食品加工新技术

第一章食品辐照技术基本概念：食品辐照:利用射线照射食品（包括原材料）延迟新鲜食物某些生理过程（发芽或成熟）的发展，或对食品进行杀虫、消毒、杀菌、防霉等处理，达到延长保藏时间，稳定、提高食品质量的操作过程。电子加速器是利用电磁场使电子获得较高能量，将电能转变成辐射能，产生高能电子束或x射线的装置。也称人工β射线源。电离辐射:凡是能直接或间接地使物质分子电离的辐射统称电离辐射，包括电子、质子、重离子、致电离光子(即X射线和γ射线)和中子，是引发生物学变化的辐射类型。非电离辐射自由基离子1.辐照保藏技术的优点:①食品在受射线照射过程中的升温极微，可以忽略不计，在冷冻状态下也能进行处理，从而可以保持食品原有的新鲜感官特征。②操作适应范围广。在同一射线处理场所可以处理多种体积、形态、类型不同的食品。③经安全剂量射线照射的食品中无任何残留，射线也不会与产品化合。④食品可以在包装以后接受照射，对包装无严格要求，因此，辐照保藏既可以防止食品的再污染，又能节约材料。⑤加工效率高，射线的穿透度高、均匀，与加热相比，辐照过程可以精确控制。整个工序可连续作业，易实现自动化。⑥节约能源。与传统的冷藏、热处理和干燥脱水相比，辐照处理可以节约70％～90％的能量。2.辐射化学反应有以下特点：辐射化学反应的能量范围为几千电子伏特(keV)至几百万电子伏特(MeV)，一个高能粒子可产生很多激发分子或离子，在作用过程中所生成的活性粒子种类很多，活性粒子集中于入射粒子的径迹上，然后再进行扩散热化学反应与光化学反应的能量范围仅几个电子伏特(eV)到数十个电子伏特．而且光化学反应只能引起简单的激发态，一个光于与一个原子起作用，此外只有一定波长的光子才能被某些物质所吸收。3.过渡态活性粒子的种类主要有离子、激发分子、自由基、离子基、水合电子、溶剂化电子等.4.蛋白质与酶的辐射化学:蛋白质是一切生物体中最重要的组成物质之一，而酶是具有催化作用的蛋白质，酶活力的细微改变就会造成机体代谢过程和生化过程的剧烈变化。蛋白质的生理活性不仅取决于一级结构，同时还取决于高级结构，而维持高级结构的次级键如氢键等的键能较弱，容易受到破坏。如果电离辐射影响蛋白质或酶的空间结构，必然影响酶的活性中心，不仅会使其理化性质发生改变，而且还会使酶的活力减低，甚至完全丧失.不同种类的蛋白质对辐射的敏感性及反应各不相同，食品蛋白质受到辐照会发生脱氨、脱羧、交联、降解、巯基氧化、释放硫化氢等一系列复杂的化学反应，由此导致蛋白质的结构、功能及物理性质的改变。辐射化学反应不仅与蛋白质本身的组成、结构、浓度有关，而且与环境中盐类、pH值、含氧量等因素有关。辐射引起的蛋白质功能丧失通常不是由于肽键的破坏，而可能是关键侧链的变化或氢键、二硫键的断裂，这种断裂能够引起紧密盘缠的肽链部分展开，使空间结构受到破坏，蛋白质的生理活性因而受损。对各种酶和蛋白质溶液进行辐照时，发现含硫氨基酸和环结构化合物是对辐射最敏感的分。蛋白质水溶液照射后发生了凝聚作用，甚至出现一些不溶解的聚集体，证明蛋白质分子能够发生辐射交联。5.靶学说:①生物结构内存在着一种对射线敏感的部分，它的损伤将导致产生某种生物学效应，这一敏感结构称作“靶”；②光和电离辐射以光子和离子簇的形式撞击靶区，击中概率服从泊松分布；③对靶的一次击中或几次击中即可产生某一放射生物学效应，如酶的失活、分子断裂等。6.电离辐射对细胞的作用是使细胞中排列有序的生物高分子激发电离，电子传递和自由基连锁反应可能引发原初的生化损伤。7.核素辐射源:最常用的60Co和137Se都是人工放射性同位素。8.照射剂量的单位是库仑／千克(C／kg)，（1R=2.58×10-4C／kg。）吸收剂量单位是戈瑞(Gy)1Gy＝1j／kg＝100rad。吸收剂量率是单位质量的被照射物质在单位时间内所吸收的能量，D＝dD／dt，单位是Gy／s。剂量当量的SI单位是西弗特(Sievert)1西弗特(Sv)=1焦耳／千克=100雷姆(rem)9.食品辐照的应用一、食品的辐照杀菌二、食物发芽的辐照抑制三、食物虫害的辐照控制四、果蔬成熟期的辐照延缓五、酒类辐照六、食品加工参与物的辐照第二章超临界流体萃取技术基本概念：超临界流体萃取（supercriticalfluidextraction,SFE）是利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从流体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的一种化工新技术。超临界流体：当物质的温度和压力处于它的临界温度和临界压力以上的状态时，成为即非气体也非液体的流体，称为超临界流体。夹带剂为提高单一组分的超临界溶剂对溶质的萃取能力，依待萃取溶质的不同，适量加入适当的非极性或极性溶剂做共同试剂，即夹带剂（entrainer，又称改性剂，modifier）等压法在萃取段和分离段的压力基本相同，利用温度改变造成的溶解度下降而实现物质的分离，故称等压法。超临界微粉体技术就是利用细胞在临界高压的状态下有变“软”的特征，在惰性气体的保护下，用快速膨胀超临界溶液和超临界萃取剂两种方法原理，对有机(生化)材料进行超微细化，形成超微粉体的过程。1.超临界CO2流体萃取技术的特点①分离过程有可能在接近室温(35～40℃)下完成，特别适用于热敏性天然产物②使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，萃取物绝无残留溶媒③萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的超临界CO2流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开。④CO2是一种不活泼的气体，萃取过程不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒，故安全性好。⑤CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本。⑥压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。2.超临界CO2流体萃取基本过程整个分离过程是利用CO2流体在超临界状态下对有机物有特殊增加的溶解度，而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特性，将CO2流体不断在萃取釜和分离釜间循环，从而有效地将需要分离提取的组分从原料中分离出来3.影响超临界CO2流体萃取的因素1.物质性质的影响萃取压力的影响3.萃取温度的影响4.萃取时间的影响5.CO2流量的影响6.夹带剂的影响7.物质状态的影响8.传质性能的强化4.常规萃取流程5.等温法流程6.超临界CO2流体萃取系统主要包括CO2加压、萃取、分离、温度及压力控制四部分，主要设备有压缩机、高压泵、阀门、换热设备、萃取釜、分离釜、加料器、储罐等。7.普通的间歇式萃取系统系统结构简单，一般由一只萃取釜、一只或两只分离釜构成，有时还有一支精馏柱。8.超临界CO2流体技术在食品工业中的应用（一)萃取无极性和弱极性物质1.脱咖啡因2.啤酒花有效成分的萃取3.天然色素的提取（二）萃取极性物质1.萃取黄酮2.萃取茶多酚第三章食品微波技术基本概念：微波是一种指波长在lmm～lm(300～300000MHz)的电磁波。波导漏能抑制器1.微波加热的基本原理：微波加热意味着微波与食品物料直接作用，将微波的电磁能转变为热能的过程即为微波加热过程，转变的过程与物质中分子等微观粒子的运动有关。在电磁场的作用下，物质中微观粒子可产生4种类型的介电极化，即电子极化(原子核周围电子的重新排布)、原子极化(分子内原子的重新排布)、取向极化(分子永久偶极的重新取向)和空间电荷极化(自由电荷的重新排布)。在这4种极化中，与微波频率相比，前两种极化要快得多，所以不会产生微波加热，而后两种极化与之相当，可产生微波加热：即可通过微观粒子的这种极化过程，将微波能转变为热能。所谓微波加热，就是通过一个微波发生器产生微波能，再把该微波能输送到微波加热器中，加热器中的物料受到微波的照射就发热。这使本来作杂乱运动无规律排列的分子变成有序排列的极化分子，改变了其原有的分子结构，并随着微波场极性的迅速改变而引起分子运动发生了巨变：高速运动，往复振动，彼此间频繁碰撞、摩擦、挤压。它一方面使微波能动能转化为热能，产生大量摩擦热，以热的形式在物料内表现出来，从而导致物料在短时间内迅速升高温度、加热或熟化。另一方面将引起蛋白质分子变性，由于它们是凝聚态介质。分子间的强作用力加强了微波能的能量转化，从而使体内蛋白质、核酸等物质同时受到无极性热运动和极性转变两方面的作用。在微波辐照使食品温度升高的热效应和蛋白质分子变性后失去生物活性的非热效应双重因素共同作用下，其空间结构变化或破坏．运动规律改变，即使得生物体因蛋白质变性而失活并使细胞中核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的若干氢键松弛、断裂或重组，干扰或破坏其正常的代谢、遗传和增殖，抑制或致死菌体、害虫的生长，达到灭菌、杀虫、保鲜的效果。细菌、酵母菌等微生物将在短时间内被杀死。蛋白质变性后，其溶解度、黏度、膨胀性、渗透性及稳定性都会发生明显壁化，从而使细胞失去活性。2.微波能量对微生物的杀灭机理:主要使食品中的微生物在微波热效应和非热效应(生物效应)的共同作用下，使其内部的蛋白质和生理活性物质发生变异或破坏，从而导致生物体生长发育异常，直至死亡。3.影响微波加热的因素1、微波频率2、电场强度3、物料介电性质4、物料密度5、比热容4.微波加热设备主要由电源、微波管、连接波导、加热器及冷却系统等几部分组成。5.微波加热设备的主要类型:微波加热按加热物和微波场的作用形式，可分为驻波场谐振腔加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器和慢波型加热器等几大类。也可以根据其结构形式，分为箱式、隧道式、平板式、曲波导式和直波导式等几大类。第四章食品微胶囊技术基本概念：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。囊壁通常是由无缝、坚固的薄膜所构成。被包埋的材料可以是亲水材料，也可以是疏水材料。复合凝聚法使用两种带有相反电荷的水溶性高分子物质为成膜材料，两种胶体溶液混合时，由于电荷互相中和而从溶胶状态转变为凝胶状态，即产生了相分离，分离出的两相分别为凝聚胶体相和稀释胶体相，凝聚胶体相即成为微胶囊的囊壁。属于水相分离法。单凝聚法的水相中只含有一种可凝聚的高分子材料，这种高分子可能是高分子电解质，也可能是高分子非电解质。囊芯交换法：囊芯交换法首先是采用复合凝聚法制成脂溶性囊芯的微胶囊，在囊壁固化处理之前具有高渗透阶段，把水溶性囊芯溶解在介电常数较低的极性溶剂中，通过壁膜内外的溶剂交换，将水溶性囊芯置换入微胶囊中，然后再进行固化处理以得到水溶性囊芯的微胶囊。一些难以进行微胶囊化的水溶液、高极性液体和低沸点液体很难形成微胶囊．囊芯交换法微胶囊化是这类物质较好的方法之一。1.微胶囊技术对食品工业的贡献：①将液体、气体转变为容易处理的固体。微胶囊化可以使液态反应物变得“易于操作”，可以在任何指定的时间使微胶囊破裂，发生预期的化学反应。②保护敏感成分。微胶囊具有防护物质使其免受环境中的氧化、紫外辐射和温度、湿度等因素的影响，有利于保持物料特性和营养．③隔离活性成分，使易于反应的物质处于同一物系而相互稳定。在要求它们发生反应时将微胶囊破碎，两种活性成分相互接触，反应即可发生。④改变物料相对密度。根据需要使物料经微胶囊化后质量增加，下沉性提高，或者制成含空气的胶囊而使物料相对密度下降⑤降低挥发性，保存易挥发物质，减少食品香气成分损失，并掩盖不良气味的释放。例如对食品香料、香精进行微胶囊化，制成粉末香精的香料不易挥发，可防止因光化学反应和氧化反应而形成的食品变质，并能控制香味的释放速率。⑥控制物质的释放时机。囊芯物质的即刻释放可以采用机械方法或者采用化学方法；囊芯物质的逐步释放是用非水溶性材料为壁材，通过改变壁材的化学组成，调节壁材的厚度、硬度、囊壁的组成层次和孔径大小，控制水溶性芯材的释放速度。2.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。3.微胶囊的壁材常用的是天然高分子化合物、半合成的纤维素衍生物和合成高分子化合物三大类。天然高分子壁材主要包括有：a．植物胶类，如阿拉伯树胶、琼脂、琼脂糖、褐藻酸钠等；b．碳水化合物类，如麦芽糊精、环糊精、变性淀粉等；