食品工艺学笔记

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（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．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）的过程。

原料加工——产品加工
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。

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。

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、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。

外观
感观特性质构
风味
食品质量营养质量
卫生质量
耐储藏性
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2.7万亿美元，居各行业之首。

我国2000年食品工业总产值、利税分别为8434.1亿元和1458.3亿元，占全国工业总产值、利税的9.8%和15.3%；年出口创汇136.7亿美元。

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403.7万，占全国工业企业就业总人数的7.3%。

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，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（2~8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；
（4）利用无菌原理的保藏方法；
①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。

②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
③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。

外观
感观特性质构
风味
食品质量营养质量
卫生质量
耐储藏性
2 加工对质量的影响
如：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。

本课程的主要参考书
1. 《食品工艺学》（上）无锡轻工业学院、天津轻工业学院合编，中国轻工出业版社，
1984。

2. Food Processing Technology P.J.Fellows。

3. 《食品加工原理》，夏文水等译，2001，中国轻工业出版社。

Principles of Food Processing Dennis R.Heldman and Richard W.Hartel，1997。

4. 《水产品加工技术》，夏文水等译2002，中国轻工业出版社；。

Fish Processing Technology, UK, G.M.Hall。

5. 《乳制品生产技术》，张国农等译，2002，中国轻工业出版社。

The Technology of Dairy Products，UK, Ralph Early 。

6. 《肉制品加工原理与技术》，夏文水主编，2003，化学工业出版社。

第二章食品的热处理和杀菌
第一节热处理的目的
表2-1：常用的热处理
热处理产品工艺参数预期变化不良变化
保藏处理热烫蔬菜、水果蒸汽或热水加
热到90-100℃
钝化酶，除氧，
减菌，减少生苦
味，改变质构
营养损失，
流失，色泽
变化
巴氏
杀菌
乳、啤酒、果汁、
肉、蛋、面包、即
食食品
加热到75-95℃杀灭致病菌色泽变化，
营养变化，
感官变化杀菌乳、肉制品、水果、
蔬菜
加热到＞100℃杀灭微生物及其
孢子
色泽变化，
营养变化，
感官变化
转化处理蒸煮蔬菜、肉、鱼蒸汽或热水加
热到90-100℃
钝化酶，改变质
构，蛋白质变性，
淀粉糊化
营养损失、
流失，水分
损失
烘烤肉、鱼干空气或湿空
气加热到＞
215℃
改变色泽，形成
外壳，蛋白质变
性，杀菌，降低
水分
营养损失，
有诱变性物
质
面包形成外壳，淀粉
糊化，结构和体
积变化，水分减
少，色泽变化
油炸肉、鱼、土豆油中加热到
150-180℃
形成外壳，色泽
变化，蛋白质变
性，淀粉糊化
营养素损
失、流失
第二节热处理原理
食品的杀菌方法有多种，物理的如热处理、微波、辐射、过滤等，化学的如各种防腐
剂和抑菌剂，生物的如各种微生物或能产生抗生素的微生物。

虽然杀菌方法有多种多样，并且还在不断地发展，但热处理杀菌是食品工业最有效、最经济、最简便、因而也是使用最广泛的杀菌方法，同时也成为用其它杀菌方法时评价杀菌效果的基本参照。

热杀菌的主要目的是杀灭在食品正常的保质期内可导致食品腐败变质的微生物。

一般认为，达到杀菌要求的热处理强度足以钝化食品中的酶活性。

同时，热处理当然也造成食品的色香味、质构及营养成分等质量因素的不良变化。

因此，热杀菌处理的最高境界是既达到杀菌及钝化酶活性的要求，又尽可能使食品的质量因素少发生变化。

要制定出既达到杀菌的要求，又可以使食品的质量因素变化最少的合理的杀菌工艺参数（温度和时间），就必须研究微生物的耐热性，以及热量在食品中的传递情况。

一、微生物的耐热性
（一）影响微生物耐热性的因素
1、污染微生物的种类和数量。

（1）种类。

各种微生物的耐热性各有不同，一般而言，霉菌和酵母的耐热性都比较低，在50-60℃条件下就可以杀灭；而有一部分的细菌却很耐热，尤其是有些细菌可以在不适宜生长的条件下形成非常耐热的芽孢。

显然，食品在杀菌前，其中可能污染有各种各类的微生物。

微生物的种类及数量取决于原料的状况（来源及储运过程）、工厂的环境卫生、车间卫生、机器设备和工器具的卫生、生产操作工艺条件、操作人员个人卫生等因素。

（2）污染量。

微生物的耐热性，与一定容积中所存在的微生物的数量有关。

微生物量越多，全部杀灭所需的时间就越长。

2、热处理温度。

在微生物生长温度以上的温度，就可以导致微生物的死亡。

显然，微生物的种类不同，其最低热致死温度也不同。

对于规定种类、规定数量的微生物，选择了某一个温度后，微生物的死亡就取决于在这个温度下维持的时间。

3、罐内食品成分。

（1）pH值。

研究证明，许多高耐热性的微生物，在中性时的耐热性最强，随着pH 值偏离中性的程度越大，耐热性越低，也就意味着死亡率越大。

（2）脂肪。

脂肪含量高则细菌的耐热性会增强。

（3）糖。

糖的浓度越高，越难以杀死食品中的微生物。

（4）蛋白质。

食品中蛋白质含量在5%左右时，对微生物有保护作用。

（5）盐。

低浓度食盐对微生物有保护作用，而高浓度食盐则对微生物的抵抗力有削弱作用。

（6）植物杀菌素。

有些植物（如葱、姜、蒜、辣椒、萝卜、胡萝卜、番茄、芥末、丁香和胡椒等）的汁液以及它们分泌的挥发性物质对微生物有抑制或杀灭作用，这类物质就被称为植物杀菌素。

（二）对热杀菌食品的pH值分类
大量试验证明，较高的酸度可以抑制乃至杀灭许多种类的嗜热菌或嗜温微生物；而在较酸的环境中还能存活或生长的微生物往往不耐热。

这样，就可以对不同pH值的食品物料采用不同强度的热杀菌处理，既可达到热杀菌的要求，又不致因过度加热而影响食品的质量。

各种书籍资料中对热处理食品按pH值分类的方法有多种不尽相同的方式，如分为高酸性（≤3.7）、酸性（＞3.7-4.6）、中酸性（＞4.6-5.0）和低酸性（＞5.0）这四类，也有分为高酸性（＜4.0）、酸性（4.0-4.6）和低酸性（＞4.6）这三类的，还有其它一些划分法。

但从食品安全和人类健康的角度，只要分成酸性（≤4.6）和低酸性（＞4.6）两类即可。

这是根据肉毒梭状芽孢杆菌的生长习性来决定的。

在包装容器中密封的低酸性食品给肉毒杆菌提供了一个生长和产毒的理想环境。

肉毒杆菌在生长的过程中会产生致命的肉毒素。

因为肉毒杆菌对人类的健康危害极大，所以罐头生产者一定要保证杀灭该菌。

试验证明，肉毒杆菌在pH≤4.8时就不会生长（也就不会产生毒素），在pH≤4.6时，其芽孢受到强烈的抑制，所以，pH4.6被确定为低酸性食品和酸性食品的分界线。

另外，科学研究还证明，肉毒杆菌在干燥的环境中也无法生长。

所以，以肉毒杆菌为对象菌的低酸性食品被划定为pH＞4.6、a w＞0.85。

因而所有pH值大于4.6的食品都必须接受基于肉毒杆菌耐热性所要求的最低热处理量。

在pH ≤4.6的酸性条件下，肉毒杆菌不能生长，其它多种产芽孢细菌、酵母及霉菌则可能造成食品的败坏。

一般而言，这些微生物的耐热性远低于肉毒杆菌，因次不需要如此高强度的热处理过程。

有些低酸性食品物料因为感官品质的需要，不宜进行高强度的加热，这时可以采取加入酸或酸性食品的办法使整罐产品的最终平衡pH 值在4.6以下，这类产品称为“酸化食品”。

酸化食品就可以按照酸性食品的杀菌要求来进行处理。

（三）微生物耐热性参数
1、热力致死温度：表示对于特定种类的微生物进行杀菌达到某一个温度时，微生物已全部死亡，该温度即热力致死温度。

2、热力致死时间曲线（Thermal death time curve ，简称TDT 曲线）：用以表示将在一定环境中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭所采用的杀菌温度和时间组合。

（图：TDT 曲线）
热力致死时间曲线方程：
Z T T t t 1221
lg -= TDT 曲线与环境条件有关，与微生物数量有关，与微生物的种类有关。

3、F 0值：单位为min ，即TDT 121.1，是采用121.1℃杀菌温度时的热力致死时间。

F 0值与菌种、菌量及环境条件有关。

显然，F 0值越大，菌的耐热性越强。

利用热力致死时间曲线，可将各种杀菌温度-时间组合换算成121.1℃时的杀菌时间：
F 0 = t lg -1[(T －121.1)/Z]
4、Z 值：单位为℃，是杀菌时间变化10倍所需要相应改变的温度数。

在计算杀菌强度时，对于低酸性食品中的微生物，如肉毒杆菌等，一般取Z=10℃；在酸性食品中的微生物，采取100℃或以下杀菌的，通常取Z=8℃。

5、热力致死速率曲线：表示某一种特定的菌在特定的条件下和特定的温度下，其总的数量随杀菌时间的延续所发生的变化。

以热处理（恒温）时间为横坐标，以存活微生物数量为纵坐标，可以得到一条对数曲线，即微生物的残存数量按对数规律变化。

（图：热力致死速率曲线）
热力致死速率曲线方程：
t = D ( lg a －lg b )
在热力致死速率曲线上，若杀菌时间t 足够大，残存菌数可出现负数（10-1乃至10-n ），这是一种概率的表示。

6、D 值：单位为min ，表示在特定的环境中和特定的温度下，杀灭90%特定的微生物所需要的时间。

D 值越大，表示杀灭同样百分数微生物所需的时间越长，说明这种微生物的耐热性越强。

7、F 0=nD ：将杀菌终点的确定与实际的原始菌数和要求的成品合格率相联系，用适当的残存率值代替“彻底杀灭”的概念，这使得杀菌终点（或程度）的选择更科学、更方便，同时强调了环境和管理对杀菌操作的重要性。

通过F 0 = n D ，还将热力致死速率曲线和热力致死时间曲线联系在一起，建立了D 值、Z 值和F 0值之间的联系。

在实际杀菌操作中，若n 足够大，则残存菌数b 足够小，达到某种可被社会（包括消费者和生产者）接受的安全“杀菌程度”，就可以认为达到了杀菌的目标。

这种程度的杀菌操作，称为“商业灭菌”；接受过商业灭菌的产品，即处于“商业无菌”状态。

商业无菌要求产品中的所有致病菌都已被杀灭，耐热性非致病菌的存活概率达到规定要求，并且在密封完好的条件下在正常的销售期内不生长繁殖。

二、食品的传热
在实际生产中，必须考虑食品的传热问题。

（一）传热方式
热的传递方式有三种：传导、对流和辐射。

对于罐藏食品的内容物来说，只有传导和对流两种方式。

根据罐内容物的特性，其传热型式有如下几种。

（1）完全对流型——液体物料如果汁、蔬菜汁，和汁液很多而固形物很少且块形很小的物料如汤类罐头；
（2）完全传导型——固体物料如午餐肉、烤鹅等；
（3）（先）传导（后）对流型——受热熔化的物料，如果酱等；
（4）（先）对流（后）传导型——受热后会吸水膨胀的物料，如甜玉米等，含有丰富的淀粉质；
（5）诱发对流型——借助机械力量产生对流，如对于八宝粥等粘稠性产品使用回转式杀菌器，在杀菌过程中产生强制性对流。

（二）影响传热的因素
1、罐内食品的物理性质。

主要指食品的状态、块形大小、浓度、粘度等。

2、初温（IT，initial temperature）。

指杀菌操作开始时，罐内食品物料的温度。

3、容器。

对于杀菌操作中的传热，主要考虑容器的材料、容积和几何尺寸。

4、杀菌锅。

静置式杀菌锅与回转式杀菌锅的区别。

（三）传热测定
指对罐头中心温度（或称冷点温度）的测定，冷点指罐头在杀菌冷却过程中，温度变化最缓慢的点。

传导型食品罐头的冷点在罐的几何中心；对流型食品罐头的冷点在罐中心轴上离罐底2-4cm处。

传热测定的目的，（1）了解不同性质内容物罐头的传热情况，即杀菌过程中温度随时间变化的曲线，为正确制定杀菌工艺条件奠定基础；（2）比较杀菌锅内不同位置的升温情况，为改进、维修设备和改进操作水平提供技术依据；（3）得出罐内食品所接受的杀菌值（F p），判断罐头食品的杀菌效果。

罐头中心温度测定仪主要由热电偶和电位差计组成。

（四）传热曲线
1、传热曲线的表现形式
T m~t自然数坐标传热曲线：表示罐头食品冷点处的温度T m值随杀菌时间t的变化；
（T s-T m）~t半对数坐标传热曲线：因杀菌锅操作温度T s与罐头冷点温度T m间差值的对数值与杀菌时间值t呈直线关系，故以杀菌温度与冷点温度的差值T s-T m为纵坐标，且纵坐标按对数规律安排。

T m~t半对数坐标传热曲线：将（T s-T m）~t半对数坐标传热曲线绕横转动180°，得到以杀菌时间为横坐标，以冷点温度为纵坐标的传热曲线。

2、传热曲线的类型
对流型和传导型食品物料的传热曲线近似于直线，称为简单型曲线（Single logarithmic curve）；
先对流后传导型食品物料的传热曲线近似于两根相交的直线，称为转折型曲线（Broken logarithmic curve）。

这两种类型的传热曲线因其有规律性，故可用于“公式法”或“列图线法”计算杀菌值。

三、杀菌强度的计算及确定程序
（一）热杀菌时间的推算
比奇洛（Begelow）在1920年首先提出罐藏食品杀菌时间的计算方法（基本法）。

随。