《食品技术原理》课件.ppt

食品技术原理,第一篇 物理技术对食品的处理第一章食品的低温处理和保藏第一节 概述 食品的低温保藏是降低食品的温度，并维持低温水平或冻结状态以延缓或阻止食品的腐败变质，达到食品的远途运输和短期或长期贮藏的目的。,一.食品冷冻的目的 1.主要目的 降低食品温度抑制微生物的生长繁殖和食品中酶的活性，减缓非酶因素引起的化学反应速率，达到延长食品保藏期的目的。2.其他目的(1)使食品加工处理比较方便;(2)改善食品的性状，提高食品的价值;(3)使食品原有的主要物理性状发生改变，成为一种新的产品。,二.食品冷冻的温度范围 食品的低温保藏 冷却贮藏(有生命食品)215 短期 冻结贮藏(无生命食品)1230 长期 1.过冷现象：生物体的温度由冰点下降至形成冰结晶的临界温度而尚不冻结的现象。2.低熔共晶点(低共熔点)：在降温过程中，食品的组织内的溶液浓度的增加到一定程度后不再改变(即不再有冰结晶析出)，水和它所溶解的盐类共同结晶，并冻结成固体时的温度。,3.冷却：将食品的温度降至高于食品冻结点的 某一预定温度的过程。4.冷藏：将经过冷却的食品放在高于食品冻结 点的某一合适温度下贮藏。5.冻结：将食品的温度降低到食品冻结点以下的 某一预定温度的过程。6.冻蔵：将经过冻结的食品放在低于食品冻结 点的某一合适温度下贮藏。7.解冻：将食品的温度由冰点以下温度提高到 冰点以上的温度，并使冰结晶融化为 水的过程。8.回热：食品温度由冰点以上温度开始升温至 室温以下的过程。,肉类冷冻温度划分示意图,实际食品的低共熔点温度为55 65。三.低温对酶活性的影响 酶活性的温度系数 Q10=K2/K1 K1温度为t 时酶促反应的化学反应速率常数;K2温度为t+10时酶促反应的化学反应速 率常数。在一定的温度范围内，大多数酶的Q10值为23。,四.低温对微生物的影响(一)低温导致微生物活力降低和死亡的原因 1.低温与微生物的关系 2.原因：(1)酶活性下降;(2)化学损伤;（3)机械损伤(二)影响微生物低温致死的因素 1.温度的高低 2.降温速度 3.结合水分和过冷状态 4.介质 5.贮藏期,温度对微生物的影响,牡蛎在贮藏过程中的细菌数,荧光假单胞菌在冰冻贮藏中的死亡率,食品中毒菌和嗜冷菌的生长温度范围,第二节 食品的冷却,一.影响食品冷却过程的因素(一)冷却介质 1.气体 2.液体 3.固体(二)冷却过程中的传热问题 1.对流传热(外部)t=h A(Ts Tr)式中：t:单位时间从食品表面传递给冷却介质的热量 W;h:对流放热系数 W/(m2 K);A:食品冷却表面积 m2;Ts:食品表面的温度K;Tr:冷却介质的温度 K.,2.传导传热(内部)c=A(T1T2)/x 式中：c:单位时间内传导方式传递的热量 W;:食品的热导率 W/m K;A:热传导的面积 m2;T1,T2:两个面各自的温度 K;x:两个面之间的距离m二.冷却过程中的能量消耗 1.耗冷量 Q0=mC0(T初 T终)式中：Q0:冷却过程中食品的耗冷量(kJ)m:被冷却食品的质量(kg)C0:冻结点以上食品的质量热容kJ/(kg K)T初,T终:食品的初温和终温(K),2.食品的单位时间平均耗冷量 Z=Q0/3.6 t 式中:t 食品的冷却时间(h)3.6-功率折算系数，1W=3.6 kJ/h 3.畜肉类食品的耗冷量 Q肉=mC 肉(T初T终)+0.6276t 4.果蔬类食品的耗冷量 Q果=mC果(T初T终)+H t 式中：H-果蔬的呼吸热kJ(/kg h)C 肉,C果 肉和果蔬的质量热容kJ/(kg K),三.冷却时间 1.平板状食品2.圆柱状食品,三.冷却时间 1.平板状食品 t平=Cx(x+5.3/h)lg(T0Tr/T均Tr)/16.74 2.圆柱状食品 t圆柱=CR(R+3.0/h)lg(T0Tr/T均Tr)/9.828 3.球状食品 t球=CR球(R球+3.7/h)lg(T0Tr/T均Tr)/17.64,式中：t平,t圆柱,t球-各种形状食品的冷却时间(h)C-食品的质量热容kJ/(kg K)-食品的密度(kg/m3)-食品的热导率W/(m K)X 平板状食品的厚度(m)R 圆柱状食品的半径(m)R球-球状食品的半径(m)h 对流放热系数W/(m2 K)T0-食品的初温(K)Tr 冷却介质的温度(K)T均 食品冷却后的平均温度(K),四.冷却方法 1.碎冰冷却法 2.冷风冷却法 3.冷水冷却法 4.真空冷却法第三节 食品的冻结一.食品的冻结理论(一)冻结曲线(二)结晶条件和结晶曲线 1.结晶条件 过冷现象是水中形成冰结晶的先决条件。过冷临界温度(过冷温度),冻结曲线与冰结晶最大生成带,以盐水和空气为冷冻介质的冷冻曲线,牛肉薄片冻结时的过冷状态和冻结水量,2.结晶曲线,(三)冻结水量和冰结晶最大生成带 1.冻结率=m2/(m1+m2)式中:-食品的水分冻结率(%)m1-食品冻结至某一温度时食品内所含的水分的量（kg）m2-食品冻结至同一温度时食品内所形成的冰晶体的量(kg)2.冰结晶最大生成带(1 5)(四)冰结晶的形成和分布 1.形成 2.分布,冰结晶形成过程,1.细胞间隙内水分形成冰晶体；2.晶体附近的溶液浓度增加，与细胞内汁 液形成渗透压差；3.水变成冰后体积膨胀，对细胞产生挤压 作用；4.细胞汁液的蒸汽压大于冰晶体蒸汽压，细胞内水分向外转移；5.细胞间隙的冰晶体不断增大。,食品的冻结速度对冰结晶大小、数量和分布状况的影响,食品的不同部位对冰结晶大小的影响,(五)冻结膨胀牛肉冻结时的冻结曲线与 冻结膨胀压曲线,(六)冻结速度的评价 1.冷冻速度有两种方法划分：(1)时间：食品中心从-1降至-5所需时间在30分钟以内的称为速冻，超过30分钟的为缓冻。(2)距离：单位时间内-5的冰层从食品表面伸向内部的距离。常称为线性平均冻结速率。以此将冻结速度分为3类；快速冻结，V520cm/h；中速冻结，V=15cm/h，慢速冻结，V=0.11cm/h。,2.冻结速度的评价 速冻的优点:(1)冰晶小，破坏性小；(2)细胞内水分向外转移少；(3)迅速阻止微生物和酶的活性，提高食品 的稳定性。,二.食品冻结时热力学性质的变化(一)冻结食品的质量热容 1.冻结点以上：C果；C肉 2.冻结点以下:CT=C冰w+C干(1w)+C水w(1)式中：C干=1.4644+0.0067(T273)T-冻结食品的平均温度(K)C冰=2.092 kJ/(kg K);C水=4.184 kJ/(kg K)w-食品中的水分含量(%);-冻结率(%).,(二)冻结食品的热导率 t=0+1.163A/1+B/lg(273T)式中：t 冻结食品温度为T时的热导率w/(m K)0=0.551w+0.26(1w)肉：A=0.938;B=0.186;鱼：A=0.699;B=0.148;T-冻结食品的热力学温度值(K)(三)冻结食品的热扩散率=3.6/c式中：-食品的热扩散率(m2/h)-食品的热导率w/(mK);c-食品的质量热容kJ/(kgK)-食品的密度(kg/m3);3.6-功率的折算系数1W=3.6kJ/h,三.食品在冻结过程中的冷能消耗(一)平均温度(二)冷量的消耗 Q=Q1+Q2+Q3 1.冻结前食品冷却时的放热量 Q1=m C0(T初 T冻1)2.冰晶体形成时T冻食品的放热量 Q2=m wr冰 3.冻结食品因温度下降而放出的热量 Q3=m CT(T冻T终),式中：T冻1-食品的冻结点温度(K)r冰-食品中的水分形成冰晶体时所放出的潜热,334.72(kJ/kg);T冻-食品的平均冻结点温度(K)T终-食品的冻结终温(K)四.冻结时间 t=(H1H2)(Px/h)+(Rx2/)/3.6(TpT)式中:t-食品的冻结时间h;H1-食品初温时的焓值kJ/kg;H2-食品冻结终温时的焓值kJ/kg;P,R-和食品形状有关的系数 Tp-食品的冻结点温度 K;T-冷却介质的温度 K;X-平板食品的厚度，或圆柱状和球状食品的直径 m;-冻结食品的热导率 W/(mK);h-食品表面的对流传热系数 W/(m2K).,五.食品冻结方式 1.间接冻结 静止空气冻结、送风冻结、强风冻结、接触冻结；2.直接冻结 冰盐混合物冻结、液氮及液态二氧化碳冻结。,第四节 食品的冷藏和冻藏,一.食品冷藏和冻藏的技术管理(一)冷藏的技术管理 1.冷藏温度 2.相对湿度和空气流速(二)冻藏的技术管理二.食品在冷藏和冻藏中的变化(一)冷藏中的变化 1.水分蒸发(干耗)2.冷害(冷藏病)3.串味(移臭)4.果蔬的后熟作用 5.肉类的成熟作用 6.脂类的变化,7.淀粉的变化 8.微生物的增殖 9.寒冷收缩(二)冻藏中的变化 1.冻藏食品的重结晶 2.冻藏食品的干耗和冻结烧(1)干耗：在冻藏过程中，因食品内的冰结晶升华而产生的食品重量下降的现象。原因：外界传入冻藏室内的热量和冻藏室内 的空气对流。(2)冻结烧：在冻藏过程中,食品中的脂肪在氧的作用下发生氧化酸败，表面发生黄褐变,使食品的色、香、味和营养价值都变差的现象。,原因：冻藏食品内的冰结晶升华,形成了脱水多孔层,氧气的充入造成脂肪氧化。(3)防止措施 干耗的防止 冻结烧的防止 3.冻藏食品的变色(1)脂肪(2)蔬菜(3)红色肉(4)鱼肉的变绿(5)虾的黑变三.冻藏食品的贮存期(一)冻结食品的冻藏温度和实用贮存期 1.高品质寿命(high quality life,HQL),HQL是指在所使用冻藏温度下的冻结食品与在40温度下的冻藏食品相比较,当采用科学的感官鉴定方法刚刚能够判定出二者的差别时所经过的时间。2.实用贮藏期(practical storage life;PSL)PSL是指经过冻藏的食品,仍保持着对一般消费者或作为加工原料使用无妨的感官品质指标时所经过的冻藏时间。(二)冻结食品的T.T.T.概念 1.影响冻结状态流通的食品品质的主要因素,(1)原料固有的品质(2)冻结前后的处理和包装(3)冻结方式(4)冻结产品在流通过程中所经历 的温度和时间 2.T.T.T.概念(Time-Temperature Tolerance)3.T.T.T.曲线 在可被消费者接受的前提下,冻藏温度与实用贮藏期之间的关系。大多数冻结食品的品质稳定性或实用贮藏期是随着冻藏温度的降低而呈指数关系增大。,冻结食品的T.T.T.曲线,某冻结食品在流通期间的温度、时间与品质的关系,T.T.T.计算图例,例：通过大量试验得知某出口冻品在-10、-12、-18、-20下冻藏的优质期分别为60、75、100120天，该冻结在生产地-20储藏了6天，又经海船-12运输了15天，到货运中转仓库-18存放了30天，再发放到超市-10的冻柜中销售，请利用“TTT”计算方法算出在超市能保持品质优良的最长销售天数。,解：设冻品在超市能保持品质优良的最长销售天数为t，冻品在-10、-12、-18、-20下的q值分别用q1、q2、q3、q4表示，则q1=1/60，q21/75，q31/100，q41/120品质下降总量：Q总q1tq215q330q46=t/6015/7530/1006/1201 t27 答：冻品在超市能保持品质优良的最长销售 天数为27天。,第五节 食品的回热和解冻,一.冷藏食品的回热 1.定义：在冷藏食品出冷藏室前,保证空气中的水分不会在冷藏食品的表面冷凝的条件下,逐渐提高冷藏食品的温度,最后达到使其与外界空气温度相同的过程。即冷却的逆过程。2.要求：与冷藏食品的冷表面接触的空气的露点温度必须始终低于冷藏食品的表面温度。3.方法：通入暖空气,相对湿度适宜。4.回热终点：食品温度比外界气温低35。,冷藏食品回热时空气状态在H-d图上变化的示意图,二.冻藏食品的解冻 定义：使冻藏食品内冻结的水分重新变成液态,恢复食品原有的状态和特性的过程。即冻结的逆过程。(一)食品解冻时应注意的问题 1.解冻过程(1)食品细胞内冻结点较低的冰结晶首先融化,然后细胞间隙内冻结点较高的冰结晶才融化。(2)细胞外的溶液浓度比细胞内低,因此水分逐渐向细胞内渗透,并按照细胞亲水胶质体的可逆程度重新吸收。,(3)通过15温度区的速度较慢，原因：食品中的冰结晶融化成水，其质量热 容变大;导热率变小。2.冻结食品的水分不能恢复原分布状态的原因(1)细胞受冰结晶的损害后，显著降低了原有的 持水能力；(2)细胞的化学成分，主要是蛋白的溶胀能力受 到了损害；,(3)冻结使食品的组织结构和介质的pH发生了 变化，同时复杂的大分子有机物质有一部分 分解为较为简单的和持水能力较弱的物质。3.影响汁液流失的因素 速冻食品、低温冻藏食品、缓解冻、远离蛋 白质等电点pH,解冻时汁液流失较少。4.解冻时的注意事项(二)食品解冻的方法 1.外部加热解冻方法(空气解冻,水解冻)2.内部加热解冻方法(高频电流,微波),某肉类食品的冻结和解冻曲线,第二章 食品的干燥,第一节 食品的干燥基础一.食品中水分的状态和水分活度(一)食品物料中水分存在的形式1.化学结合水 2.物理化学结合水 3.机械结合水 在干燥过程中，首先除去的是机械结合水，然后是结合力较弱的物理结合水，最后是结合力较强的物理结合水。,(二)水分活度 Aw=pv/ps(三)水分活度与食品的保藏性有效水分：食品物料中能够被微生物、酶和化学反应所利用的非结合水分。1.干燥对微生物的作用 Aw0.94 大多数细菌不能生长 Aw0.85 大多数酵母菌不能生长 Aw0.74 大多数霉菌生长发育受到限制 Aw0.62 微生物不能生长发育,2.干燥对酶的作用二.食品物料与干燥介质间的平衡关系(一)物料的水分活度与空气相对湿度的关系 1.平衡相对湿度=水分活度 2.相对湿度 水分活度 吸湿 3.相对湿度 水分活度 去湿(二)平衡水分 物料与空气之间的水分达到动态平衡时,物料所含的水分是该介质条件下物料的平衡水分。表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。,平衡水分等温曲线,三.干燥速率曲线和过程控制(一)干燥速率曲线,(二)干燥过程的控制 1.初期阶段：表面汽化速率小于内部扩散速率，可通过提高介质温度，降低介质湿度，改善介质与物料之间的流动和接触状况提高干燥速率。2.降速阶段 表面汽化速率大于内部扩散速率，常采用升温、降温、再升温、再降温的工艺措施调节物料内部的温度梯度与湿度梯度的关系，强化水分的内部扩散。,提高干燥速率的措施：(1)减少料层厚度，缩短水分在内部的扩散距离。(2)使物料堆积疏松，采用空气穿流料层的接触方式以扩大干燥面积。(3)采用接触加热和微波加热的方法，使深层料温高于表面料温，温度与湿度梯度同向加快内部水分的扩散。3.恒速干燥的目标 表面汽化速率与内部扩散速率近于相等。,第二节 干燥过程中食品物料的主要变化,一.物理状态的变化(一)干缩 原因：水分的去除使物料的内压(膨胀压)降低。(二)表面硬化 原因:(1)内部溶质随水分向表面移动积累产生 结晶硬化；(2)食品物料与介质间温差和湿度差过大,温度急剧升高,水分蒸发过于强烈。,(三)物料内部多孔性的形成 原因：物料中水分被除去，原来的水分所占据的空间由空气填充而成为空穴。二.化学性质的变化(一)蛋白质的变化 原因：高温；(二)脂肪的变化 原因：高温，氧化；(三)维生素的变化 原因：热稳定性差；(四)食品色泽的改变 原因：碳水化合物参与的酶促褐变与非酶促 褐变反应。,第三节 食品干燥方法,一.对流干燥(固体物料)喷雾干燥(液、浆物料)二.接触干燥(液、胶、膏、浆、糊状物料)三.冷冻干燥(升华干燥)(一)主要特点 1.可保持食品的色、香、味;2.可保持食品的原有形状,速溶性、复水性好;3.可避免表面硬化现象的产生;4.热源温度不高,热能利用率高。缺点：投资和操作费用大,产品成本高。,(二)食品冷冻干燥的原理 1.水的相平衡关系,2.食品的冻结(1)机械效应(2)溶质效应(三)食品冷冻干燥过程中的传热和传质 冷冻干燥正常进行的条件是要求传给升华表面的热量等于从升华表面逸出水蒸气扩散所需的热量,即升华表面的温度和压力均达到平衡。1.辐射传热 2.接触传热 3.微波加热 其中:1和2,已干层厚度增加,传热和传质阻力 随之增大。,物料内部的传热和传质示意图,(四)食品冷冻干燥设备,隧道式连续冻干设备示意图,喷雾冷冻干燥工艺流程图,四.辐射干燥(一)红外线干燥(3-10m远红外区),远红外线加热优点：1.加热迅速、吸收均一、加热效率高；2.化学分解作用小、食品原料不易变性；3.具有杀菌和降低酶活性的作用；4.干燥时间短。,(二)微波干燥 微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。我国目前用于工业焙烤的微波频率为915MHz 和2450MHz。,土豆片微波干燥示意图,微波干燥的特点：1.干燥速度快;2.加热比较均匀,制品质良好;3.加热易于调节和控制;4.加热过程具有自动平衡性;5.加热效率高。缺点:电能消耗大,五.干制品的相关计算 1.干燥率:R干=m原/m干=1w干/1w原 2.复水率：R复=m复/m干 3.复重系数 K复=R复/R干100%=m复(1w原)/m干(1w干)100%m原-干燥前食品的重量(g);m干-干燥后食品的重量(g);w原-干燥前食品的水分含量;w干-干燥后食品的水分含量;m复-干制品复水后的重量(g).,例1：食品干制前的水分含量为88.4%,干制品水分含量为4.6%,干制品和复水后的干制品沥干重各为2.3kg和13.8kg,试计算它的干燥率、复水率和复重系数。解：R干=1w干/1w原=1 0.046/1 0.884=8.224 R复=m复/m干=13.8/2.3=6 K复=R复/R干100%=6/8.224 100%=72.95%,例2.75kg冬瓜，干燥后变为15kg冬瓜干，复水后称重为57kg，试计算其干燥比、复重系数和复水比。解：R干=m原/m干=75/15=5 R复=m复/m干=57/15=3.8 K复=R复/R干100%=3.8/5 100%=76%,