食品成分及其加工技术课件

食品成分及其加工技术

1.1食品的成分及其营养特性

碳水化合物是具有Cx(H2O)y结构的有机化合物，又称为糖类质，是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和缩合物的总称。按化学结构的不同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）通常作为甜味剂使用，并给予溶液稠度和口感。（2）易溶于水形成糖浆，容易造成生产中可溶性糖的水溶性损失。（3）容易被微生物发酵，但高浓度时又能防止微生物生长。（4）因加热而使颜色变深或焦糖化。（5）还原糖与蛋白质结合时产生褐色，称为美拉德反应，使制品色泽加深并产生特殊的风味。

（6）功能性低聚糖是指对人、动物具有特殊生理作用的单糖数在2～10之间的一类寡糖，它的甜度一般只有蔗糖的30～50%，具有低热量、抗龋齿、防治糖尿病、改善肠道菌落结构等生理作用。它是当今食品科学与工程研究领域的前沿，被誉为“21世纪食品工业的先导”。2.淀粉的性质

（1）没有甜味。（2）在冷水中不易溶解，与水一起加热会发生溶胀，导致悬浮液的粘度增加而形成糊状物，后者在冷却时形成凝胶。（3）糊化后的淀粉缓慢冷却或长期放置，会变得不透明甚至凝结出现沉淀，从而导致食品质构的变化，一般直链淀粉较支链淀粉易老化。（4）淀粉凝胶可被糖或酸改性，使之原有的物理性质如水溶性、粘度、流动性等发生改变，这种经过处理后的淀粉称为改性淀粉，在食品生产中常用作增稠剂和保型剂。3.维生素和半纤维素的性质

这两类物质较难分解，它们不溶于冷水和热水，并且不能被人消化，因此不产生能量。纤维素对人体有促进消化和防止便秘的作用。将天然纤维素经过适当处理后改变其原有的性质，如羧甲基纤维素(CMC)被用作增稠剂、微晶纤维素作为无热量填充剂使用。

4.果胶和其他植物胶的性质

植物体内果胶物质有原果胶、果胶与果胶酸三种状态。果胶是亲水性胶体，它的水溶液在一定条件下可以形成凝胶。当加入糖和酸时，果胶溶液形成凝胶，这是制造果冻的基础。其它植物胶有阿拉伯胶、刺槐豆胶、黄耆胶以及海藻产生的琼脂胶、卡拉胶和海藻胶，这些天然存在的植物胶在食品生产中作为增稠剂和稳定剂被广泛使用。

自然界中构成蛋白质的氨基酸有20种，其中有8种氨基酸因人体不能合成或合成速度很慢不够维持生长和健康的需要而必须从膳食中补充，它们被称为必需氨基酸，有亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。对于儿童来说，还需要增加组氨酸以满足生长的需要。

非必需氨基酸包括丙氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、羟脯氨酸、脯氨酸、丝氨酸和酪氨酸。这些氨基酸对健康也是必需的，但是人体可以用其它氨基酸和氨基化合物来合成。

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排列顺序；

蛋白质二级结构是指肽链的主链在空间的排列，或规则的几何走向、旋转及折叠.

蛋白质三级结构是指在二级结构基础上，肽链的不同区段的侧链基团相互作用在空间进一步盘绕、折叠形成的包括主链和侧链构象在内的特征三维结构；

蛋白质四级结构是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链通过非共价键连接起来的结构形式，各个亚基在这些蛋白质中的空间排列方式及亚基之间的相互作用关系。

蛋白质的沉淀：在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，这种沉淀是可逆的，所以又称为非变性沉淀（可逆沉淀是分离和纯化蛋白质的基本方法，如等电点沉淀法、盐析法和有机溶剂沉淀法等）；在沉淀过程中，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏蛋白质的结构和性质，这种沉淀是不可逆的，所以又称为变性沉淀。

蛋白质变性：蛋白质的性质与它们的结构密切相关。某些物理或化学因素，能够破坏蛋白质的结构状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性。1.1.3脂类

脂类包括脂肪、蜡、磷脂、糖脂、类固醇等。典型的脂肪分子由甘油与三个脂肪酸分子结合成酯。有几种不饱和脂肪酸在人体内有特殊生理功能但人体又不能合成，必须由食物提供，称为必需脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸、花生油烯酸，它们主要来自植物油。

脂肪细胞脂肪结构

在氧气、日光、微生物或酶的作用下脂肪发生酸臭，口味变苦，称为酸败。为了防止或减缓脂肪酸败的发生，可以在脂肪的产品中加入抗氧化剂。脂肪具有特殊的风味且富含能量，摄入少量脂肪即使人产生饱腹感。

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维持正常的生理功能而必须从食物中获得的一类微量有机物质。维生素不提供热量，也不是机体的组成成分，但在促进蛋白质、碳水化合物和脂肪代谢的酶系及维持人体健康方面起着重要的作用。1.维生素A(视黄醇)

主要存在于哺乳动物及海水鱼的肝脏中，植物中不含维生素A，但含有它的前体β-胡萝卜素。人和其它动物需要维生素A或β-胡萝卜素，β-胡萝卜素存在于柑橘、黄色蔬菜以及绿色蔬菜中。缺乏维生素A会导致失明，年轻人的骨骼、牙齿不能正常生长，上皮细胞、鼻、咽喉和眼部发生疾病，人体对感染的抵抗力降低。β-胡萝卜素转化为维生素Α2.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，尤以海产鱼肝油最为丰富。维生素D能增加钙和磷的吸收，从而有利于促进骨骼和牙齿的形成。缺乏维生素D会导致骨骼缺陷，儿童引起佝偻病、成人则患骨质软化病。紫外线作用下维生素D的生成3.维生素E

维生素E又称生育酚，广泛分布于动植物食品，它是一种强抗氧化剂，可阻止人体细胞内不饱和脂肪酸的氧化，对抗衰老及预防动脉硬化等具有显著的作用；对维生素A、维生素C、胡萝卜素及脂肪起着保护作用，使它们免遭氧化破坏。4.维生素K

维生素K广泛分布于各类食物中，最好的来源是绿叶蔬菜，肠道微生物也能合成，人体很少缺乏。维生素K最重要的作用是促进肝脏生成凝血酶原，从而具有促进凝血的作用。5.维生素C

维生素C又称抗坏血酸，因其具有防治坏血病的功能、并有酸味而得名。维生素C的良好来源是柑橘类水果、番茄、卷心菜、青椒。维生素C极不稳定，在烹调及食品加工中易损失，含维生素C的食品必须避免暴露在氧气中以防止损失。维生素C缺乏会导致毛细血管发脆、齿龈出血、牙齿松动和关节疾病。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-抗坏血酸及L-脱氢抗坏血酸的结构6.B族维生素

B族维生素有B1（硫胺素）、B2（核黄素）、B5（尼克酸）、B6、B12、叶酸、泛酸等。

维生素B6包括吡哆醇，吡哆醛和吡哆胺，广泛存在于肌肉类肉、肝、绿色蔬菜和带麸皮的谷物中。维生素B6是机体内很多酶的辅酶，对糖、脂肪、蛋白质的分解、利用及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，缺乏时会产生各种贫血症、白血球减少及口腔炎等疾病。

泛酸在自然界中分布广泛，体内缺乏泛酸导致机体机能下降、对感染的抵抗力减弱和对压力的忍受力下降。

维生素B12又称抗恶性贫血因子，主要存在于肝、肉和海产品中，植物性食品中几乎没有。缺乏B12将发生核酸、蛋白质合成障碍，表现为巨幼红细胞贫血症，并导致神经系统损害。维生素B12的的结构1.1.5矿物质

食物中除碳、氢、氧、氮四种元素，其余元素统称为矿物质，人体中约占4%。

钙和磷是人体需要量最大的矿物质，钙、磷的最好来源是乳及乳制品，此外鱼、虾、海带等海产品及绿叶蔬菜、豆类、芝麻中也含钙、磷较多。年轻人、怀孕和哺乳期妇女对钙和磷的需要量最高，儿童缺钙易患佝偻病，成人则易引起骨质软化症。

铁主要存在于血细胞的血红蛋白、肌红蛋白、铁蛋白及一些酶类中，均与蛋白质结合在一起。铁在机体内参与氧的运送、交换和组织呼吸过程，铁还与能量代谢及促进肝脏等组织细胞的生长发育有关，人体缺铁会引起缺铁性贫血。成人对不同形态的铁的吸收

锌在体内的含量仅次于铁，锌是参与碳水化合物和蛋白质代谢以及核酸合成的酶的一个必需组分。动物性食品是锌的主要来源。锌缺乏会妨碍生长和发育，导致皮肤病和食欲下降。

其它元素：钠、钾、硒、氟、碘等。

为了满足人体对各种矿物元素的需要，在食品加工中要防止损失，有时还需根据需要在某些食品中进行强化。在人们的日常膳食中应注意碱性食品与酸性食品的合理搭配。因为酸性食品中含非金属元素氮、硫、磷较多，如肉类、鱼类、蛋类、谷物类等；而碱性食品中金属元素较多，如蔬菜、水果、薯类、大豆、牛奶等。必需元素对生物生长的影响1.1.6水

食品中的水有两种存在形式，即自由水和结合水，这在很大程度上决定着食品的物理性质。

自由水能流动，具有溶解溶质的作用，可以被微生物利用，与食品的腐败变质有着重要关系。

结合水则与食品中的蛋白质或糖的活性基以氢键等方式结合，不能作为溶剂，也不能被微生物利用。结合水较难分离，而一旦分离后食品的风味会发生改变。1.2

基本单元操作

食品工业中的加工过程复杂多样，常需使用流体输送、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物料输送

输送机械一般根据被输送的物料不同，分为固体物料输送设备、酱体物料输送设备、液体物料输送设备等.

固体物料输送机械主要有带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机等。流体物料输送常用泵来完成，根据不同的作用原理输送泵可分为离心式、旋转式和往复式。1.2.2除杂与清洗振动筛

除杂方法：筛选法，常用摆动筛、振动筛和回转圆筒筛等；风选法，常用风车、吸风分离器等。浮选法，常用流送槽和浮选机等；比重法，设备有比重去石机等；磁选法，除去原料中的铁片、铁钉、螺丝等；过滤法，利用滤网、滤布或过滤器进行过滤；离心分离法，常用各种离心分离机。永磁筒式磁选机浮选机

清洗：常用的机械清洗设备有滚筒式清洗机、鼓风式清洗机、全自动洗瓶机等。自动洗瓶机毛刷洗果机转鼓式洗果机

冲浪式洗果机1.2.3粉碎常用食品粉碎机械食品原料粉碎机械豆制品砂轮磨浆机果汁、果酱、蔬菜类打浆机、水果粉碎机、复合榨汁机骨泥、肉糜、鱼糜骨糊机啤酒麦芽粉碎机调味品破碎机、切粒机坚果破碎机、咖啡磨对辊破碎机

冲击式破碎

冲击式超微粉碎机主机

固体物料除采用上述粉碎机械外，还可以使用锤式粉碎机、锤片式粉碎机、齿爪式粉碎机、对辊式粉碎机、球磨机等。微粉碎机

辊式雷蒙磨

颚式细碎机

1.2.4分离

常见的分离技术有沉降、离心分离、压榨、过滤、膜分离等。过滤机离心机陶瓷过滤机

用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，统称为膜分离法。膜分离也叫微孔过滤，根据过程推动力的不同，膜分离可以分为以压力为推动力的膜分离和以电力为推动力的膜分离，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混合粉料搅拌混合机

均质机

混合机械主要分两类：一类是对粉粒状物料和较低粘度的液态物料进行混合的机械称为混合机和搅拌机。另一类是对高粘度浆料和粘弹性物料进行混合的机械叫捏合机或揉和机，如和面机、糖蜜搅拌机、打蛋机等。将乳浊液(如牛奶和豆奶等)或悬浮液(如果汁)进行边破碎、边混合的操作称做均质。打蛋机

1.2.6加热

常压杀菌设备的杀菌温度为100℃以下，用于pH值小于4.5的产品杀菌。加压杀菌设备一般在密闭的设备内进行，压力大于0.1Mpa，温度常在120℃左右。常见的杀菌设备有：静止式高压杀菌锅、搅动式杀菌锅、超高温瞬时杀菌机设备（包括平衡罐、输送泵、(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断式真空浓缩罐

2.蒸发

蒸发浓缩是食品工厂中使用最广泛的浓缩方法，它是在低压状态下对料液加热，使其在低温下沸腾蒸发的一种浓缩方法，具有蒸发速率高、料液营养损失等有点。真空浓缩根据加热蒸汽被利用的次数可分为单效浓缩、二效浓缩，多效浓缩。三效降膜式真空浓缩器双效降膜式真空浓缩器3.干燥

食品干燥广泛用于乳粉、速溶咖啡、膨化食品、脱水蔬菜等各种产品的制作，通过干燥可以防止产品霉烂变质，延长贮存期，减少体积和重量，利于运输。干燥方法和干燥器形式很多，常用的有喷雾干燥器、箱式干燥器、转筒干燥器、带式干燥器。真空干燥机

喷雾干燥机

带式干燥机

冷冻干燥机

1.2.7冷冻

食品工业中制冷主要应用于以下几方面：冷冻制品、速冻制品的加工；食品的贮藏；用作食品加工的特殊手段，如冷冻浓缩、冷冻干燥等；用于生产过程中的冷却降温；用于生产车间的空气调节。

1.2.8过程控制

为获得预期的食品质量，就必须建立各种方法对每个单元操作进行检测和控制。过程控制本身也可看作是一种单元操作，它所采用的工具有阀、温度计、各种衡器、恒温设备以及其它一些种类繁多的控制元件和仪表等，以测定和调节各种主要加工因素，如温度、压力、流量、酸度、相对密度、重量、粘度、湿度、时间、液位等。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他命B6生产装置自动化控制系统1.2.9单元操作的交叉

将所有食品加工过程简单地划分或分组成单元操作是不正确的，很多时候会发生单元操作的交叉现象。例如：过滤啤酒中的微生物既可以看作是清洗过程也可以看作是分离过程，两者都有一定的道理。谷物的磨粉操作既可看作是破碎，也可看作是分离，实际上它兼有这两种单元操作，即先破碎后分离。交叉现象并不影响单元操作这一概念的重要意义，它促使人们能够有条理地进行思考。任何一种食品的整个加工过程，如面包和冷冻浓缩橘汁的生产，就可以看出这些加工过程总是由一系列单元操作按照合理的顺序组合而成的。1.2.10节能措施

能耗费用是产品成本的重要组成部分，这促使人们集中精力从优化能源的角度来考虑各种单元操作、设备设计以至整个加工过程。

目前，人们非常感兴趣的是分析加热过程被排至下水道或大气中的热量。对脱水、浓缩、冷冻、杀菌和其它一些单元操作在操作时间和温度方面进行了重新评价，因为这两个因素不仅影响着能源的消耗，而且还与产品的特性和安全性能有关。1.3

食品包装

食品包装材料必须无毒、且防毒素侵蚀能力强；能防止微生物污染；价格低廉；对水分、水蒸气、空气、芳香气等具有良好的阻隔能力，具有避光、防潮能力；具有防静电能力，避免灰尘吸附；能抵抗物理损伤,透明，易开、易装填、易重新封口；具有一定的外观及印刷性能，加工制造方便，容易制成各种类型的包装容器。1.3.1食品包装材料的要求真空液体灌装机

全自动折纸机瓶口热收缩机

色带打码机

1.3.2食品包装材料种类

塑料包装材料广泛应用于食品包装，大量取代玻璃、金属、纸类等传统包装材料，成为食品销售包装最主要的包装材料。常用于食品包装的塑料有以下几种：聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)、聚酯(PET，聚对苯二甲酸乙二酯)。1.塑料

2.金属

目前，在各类包装材料中，金属材料约占14%，而使用最多的金属包装材料是镀锡薄钢板（俗称马口铁）、镀铬薄钢板（又称无锡铁）及铝材等。3.玻璃

玻璃在食品包装中主要以瓶、罐等容器的形式出现，通常用于饮料、罐头等液体或含有液体的食品的包装。由于近年来玻璃包装材料在高强度、轻量化方面得到很大发展，使玻璃包装容器的用量逐年增加，目前已占到包装材料总量的10%左右。4.纸、纸版和纤维板

纸、纸板和纤维板的主要差别在于它们的厚度和用途不同。纸较薄、柔韧，常用于袋子和包裹；纸板稍厚、刚性，用于制造单层纸箱；纤维板由硬纸组合而成，用于制造运输纸箱。

5.复合材料

多层复合材料结合了它们各自的最佳特性，由此制造的包装材料具有一些综合性能，如纸张强度、塑料热封口性和铝箔隔绝性等，如铝箔复合薄膜和镀铝薄膜。软包装材料一般由三层复合材料制成，分别为聚酯膜外层，可耐高温，具有一定的机械强度和印刷性能；铝箔中间层，起屏障作用；聚丙烯内层，提供热封口完整性。1.4食品安全

《中华人民共和国食品卫生法》规定：“食品应当无毒、无害，必须符合应当有的营养要求，具有相应的色、香、味等感官性状”。

“食品安全”为“对食品按其原定用途进行制作和/或食用时不会使消费者健康受到损害的一种担保”。食品安全指在可以接受危险度下不会对健康造成损害。食品安全的认识误区：“认为含有添加剂的食品不安全”；“认为只有无公害食品、绿色食品和有机食品才是安全的，而其中有机食品的安全程度最高”;“认为使用了农药、化肥就会对食物的安全性构成威胁”。1.4.1食品安全与人类食物链

首先，人类农牧业生产的生态环境，包括水、土、大气的质量是否良好，生物学环境是否健康无害，都会影响到食品的质量和安全性。其次，在整个生产过程中，存在着因管理不善使病原菌、有毒有害化学物质进入人类食物链的机会。同时，食品加工、包装中滥用人工添加剂、防腐剂、包装材料等，也是现代食品生产中新的不安全因素。1.4.2生物性危害

生物性危害是指致病性细菌、霉菌及其毒素、病毒（引起疯牛病的朊病毒、口蹄疫病毒、禽流感病毒等）、寄生虫、昆虫等生物对食品污染而使人类产生疾病的危害。常见的食源性致病菌：金黄色葡萄球菌、肉毒杆菌、沙门氏菌、大肠杆菌（如肠出血性大肠杆菌）、李斯特菌（如单核细胞增生李斯特氏菌）等。

1.4.3化学性危害

食物中毒的特点是：潜伏期很短，食用某种食物后突然发病，常常伴有呕吐、头痛、腹泻等肠胃炎的病症。严重的可呈昏迷、休克等症状，甚至可引起死亡，此种食物中毒叫急性食物中毒。常用的解毒处理的方法有：清除毒物，常用的方法有催吐、洗胃和导泻；应用有效解毒剂，常用的方法有输液、利尿、换血、透析等。1.食物中毒

2.环境污染物

大气污染水体污染土壤污染放射性物质污染

农药残留是指农药使用后残存于生物体、食品(农副产品)和环境中的微量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。当农药过量施用，超过最大残留限量(MRL)时，将对人畜产生不良影响或通过食物链对生态系统中的生物造成毒害。兽药残留是指动物产品的任何可食部分所含兽药的母体化合物或其代谢物，以及与兽药有关的杂质的残留。所以兽药残留既包括原药，也包括药物在动物体内的代谢产物，主要残留兽药有抗生素类、磺胺药类、呋喃药类、抗球虫药、激素药类和驱虫药类。3.农药和兽药残留

《食品卫生法》规定：食品添加剂是指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学物质或天然物质。食品添加剂对人体的毒性有致癌性、致畸性和致突变性，这些毒性的共同特点是要经历较长时间才能显露出来，即对人体产生潜在的毒害。4.食品添加剂

防腐剂：苯甲酸和苯甲酸钠作为控制细菌生长的防腐剂用于一些食品中；漂白剂：主要有亚硫酸及其盐类，如亚硫酸纳、次亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等；抗氧化剂：有脂溶性的丁羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)、没食子酸丙酯(PG)和水溶性异抗坏血酸钠；另外，还有呈味剂、着色剂、增香剂、增稠剂等等。1.4.4食品安全性控制1.GMP对食品安全的控制

GMP(GoodManufacturingPractice)标准包括以下几方面的内容。先决条件：包括合适的加工环境、工厂建筑、道路、行程、地表排水系统、废物处理等。设施：制作空间、储藏空间、冷藏空间、冷冻空间的供给；排风、供水、排水、排污、照明等设施；合适的人员组成等。加工、储藏、分配操作：包括物质购买和贮藏；机器、机器配件、配料、包装材料、添加剂、加工辅助品的使用及合理性；成品外观、包装、标签和成品保存；成品仓库、运输和分配；成品的再加工；成品申请、抽检和试验、良好的实验室操作(GLP)等。卫生和食品安全：包括特