《农产品加工工程》PPT课件

第六章农产品加工工程,1概述,方便消费营养集中、可口卫生、易贮运等。提高使用价值例如，甘薯1200T，原值21.6亿元，加工为：,一、农产品的加工目的,、原料预处理剔选、分级、清选、脱壳、去皮。、尺寸减小切割、破碎。、分离分离出所需的物质，如榨油、复面等。、混合、杀菌加热。、发酵和酶处理改变物料的结构、风味等。,二、常用的工艺,2原料预处理,、选用的洗剂：洗涤剂、杀菌剂、热水等。、洗涤方法：根据物料特点、原料污染情况、投资条件选用的洗涤方法：,一、清理,（一）湿法清理（清洗）,注意：节约用水、减少污染。,（二）干法清理、洗涤方法：气流清选、电磁分离、筛分。、适用物料：主要用于尺寸较小、溶度较大、含水量低的物料。,、优点：,、缺点：需增加除尘设备。气流清选时，气流的速度一般应大于杂质的速度，小于被清选物料的“临界速度”。（见P14的内容）,物料的临界速度由以下经验公式求得：,参见P15,例1豌豆的平均值径,求,电磁分离：清理金属；对于有规则尺寸或形状的物料，可用筛分或其他方法分离杂质。,二、物料分选分级（按尺寸、形状、重量、颜色等物理特征）,分选的效率：,1、按尺寸和形状分选：平面筛谷物、豆类；圆筒筛蘑菇等；窝眼筒（盘）精选谷物（P157图62）；,需满足,辊轴（回转带）式分选机水果等直径较大的物料（图63）。,2、按重量分选：重量式分级机(1)移动式杠杆称由重量比较装置、滑轨、杠杆称、托盘等组成。(2)抛掷式分级机由抛掷机械手一个一个抛上，重的落点近，轻的落点远,3、按物料的光学特性分选：（1）色选机农产品颜色与成熟度、味道、糖分含量和维生素含量有关。具体方法如下：将一定波长的光（或电磁波）照射物料，根据反光强度鉴别。（如柑桔的黄和绿，对678nm的光反射差别大：黄反射强度高，绿反射强度低），用光电管作为反射光的传感器，将其转变为电流强度。,I=SRI电流强度；S测试系统的灵敏度；R反射率。,为了消除尺寸、形状和位置对S的影响，通常用两种波长的光照射，然后计算两电流的比值（I1/I2）、差值（I1-I2）或相对差值（I1-I1/I2）。I1/I2=S1R1/S2R2因为同一测试系统的S1=S2，故I1/I2=R1/R2。一般情况下，物料要先排成一行，逐个落入光箱进行鉴别。（P159图64）,(2)内部质量分选机物料吸收光线的特性。光学密度（opticaldensity）：OD=log(E1/E2)E1射向物料的光波密度；E2透过物料的光波密度。,即入射光量与反射光量（或透射光量）之比。,通常用透射率（或反射率）倒数的常用对数表示，又称吸光度。（见P26）用一定波长的光照射物料时，透光性越差，光密度值就越大。可用于鉴别农产品的成熟度及局部变质情况。检测玉米的酶变程度：波长L=800nm950nm检测大米的白度：波长L=600nm850nm检测桃子和苹果成熟度：分别波长L桃=700nm7400nm；L苹=600nm700nm为了消除尺寸、形状对测量精度的影响，可采用两波长所得的OD的差值进行鉴别。,3尺寸减小,物料破碎方式（原理）,一、概述,Kicks定律破碎需要的能量与尺寸减小程度成正比。,Rittings定律能耗与颗粒表面积的变化正比。,Bonds定律：,实践证明:Kicks定律适用于“粗破碎”；Rittings定律适用于“细破碎”（因为此时表面积大大增加）；Bonds定律在介于以上两者之间的情况下适用。,尺寸减小时，会引起：脂肪酸和维生素A氧化，使营养价值；果蔬切碎（或切片）时维生素C下降（黄瓜的VC下降78%）；色、香、味、滋味都会有些变化。,二、剪切式机械,1、有支撑切割的稳定夹持条件：,切割速度一般可降为2m/s左右；定、动刀片间隙为0.5mm左右，刃口厚度（锐利度），一般为10100m。,、无支撑切割切割速度一般20m/s，使物料因惯性力而具有一定的刚度，抵抗弯曲（而不至于被推倒）。、切割运动形式：刀片运动方向其刃口时，为砍切；刀片运动方向与刃口不垂直时，为滑切。切割时，通常刀片做往复运动或旋转运动，物料做进给运动；一些球形物料，在进给过程中还做旋转，遇到固定的刀片时被切割。液体中的颗粒进行超微粉碎称均质。高压的液流（1030Mpa），流速可达150200m/s，经过均质阀的间隙时（一般为0.1mm），受到强烈的剪切和撕裂而破碎。（P161图6-6）,1、普通粉碎（一般通过660目筛孔）（1）锤片式粉碎机：末端线速度7090m/s；筛子孔径为0.85mm。（2）齿爪式粉碎机：定动齿的间隙为3.5mm左右。2、微粉碎（可通过80170目筛孔）多为无筛式。常用的粉碎机为涡轮式粉碎机。包括叶轮、径向隔板、固定的齿板。叶轮转速为250021000r/min，产生涡流使物料摩擦、挤压，同时受到撞击、剪切作用。,三、撞击式的尺寸减小机械,3、超微粉碎（200325目）：成品粒度可达1,（1）机械式超微粉碎机：由叶片、圆柱或锥形磨套组成。（2）超音速气流喷射式粉碎机果品加工破碎浆果（d=35cm）榨汁（过大过小都降低出汁率）,1、主要部件砂轮磨片：36粒度的碳化硅或氧化镁金钢砂浇铸，有40%的气孔。钢磨片石磨陶瓷磨片：80年代初研制，密实、易清洗，生产率比砂轮高510%，产品可通过200目以上筛孔，粒度可达130,四、磨碎机械依靠外挤压和摩擦（可达80320目）,2、种类根据磨片形状有：平面磨、锥形磨和圆柱体磨，一般动、定磨片上有齿纹。其中圆柱体磨又称磨辊，成对使用，快慢速比2.5：1，且有齿形、齿数、排列、两辊间隙等要求。,机械分离的过程为剥壳、去皮、压榨、离心过滤等。1、剥壳去皮分离：根据各种皮、壳的特性、颗粒形状、大小及壳仁之间的附着情况不同，采用不同的方法：,4分离,一、机械分离,（1）碾搓法：两个橡胶辊、石碾稻谷壳、粟子等。砂轮马铃薯表皮搓掉。（2）撞击法：离心式剥壳机葵花籽的外壳撞击下来。（3）剪切法：（4）挤压法：转辊式破壳机核桃压碎。（5）化学法：NaOH桃子、猕猴桃外皮的除去。,生产率，完整性，损失,2、压榨分离（一般需先经过破碎）浸出法物料侵在溶剂中，提出可溶部分。（1）压榨法：油类：预先加热降低油的粘度和水分，增加润滑性的出油率。水汁类：施力较小，逐渐加力；或加入助榨剂（如稻壳），以便汁液的排除。影响出汁率（或出油率）的因素：原料的生长条件和成熟度；细胞壁的破坏情况；物料的变形阻力，物料层的厚度；,压力的增加速率、加压时间、最大压力的大小；物料的温度和汁液的粘稠度等。,压榨机的种类以及参数：批量式（如裹包式）连续式（螺旋式压榨机）：a、组成：螺旋轴（榨螺）和带孔的机筒（榨笼）或筛筒（榨汁时）；b、压缩比：含量，n时为6.87.5；含量，n时为7.514，最高为18。,c、榨螺转速n和出饼厚度：一般取n=60110r/min，=0.32mm。,萃取：在混合物中加入某种溶剂，利用各成分溶解度不同而将需要成分提出。,3、离心分离：常用于两种液相分离或将溶液中的固体分离出去（澄清）（离心力=mR2）。分离两种液相时，分界面圆柱的半径（根据图示，将书中公式作了修改）：,若为了得到重液则减小回转半径RaRn(分离时间。重液要经RbRa的距离，在机内停留时间轻液)要得到轻液增加RaRn、分离时间用于液、固分离（澄清）时：确保固体颗粒分离的液体流量按下公式计算：,（此式也用于计算最小可分离的Dmin）,离心机的分类：（1）按分离因数Fr=R2/g，依此分：a.常速离心机：Fr3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和物料的脱水；b.高速离心机：Fr=30005000，主要用于分离乳浊液和细粒悬浮液；c.超高速离心机：Fr5000，主要用于分离极不易分离的超微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液。,（2）按用途分：a.过滤式离心机转毂上有孔，过滤介质（布）；Fr不大，适于易过滤的悬浮液物料脱水；b.沉降式离心机转毂上无孔，靠离心力沉降颗粒；c.分离式离心机转毂上无孔，Fr3000，用于液相分离和悬浮液澄清。,（3）按操作方式分：a.间歇式离心机b.连续式离心机效率，结构复杂。,4、过滤,其中，滤饼可分为：可压缩的（酱油渣、豆腐渣）阻力、压力饼紧实度,不可压缩的（不变形滤渣如淀粉、土粒）流动阻力与滤饼两测压差和固体颗粒沉积速度无关。按过滤过程分：恒速过滤和恒压过滤当滤饼不可压缩时：,过滤基本公式：,Vc通过单位体积滤液后所沉积的滤饼体积；Vd将过滤介质想象为过滤开始前已有Vd体积的滤液通过后所沉积的滤饼，而折合成的滤液的“当量”体积。,a.恒速过滤的流量，由基本公式积分得：,Pt时刻过滤的介质两侧压力差（KPa）；V滤液的体积（m3）；滤浆粘度（Pas）；r滤饼比阻（1/m）；A过滤面积（m2）。,可用此式估算需要的压力差P。,b.恒压过滤时由基本公式积分得：,td对应于Vd所需要的过滤时间。滤饼可压缩时：,过滤机分类：（1）按动力不同：压力式过滤机压力泵真空式过滤机真空泵,（2）按结构：板框式压滤机叶式压滤机转筒真空式过滤机,微滤膜（MF）膜孔=0.052.0m，能阻留分子量20万100万的微粒；超微粒膜(UF)膜孔=0.00152.0m；能阻留分子量50050万的微粒；反渗透膜（RO）膜孔0.002m，可淡化海水（达85%以上的脱盐率）,二、膜分离,1、膜的类型,（1）根据孔径：,（2）根据膜的结构：板柜式膜中空纤维膜管式膜螺旋卷式膜、单位体积的表面积最小，目前使用较广（3）根据膜的材料：醋酸纤维膜耐酸、碱、温度和压力性能高分子聚合物膜应用最广。,陶瓷膜性能最好，耐各种PH值、400高温、5MPa以上压力（50个大气压）,2、名词定义：,（1）阻留分子量能被膜表面阻留下来的最小微粒的分子量。如澄清苹果汁的阻留分子量为5万。（2）渗透速率(V/m2h)单位膜面积、单位时间内通过液体体积。（常用蒸馏水的水通量来表示膜的透过性能）。液料膜透过液阻留液,（3）渗透压（表示）液体停止水的渗透所需施压的压力。,3、膜的工作机理：,分子扩散运动。,在膜的一侧，液料中的溶质形成浓度梯度（浓度最高的一层称为凝胶层）称为浓度极化；形成浓度极化后，凝胶层不再增厚。（即液料中溶质向膜面扩散的速度=凝胶层的溶质向液料中的扩散速度）膜两侧的压力差：,微滤和超滤膜：,反渗膜：,渗透压。（一般Pp较小，可以忽略）,膜的渗透速率：微滤和超滤膜：J=KA（c1/c2）(/m2h)K传质系数；A膜面积（m2）；C1浓度极化时，膜表面的溶质浓度（%）C2液料中溶质浓度（%）。反渗膜：J=KA（P2）K传质系数；A膜面积（m2）；=MRT（T为绝对温度）；M摩尔分子浓度（mol/m3）；R气体常数（KPa/molk）；T绝对温度。,作用：干燥分离水；浓缩分离水；能使蛋白质变性，沉淀后分离。复作用：破坏某些营养成分；能耗较高。1、干燥热空气、介电加热、辐射等方法：,三、热分离：,热空气干燥：,热空气,物料表面,内部,水分蒸发,蒸汽被空气带走,对流传热,传导、传热,吸热、升压,干燥过程：,初始恒湿阶段,恒速干燥阶段,降速干燥阶段,不再干燥,当达到湿球温度,临界温度,平衡水分,恒速干燥，热气流应满足的三个条件：适当高的干球温度；较低的相对湿度；较高的气流速度使气体膜厚度。影响干燥速度的因素：干燥机的特性干球温度、相对湿度、流速、表面换热系数等。食品特性湿度、表面积与体积的比值、成分（脂肪干得慢）、状态（带皮否、厚度等）。传热和传质的计算式：,传热速率：,(空气向湿沙布的传热速率),质量的变化,(沙布中水分向空气的传质速率),在恒速干燥阶段（湿球处的热量达平衡状态）：传热与传质速度平衡。因此：,湿球温度下的蒸发潜热（KJ/kg）。,平流干燥时：,穿流干燥时：,平放于盘中干燥时，恒速干燥的干燥时间：,喷雾干燥时，水分从球状液滴蒸发：,降速干燥时阶段的干燥时间,Hs湿球温度下饱和水蒸气压力（Kpa）；Ha水蒸气分压（Kpa）。,热空气干燥机种类谷仓式、箱式、带式、流化床式、滚筒式、隧道式、喷雾式等。,2、蒸发浓缩,液料加热升温到沸点和蒸发所需要的热量（不计传热的热量损失）。传热速率：,真空浓缩影响液料蒸发速度的主要因素：加热蒸汽与液料间的温差浓缩，沸点，从而使温差逐渐；真空度通常使沸点降至4050（过低投资大）；,传热面结垢情况与液料温差传热速度还能使成分发生变化；形成边界层，热阻,液料粘度,（Re），传热速度。,工业上，通常将两个以上的真空浓缩设备串联使用，（真空度逐级略升高些，以保持液料与加热蒸汽的温差），可提高热效率。,5混合,其均匀性取决于：各成分相对粒度的大小、相对密度、颗粒形状；混合机性能；各成分的结块性能、含水量、表面性能、流动性等。均匀性评价是取多个成品样品中某成分的均方差,一、固态物料的混合,x某成分的浓度；n样本数。,对混合机的评价混合程度当各成分的量相近时：,opt理想混合样品的标准均方差；0开始混合时样品的标准均方差。,当某成分的量很小时：,M1适用于各成分的量相近，混合质量要求不高时；M2适用于跟M1相反的情况；M3适用于固态跟液态混合。,混合时间可依下式确定：,（适用于粉体的混合）,M混合程度；k混合率常数（依混合性能和成分的性能而定）；tm混合时间。其中:,D搅拌器直径(m)；n搅拌器转速(r/s)；Dt混合器溶积直径(m)；Z液面高度(m)。,（指n种液体或少量固体与液体的混合）,二、液态物料的混合,混合机的能量消耗：,混合物的密度：,混合物的粘度：,6杀菌,含水量较高水分活度高微生物（容易利用）,1、热杀菌,（1）温度取决于：微生物或酶的热阻、加热条件（湿加热、干加热）、物料PH值、容器大小等；,一般细菌细胞的死亡温度5060，与蛋白质凝固的温度相近。,（2）时间tln（被杀微生物数量）根据加热温度，湿加热分：“巴氏杀菌”法：100的热水；高温杀菌法：100，时间短（物料品质要好些）（用于高酸性饮料）；超高温杀菌法：150左右