食品加工高新技术

精品课程食品科学概论第九章食品加工高新技术•十一食品生物技术•十食品挤压与膨化技术•九食品加热与杀菌技术•八食品冷冻加工技术•七食品微波技术•六食品超高压技术•五食品超临界萃取技术•四食品分子蒸馏技术•三食品膜分离技术•二食品微胶囊技术•一食品超微粉碎技术精品课程食品科学概论一、概述粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作，有时将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎，它包括粗粉碎和中粉碎；将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨，它包括微粉碎和超微粉碎，不过习惯上两者又统称为粉碎。现代工程技术的发展，要求许多以粉末状态存在的固体物料具有极细的颗粒、严格的粒度分布、规整的颗粒外形和极低的污染程度，因此，普通的粉碎手段已不能满足生产的需要，于是便产生了超微粉碎加工技术。但由于在超微粉碎过程中能量的利用率很低，目前对该技术本身的研究主要集中在如何提高能量的利用率上。第一节食品超微粉碎技术精品课程食品科学概论二、超微粉碎类型及原理超微粉碎一般是指将3mm以上的物料颗粒粉碎至10～25μm以下的过程。目前，超微粉碎技术分化学法和机械法两种。化学粉碎法能够制得微米级、亚微米级甚至纳米级的粉体，但产量低加工成本高，应用范围窄。机械粉碎法产量大、成本低，是制备超微粉的主要手段，工业生产中大多用此法。机械法超微粉碎可分为干法粉碎和湿法粉碎，根据粉碎过程中产生粉碎力的原理不同，干法粉碎有气流式、高频振动式、旋转球(棒)磨式、锤击式和自磨式等几种形式；湿法粉碎主要是胶体磨和均质机。精品课程食品科学概论三、超微粉碎技术在食品工业中的应用1.软饮料加工利用气流微粉碎技术已经开发出的软饮料有粉茶、豆类固体饮料、超细骨粉配制富钙饮料和速溶绿豆精等。在牛奶生产过程中，利用均质机能使脂肪显著细化。若脂肪球直径98%在2μｍ以下，则可达到优良的均质效果，口感好，易于消化。2.果蔬加工果皮、果核经超微粉碎可转变为食品。蔬菜在低温下磨成微膏粉，既保存全部的营养素，纤维质也因微细化而增加了水溶性，口感更佳。3.粮油加工经超微粉碎加工的面粉、豆粉、米粉的口感以及人体吸收利用率得到显著提高。将麦麸粉、大豆微粉等加到面粉中，用来改造劣质面粉，可制成高纤维或高蛋白面粉。精品课程食品科学概论4.水产品加工螺旋藻、海带、珍珠、龟鳖、鲨鱼软骨等通过超微粉碎加工制成的超微粉具有一些独特优点。加工珍珠粉的传统方法是球磨十几个小时，粒度达几百目。如果在-67℃左右的低温和严格的净化气流条件下瞬时粉碎珍珠，可以得到平均粒径为10μｍ，D97在173μｍ以下的超微珍珠粉。加上整个生产过程无污染，与传统珍珠粉加工方法相比，珍珠有效成分被充分保留，其钙含量高达42%，可作为药膳或食品添加剂，制成补钙营养食品。5.功能性食品加工膳食纤维素被现代医学界称为“第七营养素”，是防治现代“文明病”和平衡膳食结构的重要功能性基料食品。超微粉碎技术在部分功能性食品基料(如膳食纤维、脂肪替代品等)的制备上起重要作用。精品课程食品科学概论6.巧克力生产巧克力细腻滑润的良好口感要求巧克力配料的粒度不大于25μｍ，当平均粒径大于40μｍ时，巧克力的口感就明显粗糙。因此，只有超微粉碎加工巧克力配料才能保证巧克力的质量。7.调味品加工微粉食品的巨大孔隙率造成集合孔腔，可吸收并容纳香气经久不散，这是重要的固香方法之一，因此作为调味品使用的超微粉，其香味和滋味更浓郁、突出。8.其它当微粉孔腔中吸收容纳一定量的CO2和Ｎ2时，食品保鲜期会大大延长。精品课程食品科学概论一、概述微胶囊技术，又称微胶囊造粒技术、微胶囊包埋技术，它是指用特殊的手段将固、液、气体物质包埋在一个微小而封闭的胶囊内的技术。药物的胶囊化已有150多年的历史，但微胶囊化则出现于20世纪30年代，经过几十年的不断研究与开发，现已在制药、食品、饲料、精细化工、照相材料和机械制造等领域得到广泛应用。第二节食品微胶囊技术精品课程食品科学概论微胶囊是一种具有聚合物壁壳的微型包覆体，能够包埋和保护其囊芯内的物质微粒。微胶囊内部被包覆的物料称为芯材、囊芯、内核、填充物，其外部的包覆膜称为壁材、囊壁、包膜、壳体。微胶囊的大小一般在5～200μm范围内，当囊的粒度小于5μm时，由于其布朗运动而难于收集，当其粒度超过200μm时，由于表面的静电摩擦系数减少而稳定性下降。微胶囊技术在食品工业中具有改变物态、体积和质量，控制释放和降低物质挥发性，隔离活性成分以及保护敏感物质等功能。精品课程食品科学概论微胶囊可有多种形状，如球形、肾形、粒状、谷粒状、絮状和块状等。囊壁可以是单层结构，也可以是多层结构；囊芯可以是单核的，也可以是多核的，如图所示。精品课程食品科学概论二、微胶囊化原理1.微胶囊化的步骤微胶囊化的基本步骤是先将芯材分散成微粒，后以壁材包敷其上，最后固化定形，如图所示。(a)芯材在介质中分散(b)加入壳材料(c)含水壳材料的沉积(d)微胶囊壳的固化精品课程食品科学概论2.微胶囊的制备方法分类目前，主要是按Kondo的分类方法，将各种微胶囊的制备方法分为三大类，即化学法、物理化学法和机械法。而这三大类方法又可衍生出许多方法，现将其概括如下：界面聚合法原位聚合法化学法锐孔法(聚合物快速沉析法)包接络合物法(分子包接法)辐射化学法精品课程食品科学概论旋转悬浮分离法空气悬浮包衣法(Wurster法)喷雾干燥法真空蒸发沉积静电结合法离心挤压法锅包衣法蔗糖共结晶法机械法水相分离法油相分离法变温相分离法凝聚法(相分离法)复相乳液法(干燥浴法)物理化学法熔化分散与冷凝法囊心交换法粉末床法单凝聚法复凝聚法盐凝聚法调节pH值沉淀法精品课程食品科学概论3.囊芯材料释放机理微胶囊的释放原理有很多种，主要有扩散释放、溶液活化释放、渗透压释放、pH敏感释放、温度敏感释放、熔融活化释放、生物降解释放等。扩散释放是囊芯在浓度梯度推动下扩散到微胶囊颗粒表面；溶液活化释放可以将胶囊完全溶解释放出内容物或者仅仅使其溶胀从而加快活性物的释放，溶液活化释放是食品工业中应用最广泛的控释机制；渗透压释放是将微胶囊囊芯材料溶胀，直到胶囊爆裂；pH敏感释放是胶囊系统能对pH值变化作出反应，当pH值变化时胶囊破裂释放出囊芯材料；温度敏感释放是指一些物质具有在一定温度下会崩解或膨胀的独特性能；熔融活化释放是指胶囊外壁熔融从而释放出活性材料，如喷雾冷凝微胶囊的释放；生物降解释放是利用生物酶降解大分子壁材，可分为瞬间打破释放和缓慢释放两种。精品课程食品科学概论三、微胶囊技术在食品工业中的应用1.微胶囊化香精香料和风味剂微胶囊化可有效控制风味物质的挥发，控制香味物质的释放速度，同时液体香料微胶囊化转变成固态，大大提高了产品的稳定性，拓宽了其适用范围，从而降低了其挥发性，提高了抗氧化能力和水溶性，在食品加工中能更好地分散于各种原料中。已被用于许多液体香精如薄荷油、柠檬油、橙油、桔子油、茴香油、花椒油、香辛料精油的微胶囊化，保香率提高到50%～95%。精品课程食品科学概论2.微胶囊化酸味剂由于酸味剂的酸味刺激性，如果直接加至食品中，易使某些敏感成分劣变，另外，柠檬酸等具有较强的吸湿性，易使产品吸水结块霉变。因此，采用微胶囊技术，把酸味剂包埋起来，使其与外界环境隔离，可有效控制其释放，使其持久恒定地发挥作用。美国目前已将微胶囊化酸味剂应用于焙烤食品、肉制品、固体饮料等产品中。3.微胶囊化甜味剂某些甜味剂因受温度和湿度的影响，导致丧失甜味，给加工贮藏带来诸多不便。如阿斯巴甜，受热易分解而丧失甜味；一些多元糖醇如山梨糖醇、木糖醇、麦芽糖醇等，吸湿性大，易结块，给加工和贮藏带来不便。微胶囊化处理后，产品的稳定性大大提高，吸湿性明显降低，可应用于焙烤食品和固体饮料中。精品课程食品科学概论4.微胶囊化营养强化剂食品中需要强化的营养素主要有氨基酸、维生素和矿物质等，这类物质在加工或贮藏过程中，易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味。如微胶囊碘剂具有稳定性好、成本低、碘剂使用效率高等优点，既可用于加碘盐、碘片中，又可用于其它食品、保健品和药品中,微胶囊碘剂的应用会产生良好的经济效益与社会效益。5.微胶囊化防腐剂食品中常用苯甲酸(钠)和山梨酸(钾)作为防腐剂，但由于加入了防腐剂而使介质的pH值下降，影响了产品质量。微胶囊化防腐剂可起到控制释放及防腐的作用。如日本开发的质量分数为6%的乙醇微胶囊，杀菌能力相当于70%的乙醇。将微胶囊化乙醇置入乙醇气体不易透过的密封包装中，利用胶囊缓慢释放的乙醇蒸气达到杀菌防腐的目的。精品课程食品科学概论6.微胶囊化生理活性物质生理活性物质(功能性食品基料)大多性质不稳定，极易受光、热、氧气、pH值等因素的影响，或易与其它配料发生作用等，不仅失去了对人体的生理活性或保健功能，甚至引起癌变等。应用微胶囊技术，可使其在贮藏期内保持生理活性，并发挥其营养和保健价值。7.微胶囊化抗氧化剂微胶囊抗氧化剂可提高产品的热稳定性，还可通过各抗氧化剂单体之间以及与金属离子螯合剂之间的协同增效作用，使油脂的抗氧化能力显著提高，是应用于油脂及高温油炸食品的一种较安全、高效和成本较低的抗氧化剂。精品课程食品科学概论一、概述早在1748年，AbbleNelkt就发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。但膜分离技术的大量研究和应用则是20世纪50年代以后的事，并且很快发展到工业化应用阶段。目前，膜分离已成为分离混合物的重要方法，广泛应用于食品、生物、化工、制药、电子、纺织和环保等行业。膜分离(MembraneSeparation)是利用具有一定选择透过性的过滤介质，依靠其两侧存在的能量差作为推动力，利用混合物中各组分在过滤介质中迁移速率的不同来实现物质的分离与纯化的单元操作。第三节食品膜分离技术精品课程食品科学概论二、膜分离装置及其工艺流程膜分离装置主要包括膜组件、泵以及辅助装置，其中膜组件是核心。所谓膜组件，就是将膜以某种形式组装在一个单元设备内，以便料液在外加压力作用下实现溶质与溶剂的分离。目前，工业上常用的膜组件有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维素、毛细管式和槽条式等类型。常见的基本流程有两类：一是一级流程，即指进料液经一次加压操作的分离流程；二是多级流程，即指进料液经过多次加压分离的流程。微滤、超滤、纳滤和反渗透装置及其工艺流程精品课程食品科学概论电渗析设备主要由电渗析器本体和辅助设备两大部分组成。电渗析器本体，又可分成膜堆、极区和夹紧装置三部分。其中膜堆是由交替排列的浓、淡室隔板和阴、阳离子交换膜所组成，是电渗析器脱盐的主要场所。极区包括电极、极水框和保护室，用以供给直流电，通入及引出极水，排除电极反应产物，从而保证电渗析器的正常工作。辅助设备包括整流器、水泵、流量计、过滤器、水箱和仪器仪表等。电渗析的基本流程可以采用与上述相似的流程。但就电渗析器本体而言，由于其结构的特殊性，使得电渗析器本体就存在一个组装方式的问题，由于原水的水源不同以及对出水水质和水量的要求不同，电渗析器本体的组装方式有串联组装、并联组装以及串、并联联合组装三种。电渗析装置及其工艺流程精品课程食品科学概论三、膜分离过程中的主要问题在常用的以静压力差为推动力的膜分离过程中如微滤、超滤、纳滤及反渗透等，都涉及一个不可忽视的问题即浓差极化。以反渗透为例，由于机械力的作用，迫使溶液中的溶质和溶剂都趋向穿过膜，其中溶剂基本上是可以全部穿过，但对于溶质来说，由于膜的阻碍作用使其大部分无法通过而被截留在膜的高压侧表面上并积累，造成由膜表面到主体流溶液之间的浓度梯度，从而引起溶质从膜表面通过边界层，向主体流扩散。当膜表面上截留了溶质或其他物质而形成浓差极化层时，膜的传递性能及分离性能均将迅速衰减，不仅降低了膜分离器的工作效能，而且还会缩短其使用寿命。微滤、超滤、纳滤和反渗透过程中的主要问题精品课程食品科学概论浓差极化实际上是不可避免的，但可以采用适当的方法减缓其影响。通常采取下列措施：(1)预处理在进入膜处理以前，对溶液进行预过滤，去除微粒状物质，降低待阻留溶质的浓度；(2)温度在物料性质与膜性质允许的范围内，尽可能