食品机械设备复习题目讲解

1、食品冷杀菌技术

食品冷杀菌技术是指不用热能杀死微生物，不影响食品营养、质构、色泽和风味的新兴杀菌技术。

（1）超高压杀菌技术

灭菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用，导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化，从而影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能破坏或发生不可逆变化。主要是通过破坏细胞膜抑制酶的活性和影响DNA等遗传物质的复制来实现的。

（2）高压脉冲电场杀菌技术

利用高压脉冲发生器产生的脉冲电场作用于食品，达到杀菌的目的，其基本过程就是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。归纳其机制，主要表现在两个方面：1）场的作用，脉冲电场和脉冲磁场交替作用，使细胞膜透性增加，振动加剧，膜遭到破坏，膜内物质流出，膜外物质渗入，细胞膜的保护作用消失；2）电离作用，电极附近产生的阴阳离子与膜内生命物质作用，阻断了膜内正常生化反应和新陈代谢过程。

（3）辐射杀菌

辐射(或辐照)杀菌是利用一定剂量的波长极短的电离射线对食品进行杀菌。在食品杀菌中常用的射线有χ-射线、γ-射线和电子射线。几乎不产生热效应，可最大限度地保持食品的原有性质，并能对冷冻条件下的食品进行杀菌处理。

（4）其它，如超声杀菌、微波杀菌、紫外杀菌、二氧化钛光催化杀菌技术、软电子束杀菌技术、振动磁场杀菌等。

2、微波加热

原理：常规加热方法是先加热物体的表面，然后热量由表面传到内部，而微波加热则可直接加热到物体内部。

被加热的介质（偶极子，一端带正电，一端带负电）在交变电场的作用下，分子发生摆动，频率越大，分子摆动越快。由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，偶极子随外加电场方向改变，而作的规则摆动便受到干扰和阻碍，产生了类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来，表现为介质温度的升高。外加电场变化频率越高，分子摆动越快，产生的热量越多。外加电场越强，分子的振幅越大，产生的热量越大。物质的种类及其特性也有影响。

应用：

2.1食品微波烹调

微波烹调食品具有方便、快速，维生素等营养成分损失少，鲜嫩多汁等优点。（1）微波炉烹调食品；（2）微波炉方便食品.

2.2食品微波干燥

（1）食品微波干燥过程和特点

一般干燥方法的干燥过程是食品首先外部加热，表面干燥，然后是次外层受热，次外层干燥。微波加热是内部加热，由内及外，干燥速度快很多，特别是在物料的后续干燥阶段，微波干燥显示出其无与伦比的优势。

优点：厂房利用率高；干燥速度快，时间短；产品质量好；卫生条件好；节能。

缺点：投资大，耗电量大等。微波干燥常与其它干燥方法如热空气干燥、油炸，甚至近红外干燥技术结合起来使用，而且微波往往用于后续干燥阶段

（2）食品微波干燥系统与实例：

在美国已经实现工业化的微波干燥有蛋黄粉、肉制品、速溶茶和咖啡、鱼蛋白、香草等干燥食品微波干燥；在果汁、谷物和种子的干燥中用得较多。已采用微波真空干燥的果汁有：橙汁、柠檬汁、草莓汁、茶汁、香草提取液等。

2.3食品微波解冻

工业中已用微波加热解冻的食品有：肉、肉制品、水产品、水果和水果制品。家用微波炉用于冷冻食品的解冻极为方便和快捷。并为大多数家庭所采用。

其它如：食品微波杀菌和保鲜、食品微波焙烤与烘烤等。

3、超声波技术

（1）加速细化、混合和乳化（悬浮）；

（2）加速凝聚和沉淀（酱油、酒等）；

（3）加速酒和香料陈化；

（4）强化固液萃（浸）取；

（5）加速消毒和过滤；

（6）超声消泡；

（7）加速结晶；

（8）超声技术用于食品干燥；

（9）修饰食品的质构，提高食品的品质；

（10）超声清洗灭菌；

（11）此外，超声技术还用于肉的嫩化、提高或抑制酶的活力；用于食品的超微细粉碎，如超声粉碎可可粉、咖啡粉和巧克力粉等；用于食品添加剂的合成，如用超声辐射法将马来酸二乙酯合成了具有高效杀菌防腐保鲜作用的食品添加剂富马酸二乙酯；用于酒类的催熟陈化，超声技术不仅能使酒的催熟陈化时间缩短而且能减少酒中邪杂味，使酒变得醇和；而且超声技术还可以用于食品的澄清，缩短澄清时间，澄清效果好。

超声波萃取

由于超声波空化可以产生冲流，能有效打破边界层，使扩散速度增加，提取或浸出的速度提高2-10倍，

应用：可以用于中草药有效成分的提取，还可以用于香料及油、速溶茶、动物组织中的物质(如鱼肝油)及污染物(如农药残留)的提取。与传统提取方法相比，能显著提高萃取效率。

?超声杀菌

高强度超声波因能产生高压、强剪切力和高温而用于杀灭微生物。

应用：目前超声波杀菌技术已应用于食品工业。超声波杀菌与热处理、加氯处理等杀菌技术配合使用时更有效。

?超声波干燥与除气

在食品加工中可借助超声雾化进行液体食品干燥，即利用超声波在许多热敏性物料表面形成超声喷雾，使液体蒸发表面积增加；在物料内部，尤其在组织分界面上，超声能量大量的转换为热能，造成局部高温，促进水分逸出，从而提高了蒸发强度、效率，降低蒸发温度。

应用：超声波干燥具有优于传统喷雾方法的良好效果，如干燥速度快、温度低、最终含水率低且物料不会被损坏或吹走等优点，它适合于药品、食品、种子及热敏性生化制品等的干燥。

?超声波乳化

超声波乳化以其“空化效应”实现“油掺水”乳化、“水掺油”乳化、“分散相”与“连续”相的混合匀化，是替代螺旋桨、胶体磨等传统乳化工艺的现代声化学手段。

超声乳化器与搅拌桨、胶体磨、均化器等乳化器相比，具有乳化质量好、生产效率高、成本低等优点，已越来受到各工业部门的重视和采用，并成为现代重要乳化设备之一。超声乳化与一般乳化工艺和设备相比具有的优点：

(1) 所形成的乳液平均液滴尺寸小，可为0.2~2μm；

(2) 所形成的乳液更加稳定。可以不用或少用乳化剂使产生极稳定的乳液。

(3) 可以控制乳液的类型。

超声乳化，在某些声场条件下，O/W（水包油）和W/O（油包水）型乳液都可制备，这是机械乳化方法这是不可能办到的。

?超声波均质

超声波均质是利用超声波遇到物体是会迅速交替压缩和膨胀的原理设计。如果将超声波导入料液，当处于膨胀的半个周期时，料液受到拉力，其中的气泡便膨胀；而在压缩的半个周期内，气泡被压缩。当压力的振幅变化很大时，就会产生空穴作用和强烈的机械搅拌作用，使大颗粒破碎，达到均质的目的。

与均化器、机械搅拌等相比，超声均质具有如下优势：可实现分子级别的微混合；能产生微米至纳米级的乳化分散粒子；均化液极其稳定，长时间无分层现象；达到相同尺寸的分散微粒等。

?超声过滤

许多工厂（食品、化工等）均需要分离出液体中的固体悬浮物，这种分离既可用于固液分离也可用于分离母液中的固体。

超声辐射的两个特殊效应可促进过滤过程：

①声波可促使微小粒子的凝聚从而加速过滤速度；

②可为系统提供足够的振动能量以保持粒子部分处于悬浮状态从而为溶解洗脱留出更多自由通道。

?超声清洗和除沫

利用超声波在洗涤液中传播时边产生气泡边消失的现象以及超声波对洗涤液产生的乳化作用，可应用于果蔬及粮食加工中的清洗作业。

其特点是洗涤效果好、速度快、质量高、操作简单、易于实现自动化；清洗效果的好坏与适当的功率、频率及清洗温度，并且与清洗物品的安放及清洗溶液的选择都有一定关系。

?超声控制结晶

?超声波辐射由于具有强烈的定向效应，有补充和加强为形成临界品核所需的波动作

用，故能加速起晶过程。

?超声波在结晶过程中，既可使饱和溶液的固体溶质产生迅速而平缓的沉淀，又可加速晶

体生长，并且可防止晶体在冷冻条件下结壳，从而确保连续有效的传热作用。

?在超声作用下，饱和溶液内会形成大量的结晶中心，并且形成晶体的大小受超声频率与

强度所控制，因此可通过控制超声作用获得不同粒度的均匀的晶体沉淀物。

应用举例

?测定介质的厚度

超声仪器设备能准确测定介质的厚度。测定时将超声波发送探头安放在待测介质原料的一端,并使脉冲超声波输送到待测样中。

目前此技术已用于糖果中巧克力涂层的厚度,肉的厚度,罐头中液层厚度以及蛋壳的厚度的测定。

?探测食品中的杂质异物

食品加工过程中经常会被金属屑、玻璃碎片及木屑等杂质污染。这些杂质的存在严重影响到产品的品质,须予以检出剔除。

测定原理是超声波脉冲被导入检样中时，脉冲将从所遇到的所有介质表面反射回来,由于杂质和产品成分声学阻抗存在明显差异,表现出来的超声波性质也明显不同,所以能将杂质检测出来。

?促进氧化反应

高强度超声波由于能产生极高压力和高温,使水分子裂解并释放出自由基。研究人员发现超声波技术能明显观测到对酒精饮料有促进氧化反应作用。不过这种加速氧化反应作用对饮料口感不一定有改善。

?钝化酶

一般情况下延长含酶体系与高强度超声波接触可以降低酶的活力,如降低胃蛋白酶活力。

?食品组成的测定

食品品质的高低一定程度上取决于食品的组成和成分。超声波技术在测定食品组成方面有很大潜力。

原理：各不同成分的超声波性质存在差异,如声速、衰减系数和声学阻抗。差别越大,越易鉴别食品的组成状况。

4.高压技术

高压处理装置主要由高压容器、加压装置及其附助装置构成。

高压处理装置有直接加压式和间接加压式两类。

按高压容器的放置位置分有立式和卧式两种。相对卧式、立式的占地面积小，但物料的装卸需专门装置。与此相反，使用卧式高压处理设备, 物料的进出较为方便，但占地面积较大。

(1)肉的嫩化

牛肉宰后需要在低温下进行10天以上的成熟，采用高压技术处理牛肉，只需10min。与常规加工方法相比，经过高压处理后肉制品改善了嫩度、色泽和成熟度，增加了保藏性。(2)果汁和果酱

使用高压技术制造的葡萄柚汁没有热加工产品的苦味。桃和梨在410MPa下处理30min可以保持5年商业无菌。高压处理的未巴氏杀菌的橘汁保持了原有的风味和维生素C并具有17

个月的货架寿命。

在果酱生产中，高压杀菌不仅杀灭水果中的微生物，而且还可简化生产工艺，提高产品品质。

(3)水产品

高压处理可保持水产品原有的新鲜风味。采用400MPa高压处理鳕鱼、鲭鱼、沙丁鱼，制造胶凝的鱼糜制品，高压加工的鱼糜制品的感官质量好于热加工的产品。高压加工的鱼糜凝胶可以用于结着碎鱼肉，制造虾蟹的仿制品。加工过程可以在0℃进行，鱼糜加工业对此持有巨大的兴趣。

(4)其他

对低盐、无防腐剂的脆菜制品，高压杀菌更显示出其优越性；应用压力改变或改善食品的特性；肉制品加工中血红蛋白的脱色；特殊蛋白质的脱臭；用特定的蛋白酶增溶或改性鱼蛋白等。

杀菌原理

超高压对微生物活性的影响

1)高压对细胞形态的影响

极高的流体静压会影响细胞的形态。

(2)高压对细胞生物化学反应的影响

按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响。另外，高压还会引起主要酶系的失活，此外高压还会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断

(3)高压对细胞壁膜的影响

在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。超高压杀菌正是通过高压破坏其细胞膜，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制来实现的。

三、超高压的优点

1）超高压处理饮料等不会使维生素、色素、香气等低分子物质发生变化或产生异臭物，加压后饮料仍保持“原汁原味”—生鲜风味、天然色泽和营养成分。

2）超高压处理后，蛋白质的变性状态及淀粉的糊化状态与加热处理也有所不同，可以期待获得具有新物性的食品。

3）超高压处理可以在保持食品原有风味条件下“冷杀菌”，这种食品可再经简单加热后食用，从而扩大半调理食品的用途。

4）高压加工可以同热加工组合进行，使食品加工过程多样化，能开发出各种未来新食品及加工工艺。

5）超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而实现杀菌的均匀、瞬时、高效性，且较加热法耗能低

超高压的局限性

?由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术。

?由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装

?一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭菌，需在70℃以上加压到600MPa 或加压到1000MMPa以上才能杀死

?酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶识货为止，若允许残存酶时防止流通中质量下降需采取低温流通的方法?超高压装置鼻息采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且设备成本高、处理

量少、使用寿命短等缺点。

?因反复加减压，高压密封体易损坏，加压器已发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右

?虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件。

6、午餐肉

工艺流程：原料验收→解冻→预处理→分级切块→腌制→斩拌→真空搅拌→装罐→抹平→真空密封→杀菌冷却→擦罐入库↑

脱模涂料罐→清洗、消毒

8、超滤膜分离装置

膜：非对称性膜,表面活性层孔径1~20nm微孔, 能截留分子量500以上大分子或胶体微粒。原理：原料液在压差作用下，小分子物质与小分子量物质透过膜上微孔，流到低压侧，大分子物质被截留。机理：筛分

优缺点：上一级的透过液作为下一级的进料液。浓缩液从后级向前级返回并与前一级的料液混合后，再进行分离。这种方式既可提高水的回收率，又可提高透过水的水质，但由于泵设

备的增加，能耗增大。

第二题

超滤膜分离装置的三种工艺流程

●以图说明

说明超滤在食品工业中的应用

三种工艺流程

①单级间歇操作：料液一次性加入到料液槽中，滤液排出，浓缩液则全部循环。此工

艺处理量不大，因此实验室常用。

②单级连续操作：过滤时将一部分浓缩液作为产品排出，同时连续进料与回流混合，进行循环。过滤始终在较高浓度下进行。

③多级连续操作：将若干单级串联起来，只有最后一级在高浓度下进行。每一级的滤液均排出，浓缩液部分循环。适合大批工业生产。

应用：

超滤膜在食品工业上的应用

?在牛奶工业中的应用

?牛奶的微滤除菌、乳清浓缩、酸奶处理等

?果汁生产中的应用

?主要用于苹果汁、猕猴桃汁等的澄清

?酿酒工业中的应用

?用于无菌低温啤酒生产、啤酒罐底液处理

?制备大豆分离蛋白中的应用

?主要用于浓缩大豆蛋白

9、超临界流体萃取技术

原理：超临界萃取技术是利用流体在超临界区内，待分离混合物中的溶质在温度和压力的微小变化时，其溶解度会在相当大的范围内变动，从而达到分离提纯目的。在较高的压力下，让溶质充分溶解于超临界流体中，然后使超临界溶液的压力降低，溶解于超临界流体中的溶质会因超临界流体的密度下降，溶解度降低而析出，从而使混合物分离和提纯。

过程：首先使溶剂通过升压装置达到超临界状态，而后超临界流体进入萃取器与里面的原料接触而进行超临界萃取；溶解于超临界流体中的萃取物随流体离开萃取器后再通过降压阀进行节流膨胀以便降低超临界流体的密度，从而使萃取物与溶剂能在分离器内得到分离。然后再使溶剂通过泵或压缩机加压到超临界状态并重复上述萃取分离步骤，流体循环直接达到预定的萃取率。

因素：（1）萃取温度（2）萃取压力（3）SCF流量（4）萃取时间（5）分离温度（6）分离压力（7）夹带剂（8）萃取器结构（9）萃取物料（10）目标物

超临界CO2萃取流程依据萃取过程的特殊性来分类，可分为常规萃取，夹带剂萃取，喷射萃取等；依据解析方式的不同可分为等温法，等压法，吸附法，多级萃取法等。

1.说明Bucher Plant Extraction Processing工艺流程。(甘草汁萃取工艺流程)

（1）探讨使用部分国产设备的可行性。

（2）如果制造大包装的60%的浓缩提取液，该流程需要的如何调整？

答：工艺流程：1.将预先切碎的甘草根放入涡轮式碾磨机碾碎，并加入水（在工艺中已被加热）在水平搅拌机（靠压力进行滚动）中进行浸渍。2.浸渍后的植物原料进行提取后，并对溶剂进行回收，废弃的材料收集起来舍去。提取这一过程因为是在热水中进行的，所以要冷却。3.将冷却的浑浊的提取物以交叉流的形式送入微滤机（多层膜过滤）进行过滤，去除滞留物，获得比较澄清的提取液。4.将含有其他物质的提取液送入吸附容器中，用再生溶剂吸附或者净化提取液中的活性物质，去除再生废溶剂。5.将提取液送入降膜蒸发器中浓缩，获得浓缩液和回收的溶剂，再将浓缩液送入搅拌式薄膜蒸发器进行高度浓缩，最终获得浓度较大的提取物质。6.将高度浓缩的提取物用带式