食品科学导论-食品工程原理

1、食品科学导论食品科学导论食品工程原理食品工程原理 食品加工食品加工 是指是指对可食资源的技术处理对可食资源的技术处理， 以保持和提高以保持和提高可食性可食性和和利用价值利用价值， 开发适合人类需求开发适合人类需求的各类食品和工业产物的各类食品和工业产物 的全过程。的全过程。食品保藏食品保藏广义：防止食品腐败变质的一切措施。广义：防止食品腐败变质的一切措施。狭义：防止微生物的作用而不会使食品腐败变狭义：防止微生物的作用而不会使食品腐败变 质的直接措施。质的直接措施。食品保鲜食品保鲜 保持食品原有鲜度的措施。保持食品原有鲜度的措施。热处理（热处理（Thermal processingThermal

2、 processing）是采用是采用加热加热的方式来改善食品品质、延长食品的方式来改善食品品质、延长食品贮藏期的贮藏期的食品处理方法食品处理方法（技术技术）。）。是食品加工与保藏中最重要的处理方法之一。是食品加工与保藏中最重要的处理方法之一。热处理的正面作用热处理的正面作用杀死微生物杀死微生物，主要是致病菌和其他有害的微生物，主要是致病菌和其他有害的微生物钝化酶钝化酶，主要是过氧化酶、抗坏血酸酶等，主要是过氧化酶、抗坏血酸酶等破坏破坏食品中不需要或食品中不需要或有害有害的成分或因子，如大豆的成分或因子，如大豆中的胰蛋白酶抑制因子中的胰蛋白酶抑制因子改善改善食品的食品的品质品质与与特性特性，如产

3、生特别的色泽、风，如产生特别的色泽、风味和组织状态味和组织状态提高提高食品中营养成分的食品中营养成分的可利用率可利用率、可消化性可消化性等等热处理的负面作用热处理的负面作用食品中的营养成分，特别是食品中的营养成分，特别是热敏性成分热敏性成分有一定有一定损损失失食品的品质和特性产生食品的品质和特性产生不良的变化不良的变化，如色泽、口，如色泽、口感等感等消耗的消耗的能量较大能量较大热处理的类型和特点热处理的类型和特点1. 1. 工业烹饪（工业烹饪（Industrial cookingIndustrial cooking） 煮、焖（炖）、烘（焙）、炸（煎）、烤煮、焖（炖）、烘（焙）、炸（煎）、烤 2

4、. 2. 热烫（热烫（Blanching or ScaldingBlanching or Scalding） 3. 3. 热挤压（热挤压（Hot extrusionHot extrusion） 4. 4. 热杀菌热杀菌 巴氏杀菌（巴氏杀菌（PasteurisationPasteurisation） 商业杀菌（商业杀菌（SterilizationSterilization） 食品热处理使用的能源和加热方式食品热处理使用的能源和加热方式能源能源 - - 气体燃料（天然气或液化气）气体燃料（天然气或液化气） - - 液体燃料（燃油等）液体燃料（燃油等） - - 固体燃料（如煤、木、炭等）固体燃料（如

5、煤、木、炭等） - - 电电加热方式加热方式 - - 直接加热直接加热 - - 间接加热：蒸汽、热水、空气间接加热：蒸汽、热水、空气 微生物热力致死速率曲线微生物热力致死速率曲线食食品热处理条件的选择与确定品热处理条件的选择与确定 一、热处理的条件的选择一、热处理的条件的选择原则：原则： - 热处理应达到相应的热处理应达到相应的热处理目的热处理目的； - 应尽量应尽量减少减少热处理造成的热处理造成的食品营养成分的破食品营养成分的破坏和损失坏和损失； - 热处理过程热处理过程不应产生有害物质不应产生有害物质，满足食品卫，满足食品卫生要求。生要求。食品热处理条件的选择与确定食品热处理条件的选择与确

6、定食品热处理方法的选择食品热处理方法的选择 杀菌温度杀菌温度- -微生物、酶、食品成分的破坏速率微生物、酶、食品成分的破坏速率热能在食品中的传递热能在食品中的传递计算热处理效果时要知道的信息计算热处理效果时要知道的信息 - -微生物等食品成分的微生物等食品成分的耐热性参数耐热性参数 - -食品在热处理中的食品在热处理中的温度变化过程温度变化过程热杀菌方法热杀菌方法 - -先杀菌，后装容器；流态食品先杀菌，后装容器；流态食品 - -先装容器，后杀菌；罐头食品先装容器，后杀菌；罐头食品二、热能在食品中的传递二、热能在食品中的传递罐头食品的传热方式罐头食品的传热方式 导热；导热；对流；对流；导热对流

7、结合型导热对流结合型 冷点冷点：导热是依靠物体间接触进行热量传递：导热是依靠物体间接触进行热量传递，在加热和冷却过程中，物料间出现温度梯，在加热和冷却过程中，物料间出现温度梯度，度，传导最慢一点传导最慢一点往往是罐头的几何中心，往往是罐头的几何中心，称为冷点。称为冷点。冷点温度：冷点温度：传导、对流传导、对流食品中水分的去除方法食品中水分的去除方法物理方法物理方法：过滤、压榨、抽吸、离心分离：过滤、压榨、抽吸、离心分离化学方法化学方法：吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等。：吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等。费用高、操作麻烦；只适用于小批量固体物料费用高、操作麻烦；只适用于小批量固体物料 的去湿或用于

8、除去气体中的水分。的去湿或用于除去气体中的水分。热能法热能法：蒸发、干燥等。：蒸发、干燥等。食品的干燥：食品的干燥：用用加热加热的方法使食品中的水分或的方法使食品中的水分或 其它溶剂汽化，并将产生的蒸汽排除，藉此来其它溶剂汽化，并将产生的蒸汽排除，藉此来 除去食品物料中水分的操作过程。除去食品物料中水分的操作过程。干燥的目的干燥的目的 延长贮藏期延长贮藏期 改善加工品质改善加工品质 便于商品流通便于商品流通 干制食品常常是干制食品常常是救急、救灾和战备用救急、救灾和战备用的重要的重要物质。物质。食品干燥的基本原理食品干燥的基本原理 湿物料的状态湿物料的状态 按湿物料的按湿物料的外观状态外观状态

9、和和物理化学性质物理化学性质则可分为两大类：则可分为两大类： a.a.湿固态食品物料湿固态食品物料 块状物料，如马铃薯、切块胡萝卜等；块状物料，如马铃薯、切块胡萝卜等； 条状物料，如刀豆、马铃薯条、香肠等；条状物料，如刀豆、马铃薯条、香肠等； 片状物料，如叶菜、肉片、葱蒜头片、饼干等；片状物料，如叶菜、肉片、葱蒜头片、饼干等； 晶体物料，如葡萄糖、味精、柠檬酸、砂糖等；晶体物料，如葡萄糖、味精、柠檬酸、砂糖等； 散粒状物料，如谷物、油料种籽等；散粒状物料，如谷物、油料种籽等； 粉末状物料，如淀粉、面粉、乳粉、豆乳粉等粉末状物料，如淀粉、面粉、乳粉、豆乳粉等 b.b.液态食品物料液态食品物料 膏

10、糊状物料，如麦乳精浆料、冰淇淋混料等膏糊状物料，如麦乳精浆料、冰淇淋混料等 液体物料，如各种抽提液、悬浮液、乳浊液和胶体溶液液体物料，如各种抽提液、悬浮液、乳浊液和胶体溶液湿物料的特性参数湿物料的特性参数组分与质构组分与质构温度温度含水量（湿含量）含水量（湿含量）表示湿物料含水量的方法有两种：表示湿物料含水量的方法有两种：以湿物料为基准的水分含量以湿物料为基准的水分含量-湿基水分含量（湿基水分含量（W W湿湿）以干物质为基准的水分含量以干物质为基准的水分含量-干基水分含量（干基水分含量（W W干干）水分活性水分活性（a aW W）水蒸气分压水蒸气分压p pv v与同温下纯水的饱和蒸与同温下纯水

11、的饱和蒸 汽压汽压p ps s之比之比比热比热热传导系数热传导系数温度传导系数温度传导系数食品干燥过程的特性食品干燥过程的特性将能量传递给食品将能量传递给食品-（传热过程传热过程）促使食品物料中水分向表面转移并排放到物料促使食品物料中水分向表面转移并排放到物料 周围的外部环境中，完成脱水干制的过程周围的外部环境中，完成脱水干制的过程- 传质过程传质过程）湿热的转移是食品干燥原理的核心问题。湿热的转移是食品干燥原理的核心问题。影响湿热传递的主要因素影响湿热传递的主要因素 ( (一一) )食品物料的组成与结构食品物料的组成与结构 (1)(1)食品成分在物料中的位置；食品成分在物料中的位置；(2)(

12、2)溶质浓度溶质浓度 (3)(3)结合水的状态；结合水的状态；(4)(4)细胞结构细胞结构 ( (二二) )物料的表面积物料的表面积 ( (三三) )空气的湿度空气的湿度 ( (四四) )空气温度空气温度 ( (五五) )空气流速空气流速 ( (六六) )大气压力或真空度大气压力或真空度 ( (七七) )物料干燥温度物料干燥温度食品在干燥过程发生的变化食品在干燥过程发生的变化一、食品发生的物理变化有一、食品发生的物理变化有: : 干缩和干裂干缩和干裂 表面硬化表面硬化 多孔性形成多孔性形成 热塑性的出现热塑性的出现二、食品发生的化学变化：二、食品发生的化学变化： 营养成分营养成分的变化的变化

13、食品食品颜色的变化颜色的变化 食品食品风味的变化风味的变化脱水干燥对食品营养成分的影响脱水干燥对食品营养成分的影响每单位重量干制食品中蛋白质、脂肪和碳水化合每单位重量干制食品中蛋白质、脂肪和碳水化合物的含量大于新鲜食品。物的含量大于新鲜食品。高温长时间的脱水干燥高温长时间的脱水干燥导致糖分损耗导致糖分损耗。高温加热高温加热碳水化合物碳水化合物含量较高的食品极易焦化；含量较高的食品极易焦化；缓慢晒干过程中缓慢晒干过程中初期的呼吸作用初期的呼吸作用也会导致糖分分也会导致糖分分解解; ; 还原糖还会和氨基酸反应而产生还原糖还会和氨基酸反应而产生褐变褐变。高温脱水时高温脱水时脂肪氧化脂肪氧化就比低温时

14、严重得多。就比低温时严重得多。干燥过程会造成干燥过程会造成维生素损失维生素损失。浓缩的目的和分类浓缩的目的和分类浓缩浓缩-是从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的是从溶液中除去部分溶剂（通常是水）的操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合液的部分操作过程，也是溶质和溶剂均匀混合液的部分分离过程。分离过程。（二）目的（二）目的 减少食品的重量和体积，从而减少相应的包减少食品的重量和体积，从而减少相应的包 装、贮藏和运输费用。装、贮藏和运输费用。 浓缩可提高制品的浓度，增大渗透压、降低浓缩可提高制品的浓度，增大渗透压、降低 水分活性、延长制品的保质期。水分活性、延长制品的保质期。 浓缩是结晶操作的预处理过程及

15、结晶控制的浓缩是结晶操作的预处理过程及结晶控制的 一种手段。一种手段。 降低食品脱水过程的能耗，有利于保证制品降低食品脱水过程的能耗，有利于保证制品 品质，降低成本。品质，降低成本。 改善产品质量改善产品质量。第二节第二节 蒸发浓缩蒸发浓缩蒸发浓缩的特点及分类蒸发浓缩的特点及分类水的蒸发浓缩的必要条件是：不断供给热能水的蒸发浓缩的必要条件是：不断供给热能 和不断排除二次蒸汽。和不断排除二次蒸汽。为了强化蒸发过程，工业上采用的蒸发设备为了强化蒸发过程，工业上采用的蒸发设备 都是在沸腾状态下汽化。都是在沸腾状态下汽化。蒸发可以在常压、真空或加压下进行。蒸发可以在常压、真空或加压下进行。1913年，

16、英国科学家年，英国科学家E.C.Howard蒸发浓缩的特点及分类蒸发浓缩的特点及分类（一）真空蒸发的特点（一）真空蒸发的特点在真空条件下，液体的沸点低，有利于增大加热蒸汽在真空条件下，液体的沸点低，有利于增大加热蒸汽与液体之间的温差，增大传热效率，减少蒸发器所需与液体之间的温差，增大传热效率，减少蒸发器所需的传热面积；的传热面积；物料在较低温度下蒸发，减少对热敏性食品成分的破物料在较低温度下蒸发，减少对热敏性食品成分的破坏；坏；便于采用低压蒸汽或废蒸汽作为加热源，有利于多效便于采用低压蒸汽或废蒸汽作为加热源，有利于多效蒸发，降低能耗；蒸发，降低能耗；需要配套的真空系统，会增大设备投资及动力损耗

17、；需要配套的真空系统，会增大设备投资及动力损耗；由于蒸发潜热随沸点降低而增大，故热量消耗较大。由于蒸发潜热随沸点降低而增大，故热量消耗较大。结晶的基本原理结晶的基本原理晶体的特性：晶体就是由许多晶胞并排密集晶体的特性：晶体就是由许多晶胞并排密集 堆砌而成的堆砌而成的-均匀性均匀性每种晶体都有其基本的晶形每种晶体都有其基本的晶形-各向异性各向异性晶体经常以平面作为与周围介质的分界面晶体经常以平面作为与周围介质的分界面- 自范性自范性。晶体的结构和形状晶体的结构和形状过饱和曲线过饱和曲线饱和曲线饱和曲线 溶液的过饱和度状态与结晶关系溶液的过饱和度状态与结晶关系形成晶核（起晶方法）的方法形成晶核（起

18、晶方法）的方法自然起晶法自然起晶法-是指澄清的过饱和溶液达到一是指澄清的过饱和溶液达到一定的过饱和度（不稳区）时，自发成核的过程。定的过饱和度（不稳区）时，自发成核的过程。刺激起晶法刺激起晶法-过饱和溶液受到一些其它因素过饱和溶液受到一些其它因素的干扰而刺激成核，也称外界干扰诱导起晶。的干扰而刺激成核，也称外界干扰诱导起晶。晶种起晶法晶种起晶法-是在较低过饱和度（亚稳区）是在较低过饱和度（亚稳区）时投入一定重量和大小的相同溶质的晶粒，而时投入一定重量和大小的相同溶质的晶粒，而形成晶核的现象。形成晶核的现象。第三节第三节 冷冻浓缩冷冻浓缩溶液的冰点；溶液的冰点；冰结晶的形成和分离冰结晶的形成和分

19、离冷冻浓缩的过程与控制冷冻浓缩的过程与控制 （一）冰晶生成及控制（一）冰晶生成及控制1.冰晶体生成速率冰晶体生成速率2.冰晶生成的方式冰晶生成的方式（1）层状冻结）层状冻结（2）悬浮冻结）悬浮冻结（二）冰晶与浓缩液的分离（二）冰晶与浓缩液的分离（三）冰晶的洗涤（三）冰晶的洗涤膜浓缩（膜分离）膜浓缩（膜分离）膜浓缩膜浓缩-类似于过滤的浓缩方法，只不过类似于过滤的浓缩方法，只不过“过滤过滤介介质质”为天然或人工合成的高分子半透膜，如果为天然或人工合成的高分子半透膜，如果“过过滤滤”膜只允许溶剂通过，把溶质截留下来，使溶质膜只允许溶剂通过，把溶质截留下来，使溶质在溶液中的相对浓度提高，就称为膜浓缩。

20、在溶液中的相对浓度提高，就称为膜浓缩。膜分离的种类膜分离的种类以推动力本质的不同：以推动力本质的不同：静压力差为推动力的过程静压力差为推动力的过程以蒸汽压差为推动力的过程以蒸汽压差为推动力的过程以浓度差为推动力的过程以浓度差为推动力的过程以电位差为推动力的过程以电位差为推动力的过程要有高的截留率和高的透过量要有高的截留率和高的透过量要有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的作用要有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的作用要有好的柔韧性和足够的机械强度要有好的柔韧性和足够的机械强度使用寿命长，使用寿命长，pH值适用范围广值适用范围广成本合理，制备方便，便于工业化生产成本合理，制备方便，便于工业化生产膜的分类及

21、性质膜的分类及性质膜浓缩的种类膜浓缩的种类以压力为推动力：以压力为推动力：反渗透（反渗透（Reverse Osmosis,RO）超滤（超滤（Ultra Filtration,UF）以电压差为推动力：以电压差为推动力：电渗透（电渗透（Elechridialysis, ED）膜浓缩（膜分离）膜浓缩（膜分离）反渗透过程的渗透通量反渗透过程的渗透通量膜两侧内压膜两侧内压物料特性物料特性温度温度进料液浓度进料液浓度-浓差极化增加，对通过液的通量不利浓差极化增加，对通过液的通量不利进料液流速进料液流速反渗透的主要应用反渗透的主要应用-海水和苦碱水的淡化、纯水制海水和苦碱水的淡化、纯水制备、低分子质量溶液的

22、浓缩备、低分子质量溶液的浓缩反渗透反渗透超滤的基本原理示意图超滤的基本原理示意图超滤过程的渗透通量超滤过程的渗透通量操作压力操作压力料液浓度料液浓度料液流速料液流速温度温度截留液浓度截留液浓度操作时间操作时间超滤的主要应用超滤的主要应用-矿泉水的生产、纯净水的制备、矿泉水的生产、纯净水的制备、果汁的澄清、果汁浓缩、乳清蛋白的回收、啤酒的果汁的澄清、果汁浓缩、乳清蛋白的回收、啤酒的精制精制超滤超滤乳清脱盐乳清脱盐除去酒中的酒石酸钾以提高酒的质量除去酒中的酒石酸钾以提高酒的质量果汁脱酸果汁脱酸蛋白质溶液脱盐蛋白质溶液脱盐从发酵液中分离有机酸从发酵液中分离有机酸从发酵液中分离氨基酸从发酵液中分离氨基

23、酸电渗析的应用电渗析的应用过滤过滤压榨压榨离心离心蒸馏蒸馏蒸汽蒸馏设备蒸汽蒸馏设备真空蒸馏真空蒸馏蒸馏塔蒸馏塔吸收吸收Absorption吸附吸附Adsorption提取提取离子交换离子交换食品的粉碎与筛分原理食品的粉碎与筛分原理粗粉碎粗粉碎中粉碎中粉碎微粉碎微粉碎超微粉碎超微粉碎挤压力挤压力冲击力冲击力剪切力剪切力压碎压碎劈碎劈碎切碎切碎磨碎磨碎冲击破碎冲击破碎物料的力学性质物料的力学性质硬度硬度强度强度脆度脆度韧性韧性颗粒群的粒度分布颗粒群的粒度分布列表法列表法图解法图解法函数法函数法食品的粉碎食品的粉碎粒度测定方法粒度测定方法筛分法筛分法沉降法沉降法显微镜法显微镜法库尔特计数法库尔特计数

24、法- -透过法、吸附法透过法、吸附法食品的筛分食品的筛分泰勒标准泰勒标准1in=2.54cm1in=2.54cm（目（目) )食品的搅拌混合、均质和乳化原理食品的搅拌混合、均质和乳化原理均质度均质度- -一种或几种组分的浓度或其他物理量一种或几种组分的浓度或其他物理量分离尺度分离尺度- -表示组分或热量等可分散的表示组分或热量等可分散的“参量参量”的未分散部分的大小的未分散部分的大小分离强度分离强度- -表示两相邻块间浓度、温度等参量表示两相邻块间浓度、温度等参量的差异，同时也表示团块中的参量值与完全均的差异，同时也表示团块中的参量值与完全均匀后的参量平均值之间的差异匀后的参量平均值之间的差异

25、 混合的机制混合的机制对流混合对流混合- -混合器运动部件表面对物料的相对混合器运动部件表面对物料的相对运动；分离尺度大时运动；分离尺度大时分子扩散混合分子扩散混合- -分离尺度小时分离尺度小时剪力混合剪力混合- -对高黏度流体的混合对高黏度流体的混合食品的均质和乳化原理食品的均质和乳化原理均质均质- -是使悬浮液（或乳化液）体系中的分散是使悬浮液（或乳化液）体系中的分散物质微粒化、均匀化的处理过程。物质微粒化、均匀化的处理过程。增电荷剂、增稠剂、乳化剂增电荷剂、增稠剂、乳化剂均质机均质机- -旋转式、压力式旋转式、压力式乳化乳化- -两种通常不互溶的液体进行密切混合的两种通常不互溶的液体进行密切混合的一种特殊的液体混合操作，包含混合和均质化。一种特殊的液体混合操作，包含混合和均质化。影响乳化液稳定性的主要因素影响乳化液稳定性的主要因素液滴的大小液滴的大小两相密度差两相密度差黏度黏度粒子的电荷粒子的电荷乳化液形成的方法乳化液形成的方法- -凝聚法、分散法凝聚法、分散法乳化剂乳化剂- -改善各相之间的表面张力改善各相之间的表面张力亲水亲