营养师课件食品加工工艺.ppt

4 1 1平衡浓缩平衡浓缩是指利用两相分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离方法 如冷冻浓缩和蒸发浓缩 冷冻浓缩是利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系 即利用合适的固液平衡条件 使溶剂 水 以冰的形式从溶液中结晶析出 并将其从液相中分离出去而使溶液浓缩 蒸发浓缩是利用溶质和溶剂挥发度的差异 用加入热能的方法使溶剂汽化 而溶质则为非挥发性的 从而获得一个有利的气液平衡条件 达到分离的目的 冷冻浓缩和蒸发浓缩两相都是直接接触的 故称为平衡浓缩 4 1 2非平衡浓缩非平衡浓缩是利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程 两相用膜隔开 在不同的推动力的作用下 有选择的让某些分子通过 使溶液中不同的溶质和成分分离 故也称为膜分离 分离不是靠两相直接接触而进行的 故属于非平衡浓缩 4 2蒸发浓缩 蒸发是利用溶质和溶剂之间的挥发性 当溶液中溶质的挥发性较小 而溶剂具有较明显的挥发性时 采用加热的方法使溶剂汽化 从而使溶液浓缩 4 2 1特点 料液的性质对蒸发有很大影响 特别是食品多属生物系统的物料 比一般化工上遇到的物料更为复杂多变 食品物料的蒸发浓缩具有以下几方面的特点 1 热敏性生物系统的物料多由蛋白质 脂肪 糖类 维生素以及其它许多色 香 味等成分组成 这些成分在高温下或长期受受热时要遭到破坏 变性 氧化等作用 所以许多食品的蒸发要严格考虑加热时间和加热温度 加热时间和加热温度是不可分割的 低温短时 主要是尽可能的保证食品的品质 而 高温短时 则主要是为了提高生产效率 2 结垢性蛋白质 糖和果胶受热后会发生变性 焦化和结块等现象 因为传热面附近的温度最高 所以较容易发生 结垢形成以后 将严重影响传热速率 甚至产生安全性问题 解决结垢问题的积极措施是提高液速 经验证明 提高液速可显著减轻污垢的形成 另外 可采用电磁防垢 化学防垢等方法 对不可避免的结垢问题 必须有严格的清理措施 3 黏稠性 许多食品因寒有丰富的蛋白质 糖分 果胶等成分 其黏稠性较高 蒸发过程中 溶液的黏稠性随浓度而增加 流动性下降 严重的防碍了加热面的传导 因此 对于黏性制品的蒸发一般采用由外力强制的循环或搅拌措施 4 泡沫性 含蛋白质较多的食品物料有较大的表面张力 蒸发沸腾时泡沫较多 且较稳定 容易使液料随蒸气进入冷凝器 造成料液流失 泡沫的形成与界面张力有关 界面张力发生在蒸气 过热液体和悬浮固体之间 固体在造成泡沫时起核心作用 一般可以使用表面活性剂以控制泡沫的形成 也可以利用各种机械装置以消除泡沫 5 腐蚀性 一些酸性食品如蔬菜 果汁 在蒸发浓缩时容易发生蒸发器的腐蚀 对于食品 即使是轻度的腐蚀所引起的污染也往往使产品不合格 因此 用于酸性食品的蒸发器需要选用耐腐蚀且导热性能好的材料 在结构形式上采用方便更换的型式 如枸杞酸液的浓缩可采用不透性石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器等 6 易挥发性成分 不少液体食品含有芳香成分和风味成分 其挥发性比水大 料液蒸发时 这些成分将随蒸气一起溢出 影响浓缩制品的质量 低温浓缩虽然可减少香味成分的损失 但更完善的方法是采取回收措施 回收后再掺入制品中 4 2 2单效蒸发与多效蒸发 蒸发过程的二次蒸气直接冷凝不再利用的称为单效蒸发 若干个蒸发器串联起来 将前一个蒸发器产生的二次蒸气引入后一个蒸发器的加热室作为热源 就称为多效蒸发 蒸发可在常压 真空或加压下进行 在食品工业中常常采用真空蒸发 常压蒸发采用开放式设备 真空或加压蒸发采用密闭设备 1 单效蒸发 单效蒸发的特点是容易操作控制 可依据物料的黏稠性 热敏性等控制蒸发温度和速率 但是 单效蒸发的物料在蒸发器内停留时间较长 容易导致热敏性成分的破坏 且物料在不断浓缩 其沸点也随着浓度的提高而提高 黏稠度不断变化 需要合理选择和控制蒸发温度 另外 液层静压效应可导致液层局部沸腾温度高于液面上的沸腾温度 同时因料液黏稠度不断增大 料液湍动效 更加增大温差 引起局部结垢 焦化 严重影响热传导 2 多效蒸发 事实上 多效蒸发的能量利用率提高是有代价的 将单效与多效相比 如果单效的传热面积与双效每效的面积相同时 由于单效的传热温差是双效传热温差的一倍 故单效蒸发的传热量 等于双效中每效的传热量之和 从而单效的蒸发量就大致等于双效的全部蒸发量 因此 尽管多效具有热能利用的经济性 但是在给定的总操作条件下 与单效相比 生产能力并没有提高 4 2 3蒸发浓缩过程香味的保护与回收 1 采用低温蒸发浓缩设备 减少香味成分的挥发 2 采用短时蒸发浓缩设备 3 蒸馏法回收 4 浆液浓缩工艺 4 3冷冻浓缩 4 3 1原理冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液平衡原理的一种浓缩方法 即将溶液的部分溶剂以冰的形式析出 并将其从液相中分离出去从而使料液浓缩 冷冻浓缩的操作步骤包括两个过程 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 结晶和分离两个操作步骤可以在同一设备或不同设备中进行 4 3 2特点 1 优点在冷冻浓缩过程中 溶液中水分的排除是靠溶液到冰晶的相际传递 避免了加热蒸发 从而减少了挥发性物质的和易变性物质的损失 因而比较适用于热敏性物料 生物制药 中草药及对色 香 味均有较高要求的饮料等的浓缩 由于冷冻浓缩具有独特的优越性 其制品品质将优于蒸发浓缩和膜浓缩 2 缺点 冷冻浓缩也存在不可避免的缺点 主要包括 1冷冻浓缩受溶液浓度的限制 而且冰晶与浓缩液可能分离的程度也影响浓缩的效果 一般而言 溶液黏度越高 分离就越困难 2冷冻加工过程中 细菌和酶的活性得不到抑制 所以制品还必须再经热处理或加以冷冻保藏 3冷冻过程中会造成不可避免的溶质损失且成本高 4 3 3冷冻过程中的结晶过程 冷冻浓缩中的结晶过程为溶剂的结晶 通常规的溶质结晶操作一样 被浓缩的溶液中的水分也是利用冷却除去结晶热的方法使其结晶析出 冷冻浓缩的结晶过程可在多种设备中进行 包括管式 板式 搅拌夹套式等热交换器以及真空结晶器 内冷转鼓式结晶器 带式冷却结晶器等设备 工业结晶操作中 最终晶体数量和粒度可利用结晶操作的条件来控制 一般缓慢冷却时产生数量少的大晶体 快速冷却则产生数量多的小晶体 食品工业上 冷冻浓缩过程的结晶方式有两种 一种是发生在搅拌的冰晶悬浮液中 称为悬浮冻结 另一种是在管式 板式 内冷转鼓式结晶器以及带式设备中进行的 称为层状冻结 这两种结晶形式在晶体成形上有显著差别 4 4膜浓缩 膜浓缩是一种使用半透膜的浓缩方法 如果半透膜只允许溶剂的通过 把溶质截留下来 使溶液获得浓缩 此过程称为膜浓缩 膜浓缩不涉及加热 故特别适合热敏性食品成分的浓缩 与蒸发浓缩和冷冻浓缩相比 膜浓缩不存在相变 耗能少 操作经济 且易连续进行操作 膜浓缩在咖啡 果汁 乳清蛋白等食品的浓缩中已经得到了成功的应用 4 4 1膜浓缩的种类以及原理 1 微滤 MF 利用孔径0 02 10um的多孔膜来过滤含有微粒的溶液 从而将微粒分离的过程 操作压强为0 1 0 5MPa 可以分离淀粉粒子 细菌等 2 超滤 UF 利用孔径1 0 20nm的半透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 超滤的推动力是压力差 在溶液侧加压 使溶剂透过膜而使溶液得到浓缩 超滤对大分子的截留作用是利用了筛分原理 其操作压强0 2 1 0MPa 可截留分子量为1000 1000000的大分子 主要用于大分子物质的分离 膜上表面活性层上孔的形状决定了截留效果 除了筛分作用 粒子在膜表面微孔内的吸附在膜孔中的阻塞也使大分子被截留 3 反渗透 是通过对溶液施加压力 克服溶液的渗透压 从而使溶剂通过半透膜而使溶液浓缩 主要用于海水淡化 4 电渗析 电渗析与超滤 反渗透具有共性的一面 都是利用半透膜使溶液中溶质和溶剂获得分离的操作 但是 它们之间也有区别 电渗析是在外电场的作用下 利用一种特殊的膜 称为离子交换膜 对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴 阳离子与其溶剂分离 溶液导电则是靠溶液中离子的迁移 离子浓度越高 溶液的导电性越强 电渗析就是利用含离子的溶液再通过时发生离子迁移这一特点而进行的 电渗析操作在工业上作为一项分离 浓缩和提纯的工艺的新技术 广泛应用于海水淡化 给水软化脱盐 工业用水的纯化处理 在食品工业上的应用 目前也主要集中在工业用水的纯化处理 4 4 2膜的分类 1 超滤膜与反渗透膜在反渗透和超滤的应用中 半透膜起着关键的作用 适用于食品加工的半透膜必须具有一定的要求 如能够在长期高流量操作下始终保持必要得分离能力 能够进行有效的卫生和消毒 具有较长的使用寿命等 超滤膜要求没有反渗透膜高 超滤膜的传递特性主要靠膜的物理结构 且在很大程度上不依靠膜的化学结构 所以用材范围广 超滤膜与反渗透膜相反 具有极高的水力渗透性 受压很少超过8个大气压 超滤膜的材料必须具有刚性 在使用温度下不产生蠕变现象 不能有明显为水所软化的塑性化现象 在水溶液中对水解和氧化不敏感 多用热塑性材料制造超滤膜 如聚丙烯 聚氯乙烯等 2 离子交换膜离子交换膜是电渗析中使用的具有离子交换性能的高分子材料制成的薄膜 它对阴 阳离子具有选择性透过的作用 其主要因为膜的空隙度和膜中能解离的离子基团的不同 离子交换膜按其选择性可分为阳离子交换膜 阴离子交换膜和两性离子交换膜 凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团的就是阳离子交换膜 能让阳离子透过 连接的是碱性活性基团的就是阴离子交换膜 能让阴离子通过 两性离子交换膜则是一种具有阳离子和阴离子交换剂 并使之混合而制成用物理方法不能区分的膜 4 5膜浓缩在食品工业中的利用 4 5 1膜分离在乳品工业中的应用利用膜分离对食品组分进行浓缩与提纯能够保留食品原有的风味物质 再加上膜分离过程无相变 无需加热 能耗低 物料再透过膜的迁移过程中无性质改变等特点 目前以广泛应用于乳品工业生产中 传统奶酪生产是将凝乳酶或发酵剂加入原料乳中 然后进行混合和凝固 使牛乳发生沉淀而分离出奶酪 此过程中会有25 的乳清蛋白 几乎全部的乳糖及大多数的维生素与矿物质存在于排放的乳清中 多年来 人们一直把乳清作为饲料或排入下水道 不但造成了很大的浪费 同时也造成了较严重的污水处理负担 超滤法制备乳清粉可以从乳清中分离出低分子的水 盐和乳糖 改善了浓缩物中蛋白乳糖 盐的比例 使乳清粉的质量比采用真空浓缩和喷雾干燥制得的有较为明显的改善和提高 4 5 2膜分离在果汁生产中的应用 反渗透方法可用于果汁的浓缩 而超滤主要应用于果汁的澄清 以普通蒸发法浓缩的果汁 在蒸发过程中 原果汁所含的水溶性芳香成分及维生素等营养成分几乎全部损失或被破坏 而当采用管式反渗透组件在10MPa的操作压强下处理橘子或苹果等果汁 可得到固形物损失率小于1 的浓缩果汁 浓度达40 其芳香物及维生素得到了很好的保存 4 5 3膜浓缩在其它方面的应用 在淀粉生产过程中会产生大量的废水 其中有许多可利用的物质 尤其是蛋白质 若直接排放这些废水 一方面是蛋白质资源的损失 另一方面则造成环境的污染 所以可采用膜分离技术进行蛋白质的回收 对酒及含酒精饮料的精制 采用超滤法能有效的去处酒中的酵母菌 杂菌及胶体等 采用反渗透法可以除去酒中得小分子沉淀物 从而改善酒的澄清度 并获得更好的保存性 5微波和远红外线加工技术 5 1食品微波加热技术5 1 1微波的性质微波是频率非常高的电磁波 又称为超高频波 频率大约从300MHz到300GHz 之所以称为微波 是因为其波长在1mm 1m 比普通的无线电波波长更微小 1GHz 103MHz 109Hz 普通家用微波炉使用的频率一般为2450MHz 而食品工业所使用的微波加热设备的频率则有915MHz和2450MHz两种 5 1 2微波的加热机理 食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的热效应 食品中的水分 蛋白质 脂肪 碳水化合物等都属于电介质 微波对它们的加热称作介电感应加热 dielectricheating 5 1 3微波加热的特性 1 选择加热性微波的选择性加热给微波加热的好处和坏处好处 1 加热效率高 节约能源 易控制 2 可用于较干燥的谷物杀灭害虫 坏处 微波的选择性加热是造成微波加热不均匀 runawayheating 的主要原因之一 2 微波的穿透性对于微波加热的好处和坏处好处 1 实现包装后食品的短时杀菌 2 加热时间短 干燥速度快 而且对有些食品还能起到特有的膨化效果 3 快速解冻 坏处 微波加热的穿透性是造成微波加热不均匀 runawayheating 的另一个主要原因之一 5 1 4微波加热在食品工业中的应用 1 在食品工业中采用微波加热技术的优缺点优点 1 加热 干燥速度快 所需时间短2 加热效率高3 加热过程具有自动平衡性能 4 物料加热均匀 产品质量高5 设备操作简单 适应性强 且占地面积小 工作环境良好缺点 微波加热最主要的缺点是电能消耗大 2 微波技术在食品工业中的应用情况及最新发展 1食品的解冻和软化国外已有使用915和2450MHz微波解冻设备进行食品的软化 解冻 见图6 1 6 2 4微波还可用于食品的杀菌消毒5微波用于焙烤与烘烤6微波用于食品物料的去壳去皮7微波用于动物油脂的熬制8微波用于酒类的陈化 5 1 5微波加热设备选用 微波加热设备的选择包括微波频率的选定及加热器形式的选用 图6 4 6 5为国外一些厂家现在正在使用的微波加热设备的外形图 图6 42450MHz 50 80kW流动式切块禽肉微波处理器 图6 5915MHz 60kW面食 酱料微波干燥器 5 1 6微波处理对食品营养成分的影响 已有研究报道 微波技术处理食品物料内维生素B1 维生素B2及维生素C的变化情况 以及微波处理过程中食品物料内维生素C 维生素E的变化 1 对蛋白质的影响微波处理对牛奶中蛋白质的影响并不大 对酱油中的氨基酸液无破坏分解作用 而且适当的微波处理还能提高大豆蛋白的营养价值 2 对食品中脂肪的影响 适当的微波处理不会破坏脂肪酸的营养价值 但处理时间过长或强度太高 可能引起脂肪酸的过氧化反应 大豆经微波处理后 其总脂含量明显增加 15种甘油三酯分子均未受到破坏 大豆脂肪酸组成在数量和质量上也无显著变化 3 微波处理对食品中碳水化合物的影响 食品中的碳水化合物在微波环境中会发生一系列的反应 如美拉得反应 糖的焦化等 微波处理的甘薯中乙醇溶性的碳水化合物总含量 还原糖类及糊精含量均比对流炉处理的甘薯少 而淀粉含量则恰好相反 4 微波处理对食品中维生素的影响 由于微波加热的时间短而效率高 十分有利于最大限度的保存食品中的维生素 有其对于维生素C等热敏性维生素的保存 1维生素C用微波对不同的维生素进行热处理 维生素C的含量几乎不受影响 蔬菜无水微波烹调与传统方法的比较表明 无水微波烹调更有利于维生素的保存 微波处理时间的长短对维生素的保存有较大影响 因此 在进行微波加热时应严格控制加热时间 保证维生