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1、第五章 食品加工原理,第一节 热保藏及加工,热保藏的程度,灭菌,商业无菌,商业无菌或“无菌”处理所要达到的杀菌程度是使所有的病原性微生物、产生毒素的微生物以及其他可能在通常的储存条件下繁殖并导致食品腐败的微生物完全破坏。,灭菌是指将微生物完全破坏。,由于一些细菌孢子具有抗热性，杀死这些细菌孢子通常至少需要在121 的湿热条件下保持15min，或者采用其他相同强度的加热手段。,热保藏的程度,巴氏杀菌,热烫,我们必须认识到不同方式的热处理对食品的热保藏程度不同，而且经工业化热保藏处理过的食品并非是真正无菌的。,微生物的抗热性,肉毒梭状芽孢杆菌,厌氧腐败菌3679,嗜热脂肪芽孢杆菌,罐装或处于缺氧状
2、态下的食品,热致死曲线,安全限值,酸性食品是指pH等于或低于4.6的食品，弱酸性食品则是指pH大于4.6的食品。低酸性食品而言，为找到一个有效的安全界值，通常假定该食品中存在大量像肉毒梭状芽孢杆菌这样高度耐热、能形成孢子的微生物，然后建立该食品(或其它不对微生物提供更多热保护的媒体）中肉毒梭状芽孢杆菌的热致死曲线，相应地找到操作温度下的D值，并在实际热处理时确保罐装食品各部分在该温度下的受热时间都不低于12D。大多数酸性食品仅需在100或更低的温度下保温几分钟就可以达到安全的目的。,接种装罐实验,在实际操作中，通过热力致死曲线、传热速率和具体杀菌锅的特性而得到的数学公式通常只用做一个安全热处理
3、的粗略界定，而其结果需采用接种装罐试验的方法进行检验。,不同的温度时间组合,具有相同杀菌效果的不同温度时间组合对食品体系产生的破坏效应可能有很大的差别，这种现象在现代食品热处理技术中具有十分重要的实际意义，同时它也是一些先进的热保藏技术的理论基础。从破坏食品的色泽、风味、质地和营养价值的角度来看，长时间比高温影响更为显著。当然，相对于低温长时的热处理方式，高温瞬时杀菌所要求的设备更为复杂，也更为昂贵。,热传递,热传导和对流 热能的传递方式有传导、对流和辐射三种。在用杀菌锅对罐装食品进行热处理时，传导和对流是主要的热传递方式。传导是指热通过质点之间的接触来传递，传递按直线或近似直线方向进行。自然
4、对流中食品受热部分因相对密度减轻而上浮，从而形成罐内循环并使得罐装食品整体温度上升的速度加快。强制对流是指用机械的方法强迫形成的循环。食品中的冷点 冷点：加热时，一罐或一块食品中最后到达目标温度的点就称为“冷点”。,包装前或包装后的热处理,加热已包装的食品静止式杀菌锅：搅动式杀菌锅：杀菌过程中的压力问题：压力差的预防静水压式蒸煮与冷却：原理：靠静水压平衡杀菌区的蒸汽压力。设备：由一个U形管和与其相连的一个位置稍低的大腔体构成。,罐装前的热处理：特别适用于热敏性食品。低温长时巴氏杀菌：通常是将流态食品泵入蒸汽加热的夹套锅，使其温度升至指定温度，保持一定的时间后再泵入板式换热器中冷却，最后装瓶或装
5、盒。典型的操作条件：快速升温到62.8，保温30min，快速冷却至保藏温度。,注：固态食品和一些液态食品（如啤酒、果汁）是包装好后进行巴氏消毒的。采用玻璃罐的，要注意容器爆裂。加热时，容器与水的温度不能超过20，冷却时温差不超过10.采用金属罐或塑料罐，不论采用热水还是蒸汽作为加热介质，破裂的危险都不大。一些低黏度的液体产品（如牛奶、乳制品、果汁、液态鸡蛋等）通常使用连续式的设备如：板式热交换器一些产品（如果汁）需要在加热前脱气，以防止氧化，通常可以采用真空脱气。,高温短时连续杀菌：对于牛奶，高温短时杀菌所使用的温度一般不低于71.7，杀菌时间不少于15s。一般使用板式杀菌器，杀菌后的细菌残留
6、数要大于低温长时杀菌方法。超高温瞬时杀菌（UHT)指采用132-143温度对未包装的流体食品进行1-4s杀菌。UHT操作不需要考虑容器大小问题UHT唯一的问题是设备成本比较高，而且比较复杂,无菌包装：无菌包装是指食品在装罐前先经连续式灭菌或商业无菌处理，然后在无菌环境中装入已预先杀菌过的包装容器并密封。无菌冷灌装是指在无菌条件下对饮料产品进行冷（常温）罐装，这是相对于通常采用在一般条件下进行的高温热灌装方式而言。在无菌条件下灌装时，设备上可能会引起饮料发生微生物污染的部位均保持无菌状态，所以不必在饮料内添加防腐剂，也不必在饮料灌装封口后再进行后期杀菌，就可以满足长货架期的要求，同时可保持饮料的
7、口感、色泽和风味。,热装罐：热装罐是指经杀菌或巴氏杀菌且处于高温的食品在清洁的（但不一定是无菌的）环境中装入清洁的（不一定是无菌的）容器中。热装罐是利用高温食品装入容器到容器冷却封口前的一段时间里食品本身的热量所产生的杀菌作用使包装容器达到商业无菌的目的。最适合用于酸性食品。微波加热：它能渗透食品的内部使食品的各部分同时均匀受热。,食品组分的保护作用,食品组分的直接保护作用1、高浓度的糖溶液保护微生物孢子2、淀粉和蛋白质保护微生物3、脂粉和油会妨碍湿热的渗透食品组分的导热性质包装容器,加热处理对食品质量的影响,对色泽的影响对风味的影响对质构的影响,第二节 低温保藏及加工,一、低温保藏的作用,对
8、全球范围内易腐食品的贸易、大城市新鲜水果蔬菜的的供应等发挥着不可或缺的作用打破了食品供应的季节性，同时使得同一食品的价格一年四季基本保持稳定。,二、两个概念,冷藏 是将食品温度降低到接近冻结点而不冻结的一种食品保藏方法。冻藏 是采用缓冻或速冻方法将食品冻结，而后再在能保持食品冻结状态的温度下储藏得保藏方法。两者的区别,三、冷藏与冷却保藏,只要遵循一些简单的规则且保藏的时间不要过长，那么冷藏对食品口味、质构、营养价值以及其它一些性质几乎没有什么负面影响。（一）冷藏的作用对于易腐食品来说，从原料的收获或屠宰起到完成运输、库存、出售和最终消费前的全过程都进行冷藏是最为理想的，这不仅是防止微生物致腐的
9、需要，也是保持食品风味、质构以及其他一些性质的需要。收获或宰后到冷藏之间的几个小时就足以造成食品的显著变质，对于有代谢活性的水果和蔬菜尤其如此。它们不仅会在呼吸过程中产生热量，而且会将代谢物从一种形式转化为另一种形式。,（二）冷藏的基本要求,达到有效冷藏的必要条件是：低温控制、空气循环、湿度控制和气调。低温控制 设计合理的冷柜、冷藏室和冷库应具有足够的制冷能力和良好的绝热性能，以确保冷藏空间的温度维持在选定温度1的范围。需要考虑的因素：放热电灯的数量，处于工作状态的电动机的数量，冷藏区域可能出现的操作工人的数量，与热空气相通的门的开启频率以及同期冷藏的食品的种类和数量。制冷载量：是指将冷藏区空
10、间及所冷藏的物品从开始温度降至选定的冷藏温度并在此温度下维持一定时间所需从体系带走的总热量值。,空气循环和湿度控制 恰当的空气循环有助于食品表面附近的热量向制冷中心和制冷面移动，但冷藏空间的循环空气湿度太高或太低都不利于冷藏食品的质量。大多数食品在冷藏温度下保藏时所需的最佳相对湿度在80%95%之间。冷藏时还可采取一些其他的辅助包装手段来保持产品的质量，延长保质期。1、防水包装2、塑料包装或防水涂层3、涂蜡或食用油,空气调节 苹果和其它水果冷藏的同时采用气调保藏（CA）可以防止水果成熟过度。水果和蔬菜在保藏过程中会因为呼吸作用消耗氧气，释放二氧化碳。可以通过降低温度，减少（但不隔绝）氧气含量和
11、增加二氧化碳含量来降低呼吸作用并减少由此带来的胜利变化。气调保藏就是根据此而来的。气调保藏：是人工调节储藏环境中氧气及二氧化碳的比例，以减缓新鲜制品的生理作用和生化反应速度，从而达到延长货架期的目的。,（三）冷藏过程中食品的变化,食品水分的蒸发和干耗的形成后熟作用肉的成熟冷害寒冷收缩串味和移臭脂肪的氧化食品在冷却冷藏中的其他变化,（四）除保藏外的其它益处,降低食品中某些化学反应、酶催化反应以及微生物生长和代谢的速度。有利于奶酪的冷却成熟、牛肉的冷却成熟、葡萄酒的冷却陈化。有助于改善梨的削皮和去核性能、减少柑橘榨汁喝粗滤过程中风味的变化、防止食用油中蜡质的沉淀。有助于提高软饮料中二氧化碳的溶解度
12、。,四、冻结和冻藏,冻藏的出现对方便食品进入家庭、饭店以及公共餐饮业的建立起着至关重要的作用。由于正确的冻结几乎可以完全保持食品原有的大小、外形、质构、颜色和风味，因此，在制备一种或一份完整的膳食时所需做的许多工作可以再冻结前完成。种类繁多的深加工冻藏食品的出现标志着食品工业的一次重大革命，也反映了人们饮食习惯的巨大变化。,（一）、起始冻结点溶液的一个基本性质是当溶质浓度增加时冰点下降。溶液中盐、糖、矿物质或蛋白质的含量越高，体系的冰点越低，在冷冻室中冻结所需的时间也就越长。由于各种食品的含水量差异显著，水中溶解的固态物质种类和数量也各不相同，所以每一种食品都具有各自特异的起始冻点。,（二）冻
13、结曲线在冻结过程中，单个食品不同部位的冻结并不均匀一致，也就是说，单个食品不是突然从完全液态变成完全固态的。由于食品的组分各不相同，各种食品都有自己的特征冻结曲线。一般来说，只要冻藏食品与冻藏环境之间有足够的温差，冻结曲线上就会出现明显的过冷区、温度迅速回升区以及温度连续下降区。温差是食品热量连续散失的驱动力。,（三）冻结过程中食品的变化1、浓度效应：2、生成冰晶（四）冻结速度 冻结速度的提高一方面有利于形成小的冰晶，另一方面也会消弱浓度效应，这是因为冻结速度的提高会缩短食品从非冻结态过渡到完全冻结态过程中高浓度溶液与食品组织、胶体以及食品组分的接触时间。因此，现代冻结手段和冻结设备的发展大都
14、着眼于实现快速冻结。,（五）终点温度的选择 冻结终点温度和冻藏温度的选择一般要综合考虑食品质构的变化、酶或非酶化学反应、微生物的变化以及冻结费用等诸多因素，通常选择在-18或更低。（六）解冻解冻：是使食品内冰晶状态的水分转化为液态，同时恢复食品原有状态和特性的工艺过程。影响解冻的因素包括：反复的冻结-解冻就会增大冰晶尺寸，冻藏食品的质量因而受到显著的影响。,（七）冻结方法 商业化冻结方法主要可分为空气冻结、制冷剂间接接触冻结和制冷剂直接浸没冻结这三种基本类型。,空气冻结静态空气“深”冻是最古老也是最廉价的一种冻结方式。采用这种方式冻结时，只需将食品放入一个绝缘冷室中，冷室温度一般维持在-23-
15、38。典型的鼓风冻结操作条件是温度-20-45，强制风速1015m/s。鼓风冻结的形式多种多样，有分批次的冻结室，也有车或带式连续输送冻结隧道。流化床冻结：当气体流速增大到略高于食品个体的自由落体速度时，就会诱发食品的流动，即所谓的流化床冻结。,间接接触冻结通常是将食品放在平板、托盘、传送带或其它冷表面上，冷表面在循环制冻剂的作用下被冷却，同时将食品与制冻剂隔开。固态物料的间接接触冻结设备液态物料的间接接触冻结设备,直接浸没冻结直接浸没冻结的优点1、食品或其外包装与制冻剂紧密接触，因而热传递的阻力最小2、尽管浸没冻结和空气冻结都可以用于冻结结构疏松的食品，但浸没冻结减少了冻结过程中食品与空气的
16、接触，对易氧化食品来说非常有利。3、对于某些食品而言，采用低温液体浸没速冻所得成品的质量是其它任何已知冻结方式所不可企及的。,用于浸没未包装食品的低冻点液体包括蔗糖溶液、NaCl溶液和甘油。NaCl溶液不能用于冻结那些不期望盐化的未包装食品，目前，盐水浸没冻结多用于海鱼的冻结。蔗糖溶液可用于冻结水果，不能用于冻结那些不期望变甜的食品。甘油和水的混合溶液冻蔗糖溶液相似。丙二醇水溶液也可以用于冻结食品，不过由于有辛辣味，只限于冻结包装食品。,极低温液体浸没冻结 极低温液体是沸点极低的气体液化而成的，如液氮和液态的CO2，其沸点分别为-196和-79。目前，液氮是浸没冻结食品领域最常用的极低温液体制
17、冷剂。采用液氮冻结的主要优点如下：1、液氮在-196时缓慢沸腾，能提供很大的热传递驱动力。2、与其他浸没液体一样，液氮与形状不规则的食品各部分紧密接触，减少了热传递的阻力。3、液氮蒸发温度低，不需要采用其它初级制冻剂。4、液氮无毒且对食品组分呈惰性。5、液氮的快速冻结作用使得冻结食品能获得在采用其它非极低温液体冻结方式所不可能达到的高质量。液氮冻结的主要缺陷在于其高昂的费用。,食品包装的考虑冻结食品的包装材料具有很强的阻止水汽渗透的能力；冻结食品的包装材料应结实而有弹性；外包装材料应具有阻光和阻气的性能；外包装应采用防水性能好的材料以防漏水。,第三节 食品的脱水和浓缩,自然干燥人工干燥（脱水）
18、指在控制的条件下几近完全地除去食品中的水分，而食品的其它性质在此过程中几乎没有或者极小地发生变化。食品在脱水过程中通常被干燥到最终水分含量为1%5%。,食品脱水,食品脱水的目的保藏减少食品的质量和体积使产品包装容器和产品运输的费用降低用于制造方便食品,传热与传质,表面积：几乎所有类型的食品干燥设备都要求所处理的物料具有尽可能大的表面积。温度：空气流动速度：湿度：平衡相对湿度：指在给定的温度下，若环境所具有的某一湿度使得处于其中的食品既不会向周围环境释放体系中的水分，也不会从周围环境中吸取水分，该湿度即为平衡相对湿度。大气压和真空度,水分蒸发：脱水过程中，水从物体表面蒸发，物体表面常常会变冷。这
19、是由于水从液态变成气态的过程中需要吸收汽化潜热。一般来说，仅凭脱水时的热处理并不能实现脱水食品的无菌化。时间,典型的干燥曲线,当物料受热干燥时，相继发生以下两个过程：热量从周围环境传递至物料表面使其表面水分蒸发，称为表面汽化；同时物料内部水分传递到物料表面，称为内部扩散。干燥过程中水分的内部扩散和外部表面汽化是同时进行的，在不同阶段其速率不同，而整个干燥过程由两个过程中较慢的一个阶段控制。,表面汽化控制：如果表面汽化速率小于内部扩散速率，则物料内部水分能迅速到达表面，使表面保持湿润，此时干燥过程由表面汽化控制。食品干燥初期由表面汽化控制，在干燥介质状态不变的条件下为恒速干燥。内部扩散控制：如果
20、表面汽化速率大于内部扩散速率，则没有足够的水分扩散到表面以供汽化，此时干燥过程受内部扩散控制。在食品干燥末期，物料水分较少，整个干燥过程由内部扩散控制，是干燥速率不断减少的降速干燥。,食品性质对脱水的影响,成分取向溶质浓度结合水 一直以来，在食品干燥操作中把食品物料中的水分分为结合水和非结合水。结合水：指水和物料结合力较强，这些水分汽化变为蒸汽逸出的能力，水分在物料内部扩散转移和水分通过细胞膜的渗透能力都较低，是在干燥操作中较难除去的水分。非结合水：指与物料的结合力较弱，相对易于除去的水分。,细胞结构物性变化收缩：表面硬化热塑性疏松度化学变化美拉德反应重新水合香味成分的损失,干燥方法和设备,常
21、压空气对流干燥法接触式干燥冷冻干燥法辐射干燥法,常压对流空气干燥法,也叫空气干燥法，它是以热空气作为干燥介质，通过对流方式与食品进行热量与水分的交换，来使食品干燥的。根据干燥介质与食品流动接触的方式，可分为固定接触式对流干燥和悬浮式接触干燥两大类。固定接触式对流干燥：,喷雾干燥 利用雾化器将溶液、乳浊液、悬浮液或膏状料液分裂成细小雾状液滴，在其下落过程中，与热气体（空气、氮气或过热水蒸气）接触进行传热传质，瞬间将大部分水分除去而成为粉末状或颗粒状的产品。在乳品工业中适用于喷雾干燥的制品有：全脂乳粉、脱脂乳粉、乳清粉、乳酪粉、奶油粉、酪蛋白粉、酸乳粉、调制乳制品、乳精粉、冰淇淋粉、椰子乳粉、麦乳
22、精等。,喷雾干燥的基本过程 干燥的过程是将经过过滤（除湿）的空气，由送风机送入加热器中加热到100度以上，吹入到干燥室中，同时将液态食品物料（一般先经浓缩）经泵送至安装在干燥室内的雾化装置雾化,雾化的食品物料与热空气接触，瞬时水分被蒸发，经充分干燥的食品物料沉降到干燥塔的底部，由出粉装置卸出并冷却，然后被收集或被包装而成产品。在干燥过程中被废气夹带的微粉再通过分离及捕粉装置回收。,喷雾干燥系统,包括原料液供给系统、空气加热系统、干燥系统、汽固分离系统和控制系统,流化床干燥 流化床干燥是指粉状或颗粒状物料呈沸腾状态被通入的气流干燥。这种沸腾料层称为流化床，而采用这种方法干燥物料的设备，称为流化床
23、干燥器。当采用热空气作为流化介质干燥湿物料时，热空气起流化介质和干燥介质双重作用。被干燥的物料在气流中被吹起、翻滚、互相混合和摩擦碰撞的同时，通过传热和传质达到干燥的目的,流化原理第一阶段：固定床 当湿物料进入干燥器，落在干燥室底部的多孔金属板上，因气流速度较低，使物料与孔板间不发生相对位移，称为固定床状态。第二阶段：流化床 当增大通入的气流速度，物料颗粒被吹起而悬浮在气流中，成为流化床阶段。第三阶段：气流输送 当气流速度继续增大，大于固体颗粒的沉降速度时，固体颗粒则被气流带走，称为气流输送状态。,单层流化床干燥器多层流化床干燥器卧式多室流化床干燥器喷动床干燥器振动流化床干燥器,典型的流化床干
24、燥器,接触式干燥,接触式干燥是将食品放在热壁上加热干燥的方法。它可以在常压和真空两种条件下进行。滚筒干燥器 是一种接触式内加热传导型的干燥机械，这种干燥机是将料液分布在转动的、蒸汽加热的滚筒上，与热滚筒表面接触，料液的水分被蒸发，然后被刮刀刮下，经粉碎为产品的干燥设备。,滚筒干燥器的分类 按滚筒数量分为单滚筒、双滚筒（或对滚筒）、多滚筒；按操作压力，可分为常压和真空操作两类；按滚筒的布膜方式，又可分为浸液式、喷溅式、对滚筒间隙调节式、铺辊式、顶槽式及喷雾式等类型。这种干燥机广泛用于膏状和高黏度物料的干燥，特别是预糊化食品的干燥,其工作过程为：需干燥处理的料液由高位槽流入滚筒干燥器的受料槽内，干
25、燥滚筒传动装置驱动下，按规定的转速转动，物料由布膜装置，在滚筒壁面上形成料膜。简内续通入供热介质，加热筒体，由筒壁传热使料膜的湿分气化，再通过刮刀将达到干燥要求的物料刮下，经螺旋输送器将成品输至贮槽内，然后进行包装。蒸发除去的湿分，一般水蒸气，可直接由罩顶的排气管放至大气中。操作的全部过程，可连续进行；料格的受和成品的包装，可间歇操作，,双滚筒干燥机工作过程 双滚筒干燥器由同一套减速传动装置，经相同模数和齿数的一对齿轮啮合，使两组相同直径的滚筒相对转动，根据布膜的位置不同，分对滚式和同槽式两类。成膜时，两筒在同一料槽中浸液布膜，料膜的厚度由两筒之间的间隙控制。适用于溶液、乳浊液等物料干燥。,冷
26、冻干燥技术 又称为真空冷冻干燥，是利用冰晶升华的原理，将含水物料先行冻结，然后在高真空的环境下，使已冻结了的食品物料的水分不经过冰的融化直接从冰态升华为水蒸气，从而使食品干燥的方法。特点物料在低压下干燥，能灭菌或抑制某些细菌的活力，防止氧化变质物料在低温下干燥，可以最大限度的保留食品原有成分、味道、色泽和芳香干制品不失原有的固体结构，保持着原有形态脱水彻底，可长期保存。设备的投资和运转费用高，冻干过程时间长，产品成本高。,冷冻干燥,冷冻干燥的过程,食品冷冻干燥一般分三个阶段进行：预冻阶段：通过预冻将溶液中的自由水固化，使干燥后产品与干燥前具有相同的形态，防止干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不
27、可逆变化产生，减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。升华干燥阶段 将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品脱水干燥。此时除去全部水分的90%左右。解析干燥 在升华干燥阶段结束后，在干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分水分。为了改善产品的贮存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分。解析的方法是在被干燥物料的内外形成大的蒸汽压差，即可使用更高真空的方法进行推动。,尼鲁公司比较 小的RAYTM冷冻干燥机（8，17，30,45和50型），采用水冲式除冰系统。在每个干燥周期结束时，用预热的水冲刷水汽冷凝器。冷凝器表面结的冰在10分钟之内融化，水被排
28、放掉。这种除冰方法适用于比较小的冷冻干燥系统，确保：投资费用最低操作简单,冷冻干燥装置,比较大的RAYTM冷冻干燥机（75，100，125,150,200和250型），安装了连续式除冰系统（CDI）。除冰时，来自除冰水罐的25OC水蒸汽凝聚在冷凝器表面，将冰融化。随后，冷凝器与除冰罐之间的连通 关闭，使冷凝器恢复其所需要的工作条件。在冷凝器被冷却到工作温度时，内部残留的水汽被冷凝。随着残留水汽被冷凝，冷凝器内部的压力下降，直至达到所需要的真空度，这样在冷凝器交替切换时，干燥罐内的真空度不受影响。CDI系统完全自动工作，确保：最大结冰厚度为5毫米(1/5)，从而使冰表面的温度损失小得可以忽略不记
29、，制冷能耗低冷凝器的能力恒定不变每平方米托盘面积的冷冻干燥能力大干燥批次之间停机时间短在大规模冷冻干燥加工中，总的获益能力比较高,隧道冷冻/霜室储藏：单班8小时预处理的物料，足够24小时冷冻干燥生产之用。冷冻采用“先入先出”原理。高架轨道传输：吊车运送带料的托盘，经过冷冻部分，再到冷冻干燥部分，直至卸料。这套传输系统简单、卫生而且安全。RAYTM冷冻干燥机：全自动控制每个批次的干燥周期。只需关上干燥罐罐门和按下启动钮。供热系统：从低于冰点温度（咸水）或室温（冷却水），到高达130OC的整个温度范围里，干燥过程均被精心控制着，确保理想的产品质量。真空系统：8分钟内，既可实现工艺要求的真空度。除冰系统：CDI连续式除冰。制冷系统：配以自动能力控制的高效制冷压缩机。PC/PLC 控制系统：该控制系统能确保整个工厂里的冷冻、干燥、真空和制冷系统处于最佳工作状态。可选装调制解调器，实现远程控制。,冷冻干燥工厂设置,辐射干燥,干制品的复水,Thank You!,
