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食品工艺学第一章绪论第一节食品的加工概念一、食物与食品1食物——供人类食用的物质称为食物。是人体生长发育、更新细胞、修补组织、调节机能必不可少的营养物质，也是产生热量保持体温、进行体力活动的能量来源。除少数物质如盐类外，几乎全部来自动植物和微生物。2食品——经过加工制作的食物统称为食品。食品的种类对食品不同的人关心的侧面不同；不同地区也有不同的情况食品分类的方法：按加工工艺分；按原料种类分；按产品特点分；按使用对象分：老年、儿童、婴儿、妇女、运动员、航空、军用。二.食品的功能食品对人类所发挥的作用；人类吃食品的目的；人类对食品的要求；1．营养功能（第一功能）蛋白质、碳水化合物（糖）、脂肪、维生素、矿物质、膳食纤维。提供营养和能量，为了生存——营养功能（吃饱）。2．感观功能（第二功能）为了满足视觉、触觉、味觉、听觉的需要，使多吃吃好。外观：大小、形状、色泽、光泽、稠度；质构：硬度、粘性、韧性、弹性、酥脆；风味：气味、香臭。味道酸、甜、苦、辣、咸、鲜、麻。3．保健功能（第三功能新发展的功能）调节人体生理功能，起到增进健康、恢复疾病、延缓衰老、美容等作用。三、食品的特性1．安全性无毒无害卫生；2．方便性食用使用运输；3．保藏性有一定的货架寿命。四、加工工艺1．1．食品加工概念将食物（原料）经过劳动力、机器、能量及科学知识，把它们转变成半成品或可食用的产品（食品）的过程。原料——产品加工加工预处理：清洗分离粉碎；单元操作：加热冷却干燥；关键工序：杀菌消毒；食品添加剂：调味保存；包装：维持由于加工操作带来的产品的特征。2．食品加工的目的满足消费者要求；延长食品的保存期；增加多样性；提高附加值。食品加工过程或多或少都含有这些目的，但要加工一个特定产品其目的性可能各不相同。比如冷冻食品的目的主要是保藏或延长货架寿命；糖果工业的主要目的是提供多样性。但是要达到各个产品的目的却并不简单，并不是买来设备就可以生产，或达到生产出食品并赢利的目的3．食品工艺根据技术上先进、经济上合理的原则，研究食品的原材料、半成品和成品的加工过程和方法的一门应用科学。第二节食品加工原料的特性和要求一、食品原料主要组成蛋白质、碳水化合物、脂肪、有机酸、维生素、色素、矿物质等二、影响原料加工的因素1．原料采收运输基本原则：②物理化学结合水。③机械结合水。二、水分活度游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映，我们把食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度（wateractivity）Aw。f——食品中水的逸度Aw=——f0——纯水的逸度我们把食品中水的逸度和纯水的逸度之比称为水分活度。水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示，在低压或室温时，f/f0和P/P0之差非常小（1%），故用P/P0来定义Aw是合理的。（1）定义Aw=P/P0其中P：食品中水的蒸汽分压；P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）。（2）水分活度大小的影响因素①取决于水存在的量；②温度；③水中溶质的浓度；④食品成分；⑤水与非水部分结合的强度。表2-1常见食品中水分含量与水分活度的关系。（3）测量①利用平衡相对湿度的概念；②数值上Aw=相对湿度/100，但两者的含义不同；③水分活度仪。对单一溶质，可测定溶液的冰点来计算溶质的mol数；具体方法参考FoodengineeringpropertiesM.M.A.Mao。三、水分活度对食品的影响大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、化学反应等）与水分活度是紧密相关的。（1）水分活度与微生物生长的关系；食品的腐败变质通常是由微生物作用和生物化学反应造成的，任何微生物进行生长繁殖以及多数生物化学反应都需要以水作为溶剂或介质。干藏就是通过对食品中水分的脱除，进而降低食品的水分活度，从而限制微生物活动、酶的活力以及化学反应的进行，达到长期保藏的目的。（2）干制对微生物的影响；干制后食品和微生物同时脱水，微生物所处环境水分活度不适于微生物生长，微生物就长期处于休眠状态，环境条件一旦适宜，，又会重新吸湿恢复活动。干制并不能将微生物全部杀死，只能抑制其活动，但保藏过程中微生物总数会稳步下降。由于病原菌能忍受不良环境，应在干制前设法将其杀灭。（3）干制对酶的影响；水分减少时，酶的活性也就下降，然而酶和底物同时增浓。在低水分干制品中酶仍会缓慢活动，只有在水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失。酶在湿热条件下易钝化，为了控制干制品中酶的活动，就有必要在干制前对食品进行湿热或化学钝化处理，以达到酶失去活性为度。（4）对食品干制的基本要求。干制的食品原料应微生物污染少，品质高。应在清洁卫生的环境中加工处理，并防止灰尘以及虫、鼠等侵袭。干制前通常需热处理灭酶或化学处理破坏酶活并降低微生物污染量。有时需巴氏杀菌以杀死病原菌或寄生虫。四、食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系曲线称为该食品的吸附等温线；水分吸附等温线的认识；温度对水分吸附等温线的影响；水分吸附等温线的应用。思考题1.水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？简述干藏原理。2.在北方生产的紫菜片，运到南方，出现霉变，是什么原因，如何控制？第二节食品干制的基本原理一、干燥机制干燥过程是湿热传递过程：表面水分扩散到空气中，内部水分转移到表面；而热则从表面传递到食品内部。①水分梯度：干制过程中潮湿食品表面水分受热后首先有液态转化为气态，即水分蒸发，而后，水蒸气从食品表面向周围介质扩散，此时表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在水分梯度。水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散，亦即是从内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性。②温度梯度：食品在热空气中，食品表面受热高于它的中心，因而在物料内部会建立一定的温度差，即温度梯度。温度梯度将促使水分（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为导湿温性。（一）导湿性（1）水分梯度若用M表示等湿面湿含量或水分含量（kg/kg干物质），则沿法线方向相距Δn的另一等湿面上的湿含量为M+ΔM，那么物体内的水分梯度gradM则为：)//(limlim00mkgkgnMnMnMMMgradMnnM——物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克）；Δn——物料内等湿面间的垂直距离（米）。导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得：（千克/米2·小时）其中：i水——物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分转移量（kg干物质/米2·小时）。K——导湿系数（米·小时）。γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米3）。M——物料水分（kg/kg干物质）水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所以式中带负号。需要注意的一点是：导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的，它随着物料温度和水分而异。（2）物料水分与导湿系数间的关系①K值的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段时，排除的水分基本上为渗透水分，以液体状态转移，导时系数稳定不变（DE段）；再进一步排除毛细管水分时，水分以蒸汽状态或以液体状态转移，导湿系数下降（CD段）；再进一步为吸附水分，基本上以蒸汽状态扩散转移，先为多分子层水分，后为单分子层水分。②导湿系数与温度的关系若将导湿性小的物料在干制前加以预热，就能显著地加速干制过程。因此可以将物料在饱和湿空气中加热，以免水分蒸发，同时可以增大导湿系数，以加速水分转移。（二）导湿温性在对流干燥中，物料表面受热高于它的中心，因而在物料内部会建立一定的温度梯度。温度梯度将促使水分（不论液态或气态）从高温处向低温处转移。这种现象称为导湿温性。导湿温性是在许多因素影响下产生的复杂现象。高温将促使液体粘度和它的表面张力下降，但将促使蒸汽压上升，而且毛细管内水分还将受到挤压空气扩张的影响。结果是毛细管内水分将顺着热流方向转移。（1）温度梯度导湿温性引起水分转移的流量将和温度梯度成正比，它的流量可通过下式计算求得：其中：i温——物料内水分转移量，单位时间内单位面积上的水分转移量（kg干物质/米2·小时）。K——导湿系数（米·小时）γ0——单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米3）。δ——湿物料的导湿温系数（1/℃，或kg/kg干物质×℃）（2）导湿温系数就是温度梯度为1℃/米时物料内部能建立的水分梯度，即导湿温性和导湿性一样，会因物料水分的差异（即物料和水分结合状态）而异。（三）干制过程中，湿物料内部同时会有水分梯度和温度梯度存在，因此，水分流动的方向将由导湿性和导湿温性共同作用的结果。i总=i湿+i温两者方向相反时：i总=i湿—i温当i湿﹥i温水分将按照物料水分减少方向转移，以导湿性为主，而导湿温性成为阻碍因素，水分扩散则受阻。当i湿﹤i温水分随热流方向转移，并向物料水分增加方向发展，而导湿性成为阻碍因素。如：烤面包的初期二、干制过程的特性食品在干制过程中，食品水分含量逐渐减少，干燥速率逐渐变低，食品温度也在不断上升。①水分含量的变化（干燥曲线）②干燥速率曲线③食品温度曲线（1）干燥曲线干制过程中食品绝对水分和干制时间的关系曲线。干燥时，食品水分在短暂的平衡后，出现快速下降，几乎是直线下降，当达到较低水分含量时（第一临界水分），干燥速率减慢，随后达到平衡水分。平衡水分取决于干燥时的空气状态。（2）干燥速率曲线随着热量的传递，干燥速率很快达到最高值，然后稳定不变，此时为恒率干燥阶段，此时水分从内部转移到表面足够快，从而可以维持表面水分含量恒定，也就是说水分从内部转移到表面的速率大于或等于水分从表面扩散到空气中的速率（3）食品温度曲线初期食品温度上升，直到最高值——湿球温度，整个恒率干燥阶段温度不变，即加热转化为水分蒸发所吸收的潜热（热量全部用于水分蒸发）。在降率干燥阶段，温度上升直到干球温度，说明水分的转移来不及供水分蒸发，则食品温度逐渐上升。曲线特征的变化主要是内部水分扩散与表面水分蒸发或外部水分扩散所决定。食品干制过程特性总结：干制过程中食品内部水分扩散大于食品表面水分蒸发或外部水分扩散，则恒率阶段可以延长，若内部水分扩散速率低于表面水分扩散，就不存在恒率干燥阶段。外部扩散速率，很容易理解，取决于温度、空气、湿度、流速以及表面蒸发面积、形状等。那么内部水分扩散速率的影响因素或决定因素是什么呢？由导湿性和导湿温性解释干燥过程曲线特征。以上我们讲的都是热空气为加热介质。若是采用其它加热方式，则干燥速率曲线将会变化。三、影响干制的因素干制过程就是水分的转移和热量的传递，即湿热传递，对这一过程的影响因素主要取决于干制条件（由干燥设备类型和操作状况决定）以及干燥物料的性质。（一）干制条件的影响（1）温度对于空气作为干燥介质，提高空气温度，干燥加快。由于温度提高，传热介质与食品间温差越大，热量向食品传递的速率越大，水分外逸速率因而加速。对于一定相对湿度的空气，随着温度提高，空气相对饱和湿度下降，这会使水分从食品表面扩散的动力更大。另外，温度高水分扩散速率也加快，使内部干燥加速。注意：若以空气作为干燥介质，温度并非主要因素，因为食品内水分以水蒸汽的形式外逸时，将在其表面形成饱和水蒸汽层,若不及时排除掉，将阻碍食品内水分进一步外逸，从而降低了水分的蒸发速度.故温度的影响也将因此而下降。（2）空气流速空气流速加快，食品干燥速率也加速。不仅因为热空气所能容纳的水蒸气量将高于冷空气而吸收较多的水分；还能及时将聚集在食品表面附近的饱和湿空气带走，以免阻止食品内水分进一步蒸发；同时还因和食品表面接触的空气量增加，而显著加速食品中水分的蒸发。（3）空气相对湿度脱水干制时，如果用空气作为干燥介质，空气相对湿度越低，食品干燥速率也越快。近于饱和的湿空气进一步吸收水分的能力远比干燥空气差。饱和的湿空气不能在进一步吸收来自食品的蒸发水分。脱水干制时，食品的水分能下降的程度也是由空气湿度所决定。食品的水分始终要和周围空气的湿度处于平衡状态。干制时最有效的空气温度和相对湿度可以从各种食品的吸湿等温线上寻找。（4）大气压力和真空度气压影响水的平衡，因而能够影响干燥，当真