相反的温度梯度，以免降低食品内部的水分扩散速率。恒率干燥阶段，为了加速蒸发，在保证食品表面的蒸发速率不超过食品内部的水分扩散速率的原则下，允许尽可能提高空气温度。降率干燥阶段时，应设法降低表面蒸发速率，使它能和逐步降低了的内部水分扩散率一致，以免食品表面过度受热，导致不良后果。干燥末期干燥介质的相对湿度应根据预期干制品水分加以选用。,三  干制对食品品质的影响,1. 干制过程中食品的主要变化（1）物理变化干缩表面硬化多孔性热塑性,（2）化学变化,营养成分蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素色素色泽随物料本身的物化性质改变（反射、散射、吸收传递可见光的能力）天然色素：类胡萝卜素、花青素、叶绿素褐变风味引起水分除去的物理力，也会引起一些挥发物质的去处热会带来一些异味、煮熟味防止风味损失方法：芳香物质回收、低温干燥、加包埋物质，使风味固定,2. 干制品的复原性和复水性,干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标。干制品的复原性就是干制品重新吸收水分后在重量、大小和性状、质地、颜色、风味、结构、成分以及可见因素（感官评定）等各个方面恢复原来新鲜状态的程度干制品的复水性：新鲜食品干制后能重新吸回水分的程度，一般用干制品吸水增重的程度来表示复水比：P109复重系数：,食品的干制方法的选择,干制时间最短、费用最低、品质最高选择方法时要考虑：不同的物料物理状态不同：液态、浆状、固体、颗粒性质不同：对热敏感性、受热损害程度、对湿热传递的感受性最终干制品的用途消费者的要求不同,四、 食品的干制方法,干制方法可以区分为自然和人工干燥两大类自然干制：在自然环境条件下干制食品的方法：晒干、风干、阴干人工干制：在常压或减压环境重用人工控制的工艺条件进行干制食品，有专用的干燥设备人工干制：空气对流干燥设备、真空干燥设备、滚筒干燥设备 （P50）,一、空气对流干燥,空气对流干燥时最常见的食品干燥方法，这类干燥在常压下进行，食品也分批或连续地干制，而空气则自然或强制地对流循环。流动的热空气不断和食品密切接触并向它提供蒸发水分所需的热量，有时还要为载料盘或输送带增添补充加热装置采用这种干燥方法时，在许多食品干制时都会出现恒率干燥阶段和降率干燥阶段。因此干制过程重控制好空气的干球温度就可以改善食品品质。,1. 柜式干燥设备,特点：间歇型，小批量、设备容量小、操作费用高操作条件：空气温度<94，空气流速2-4m/s适用对象果蔬或价格较高的食品或作为中试设备，摸索物料干制特性，为确定大规模工业化生产提供依据,2. 隧道式干燥设备,一些定义：高温低湿空气进入的一端热端低温高湿空气离开的一端冷端湿物料进入的一端湿端干制品离开的一端干端热空气气流与物料移动方向一致顺流热空气气流与物料移动方向相反逆流,（1）逆流式隧道干燥设备,湿端即冷端，干端即热端湿物料遇到的是低温高湿空气，虽然物料含有高水分，尚能大量蒸发，但蒸发速率较慢，这样不易出现表面硬化或收缩现象，而中心有能保持湿润状态，因此物料能全面均匀收缩，不易发生干裂适合于干制水果干端处食品物料已接近干燥，水分蒸发已缓慢，虽然遇到的是高温低湿空气，但干燥仍然比较缓慢，因此物料温度容易上升到与高温热空气相近的程度。此时，若干物料的停留时间过长，容易焦化，为了避免焦化，干端处的空气温度不易过高，一般不宜超过66-77。由于在干端处空气条件高温低湿，干制品的平衡水分将相应降低，最终水分可低于5%,注意问题,逆流干燥，湿物料载量不宜过多，因为低温高湿的空气中，湿物料水分蒸发相对慢，若物料易腐败或菌污染程度过大，有腐败的可能。载量过大，低温高湿空气接近饱和，物料增湿的可能,（2）顺流隧道式干燥,湿端即热端， 冷端即干端湿物料与干热空气相遇，水分蒸发快，湿球温度下降比较大，可允许使用更高一些的空气温度如80-90，进一步加速水分蒸干而不至于焦化。干端处则与低温高湿空气相遇，水分蒸发缓慢，干制品平衡水分相应增加，干制品水分难以降到10%以下，因此吸湿性较强的食品不宜选用顺流干燥方式。顺流干燥，国外报道只用于干制葡萄。,（3）双阶段干燥,顺流干燥：湿端水分蒸发率高逆流干燥：后期干燥能力强双阶段干燥：取长补短特点：干燥比较均匀，生产能力高，品质较好用途：苹果片、蔬菜（胡萝卜、洋葱、马铃薯等）现在还有多段式干燥设备，有3，4，5段等，有广泛的适应性。,3. 输送带式干燥,特点操作连续化、自动化、生产能力大,4. 气流干燥,用气流来输送物料使粉状或颗粒食品在热空气中干燥适用对象：水分低于35%40%的物料例糯米粉、马铃薯颗粒,5. 流化床干燥,使颗粒食品在干燥床上呈流化状态或缓慢沸腾状态（与液态相似）。适用对象：粉态食品（固体饮料，造粒后二段干燥）,6. 仓贮干燥,适用于干制那些已经用其他干燥方法去除大部分水分而尚有部分残余水分需要继续清除的未干透的制品。如将蔬菜半干制品中水分从1015%降到36%优点：比较经济而且不会对制品造成热损害。,7.泡沫干燥,工作原理：将液态或浆质态物料首先制成稳定的泡沫料，然后在常压下用热空气干燥。造泡的方法：机械搅拌，加泡沫稳定剂，加发泡剂特点：接触面大，干燥初期水分蒸发快，可选用温度较低的干燥工艺条件适用对象：水果粉，易发泡的食品。,8. 喷雾干燥,喷雾干燥就是将液态或浆质态的食品喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中进行脱水干燥过程设备主要由雾化系统、空气加热系统、干燥室、空气粉末分离系统、鼓风机等主要部分组成。,（1）常用的喷雾系统有两种类型,压力喷雾：液体在高压下（700-1000kPa）下送入喷雾头内以旋转运动方式经喷嘴孔向外喷成雾状，一般这种液滴颗粒大小约100-300m，其生产能力和液滴大小通过食品流体的压力来控制。离心喷雾：液体被泵入高速旋转的盘中（5000-20000rpm），在离心力的作用下经圆盘周围的孔眼外逸并被分散成雾状液滴，大小10-500m。,二、滚筒干燥,特点：可实现快速干燥，采用高压蒸汽，可使物料固形物从3-30%增加到90-98%，表面湿度可达100-145，接触时间2秒-几分钟，干燥费用低，带有煮熟风味适用对象：浆状、泥状、液态，一些受热影响不大的食品，如麦片、米粉,三、真空干燥,基本结构：干燥箱、真空系统、供热系统、冷凝水收集装置特点：物料呈疏松多孔状，能速溶。有时可使被干燥物料膨化。适用于：水果片、颗粒、粉末，如麦乳精,四、冷冻干燥,冷冻干燥的条件：冻结方法：自冻法，预冻法冷冻干燥的温度变化初级干燥阶段二级干燥阶段冷冻干燥特点,思考题,干制条件主要有哪些？他们如何影响湿热传递过程的？（如果要加快干燥速率，如何控制干制条件）影响干燥速率的食品性质有哪些？他们如何影响干燥速率？合理选用干燥条件的原则？食品的复水性和复原性概念,第三章 食品的热加工与杀菌,引言,热加工方法    1.  杀菌(sterilization) 將所有微生物及孢子，完全杀灭的加热处理方法，称为杀菌或绝对无菌法。要由于有些罐头食品内容物传热速度相当慢，可能需要几个小时甚至更长时间才能达到完全无菌，这时食品品质可能以劣变到无法食用。    2.  商業杀菌法(commercial sterilzation) 將病原菌、产毒菌及在食品上造成食品腐敗的微生物杀死，罐头内允许残留有微生物或芽孢，不过，在常溫无冷藏狀況的商业贮运过程中，在一定的保质期内，不引起食品腐败变质，这种加热处理方法称为商业灭菌法。,3.巴氏杀菌法(Pasteurization) 在100以下的加热介质中的低温杀菌方法，以杀死病原菌及无芽孢细菌，但无法完全杀灭腐败菌，因此巴氏杀菌产品没有在常温下保存期限的要求。 4.热烫(Blanching) 生鲜的食品原料迅速以热水或蒸气加热处理的方式，称为热烫。其目的主要为抑制或破坏食品中酶以及减少微生物数量。,第一节 热加工原理,一、罐头食品的腐败及腐败菌凡能导致罐头食品腐败变质的各种微生物都称为腐败菌。曾有人对日本市场销售的罐头食品进行过普查，在725只肉、鱼、蔬菜和水果罐头中发现有活菌存在的罐头各占20%、10%、8%、和3%。大多数罐头中出现的细菌为需氧性芽孢菌，曾偶尔在果蔬罐头中发现霉菌孢子，却未发现酵母菌。但这些罐头并未出现有腐败变质的现象。这主要是罐内缺氧环境抑制了它们生长繁殖的结果。若将这些罐头通气后培养，不久罐头就出现腐败变质现象。商业无菌若正常加工和杀菌的罐头，若在贮藏运输中发生变质时，就应该找出腐败的根源，采取根除措施。,事实表明，罐头食品种类不同，罐头内出现腐败菌也各有差异。各种腐败菌的生活习性不同，故应该不同的杀菌工艺要求。因此，弄清罐头腐败原因及其菌类是正确选择合理加热和杀菌工艺，避免贮运中罐头腐败变质的首要条件。,1. 食品pH值与腐败菌的关系,各种腐败菌对酸性环境的适应性不同，而各种食品的酸度或pH值也各有差异。根据腐败菌对不同pH值的适应情况及其耐热性，罐头食品按照pH不同常分为四类：低酸性、中酸性、酸性和高酸性在罐头工业中酸性食品和低酸性食品的分界线以pH4.6为界线。任何工业生产的罐头食品中其最后平衡pH值高于4.6及水分活度大于0.85即为低酸性食品。,表3-1 各种常见罐头食品的pH值,表3-2 罐头食品按照酸度的分类,罐头食品的这种分类主要取决于肉毒杆菌的生长习性。肉毒杆菌有A、B、C、D、E、F六种类型，食品中常见的有A、B、E三种。其中A、B类型芽孢的耐酸性较E型强。它们在适宜条件下生长时能产生致命的外毒素，对人的致死率可达65%。肉毒杆菌为抗热厌氧土壤菌，广泛分布于自然界中，主要来自土壤，故存在于原料中的可能性很大。罐头内的缺氧条件又对它的生长和产毒颇为适宜，因此罐头杀菌时破坏它的芽孢为最低的要求。pH值低于4.6时肉毒杆菌的生长就受到抑制，它只有在pH大于4.6的食品中才能生长并有害于人体健康。故肉毒杆菌能生长的最低pH值成为两类食品分界的标准线。,在低酸性食品中尚存在有比肉毒杆菌更耐热的厌氧腐败菌如P.A.3679生芽梭状芽孢杆菌的菌株，它并不产生毒素，常被选为低酸性食品罐头杀菌时供试验的对象菌。如此确定的杀菌工艺条件显然将有进一步提高罐头杀菌的可靠性。不过在低酸性食品中尚有存在抗热性更强的平酸菌如嗜热脂肪芽孢杆菌，它需要更高的杀菌工艺条件才会完全遭到破坏。另外，由于中酸性食品的杀菌强度要求与低酸性食品的要求相同，因此它也被并入低酸性食品一类。,食品严重污染时某些腐败菌如酪酸菌和凝结芽孢杆菌在pH低于3.7时仍能生长，因此pH3.7就成为这两类食品的分界线。酸性食品中常见的腐败菌有巴氏固氮梭状芽孢杆菌等厌氧芽孢菌，其耐热性比低酸性食品中的腐败菌要差得多。高酸性食品中出现的主要腐败菌为耐热性较低的耐酸性细菌、酵母和霉菌，但是热力杀菌时该类食品中的酶比腐败菌显示出更强的耐热性，所以酶的钝化为其加热的主要问题。例如酸黄瓜罐头杀菌就是这样。食品中常见腐败菌见表P386-390,2. 常见的罐头食品腐败变质的现象和原因,罐头食品贮运过程中常会出现胀罐、平盖酸坏、黑变和发霉等腐败变质的现象。此外还有中毒事故。（1）胀罐原因出现细菌性胀罐的原因,低酸性食品胀罐时常见的腐败菌大多数属于专性厌氧嗜热芽孢杆菌。厌氧嗜温芽孢菌。酸性食品胀罐时常见的有专性厌氧嗜温芽孢杆菌如巴氏固氮芽孢杆菌、酪酸梭状芽孢杆菌等解糖菌，常见于梨、菠萝、番茄罐头中。高酸性食品胀罐时常见的有小球菌以及乳杆菌、明串珠菌等非芽孢菌。,（2）平盖酸坏,外观正常，内容物变质，呈轻微或严重酸味，pH可能可以下降到0.1-0.3导致平盖酸坏的微生物称为平酸菌，平酸菌常因受到酸的抑制而自然消失，即使采用分离培养也不一定能分离出来。平酸菌在自然界中分布很广。糖、面粉及香辛料是常见的平酸菌污染源。低酸性食品中常见的平酸菌为嗜热脂肪芽孢杆菌酸性食品中常见的平酸菌为凝结芽孢杆菌，它是番茄制品中重要的腐败变质菌。,（3）黑变或硫臭腐败,在细菌的活动下，含硫蛋白质分解并产生唯一的H2S气体，与罐内壁铁发生反应生成黑色硫化物，沉积于罐内壁或食品上，以致食品发黑并呈臭味原因是致黑梭状芽孢杆菌的作用，只有在杀菌严重不足时才会出现。,（4）发霉,一般不常见。只有在容器裂漏或罐内真空度过低时才有可能在低水分及高浓度糖分的食品表面生长,（5）产毒,如肉毒杆菌、金黄色葡萄球菌等从耐热性看，只有肉毒杆菌耐热性较强，其余均不耐热。因此，为了避免中毒，食品杀菌时必须以肉毒杆菌作为杀菌对象加以考虑,思考题,低酸性食品和酸性食品的分界线是什么？为什么？罐头食品主要有哪些腐败变质现象？罐头食品腐败变质的原因有哪些？,二、微生物的耐热性,微生物对热的敏感性常受各种因素的影响，如种类、数量、环境条件等鉴定微生物的死亡，常以它是否失去了繁殖与变异能力为标准。,1. 影响微生物耐热性的因素,（1）菌种与菌株菌种不同、耐热性不同同一菌种，菌株不同，耐热性也不同正处于生长繁殖的细菌的耐热性比它的芽孢弱各种芽孢中，嗜热菌芽孢耐热性最强，厌氧菌芽孢次之，需氧菌芽孢最弱。同一种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培育条件、贮存环境的不同而异,（2）热处理前细菌芽孢的培育和经历,生物有抵御周围环境的本能。食品污染前腐败菌及其芽孢所处的生长环境对他们的耐热性有一定影响在含有磷酸或镁的培养基种生长出的芽孢具有较强的耐热性；在含有碳水化合物和氨基酸的环境中培养芽孢的耐热性很强；在高温下培养比在低温下喂养形成的芽孢的耐热性要强菌龄与贮藏期也有一定影响,（3）热处理时介质或食品成分的影响,酸度对大多数芽孢杆菌来说，在中性范围内耐热性最强，pH低于5时细菌芽孢就不耐热，此时耐热性的强弱受其它因素控制因此人们在加工一些蔬菜和汤类时常常添加酸，适当提高内容物酸度，以降低杀菌温度和时间，保存食品品质和风味。,98.9,121.1,110,图3-1 加热介质pH对芽孢耐热性的影响,糖高浓度的糖液对受热处理的细菌的芽孢有保护作用,图3-2 糖对细菌耐热性的影响,盐的影响通常食盐的浓度在4%以下时,对芽孢的耐热性有一定的保护作用,而8%以上浓度时,则可削弱其耐热性.这种削弱和保护的程度常随腐败菌的种类而异.食品中其它成分的影响淀粉对芽孢没有直接影响蛋白质如明胶、血清等能增强芽孢的耐热性脂肪和油能增强细菌芽孢耐热性的作用如果食品中加入少量的杀菌剂和抑制剂也能大大减弱芽孢的耐热性,（4）热处理温度,热处理温度越高，杀死一定量腐败菌芽孢所需要的时间越短。,图3-3 不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线,表3-3  热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时间的影响,（5）原始活菌数,腐败菌或芽孢全部死亡所需要的时间随原始菌数而异，原始菌数越多，全部死亡所需要的时间越长。因此罐头食品杀菌前被污染的菌数和杀菌效果有直接的关系。,表3-4 原始菌数和玉米罐头杀菌效果的关系,注意,微生物在热力作用下的死亡特性既然是各种因素综合影响的结果，那么，对腐败菌耐热性作比较时就应指出比较时所处的条件。利用某对象菌耐热性作为确定某罐头食品的杀菌程度时，测定对象菌耐热性所处的条件和环境应和该罐头食品所含成分基本一致。,2. 有关细菌耐热性的特性,（1）热力致死速率曲线或活菌残存数曲线微生物及其芽孢的热处理死亡数是按指数递减或按对数循环下降的。若以纵坐标为物料单位值内细胞数或芽孢数的对数值，以横坐标为热处理时间，克得到一直线热力致死速率曲线或活菌残存数曲线,图3-4 热力致死速率曲线,D,D,D,D,D,D,（2）D值,图3-4表明，直线横过一个对数循环时所需要的时间（分钟）就是D值（Decimal reduction time）。也就是直线斜率的倒数。直线斜率实际反映了细菌的死亡速率。D值的定义就是在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌数群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时间。,D值越大，细菌的死亡速率越慢，即该菌的耐热性越强。因此D值大小和细菌耐热性的强度成正比。注意：D值不受原始菌数影响D值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异。,表3-5 瞬间加热和冷却条件下单位时间为D时的细菌死亡速率,从表3-5可以看出，从5D以后，为负指数，也就是说有1/101/10000活菌残存下来的可能。细菌和芽孢按分数出现并不显示，这只是表明理论上很难将活菌完全消灭掉。实际上，这应该从概率的角度来考虑，如果100支试管中各有1ml悬浮液，每ml悬浮液中仅含有1个芽孢，经过5D处理后，残存菌数为10-1，即1/10活10100，也就是100支试管中可能有90支不再有活菌存在，而10支尚有活菌的可能。,D值可以根据图3-4中直线横过一个对数循环所需的热处理时间求得。当然也可以根据直线方程式求得，因为它为直线斜率的倒数，即：                 tD=        log a log b,例：100热处理时，原始菌数为1104，热处理3分钟后残存的活菌数是1101，求该菌D值。                            3D=                                                 = 1.00         log1.0 104 log1.010即D 100 或D110=1.00,（3）热力致死时间曲线（TDT曲线）,Thermal Death Time：热力温度保持恒定不变，将处于一定条件下的悬浮液或食品中某一菌种的细胞或芽孢全部杀死所必需的最短热处理时间。,图3