食品工程高新技术

食品工程高新技术•食品粉碎、造粒新技术•食品包装、杀菌新技术•食品质构调整技术纲要第一章食品粉碎、造粒新技术•微粉碎与超微粉碎•冷冻粉碎•微胶囊造粒技术——粉碎：利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎的单元操作。•微粉碎：原料粒度5～10mm，成品粒度100μm以下。•超微粉碎：原料粒度0.5～5mm，成品粒度10～25μm以下。第一节微粉碎与超微粉碎一、超微粉碎的特点•速度快可低温粉碎•粒径细且分布均匀•节省原料，提高利用率•减少污染二、超微粉碎的原理通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。三、超微粉碎的方法气流式以压缩空气或过热蒸汽，通过喷嘴产生的超音速高湍流气作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性积压、磨擦和剪切等作用从而达到粉碎的目的。2AB10型气流粉碎机AB10型气流粉碎机三、超微粉碎的方法借助与运动的研磨介质(磨介)所产生的冲击，以及非冲击式的弯折挤压和剪切等作用力，达到物料颗粒粉碎的过程。磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦，即挤压和剪切。其效果取决于磨介的大小、形状、配比、运动方式、物料的填充率、物料的粉碎力等特性。球磨机搅拌磨振动磨磨介式四、超微粉碎的应用•通过对纤维的微粒化，能明显改善纤维食品的口感和吸收性，从而使食物资源得到了充分的利用，而且丰富了食品的营养。•动物骨、壳、皮等通过超微粉碎后得到的微粉属有机钙，比无机钙容易被人体吸收、利用。•蟹壳、虾壳、蛆、蛹等的超微粉末可用作保鲜剂、持水剂、抗氧化剂等，改性后还有许多其他功能特性。——食品资源的利用•改善食品品质，改变传统工艺，降低生产成本•软饮料加工：茶粉、植物蛋白饮料等•巧克力生产：巧克力配料的精磨•中药生产：促进药材成分的溶出，提高药效•水产品深加工和水产饲料生产第二节冷冻粉碎利用物料在低温状态下的“低温脆性”，即物料随温度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韧性降低。在一定温度下用一个很小的力就能将其粉碎。一、冷冻粉碎的原理物料的“低温脆性”与玻璃化转变现象密切相关。首先使物料低温冷冻到玻璃化转变温度或脆化温度以下，再用粉碎机将其粉碎。在食品和农产品快速降温过程中，会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内应力，在内应力的作用下，物料内部薄弱部位微裂纹，并导致内部的结合力降低。在外部较小作用力就使内部裂纹迅速扩大而破碎。•原料前处理•低温冷冻•真空升华干燥•产品后处理•对含油脂、糖分、水分多的物料特别有效二、冷冻粉碎的工艺流程第三节微胶囊造粒技术•微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。•微胶囊造粒技术就是将固体、液体或气体物质包埋、封存在一种微型胶囊内成为一种固体微囊产品的技术。•微胶囊内部装载的物料称为心材(或称囊心物质)，外部包裹的壁膜称为壁材(或称包囊材料)。心材•心材可以是单一的固体、液体或气体，也可以是固液、液液、固固或气液混合体等。•可以作为心材的物质很多，如膳食纤维、活性多糖、超氧化物歧化酶(SOD)和免疫球蛋白等生物活性物质、氨基酸、维生素、矿质元素、食用油脂、酒类、微生物细胞、甜味剂、酸味剂等。壁材•选择壁材的基本原则是：能与心材相配伍，但不发生化学反应；能满足食品工业的安全卫生要求，应具备适当的渗透性、吸湿性、溶解性和稳定性等。•无机材料和有机材料均可作为微胶囊的壁材，但最常用的是高分子有机材料，包括天然和合成两大类。在食品工业中可使用的壁材有植物胶、淀粉、纤维素、蛋白质、聚合物、蜡与类脂物等。一、微胶囊的功能•改变物料的存在状态、物料的质量与体积；•隔离物料间的相互作用，保护敏感性物料；•掩盖不良风味、降低挥发性；•控制释放；•降解食品添加剂的毒理作用。•——微胶囊释放速度与囊壁厚度二、微胶囊的造粒步骤•微胶囊的制作过程是将心材加工成微粉状，引入壁材(成膜物质)，使用特殊方法将壁材物质在芯材粒子表面形成薄膜(也称外壳或保护膜)，最后经过化学或物理处理，达到一定的机械强度，形成稳定的薄膜(也称为壁膜的固化)。•制作微胶囊最关键的是芯材物质的选择和成膜技术。选择芯材的原则是既要考虑芯材的物性，又要兼顾芯材和壁材的相容性及二者的相互作用。三、微胶囊造粒的方法分类具体方法壁材应用领域化学法界面聚合法原位聚合法分子包囊法辐射包囊法聚酞胺、聚氨酯、聚脲、聚酯、乙烯基聚合物、三聚氰酰氨、尿素树脂、海藻酸、明胶全色热教纸、感压复写纸、黏合剂、农药、热膨胀剂、化妆品、油墨、医药、香料物理法喷雾干燥法、喷雾凝冻法、空气悬浮法、真空蒸汽沉淀法、静电结合法、多孔离心法明胶、有机溶剂、可溶的聚合物、聚苯乙烯、聚乙烯、石蜡药品、感压复写纸、香料、酶药品、医药品、饲料物理化学法水相分离法、油相分离法、囊心交换法、挤压法、锐空法、粉末床法、熔化分散、复相乳液聚合物、医药品、氧化铝、农药、炭素、明胶、淀粉、纤维素、聚酰胺、聚氨酯、金属、石蜡医药品、农药、食品、化妆品四、微胶囊造粒技术的应用•微胶囊化香料和风味剂•微胶囊化食品（果蔬饮料、粉末油脂）•微胶囊化微生物（双歧杆菌）•微胶囊化药物（缓释剂）•微胶囊化酶第二章食品包装、杀菌新技术•蒸煮袋与软罐头•无菌包装•超高温杀菌•欧姆杀菌和高压杀菌第一节蒸煮袋与软罐头•蒸煮袋是采用由聚酯、铝箔、聚烯烃等材料复合而成的多层复合薄膜用黏合剂通过干法或其他复合后切制或一定尺寸的软质包装容器，适宜于填充多种食品，可热熔封口，并能耐高温高湿热杀菌。•软罐头食品是将各种不同的食品原料加工处理后，装入热熔封口的蒸煮袋内，经过适度的加热杀菌，使之成为能长期保存，食用方便的食品。一、蒸煮袋•蒸煮袋的分类•蒸煮袋的基材及其性能•工艺概述1.蒸煮袋的分类•按其是否具有阻光性可分为带铝箔层的不透明蒸煮袋和不带铝箔层的透明蒸煮袋；•按其耐高温程度分为普通蒸煮袋（耐100～121℃杀菌温度）、高温杀菌蒸煮袋（耐121～135℃杀菌温度）和超高温杀菌蒸煮袋（耐135～150℃杀菌温度）三类；•按包装规格分大型蒸煮袋及小型蒸煮袋。•蒸煮袋的基础材料包括：聚乙烯（PE）薄膜、聚丙烯（PP）薄膜、聚酯（PET）薄膜、铝箔（AL）、尼龙（PA）薄膜、聚偏二氯乙烯（PVDC）薄膜、粘合剂。•蒸煮袋的基础材料由外层保护层（印刷层）、中间隔绝层、内层保护层组成，各层材料存在着不同的性能。2.蒸煮袋的基材及其性能•机械性能：抗拉强度、刚性或可取拿性、密封性、可开剥性•物理化学性能：隔湿性能、隔氧和其他气体性能、保香性、抗油性、隔光性或透光性、耐腐蚀性、无毒、无臭、无味特性•耐久性能：在冷、热的条件下的稳定性、在高湿度条件下的稳定性、生物降解能力•加工、包装适应性：可印刷性、适应自动化、机械化作业能力、静电性能收缩性能3.工艺概述•挤出复合•挤出涂布•干法胶粘复合•检验：检样、非破坏性感官检验、典型单体介质试验、强度检验、密闭性能检验、实罐检验、材料及其卫生性能检验二、软罐头•原辅料的验收及选择•食品加工处理•装填、排气•密封、检验•杀菌、冷却•包装第二节无菌包装经过杀菌的食品(饮料、奶制品、调味品等)在无菌环境中包装，封闭于经过杀菌的容器中，以期在不加防腐剂、不经冷藏的条件下取得较长货架寿命的工艺操作。“无菌”表明了产品中不含任何影响产品质量的微生物，“完整封合”表明经过了适当的机械手段将产品封合到一定容积的包装内，能防止微生物和气体或水蒸汽进入包装。一、无菌包装的特点•可以使食品的营养成分得以完好的保存；•采用复合包装材料和真空状态可以使食品免受光、异味和微生物的侵入，使食品不必加防腐剂，运输、仓储不需冷藏；•产品外形呈砖形、包装材料使用纸质，产品的空间利用率高、重量轻，成本低；•符合环保包装的潮流二、无菌包装的原理•包装材料的无菌无菌包装材料一般有金属罐、玻璃瓶、塑料容器、复合罐、纸基复合材料、多层复合软包装等几种。•包装产品的无菌食品物料的杀菌分为热力杀菌和冷菌。无菌包装的食品物料杀菌主要是热力杀菌，其又分超高温杀菌和高温短时杀菌两种。•包装环境的无菌•无菌包装系统主要分为敞开式无菌包装系统和封闭式无菌包装系统。它们之间最大的区别是封闭式无菌包装系统比敞开式无菌包装系统多了无菌室，包装材料要在无菌室内杀菌、成形、灌装。由于无菌室一直通有无菌气体保持其正压，所以无菌室能有效防止微生物的污染，因此在生产中应用广泛。•包装设备的无菌•要实现无菌化包装,我们就必须确保包装设备的无菌。对于包装设备来说,主要杀菌方法有加热法和化学法。三、无菌包装程序•包装材料的灭菌，原料的商业灭菌，无菌输送，以及在无菌环境下填充，然后完成完整封合以防止再污染，从而生产出无菌产品。包装材料灭菌→无菌填充和包装→无菌产品原料灭菌→无菌输送1.包装材料灭菌•包材经贴条器贴条后进入具有一定液位的双氧水槽，在70℃双氧水槽中浸泡10秒钟，杀灭包材表面附着的微生物；•包材经过一对挤压辊轮去掉多余的双氧水，然后经过125℃无菌空气，所形成的“气刀”吹干包材表面双氧水；•通过向纸筒内不断通入125℃无菌空气，以便在包装的产品接触表面形成一道无菌空气屏障，能有效地防止微生物的再污染。2.无菌包装环境的形成•生产前：无菌室的灭菌是通过双氧水喷雾和无菌空气干燥来实现的，无菌空气是通过包装机无菌空气加热器加热来实现的。液态双氧水喷射到无菌热空气中并瞬间蒸发，无菌空气和双氧水气体的混合物进入无菌室进行灭菌，冷凝在内表面的双氧水，通过无菌热空气进行干燥，完成无菌室的灭菌。•生产中：无菌室内吹入无菌热空气，并保持其正压，20～40mm水柱，实现无菌状态。•灌装机的灭菌以及纸筒的完整封合3.产品的灭菌和无菌输送•产品的灭菌通过超高温瞬时灭菌机来完成，产品的灭菌温度和时间为137℃／4s或135℃／15s。由于温度高、时间短，既保持产品原来的营养成分尽量不损失，又杀灭了产品中的微生物。•超高温瞬时灭菌机输出的热水，经过产品管道—灌装机—产品回流管道—超高温瞬时灭菌机，循环20min，对管道进行灭菌，形成无菌管道。灭菌后的产品经过无菌管道，进行输送，从而完成产品的无菌输送。第四节欧姆杀菌和高压杀菌一、欧姆杀菌1.定义：以加热为主要目的，电流直接通过食品使热量以内能的形式产生在物料和其他物料内部的技术。2.特征：采用欧姆加热作为杀菌热源。欧姆加热，也称为焦耳加热、电阻加热、直接电阻加热、电加热和电导加热。•以体积加热方式处理食品液体和颗粒，升温快速均匀，热破坏小；•液体和颗粒之间温度差异很小，产品拥有更高的安全水平；•不存在传热表面，降低了设备结垢的可能性，设备连续运行时间长；•移动部件少，维护费用低。3.欧姆杀菌技术原理•①设备消毒：欧姆加热器、保温管和冷却器用温和盐溶液循环消毒。盐溶液浓度调节到使其电导率接近将处理的物料。无菌贮存罐、交替贮存罐和管路系统用蒸汽消毒。•②杀菌操作：整个设备灭菌后，灭菌用的盐溶液用板式换热器冷却，达到稳定状态后，将消毒溶液排掉或收集起来，食品由正位移泵引入系统。交替贮罐的操作压力通过调节交替贮存罐的顶部压力来控制，一般用压缩空气或氮气。该罐用来收集溶液和产品的交替部分。交替的产品收集完毕，产品就可转移到主要的无菌贮存罐中，其顶部压力的调节同交替贮存罐类似。•③清洗：产品处理完后，系统用水浸泡及2％，70℃的NaOH循环。改变物料时不需清洗设备，因为一般不会结垢。二、高压杀菌将食品原料充填到塑料等柔软的容器中密封，再投入到100～600MPa静水压的高压装置中加压处理。•水在高压下体积会被压缩14％。水系中被包着于食品中的蛋白质、淀粉等物质在静水压下呈体积减少的趋势，即形成生物高分子立体结构的氢键，离子键，疏水键等非共价键发生变化，结果使蛋白质、淀粉等发生变化，酶失去机制，生命停止活动，细菌等微生物被杀死。•与此相反，形成蛋白质等生物