1、食品工艺学食 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
2、（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）
3、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
4、。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：原料应该在其品质最佳的时候进行采收、屠宰或用其他方法进行采集；原料在搬运中要避免损伤；将原料保藏在尽量减少变质的条件下；蔬菜、水果、粮食、坚果等植物性原料在采收或离开植物母体之后仍然是活的；家畜、家禽和鱼类在屠宰后，组织即死亡，但污染这些产品的微生物是活的，同时，细胞中的生化反应在继续。 原料品质决不会随贮藏时间的延长而变好，产品一经采收或屠宰后即进入变质过程。加工过程本身不能改善原料的品质，也许使有的制品变得可口一些，但不能改善最初的品质
5、。2影响原料品质的因素（1）微生物的影响；（2）酶在活组织、垂死组织和死组织中的作用；（3）呼吸；（4）蒸腾和失水；（5）成熟与后熟；成熟的定义是水果或蔬菜的器官连接在植株上时所发生的变化现象。一般随着成熟过程的进行有利于提高产品的品质。（注意适度，否则会迅速后熟，迅速出现严重品质降低）。后熟定义是水果脱离果树或植株后于消费或加工前所发生的变化。最后的后熟程度是在采收后形成的最佳食品品质。 要理解适当的后熟虽然可以改善水果的口味，但不能改善它的基本品质。水果的基本品质是由于水果在果树上达到最佳成熟度的时间来决定的。 大多数蔬菜不发生后熟过程。（6）动植物组织的龄期与其组织品质的关系组织的龄期指
6、两个不同的阶段，第一是植物器官或动物在其采收或屠宰时的生理龄期；第二是采收或屠宰后原料存放的时间。 与采收前的品质有关的植物组织龄期往往是决定性的。例芦笋、青豆荚。3原料的贮藏和保鲜温度；气调贮藏；包装。第三节食品的质量因素及其控制一、 一、 食品的质量因素质量的定义：食品好的程度，包括口感、外观、营养价值等。或者将质量看成是构成食品特征及可接受性的要素。二、 变质的影响因素变质的概念：包括品质下降、营养价值、安全性和审美感觉的下降。影响因素：1. 微生物；2. 天然食品酶 ；3. 热、冷 ；4. 水分 ；5. 氧气 ；6. 光 ；7. 时间 。质量因素：（一）物理因素1外观因素：（1）大小形
7、状；（2）颜色、色泽 ；（3）一致性。2质构因素：包括新鲜状态、加工过程、加工以后的一些因素。3风味因素：（1）味觉和香味；（2）色泽与质构对风味也有影响。（二）、营养因素（三）、卫生因素（四）、耐储藏性 第四节 食品工业的发展及其前景由于食品工业是国民经济的重要支柱产业和关系国计民生及关联农业、工业、流通等领域的大产业，因此，食品工业现代化水平是反映人民生活质量及国家文明程度的重要标志。作为农产品面向市场的主要后续加工产业，食品工业在农产品加工中占有最大比重，对推动农业产业化作用巨大。1999年全世界食品工业的销售额为万亿美元，居各行业之首。我国2000年食品工业总产值、利税分别为亿元和亿元
8、，占全国工业总产值、利税的%和%；年出口创汇亿美元。2003年食品工业总产值达到12400亿元。食品工业企业达19316个，就业人数达万，占全国工业企业就业总人数的%。食品工业是整个工业中为国家提供积累和吸纳城乡就业人数最多、与农业关联度最强的产业。食品工业是一个永不衰竭的行业；是一个充满变化、有活力的行业；我国国民经济的基础或支柱产业。 我国食品工业发展很快，成绩巨大，但差距也大，有着很大的发展空间。为大家提供了一个发挥聪明才智的舞台。发展我国食品工业还需要大家的不懈努力。第五节 食品工艺学的主要研究内容和范围一、食品工艺学的定义食品工艺学是应用化学、物理学、生物学、 微生物学、食品工程原理
9、和营养学等各方面的基础知识，研究食品的加工保藏；研究加工、包装、运输等因素对食品质量、营养价值、货架寿命、安全性等方面的影响；开发新型食品；探讨食品资源利用；实现食品工业生产合理化、科学化和现代化的一门应用科学。二、研究内容和范围（一） 根据食物原料特性，研究食品的加工和保藏1原料特性食物化学成分多、体系复杂；除营养成分外还有其他几十种到上百千种的化合物；胶体，固体，液体。大多数食物原料都是活体蔬菜、水果、坚果等植物性原料在采收或离开植物母体之后仍然是活的 ；家畜、家禽和鱼类在屠宰后，组织即死亡，但污染这些产品的微生物是活的，同时，细胞中的生化反应仍在继续。原料一经采收或屠宰后即进入变质过程，
10、品质决不会随贮藏时间的延长而变好影响(原料)品质的因素： 微生物的影响；酶在活组织、垂死组织和死组织中的作用；物理化学因素 热、冷、水分、氧气、光、时间。2按照变质可能性将原料分类（1）极易腐败原料（1天2周）如肉类和大多数水果和部分蔬菜；采收（屠宰、切割）、搬运、包装、贮藏条件可能强烈影响其品质；冷藏温度应该合理（某些果蔬会冻害）。（2）中等腐败性原料（2周2月）柑橘、苹果和大多数块根类蔬菜；冷害问题。（3）稳定的原料（28月）粮食谷物、种子和无生命的原料如糖、淀粉和盐等。3食品保藏原理（1）维持食物最低生命活动的保藏方法；（2）抑制食物生命活动的保藏方法；（3）应用发酵原理的食品保藏方法；
11、（4）利用无菌原理的保藏方法；控制微生物加热（杀灭微生物 巴氏杀菌 灭菌）；冷冻保藏（抑制微生物）；干藏（抑制微生物）；高渗透；烟熏；气调；化学保藏；辐射；生物方法。控制酶和其它因素控制微生物的方法很多也能控制酶反应及生化反应，但不一定能完全覆盖。 比如：冷藏可以抑制微生物但不能抑制酶。加热、辐射、干藏也类似 其他影响因素包括昆虫、水分、氧、光可以通过包装来解决。 （二） 研究影响食品质量因素、加工对食品质量的影响，研究良好的生产方法、工艺设备和生产组织1 食品的质量因素质量的定义：食品好的程度，包括口感、外观、营养价值等。或者将质量看成是构成食品特征及可接受性的要素。2 加工对质量的影响如：
12、加工因素中热加工对水果制品质量的影响、相应的改进（工艺设备和保藏工艺两方面的改进）；肉制品中的腌制工艺；奶粉的速溶性；废弃物的处理：乳清、黄浆水。（三） 创造新型、方便和特需的食品如一大批具有功能性质、保健性质的食品在80年代中后期开始被开发；改变食品的营养成分以适应特定人群需要；添加营养素到特定食品；改善质量提高品质；应用功能改善，包括包装方便性、食用方便性、成本降低等。（四） 研究充分利用现有食品资源和开辟食品资源的途径1以前未被充分利用的资源；2副产物的综合利用。（五） 研究食品的安全性、良好的生产操作和卫生操作（GMP HACCP）第六节 本课程的地位一、食品工艺学课程的重要性食品工艺
13、学作为食品科学与工程专业的一门主干课程，可以为本科学生今后进一步学习和研究食品加工保藏，今后从事本专业的研究、管理、营销工作打下基础。二、关于食品科学借用Food Science （Norman)的定义：食品科学可以定义为应用基础科学及工程知识来研究食品的物理、化学及生化性质及食品加工原理的一门科学。五个基础框架1. 食品的基础研究领域（或者称之为狭义食品科学）：包括食品化学，研究食品的组成、结构、物化生化特点及加工和使用过程中的变化的一门科学。2. 食品微生物领域：环境对食品腐败的作用以及微生物对食品本身及食品制造过程的影响、微生物的检验、公共健康等问题的一门科学。3. 食品加工领域：即研究
14、食品原材料特点、食品保藏原理、影响食品质量、包装及污染的加工因素、良好生产操作及卫生操作的一门科学这也是本课程的主要研究内容。4.食品工程领域：即研究食品加工过程中的工程原理及单元操作的科学，工程原理包括物料与能量平衡、热力学、流体；流体流动、传热与传质等等。5.食品分析领域：分析食品产品及组分的质量特点、化学的原理。第二章 食品的脱水加工概述一、 食品的脱水加工（dehydration）从食品中去除水分，在该条件下不导致或几乎不导致食品性质的其它变化（除水分外），是一种用于长期保藏食品的极其重要的食品加工操作。浓缩(concentration)留下液体，其中水分含量高。干燥(drying)产
15、品是固体，最终水分含量低。二、食品脱水加工的特点（1）食品经脱水加工后，重量减轻、体积缩小，可节省包装、储藏和运输费用；带来了方便性；（2）干燥食品可延长保藏期；三、食品脱水加工的方法在常温下或真空下加热让水分蒸发，依据食品组分的蒸汽压不同而分离；依据分子大小不同，用膜来分离水分，如渗透、反渗透、超滤； 本章中讨论的是通过热脱水的方法。四、食品干燥保藏指在自然条件或人工控制条件下，使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后并始终保持低水分的保藏方法。是一种最古老的食品保藏方法。五、食品干藏的历史我国北魏在齐民要术书中记载用阴干加工肉脯；在本草纲目中，晒干制桃干；大批量生产的干制方法是在187
16、5年，将片状蔬菜堆放在室内，通入40度热空气进行干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与罐头食品生产技术同时出现。六、食品干藏的特点设备简单 生产费用低，因陋就简；食品可增香、变脆；食品的色泽、复水性有一定的差异。七、脱水加工技术的进展除热空气干燥目前还在应用外，还发展了红外线、微波及真空升华干燥、真空油炸等新技术。提高干燥速度；提高干制品的质量；发展成食品加工中的一种重要保藏方法。第一节 食品干藏原理长期以来人们已经知道食品的腐败变质与食品中水分含量（M）具有一定的关系M 表示以干基计，也有用湿基计m，但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以预言食品的稳定性。有一些食品具有相同水分含量，但腐败变
17、质的情况是明显不同的，如鲜肉与咸肉，水分含量相差不多，但保藏却不同，这就存在一个水能否被微生物酶或化学反应所利用的问题；这与水在食品中的存在状态有关。一、食品中水分存在的形式（1）自由水或游离水（2）结合水或被束缚水化学结合水；物理化学结合水。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（water activity） 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（
18、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取决于水存在的量；温度；水中溶质的浓度； 食品成分；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）测量利用平衡相对湿度的概念；数值上 Aw=相对湿度/100 ，但两者的含义不同；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 Food engineering properties 。 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
19、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
20、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
21、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。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
22、分迁移现象称为导湿性。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n的另一等湿面上的湿含量为M+ M ，那么物体内的水分梯度grad M则为： M 物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克）；n 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
23、（kg干物质/ 米2小时）。 K 导湿系数（米小时）。 0 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K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。导湿
24、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
25、：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） 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量（kg干物质/米3 ）。 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
26、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。水分含量的变化（干燥曲线）干燥速率曲线食品温度曲线（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，
27、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
28、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
29、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
30、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，当真空下干燥时，空气的蒸汽压减少，在恒速阶段干燥更快。气压下降，水沸点相应下降，气压愈低，沸点也愈低，温度不变，气压降低则沸腾愈加速。但是，若干制由内部水分转移限制 ，则真空干燥对干燥速率影响不大。（5）蒸发和温度干燥空气温度不论多高，只要由水分迅速蒸发，物料温度一般不会高于湿球温度。若物料水分下降，蒸发速率减慢，食品的温度将随之而上升。脱水食品并非无菌。（二）食品性质的影响（1）表面积水分子从食品内部行走的距离决定了食品被干燥的快慢。小颗粒，薄片 易干燥，快。（2）组分定向水分在食品内的转移在不同方向上差别很大，这取决于食品组分的定向。例如：芹菜的细胞结构，沿着长度方向比横穿细胞
