食品成分及单元操作

第二章食品成分和组合操作，1.1食品成分及其营养特性1.2基本组合操作，1.1食品成分及其营养特性，碳水化合物是具有Cx(H2O)y结构的有机化合物，又称糖类，是聚羟醛、聚羟基酮及其衍生物和缩合物的总称。 根据化学结构，碳水化合物可分为单糖、低聚糖、多糖。 1.1.1碳水化合物、1 .单糖、低聚糖的性质，(1)通常用作甜味剂，赋予溶液的稠度和口感。 (2)制成易溶于水的糖浆，易导致生产中可溶性糖的水溶性损失。 (3)易发酵成微生物，但高浓度可防止微生物生长。 (4)加热使颜色变浓或焦糖化。 (5)还原糖和蛋白质结合后变成褐色，称为美拉德反应，使产品颜色变浓，产生特殊风味。(6)功能性低聚糖是指对人和动物具有特殊生理作用的单糖数在210之间的低聚糖，其甜度一般只有蔗糖的3050%，具有低卡路里、预防龋齿、预防糖尿病、改善肠道菌落结构等生理作用。 这是目前食品科学和工程研究领域的前沿，被称为“21世纪食品工业的先导”。2 .淀粉的性质，(1)无甜味； (2)不易溶于冷水，与水一起加热时膨润，悬浊液粘度增加形成糊状物，后者冷却时形成凝胶。 (3)糊化淀粉慢慢冷却或长时间放置，会变得不透明或凝结沉淀，导致食品质量变化，一般直链淀粉比直链淀粉容易老化。 (4)淀粉凝胶被糖或酸改性，可以改变原来的物理性质，如水溶性、粘度、流动性等，经过处理的淀粉被称为改性淀粉，在食品生产中常用作增稠剂或保型剂。3.维生素和半纤维素的性质，这两种物质不易分解，不溶于冷水和热水，不被人消化，不产生能量。 纤维素对人体有促进消化、防止便秘的作用。 适当处理天然纤维素后，改变原来的性质。 例如羧甲基纤维素(CMC )作为增粘剂，微晶纤维素作为无热量填充剂使用。4.果胶和其它植物胶的性质，植物体内果胶物质有原果胶、果胶和果胶三种状态。 果胶是亲水胶体，其水溶液可在一定条件下形成凝胶。 加入砂糖和酸，果胶溶液形成凝胶，是制作果冻的基础。 其他植物胶包括阿拉伯胶、刺槐豆胶、黄芪胶、海藻产琼脂胶、角叉菜胶、海藻胶，这些天然存在的植物胶在食品生产中广泛用作增稠剂和稳定剂。自然界中构成蛋白质的氨基酸有20种，其中8种氨基酸由于人体不能合成或合成速度慢而无需维持生长和健康，必须从饮食中补充。 这些被称为必须氨基酸，是亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸。 对儿童来说，需要增加组氨酸以满足成长需要。 非必需氨基酸为丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、羟脯氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸。 这些氨基酸对健康也是必要的，但人体可以用其他氨基酸和氨基化合物合成。 1.1.2蛋白质、氨基酸结构式、氨基酸肽键结构、蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸序列顺序的蛋白质二级结构是指肽链的主链在空间上排列或规则的几何方向、旋转和折叠，蛋白质三级结构是指， 基于二级结构，肽链的不同部分的侧链基团在空间上进一步纠缠，包括折叠形成的主链和侧链构象的特征三维结构是指分别具有一、二、三级结构的多个肽链以非共价键连接的结构形式、蛋白质沉淀：在沉淀过程中结构和性质不变，可以在适当的条件下溶解形成溶液，这种沉淀是可逆的，因此也称为非改性沉淀(可逆沉淀是分离纯化蛋白质的基本方法，如沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法等)。 在沉淀过程中，不仅蛋白质胶体溶液的稳定性被破坏，蛋白质的结构和性质也被破坏，这种沉淀是不可逆的，因此又称为改性沉淀。 蛋白质改性：蛋白质的性质与其结构密切相关。 一些物理或化学因素破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质的变化，丧失其生理活性。 这种现象称为蛋白质变性。1.1.3脂质，脂质包括脂肪、蜡、磷脂、糖脂、类固醇等。 典型的脂肪分子是甘油和三个脂肪酸分子结合在酯上。 一些不饱和脂肪酸在人体内具有特殊的生理功能，但人体无法合成，必须由食物提供，称为必需的脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸，它们主要来自植物油。 由于脂肪细胞、脂肪结构、氧气、日光、微生物、酶的作用，脂肪变酸，味道变苦，称为酸败。 为了防止或者缓和脂肪酸的输送，可以在脂肪制品中加入抗氧化剂。 脂肪富有特殊的风味和能量，即使摄取少量的脂肪也会有饱腹感。 脂肪水解酸败，1 .维生素a (视黄醇)2.维生素D3.维生素E4.维生素K5.维生素C6.B族维生素、1.1.4维生素、脂溶性维生素、水溶性维生素、维生素是人和动物为了维持正常生理功能必须从食物中获得的微量有机物质。 维生素不供热，也不是生物体的组成成分，但在促进蛋白质、碳水化合物、脂肪代谢的酶系统和维持人体健康方面发挥着重要作用。 由于各种维生素的功能，1 .维生素a (视黄醇)主要存在于哺乳动物和海水鱼的肝脏中，植物中不含维生素a，但含有其前体胡萝卜素。 人和其他动物需要维生素a和胡萝卜素，胡萝卜素存在于柑橘类、黄色蔬菜、绿色蔬菜中。 缺乏维生素a导致失明，年轻人骨骼牙不能正常生长，上皮细胞鼻喉发病，人体抗感染能力下降。 胡萝卜素转化为维生素，2 .维生素d维生素d是类固醇的衍生物，主要存在于动物性食品如肝、鱼油、乳品和蛋品中，尤其富含海产鱼油。 维生素d增加钙和磷的吸收，促进骨和牙的形成。 缺乏维生素d会导致骨骼缺陷，儿童患佝偻病，成人患骨软化症。 紫外线生成维生素d，3 .维生素e又称生育酚，广泛分布于动植物食品中，用强抗氧化剂阻止人体细胞内不饱和脂肪酸的氧化，保护维生素a、维生素c、胡萝卜素和脂肪免受氧化破坏，在防止老化和预防动脉硬化等方面具有显着作用。 维生素k维生素k广泛分布于各种食物中，最好是绿叶蔬菜，肠道微生物也能合成，人体少。 维生素k最重要的作用是促进肝脏凝血酶原的生成，促进血液凝固。5.维生素c维生素c又称抗坏血酸，因具有预防恶血症的功能，具有酸味而得名。 维生素c的好来源是柑橘类水果、西红柿、卷心菜和青椒。 维生素c非常不稳定，在烹饪和食品加工中容易损失。 含有维生素c的食品必须避免暴露在氧气中以防止损失。 缺乏维生素c可导致毛细血管脆弱、牙龈出血、牙松、关节疾病。 维生素c有助于铁的吸收，对缺铁性贫血有辅助治疗作用。 L-抗坏血酸和L-脱氢抗坏血酸的结构，6.B族维生素b族维生素有B1(硫胺)、B2(核黄素)、B5(尼康)、B6、B12、叶酸、泛酸等。维生素B6含有吡哆醇、吡哆醇和吡哆醇，广泛存在于肌肉类肉类、肝脏、绿色蔬菜和带面筋的谷物中。 维生素B6是体内多种酶的辅酶，对糖、脂肪、蛋白质的分解、利用、糖元的转化起着促进作用。 叶酸存在于动植物食品中，对核苷酸和氨基酸的合成代谢具有重要作用，缺乏叶酸可引起各种贫血症、白细胞减少、口腔炎等疾病。 泛酸广泛分布于自然界，体内泛酸短缺，生物功能下降，抗感染能力减弱，抗压能力下降。 维生素B12又称抗恶性贫血因子，主要存在于肝、肉、海产品中，植物性食品中几乎不存在。 B12不足可引起核酸、蛋白质合成障碍，表现为巨幼红细胞贫血症，引起神经系统障碍。 维生素B12的结构除矿物质、1.1.5、食物中碳、氢、氧、氮4种元素外，其馀元素统称矿物质，在人体中约占4%。 钙和磷是人体需要量最多的矿物质，钙和磷的最佳来源是乳和乳制品，而且鱼、虾、海带等海产品和绿叶蔬菜、豆类、芝麻中也含有很多钙和磷。 年轻人、妊娠和哺乳期妇女对钙和磷的需求量最高，儿童易患钙不足引起的疾病，成年人易引起骨软化症。铁主要存在于血细胞的血红蛋白、肌红蛋白、铁蛋白以及部分酶类中，与蛋白质结合。 铁在体内参与氧的输送、交换和组织呼吸过程，铁与能量代谢和促进肝脏等组织细胞生长发育有关，人体缺铁可引起缺铁性贫血。 成年人吸收不同形态的铁，锌的体内含量仅次于铁。 锌是参与碳水化合物、蛋白质代谢和核酸合成的酶的必需成分。 动物性食品是锌的主要来源。 锌的缺乏妨碍生长和发育，皮肤病和食欲下降。 其他元素：钠、钾、硒、氟、碘等。为了满足人体对各种矿物元素的需求，在食品加工中防止损失，必要时可在食品中加强。 在人们的日常饮食中，要注意碱性食品和酸性食品的合理结合。 酸性食品中含有非金属元素的氮、硫、磷，因此，例如肉类、鱼类、蛋类、谷物类等碱性食品中，蔬菜、水果、薯类、大豆、牛奶等金属元素较多。 必需元素对生物生长的影响，有1.1.6水、食品中水与自由水结合的两种存在形态，这严重左右了食品的物理性质。 自由水有流动、溶质溶解的作用，被微生物利用，与食品腐败变质有着重要的关系。 结合水通过氢键等与食品中的蛋白质和糖的活性基团结合，不能作为溶剂也不能作为微生物利用。 结合水很难分离，但分离后食品风味会改变。1.2基本单元操作、食品工业加工过程复杂多样，常用于流体输送、沉降、过滤、离心分离、混合、乳化、传热、蒸发、结晶、干燥、冷冻等操作过程，通常将这些相对独立的操作过程称为单元操作。 1.2.1材料运输、运输机械根据一般运输的材料，分为固体材料运输设备、味增材料运输设备、液体材料运输设备等。 固体物料运输机械主要有带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机等。 流体材料运输常用泵，可根据不同的作用原理将泵分为离心式、旋转式、往复式。1.2.2去噪和清洗、振动筛、去噪方法：筛选法、常用摆动筛、振动筛和旋转圆筒筛等风选法常用风车、抽吸分离器等。 浮选法，常用的流送槽和浮选机等比重法，设备有比重的切石机等磁选法，除去原料中的铁片、铁钉、螺钉等的过滤法，利用过滤器、滤布或过滤器进行过滤的离心分离法，经常使用各种离心分离机。永磁筒磁选机、浮选机、清洗：常用的机械清洗设备有滚筒式清洗机、吹风式清洗机、全自动瓶清洗机等。 自动瓶清洗机、刷洗机、滚筒式清洗机、冲浪式清洗机、1.2.3粉碎、常用食品粉碎机、对辊式破碎机、冲击式破碎机、冲击式超微粉碎机主体、固体材料除了上述粉碎机以外，还使用锤式粉碎机、锤式粉碎机、齿爪式粉碎机、对辊式粉碎机、球磨机等微粉碎机、辊式拉蒙磨机、小丑、1.2.4分离，常见的分离技术有沉降、离心分离、挤压、过滤、膜分离等。 使用过滤机、离心分离机、陶瓷过滤机、天然或人工合成的高分子薄膜，以外部能量或化学位置差为推动力，分离、分级、精制、浓缩双组分或多组分溶质和溶剂的方法统称为膜分离法。 膜分离又称微孔过滤，根据工艺推进力，膜分离可分为以压力为推进力的膜分离和以电力为推进力的膜分离，前者称为超滤和反渗透，后者称为电渗析。 膜分离装置，1.2.5混合，粉体搅拌混合机，均相混合机，混合机械主要分为两类。 一种是将粉粒状材料和粘度低的液状材料混合的机械叫做混合机和搅拌机。 另一种是混合高粘度浆料和粘弹性材料的机械叫做捏合机和搅拌机，例如日式机、糖蜜搅拌机、蛋包机等。 一边破碎乳浊液(牛奶和豆浆等)和悬浊液(如果是汁液)一边混合的操作叫做均质。 煎蛋卷，1.2.6加热，常压杀菌设备杀菌温度在100以下，用于pH低于4.5的产品杀菌。 加压杀菌设备一般在密闭设备内进行，压力大于0.1Mpa，温度常在120左右。 常见的杀菌设备有静止式高压杀菌釜、搅拌式杀菌釜、超高温瞬时杀菌机设备(包括平衡罐、运输泵、(UHT )超高温瞬时杀菌机、均质机、CIP自动清洗系统及自动控制系统等)。 1、杀菌、卧式杀菌锅、立式杀菌锅、超高压瞬时杀菌设备、间歇性真空浓缩罐；2、蒸发、蒸发浓缩是食品工厂应用最广泛的浓缩方法，是在低压状态下加热材料液，在低温下沸腾蒸发的浓缩方法，蒸发速度高，材料液营养损失等。 真空浓缩根据使用加热蒸汽的次数，分为单效浓缩、双效浓缩、多效浓缩。三效降膜式真空浓缩器、二效降膜式真空浓缩器、三效降膜式真空浓缩器、干燥、食品干燥广泛应用于奶粉、速溶咖啡、膨化食品、脱水蔬菜等各种产品的制作，通过干燥防止产品发霉变质，延长保存期，减少体积和重量，有利于运输。 干燥方法和干燥器的形式很多，经常使用喷雾干燥器、箱式干燥器、鼓式干燥器、皮带干燥器。 真空干燥机、喷雾干燥机、皮带干燥机、冷冻干燥机、1.2.7冷冻、食品工业中的冷冻主要应用于冷冻制品、冷冻制品的加工，作为食品储藏食品加工的特殊手段，用于冷冻浓缩、冷冻干燥等生产中冷却降温的生产现场空调。1.2.8过程控制应建立各种方法检查和控制各单元的操作，以获得所期望的食品质量。 过程控制本身也可视为一个单元操作，其工具采用阀门、温度计、各种衡器、恒温设备、其他多种控制元件和仪表等，测量和调节温度、压力、流量、酸度、相对密度、重量、粘度、湿度、时间、液位等主要加工元件。PCS7过程控制系统应用于所有工业领域的过程控制系统，罗氏制药维生素B6生产装置的自动控制系统，1.2.9单元操作的交叉，将所有食品加工过程简单分为单元操作是不正确的，有很多例如，过滤啤酒中的微生物可视为洗涤过程和分离过程，两者有一定的道理。 谷物的粉碎操作既可以考虑破碎也