食品加工高新技术1/3/20231食品加工高新技术12/27/20221课程名称：食品加工高新技术(FoodProcessingTechnology)
学分：1
学时：16
课程类别：专业方向必修课
1/3/20232课程名称：食品加工高新技术12/27/20222食品加工高新技术为专业必修课，着重介绍一些新的加工技术原理及其在食品中的应用。通过本课程的学习，使大家了解新技术，有助于开拓视野，增加其创新能力，以及在今后的工作或学习中很好地运用这些技术来解决实际问题打下基础。
食品加工中有关新技术（超微粉碎、挤压膨化、食品杀菌新技术、食品冷冻新技、食品分离新技术、食品加热新技术等）的基本原理、特点及其应用前景。课程性质与目的课程简介课程大纲：1/3/20233食品加工高新技术为专业必修课，着重介绍一些新的加工技术原理及教学内容：立足于国内外食品工业现状和基础，借鉴国际食品工业中已成功应用的高新技术实例，简单介绍现代食品工业生产中能够应用的高新技术。教学重点：新技术原理介绍，重点介绍新技术在食品中的应用1/3/20234教学内容：12/27/20224
论文或笔试和平时作业
总成绩评定组成：
论文或笔试成绩60%
+平时作业成绩40%考核方法：考查教学方法教学方法采用PPT授课和课堂讨论1/3/20235论文或笔试和平时作业
论文或笔试主要内容第一章绪论
2.1生物芯片技术2.2免疫检测技术2.3现代仪器分析技术3.高新技术在食品保鲜中的应用3.1气调保鲜3.2生物技术保鲜3.3纳米保鲜技术1/3/2023182.高新技术在食品安全检测中的应用12/27/2022184.高新技术在食品加工中的应用4.1
超临界流体萃取技术4.2微胶囊技术4.3膜分离技术4.4挤压膨化技术4.5高压加工技术4.6超微粉碎技术4.7超声技术1/3/2023194.高新技术在食品加工中的应用12/27/202219思考题1.食品加工技术的特点2.食品加工技术的发展趋势3.高新技术在食品加工中有哪些应用？1/3/202320思考题1.食品加工技术的特点12/27/202220第二章食品粉碎、造粒新技术2.1微粉碎和超微粉碎技术2.1.1粉碎的概念用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单元操作。2.1.2粉碎的作用（1）迎合某些食品消费和生产的需要。（2）增加固体表面积以有利于后道处理的顺利进行。（3）工程化食品和功能性食品的生产需要。1/3/202321第二章食品粉碎、造粒新技术2.1微粉碎和超微粉碎技术12/
2.1.3微粉碎和超微粉碎技术微粉碎：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。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1/3/2023222.1.3微粉碎和超微粉碎技术12/27/202222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。1/3/202323超微粉碎的原理通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等
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。1/3/202324一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
2.1.4干法超微粉碎和微粉碎1）气流式超微粉碎原理：利用空气、蒸汽或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高度的湍流和能量转换流，物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送着，相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦作用，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使得物料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超微粒子，同时进行均匀混合。由于欲粉碎的食品物料大多熔点较低或者不耐热，故通常使用空气。被压缩的空气在粉碎室中膨胀，产生的冷却效应与粉碎时产生的热效应相互抵消。1/3/202325
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。1/3/2023612.3冷冻粉碎技术利用物料在低温状态下的“低温2.3.2冷冻粉碎的原理
粘度较高或热敏性食品饮料类产品；含有纤维及果肉颗粒较大的产品；酸度较高,对死角具有腐蚀性的产品；低酸无菌含颗粒的产品:牛奶、酸奶、奶油、乳酪、蛋液、巧克力、糖浆、冰淇淋、果汁、含果粒汁、果酱、果冻、番茄酱、豆浆、色拉酱、糊状食品、脂肪及油脂、麦芽汁、啤酒、葡萄酒、米酒、茶汁、咖啡饮料等1/3/202373管式换热器的产品适用范围：
粘度较高或热敏性食品饮料类产品典型设备介绍（管式）：荷兰斯托克公司研制生产。国内已有数十台投入使用，运行性能稳定，是设备生产企业消化制造的首选形式。备环形管主体共有四层，每一层环形管中层套管，且管壁较厚，在弯制和安装时要保证套管同心和管子内壁光洁度不被破坏。1/3/202374典型设备介绍（管式）：12/27/202274二、板式换热式UHT
它是间接加热式超高温杀菌设备，广泛应用于果汁、茶等饮料生产线中。1/3/202375二、板式换热式UHT
12/27/202275板式换热式UHT工作原理：（以果汁生产线为例）料液经过平衡罐准备后，泵打入板式换热器，预热到75℃后，再进入均质机进行均质。然后由两个板式换热器很快加热到115℃，并保温3S以上，这样果汁中的细菌立即被杀死。被杀菌后的果汁返回预热板式换热器的另一侧，预热刚来的冷果汁的同时，冷却自己。最后果汁可直接热灌装或进入冰水热交换器中，使其温度降至5℃左右，进行冷灌装和无菌封口。1/3/202376板式换热式UHT工作原理：（以果汁生产线为例）12/27/设备特点
UltraHighpressureprocessing勤奋精业博爱慎独1/3/202385食品超高压杀菌技术
超高压静态杀菌
超高压动态杀菌1/3/202389超高压杀菌技术的原理食品超高压杀菌，即超高压杀菌技术的原理
超高压动态杀菌：指直接将食品加压到顶点的压力点，然后通过瞬间卸压或梯度减压等连续性作业方式，使加压渗透到微生物体内的水等外界物质膨化破碎菌体而达到快速、高效杀菌的效果，该杀菌技术易产业化。1/3/202390超高压杀菌技术的原理超高压静态杀菌：指将食品超高压杀菌装置[1]超高压杀菌系统主要包含四个部分：
1.压力容器及密封装置
apressurevesselanditsclosure
2.压力系统
apressuregenerationsystem
3.温度控制装置
atemperaturecontroldevice
4.物料搬运系统
amaterialshandlingsystem
1/3/202391超高压杀菌装置[1]超高压杀菌系统主要包含四个部分：12/2超高压杀菌装置[1]压力容器及密封装置压力系统1/3/202392超高压杀菌装置[1]压力容器及密封装置压力系统12/27/2超高压杀菌装置[1]高压容器搬运装置图操作压力为400MPa-800MPa的生产单元示意图1/3/202393超高压杀菌装置[1]高压容器搬运装置图操作压力为400MP超高压杀菌的操作方式[1]超高压杀菌的操作方式有两种：包装料高压处理和散料高压处理
Therearetwomethodsofprocessingfoodsinhighpressurevessels:in-containerprocessingandbulkprocessing.
包装料高压处理：即将物料先用包装袋装好，然后投入高压容器进行高压杀菌.散料高压处理：采用泵将物料泵入高压容器，然后进行高压处理.1/3/202394超高压杀菌的操作方式[1]超高压杀菌的操作方高压对微生物的影响微生物在10MPa以上时，其形态、微观构造、细胞的分裂、增值等会发生可逆变化，在常压下能恢复原状态。在100MPa左右的水静压下，微生物不能保持原有状态，不久即杀死。当压力达到100MPa以上时，微生物的各种变化成为不可逆了，微生物被杀死。在300MPa时，酵母菌的核膜被破坏、细胞膜和细胞壁被破坏，菌体的离子、氨基酸和核酸均已打漏。
1/3/202395高压对微生物的影响微生物在10MPa以上高压对微生物的影响表高压对部分微生物的杀灭效果[1]1/3/202396高压对微生物的影响表高压对部分微生物的杀灭效果[1]12/高压对食品组分的影响目前已经清楚高压对非共价键（如：离子键、氢键及疏水键）有影响，而对于共价键没有作用。LeChatelier’sprinciple：
高压能促进并加速反应向体积减小的方向进行Therefore,pressurefavorsprocessesthatareaccompaniedbynegativevolumechanges.1/3/202397高压对食品组分的影响目前已经清楚高压高压对蛋白质的影响[5]
高压下，蛋白质分子发生去折叠，并与其它蛋白质分子聚合或者转变成另一种形式，导致食品的质构发生改变。〈150MPa蛋白质的四级结构被破坏，亚单位解离。〉150MPa蛋白质的三级结构被破坏，变性可逆300-700MPa蛋白质的二级结构被破坏，变性不可逆1/3/202398高压对蛋白质的影响[5]高压下，蛋白质分子高压对淀粉的影响[7]
在高压作用下，淀粉分子被打开，并发生部分的降解，使甜度增加，并易被淀粉酶作用。图高压对的小麦淀粉、木薯淀粉和土豆淀粉悬液（5%w/w）的凝胶度影响1/3/202399高压对淀粉的影响[7]在高压作用下，淀超高压对食品物理性质的影响[8]What
超高压联合杀菌技术将是超高压发展的方向。单独使用超高压技术，所需的压力很高，因而设备成本相应的提高，过高的压力还会对食品的质构、风味等造成不良的影响。采用联合杀菌技术，不仅可以降低压力强度，降低成本，而且可以发挥不同技术优势，利用协同效应提高杀菌效果Itislikelythathighpressureprocessingwillbecapableofbeingusedincombinationwithothertypesofprocessingandthusexpandtheunitoperationsavailabletofoodprocessors,leadingtothedevelopmentofnewproductsandprocesses.[1]1/3/2023102发展趋势[1]超高压联合杀菌技术将是超高压发超高压联合杀菌技术加热heatingpH
抗菌素bacteriostatic过氧化氢hydrogenperoxide
二氧化碳carbondioxide乙醇ethanol低水分活度lowwateractivity亚硫酸钠sodiumsulphite超声波ultrasonicwaves高压脉冲电场highelectricfieldpulses包装packaging…….1/3/2023103超高压联合杀菌技术加热heating低水分活度loww超高压联合杀菌技术举例[9]高压和抗菌素nisin联合杀菌技术单独使用高压和抗菌素nisin对李斯特菌的杀灭效果不明显，而采用联合技术可显著提高杀菌效果[9]。
根据产品要求和质感风味的不同，油炸工艺分为清炸、干炸、软炸、酥炸、松炸、脆炸、包炸和纸包炸等八种方法：
参见的加热方式有电加热、储油箱循环加热和蒸汽加热。1/3/2023116油炸食品的加热方式及设备12/27/20221161、电加热在锅的底部或侧面布置一定数量的加热管,其浸没在油中直接对油进行加热。此方法的优点是加热均匀,热效率高,热损失小;生产过程中省去了锅炉以及锅炉房等配套设施;投资小,投产快。但此方式只适合小规模生产且耗电量大。1.油箱2.电(或蒸汽)加热管3.油炸筐4.锅体5.排气管6.均衡器7.加热夹套1/3/20231171、电加热在锅的底部或侧面布置一定数量的加热管,其浸没2、储油箱循环加热锅体和油箱均设置夹层进行蒸汽加热，将油箱中已加热的油泵入锅体内循环以缓解蒸汽夹层热提供的热不足。此方式管道热损失很大,而且要配置循环泵等额外的设备,增加了阀门、接口,这样就很难维持锅内的真空度。1.油箱2.电(或蒸汽)加热管3.油炸筐4.锅体5.排气管6.均衡器7.加热夹套1/3/20231182、储油箱循环加热锅体和油箱均设置夹层进行蒸汽加热，将3、蒸汽加热
1/3/2023128食品分离新技术-膜分离12/27/2022128
本章内容概况1.基本内容(1)膜分离类型及基本原理(2)膜材料（3）膜分离的应用2.课程的重点、难点各种膜分离的原理、特点3.课程教学要求(1)掌握各种膜分离方法的原理(2)了解膜分离的应用1/3/2023129本章内容概况12/27/202一、膜分离类型微滤(Microfiltration,MF)超滤(Ultrafiltration,UF)纳滤(Nanofiltration,NF)反渗透(Reverseosmosis,RO)透析（Dialysis）渗透汽化（osmosisvaporization,OV）1/3/2023130一、膜分离类型微滤(Microfiltration,MF)1、微滤1.1膜孔径：0.02-10μm1.2推动力：压力差1.3分离机理：筛分原料液在压差作用下，其中水(溶剂)透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液，大于膜孔的微粒被截留，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。1/3/20231311、微滤1.1膜孔径：0.02-10μm12/27/21.3分离对象：直径0.05-10
μm的微粒或分子量大于100万的高分子物质1.4操作压力：0.01～0.2MPa1/3/20231321.3分离对象：直径0.05-10
μm的微粒或分子量大微滤膜电镜下的聚醚砜微滤膜1/3/2023133微滤膜电镜下的聚醚砜微滤膜12/27/2022133微滤膜均为均匀的多孔膜，孔径较大
1/3/2023134微滤膜均为均匀的多孔膜，孔径较大12/27/2022134微滤膜的研究历史及概况1907年Bechhold首先制得系列化多孔火棉胶膜，至今有近百年历史。而微孔膜的广泛应用是从二战之后开始的。我国MF研究始于70年代初，开始以混合纤维素膜（CA－CN）膜片为主，于80年代相继开发成功醋酸纤维素膜、二氟化树脂膜（PVDF）、尼龙等膜片，多通道无机微孔膜也实现产业化。目前在医药、饮料、饮用水、食品、电子、环保等领域有较广泛的应用。
有关纳滤的研究在我国方兴未艾,许多纳滤技术目前仍停留在实验室阶段，没有充分发挥优势，原因投资成本高1/3/2023153纳滤技术存在的问题1、膜的研制（如何提高其分离精度、耐溶剂、4、反渗透3.1膜孔径：相对分子质量10003.2推动力：溶解扩散3.3原理用足够的压力使溶液中的溶剂（通常指水）通过反渗透膜分离出水，因它的运行与自然界的正常渗透过程相反，故称反渗透（或称逆渗透）。
1/3/20231544、反渗透3.1膜孔径：相对分子质量100012/23.4特点1、适合于热敏性物质的分离、浓缩、能耗低2、可以去除无机盐，也可以去除各类有机物杂质3、除盐率高，可截流粒径几个纳米以上的溶质4、分离装置简单，易操作1/3/20231553.4特点1、适合于热敏性物质的分离、浓缩、能耗低12/2反渗透在工业上的应用1、食品工业浓缩脱脂奶、果汁、果酒的浓缩等2、环境工程废水处理、超纯水制备等1/3/2023156反渗透在工业上的应用1、食品工业12/27/20221563、制备气体
膜（Membrane）分离气体技术是利用有些金属膜或有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。膜分离制氮装置工艺流程图
1/3/20231573、制备气体膜（Membrane）分离气体技术是利用反渗透发展趋势1、研究新材料2、开发反渗透膜组件与超滤、微滤、纳滤等膜组件的组合应用3、开发膜分离与传统的分离技术相结合的新型膜分离过程1/3/2023158反渗透发展趋势12/27/20221585、透析5.1原理
通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。5.2应用血液透析
将患者的血液和透析液同时引进透析器（两者的流动方向相反），利用透析器（人工肾）的半透膜，将血中蓄积的过多毒素和过多的水分清出体外，并补充碱基以纠正酸中毒，调整电解质紊乱，替代肾脏的排泄功能。
血液透析仪1/3/20231595、透析5.1原理血液透析仪12/27/20221596、渗透汽化原理以混合物中组分渗透压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的新型膜分离技术过程1/3/20231606、渗透汽化原理12/27/20221606.2应用发酵产品的脱水如：醇、酮和有机酸的脱水1/3/20231616.2应用发酵产品的脱水如：醇、酮和有机酸的脱水12/277、电渗析原理电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。离子交换膜的选择透过性阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过；阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。
1/3/20231627、电渗析原理12/27/2022162应用1：处理废水2：海水浓缩制盐3:食品工业有机酸的分离酱油的脱盐1/3/2023163应用1：处理废水12/27/2022163二、膜过滤法优点
超临界点时的流体密度称为超临界密度(ρc)，其倒数称为超临界比容(Vc)。1/3/2023174超临界流体萃取的基本概念12/27/2022174
超临界流体的发展1/3/2023178在1879年，有过报道关于超临界流体对液体和固体物质具有显著超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要是由于：①各国尤其是发达国家的政府对食品、药物等的溶剂残留、污染制定了严格的控制法规；②消费者日益担心食品生产中化学物质的过多使用；③传统加工技术不能满足高纯优质产品的要求；④传统加工技术能耗大。1/3/2023179超临界流体萃取技术之所以如此迅速发展，主要是由于：12/271、超临界技术对萃取剂的要求：提高萃取剂选择性的基本原则是①按相似相溶原则，选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。②从操作角度看，使用超临界流体为萃取剂时的操作温度越接近临界温度，溶解能力也越大。超临界流体的萃取选择性
1/3/20231801、超临界技术对萃取剂的要求：提高萃取剂选择性的基本原则是本身为惰性，且对人体和原料应完全无害；具有适当的临界压力，以减少压缩费用，具有低的沸点；对所提取的物质要有较高的溶解度。超临界CO2作为萃取剂与常规的有机溶剂相比的优点：因为无毒无害、不易燃易爆；低粘度、低表面张力、低沸点、合理临界特性等。选择萃取剂的主要因素1/3/2023181本身为惰性，且对人体和原料应完全无害；选择萃取剂的主要因素1超临界萃取系统构成构成：超临