食品科学与工程导论复习资料
《食品科学与工程导论》复习资料
1.引言
食物--自然界生长的可供人们食用的各种动植物统称为食物。
食物是随人类生存和发展而伴行的最基本的物质。人类在对食物永不满足需求的同时，也不断地促进和发展了食物的生产。
在现代社会中，“食物”已不限于其本身的含义，它还蕴涵着文化和物质文明的意义。
在人类的生活实践中，食物可划分为两个时期。
食物采集时期(food-gathering period)
公元前8000年以远的时代，人类以生吃肉食，采集野生植物为主；
食物生产时期(food-product period)
公元前8000年以近，包括现代，食物的种类和生产技术随着社会技术的进步而不断发展。
2.食品的概念
食品－－经过加工制作的食物
根据不同人群的饮食习惯和爱好及其他特殊要求，利用各种动植物原料，采用各种加工处理法，制成形态、风味、营养价值和功能性质等各不相同的花色品繁多的加工品。
《食品卫生法》第五十四条规定：食品是“指各种供人食用或者饮用的成品和原料以及按照传统是食品又是药品的物品，但是不包括以治疗为目的的物品”。这是对食品的法律含义。
2.1食品的三次功能
一次功能：维持生命
二次功能：享受功能（嗜好性）
三次功能：调节身体状况（生物防御、老化防止等）
作为商品的食品应符合以下要求：
（1）保证卫生与安全
（2）具有一定营养价值及易消化
（3）具有良好的外观（色泽、形态）
（4）具有消费者喜爱的风味和良好的口感
（5）食用便
（6）耐贮运
2.2具有特征性的现代食品
2.2.1 转基因食品（疫苗食品）
运用细胞嫁接、基因改良等生物工程技术，研制开发的食品。既有植物类的，也有动物类的。
2.2.2 仿生模似食品(人造食品)
用科学手段把普通食物模似成贵重、珍稀食物。
仿生模拟食品不是以化学原料聚合而成，而是根据所仿生天然食品所含的营养成份，选取含有同类成份的普通食物做原料，制成各种各样的仿生模似食品。
2.2.3 保健食品(Health food)
具有特定保健功能的食品。即适宜于特定人群食用，具有调节机体功能，不以治疗疾病为目的的食品。
作为保健食品必须具备以下几个基本条件:
?对人的安全性；
κ产品的功能性；
λ配的科学性；
μ工艺的合理性；
ν标签和说明书的合法性；
ο产品的标准化；
π必须按程序序审查批准后才能生产和销售。
2.2.4 绿色食品
绿色食品是冠之以安全和营养双重质量控制的食品，所谓“绿色”为环境保护代名词，这是针对现代工业污染导致的人类生存环境恶化而提出的。
2.2.5 有机食品
有机食品是指在生产加工中不使用化学农药、化肥、化学防腐剂和添加剂，也不用基因工程生物及其产物，因此它是真正源自自然、富营养、高品质的安全环保生态食品。
有机食品标志由环保总局有机食品发展中心认定颁发，主要认证对象是粮食、蔬菜、果品、畜禽、水产品和食用油等产品。
食品原料——农产品畜产品水产品
加工——物理性化学性生物性消化性安全性
制品——调理简便性
嗜好性营养性安全性经济性
大批量生产
省力
省能源
有效利用资源
经济性（便宜）贮藏性
运输性（大围流通）
食品加工的原则
食品加工的作用
υ除去不要部分，有效利用原料；
?赋予安全性；
ω赋予营养与功能性；
ξ提高嗜好性；
ψ提高保藏性；
ζ赋予便性；
{改善经济性。
现代食品工业不仅仅是农业或畜牧业的延续和继续，它具有制造工业的性质。人类可以利用现代科技生产或制造出适于人类需要的食品。
现代食品的生产不限于一个单位，一个部门，或一个，具有跨部门、跨地区、跨国界的商品经济的属性。
现代化的食品工业已成为世界各国产值的最大部门之一。
3.发展食品工业的重要意义
υ食品工业的发展水平标志着一个人民的生活水平和综合国力，直接关系到民族的盛衰和的强弱；
?推动农业的发展，促进生态平衡；
ω推动其他工业的发展（如包装材料、加工机械、设备材料等）；
ξ满足人们生活水平不断提高的要求；
ψ食品工业投资少，见效快，有利于扩大就业，增加积累资金和外汇收入
ζ增强抵抗自然灾害的能力
{在军事上、政治上具有保证作用和支持作用
4.我国食品工业的发展现状和未来
改革开放20多年来，食品工业以较快的速度持续、稳定发展，成为关系国计民生及关
联农业、工业、第三产业的大产业，成为永不衰败的长青产业。
食品工业的销售收入连续11年高于电子及通讯设备制造业、电力、热水生产和供应业、交通运输设备设备制造业、化学原料及化学品制造业，位居第一。
第三次全国工业普查结果表明，食品工业总产值在全国工业总产值所占的比例首次上升到第一位，成为国民经济的重要支柱。
近年来，食品工业的研究开发和技术创新水平得到了很大提高。
食品加工新技术：
生物工程技术
气调包装、真空预冷贮藏保鲜技术
超高温瞬时杀菌技术及冷杀菌技术
速冻、冷冻浓缩、干燥技术
超临界萃取技术
膜分离技术
挤压膨化技术等等
5. 食品工业存在的主要问题
(1) 食品加工程度低，综合利用差。
(2) 食品生产企业规模小，技术装备落后、缺乏高素质技术人员。
(3) 食品工业企业布局不合理，地区发展不平衡，西部食品工业比较落后。
(4) 食品工业与农业原料基地的产业链尚未形成，食品加工长缺乏稳定优质的原料基地。
2009年食品工业总产值中以粗加工为主的食品加工业的产值占44％，其中食品制造业的产值只占17.5％，烟草加工业的产值占18.1％；饮料制造业的产值中，饮料酒占64％，软饮料只有26％。
(5) 行业结构与扩大需、提高人民营养健康水平的要求不相适应。
◆粗加工食物多，深加工、精加工食物少；
◆烟酒等嗜好食品所占比重大；
◆特殊人群食用的食品发展较慢。
九、食品中的成分和性质
食品中的成分及其特性是食品科学研究的核心问题。
食品中主要有如下几种成分：碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质、维生素、水、膳食纤维等。
上述成分的不同组合构成了不同食品特有的结构、质地、风味、色泽和营养价值。如全脂乳和新鲜苹果含有相似的水分，然而他们一种呈液态，一种呈固态，就是缘于各种成分的构成式不同。下面逐一展开:
(一)碳水化合物及其衍生物、性质
主要有糖类、糊精、淀粉、（半）纤维素、果胶、植物胶等。
糖的性质：
1、作为甜味剂使用。
2、易溶于水形成糖浆
3、当溶液中的水分被蒸发后形成结晶
4、提供能量
5、易于被微生物发酵
6、高浓度时可阻止微生物的生长，因此可作保藏剂。
7、加热时颜色变黑或产生焦糖化反应
8、某些糖可与蛋白质结合产生褐色，称为褐变反应。
9、使感官得到除甜味剂以外的性质。
淀粉的性质：
1、无甜味
2、不易溶于冷水
3、在热水中呈糊状或胶状
4、在植物体中作为能量贮存形式，从营养的角度而言可提供能量。
5、在植物种子中或块茎中以淀粉粒的形式存在。
纤维和半纤维的一般性质：
1、植物组织中的一种结构性多糖，是植物细胞壁的主要成分。
2、体难分解，难消化，不能产生能量。
3、是构成膳食纤维的重要成分。
果胶和植物胶的一般性质：
1、与淀粉和纤维素相同，由重复结构的长链组成。
2、在果蔬常似胶状，存在于植物细胞壁间。
3、果胶溶于水，易溶于热水。
4、果胶的胶体使番茄酱产生一定的黏度，并使橘子汁中的细小果肉颗粒稳定，防止产生沉淀。
5、果胶在溶液中形成凝胶，产生果冻时向凝胶中再加入糖和酸即可。
（二）蛋白质及其衍生物、性质
蛋白质是由多氨基酸结合在一起形成的长链，氨基酸则由碳、氢、氧、氮、硫、铁等元素构成。
蛋白质是生命的物质基础，有利于形成软骨、皮肤、指甲、头发及肌肉等，还是构成酶、抗体、多种激素、体液（血液、乳液、蛋白液）的主要成分。
必需氨基酸：人体不能合成但又必需，必须从食物中补充。
8种：lys,met,leu,iso,phe,thr,try,val；his在儿童中也必需，另外合成太慢，不能满足机体需要。
性质（略）：分散性、溶解性、吸湿性、粘性、弹性、乳化性等。
（三）脂类
脂类是动植物体代所需能量的贮存形式和运输形式，一般液态的称油，固态的称脂，统称油脂。
油脂有如下特性：
1、油脂被加热后，逐渐变软。由于油脂常常被加热至100℃以上，所以往往使食品表面呈现褐色。
2、油脂被加热，依次出现烟点、闪点和燃点。
3、油脂与氧气反应或在酶的作用下释放出脂肪酸时，油脂即产生哈败现象。
4、油脂是食物中的润滑剂，添加后可使面包吞咽更加容易。
5、油脂具有起酥作用，当油脂与蛋白质和淀粉交织在一起时，可使他们分散和变短，因此可用于焙烤制品。
6、油脂可形成食品的风味特征，少量油脂可产生饱腹感或减少饥饿感。
（四）食品中的其他成分
1、天然乳化剂：
能使脂肪球分散于水中或使水滴分散于油脂中。
2、功能模拟成分及新成分
为改善食品的热能或改善食品的风味，人们常人为加入一些物质替代食品中的糖、脂肪及其他成分。
如冰淇淋的生产就是脂肪替代品的一个极好的例证。近来人们将乳蛋白分散成细小的致密球粒、口味更加润滑；由于相同重量的蛋白质和脂肪相比，具有较低的热量，因此，添加
蛋白质的最终结果是降低了冰淇淋产品的热能。
3、有机酸
主要在水果中。柑橘和柠檬中含有柠檬酸，苹果中含有苹果酸，葡萄中含有酒酸。这些有机酸形成了各种水果的酸味并延缓了微生物对果实的侵蚀。
4、氧化剂和抗氧化剂
食品中的很多成分在空气中都会被氧化，如VC，VA，萝卜素等。另外，某些金属如铜、铁都是氧化作用的高效催化剂。
目前食品中用的最有效的抗氧化剂：BHA(丁基羟基茴香醚)、二丁基羟基甲苯(BHT)、(PG)没食子酸丙酯、(TBHQ)叔丁基对苯二酚。
5、酶
所有生物体中都含有酶，其作用包括：
①果蔬生长过程中，酶控制着与成熟相关的生化反应
②果蔬收获后酶仍然控制着后熟过程直至腐败。
③酶可改进加工食品的色泽、风味、组织结构、营养价值。
④食品生产过程中的加热可使酶、微生物灭活，可保持食品的贮
藏稳定性。
⑤酶促反应的专一性较强，通过调节温度、pH等措施可促进酶促
反应。
第二章食品加工过程中单元操作技术
由于食品原理差别大、食品的需求多样性，故生产工艺和加工法也有多样性，如果不能从系统论的角度宏观分类研究将造成重大损失，因此人们提出单元操作的概念：从各种加工工艺中根据功能而分出的常用操作过程。单元操作其实是大系统的单个划分。
如混合，可有振动、敲击、掺和、乳化、均质、沸腾、搅拌等，原料不同、加工要求不同则处理的式不同，如做蛋糕的混合干粉，可通过敲击、搅拌、振动进行混合；若制作乳状液（蛋黄酱）则选择均质；若制作面团则需要搅拌、延伸、折叠等。
常用的单元操作：原料处理、净化、分离、分解、泵输、混合、热交换、蒸发、干燥、成型、包装等。
一、原料处理
各种原料从收获、采集到加工前的全部工作。
如：保持卫生条件，保持原材料的品质和质量（特别是产品的维生素含量、生物外观及理化指标），抑制细菌的生长，降低产品的损失。
根据原料的不同，采用不同的运输式：
如：苹果或柑橘常采用厢式拖车运到果汁厂，这时应考虑无温控装置的厢式货车的大小及水果的运输时间等因素加以控制，以保证整个运输过程中温度控制在一个合理的围，防止因呼吸热而引起装载物的重腐败。
二、净化
自然式生产的食物在食用前都必须清洗净化。净化的法很多，完全根据产品和污物的类型而定，一般通过刷子、高速气流、水蒸气、真空等法实现。
如粮食加工前被净化，意在除去子和杂物(高速气流)，金属混杂物则可以通过磁吸附、机械分离等法实现；
瓶装饮料工业中所用的水净化程度高于一般的饮用水的标准，如需较高程度的碳酸化时，水中的杂质、胶体离子甚至某些无机盐都必须除去，因为这些物质能降低CO2的溶解度，气泡易于逃逸；为了得到较高纯度的净化水，还需对水进行软化、沙滤、活性炭吸附、甚至杀菌以控制水质，防止饮料中絮状悬浮物的出现。
三、分离
包括固-固（花生、苹果脱皮）、固-液（过滤、压榨）、液-液分离（水中除油）、固（液）
-气分离（真空灌装时的脱气）。
现代分离手段：
1、光电管分离：用光电管通过对产品颜色的不同反射而加以区分，如花花生油：花生逐一通过光束，当反射光的量值异常时，活动的空气喷头就会自动将那个无色花生粒从原料中吹出而分离。此法还可以区分鸡蛋的好坏。
2、膜分离：利用半透膜，以外界能量（压力或电力）或化学电位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯或浓缩的法。工业中常用超滤和反渗透（外界压力差为推动力）的膜分离技术。
4、分解
包括切分、粉碎、打浆、均质等操作。
如：皓月牛肉的手工切分生产线、德大的肉鸡手工切分生产线。粉碎如谷物的粉碎，肉末的生产，现代的超微粉碎技术可以将保健食品、功能性食品原料粉碎到30μm以下，从而使其具有较大的表面积和隙率，使其有效成分得以充分利用。如灵芝、孢子、花粉、螺旋藻、珍珠、食用菌等。但对肉而言粉碎一般在冷冻的情况下进行，因为粉碎过程中产生大量的热，温度高产生焦糊味，损坏食品的品质。
均质也是一种粉碎。它可以使液态中的固体颗粒或脂肪球裂解，粒度变小，同时也更易流动。均质式主要有超声波法、高压喷流法等新技术。
5、泵输
即利用泵系统使液体或固体从某一位置或加工步骤移动到另一位置或加工位置。
主要部分是管道系统和泵原理是转子在泵腔旋转，造成压力差吸入食品进入泵室并不断将其挤出。
泵的选用时都必须注意：容易拆洗，否则容易造成死角处长期滞留物料而污染（进行工厂设计时需注意）。
6、混合
根据所需混合的物料不同，常有固-固、液-液、固-液、气-液混合等。
五食品的污染与安全性评价
一食品污染概述
食品污染的概念及其分类
概念：食品污染是指食物受到有害物质的侵袭，造成食品安全性、营养性和或感官性状发生改变的过程。
食品污染的特点:
1. 直接污染,食物链富集（陆生、水生）
2. 急性,慢性危害
3. 不能通过感官识别(细菌污染除外)
4. 常规的冷,热处理不能完全消除(特别是有毒化学污染)
食品污染的分类
食品污染物大致可分为：
(1)食物中存在的天然毒物（如毒蘑菇、河豚鱼）；
(2)环境污染物（如工业“三废”）；
(3)滥用食品添加剂；
(4)食品加工、贮存、运输及烹调过程中产生的有害物质或工具、用具中的污染物。
按污染源的性质:生物性污染,化学性污染和放射性污染
按污染物的来源与式:源性和外源性
按污染源的特性:生物性污染和非生物性污染
生物性食品污染
微生物污染:人兽共患传染病的病原体(bird flu; SARS);以食品为传播媒介的致病菌及病
毒;引起人类食物中毒的细菌,真菌,及其毒素.
细菌:杆菌,布氏菌,沙门氏菌肉毒梭菌及肉毒毒素;葡萄球菌及其肠毒素;黄曲霉菌及黄曲霉毒素等.
病毒: 口蹄疫,猪传染性水疱病病毒等.
寄生虫污染:能引起人兽共患寄生虫病的病原体通过食品使人感染.
猪囊尾蚴,牛囊尾蚴,旋毛虫,弓形虫,片吸虫,华支睾吸虫等.
昆虫污染:食品中的蝇蛆,皮蠢等
细菌与细菌毒素;霉菌与霉菌毒素;病毒
污染源的性质
化学污染
兽药残留:动物性食品中的可食用部分所含兽药的母体化合物及其代产物及与兽药有关的杂质的残留.
用药不正确:计量/给药途径/给药部位/给药时间/药物种类/等等.
如：
①休药期结束前屠宰动物.
②屠宰前给药,以掩盖病症,逃避检疫.
③以违禁药物做添加剂
④加工过程处理不当:容器污染
⑤动物摄入含违禁药物的污水或食物.
农药残留是指畜禽或蔬菜水果类食品中有包括农药及其代物、降解物以及有毒杂质等物质残存,人食用这些食品后会发生急性或慢性中毒.
工业”三废”
废气,废水,废渣.(金属物汞,铅,铬,砷和非金属毒物氟化物多氯联苯
天然及化学物燃烧产生的”化学爱滋病毒”,”世纪之毒”二恶英）。
食品添加剂
防腐剂:硼酸(恶心,腹痛等);β-奈胺(致癌,肾损害)
色素:丹红…;柠檬黄日落黄诱惑红赤藓红苋菜红胭脂红亮兰
化学污染
放射性污染
环境中人为的放射性核素污染主要来源于以下几个面：
1．核爆炸。
2．核废物的排放。
3．意外事故。
环境中的放射性核素可通过食物链向食品中转移，其主要的转移途径有：
1．向水生生物体转移。
2．向植物转移。
3．向动物转移。
食品放射性污染对人体的危害
摄入污染食品后放射性物质对人体各种组织、器官和细胞产生的低剂量长期照射效应。主要表现为对免疫系统、生殖系统的损伤和致癌、致畸、致突变作用。
食品污染的来源与途径
源性污染: 食品动物在生前受到的污染,又称第一次污染.
源性生物性污染: 动植物在生活过程中由本身带的微生物或寄生虫而造成的食品污染
.
(1)畜禽生前感染人兽共患病.(肉,蛋,乳被污染)
(2)畜禽生前感染固有疾病,抵抗力下降引起继发性感染.
(3)畜禽生活期间带染某些微生物,畜禽抵抗力下降引起这些微生物浸入肌肉,肝脏等部位,造成肉品污染.
源性化学污染:畜禽吃食受化学污染的饲料而使污染物富集.(富集浓度可达饲料或环境浓度的上百万倍.”垃圾猪””垃圾鱼””垃圾….)
源性放射性污染:
水生生物对放射性物质的浓集作用
机体放射性物质浓度
浓集系数=
水体中放射性物质的浓度
食品污染的来源与途径
外源性污染:动物性食品在加工,运输,储藏,销售,烹饪等过程中受到的污染.又称第二次污染.
外源性生物性污染:食品在加工,运输,储藏,销售,烹饪等过程中由于不遵守操作规程,使起受到微生物等的污染.
(1)通过水的污染
(2)通过空气的污染
(3)通过土壤的污染
(4)生产加工过程的污染
(5)运输/保藏过程的污染
(6)病媒害虫的污染
外源性化学性污染:食品在加工,运输,储藏,销售,烹饪等过程中受到有毒害化学物质的污染.
(1)空气
(2)水
(3)土壤
(4)运输
(5)生产加工
食品污染的危害
食品污染造成的危害，可以归结为：(1)影响食品的感官性状；(2)造成急性食物中毒；
(3) 引起机体的急性、慢性危害；(4)对人类的致畸、致突变和致癌作用。
生物性污染的危害:引起动物性食品腐败变质;人类感染性疾病;微生物性中毒
化学性污染的危害:急性,慢性中毒;致突变;致畸形和致癌.
部分有毒化学物质的急性中毒:
砷化物中毒:
砷化物中毒原因主要有:①误食.误把某些砷化物当成碱面、食盐或淀粉,或误食含砷农药拌的种粮;②滥用.滥用含砷杀虫剂喷洒果树及蔬菜,造成蔬菜水果残留量过高,喷药后不洗手而进食;③器皿污染.盛放过砷化物的容器用来盛装食品造成污染;④食品材料含砷过高.食品工业用原料或添加剂中含砷量过高。
食品污染的危害
潜伏期短,仅十几分钟至数小时。开始口腔有金属味,口咽部及食道有灼烧感。继有恶心、剧烈呕吐和腹痛、腹泻。可出现重脱水、体温下降、四肢发冷、血压下降,甚至休克。重症患者,可出现神经系统症状,有剧烈头痛、头昏、昏迷等。当肾脏损害时,可出现尿闭、蛋白尿、血尿,还可造成肝脏、心肌损害。
急救治疗法有:①催吐、洗胃,洗胃后服用活性炭;②解毒,特效药是二巯基丙醇、二巯基丙磺酸钠、二巯基丁二酸钠;③输液、纠正酸中毒和维持水盐代衡等。
砷化物中毒症状