食品非热加工技术-2014-12-16
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食品非热加工技术进展
主要内容
1、食品加工发展趋势 2、高静压加工技术
3、脉冲电场加工技术
4、超声波加工技术
1、我国食品工业总产值
2012年食品工业总产值达9.0万亿。 规划2015年突破10万亿（2013年预 计要突破，2015年预计12.3万亿）。 2009年全国共有食品生产加工企业 44.8万家。规模以上企业3.37万家 （2012），从业人员644.91万人 (2011),产品市场占有率为72%，产 量和销售收入占主导地位；规模以 下、10人以上企业6.9万家，产品市 场占有率为18.7%；10人以下小企 业小作坊35.3万家，产品市场占有 率为9.3%。我国农业从业人员3.48 亿(2006),比重逐年下降。
HP (900MPa) destruction kinetics of C. sporogenes PA 3679 in ground beef
8
Log survivors (CFU/g)
7 6 5 4 3 2 0 2 4 80 癈o ,C, D=6.8min 80 90 癈 , D=2.3min D=6.8min 100癈 o , D=0.7min
超高压500MPa15min处理
Rice starch Gelatinisation
Pressure effects on water properties
Fig: Phase diagram, volume change and latent heat of H2O - Up to 200 MPa the phase diagram of water shows a strong depression of the freezing point with increasing pressure. At 200 MPa and -20°C water is still liquid.
如计算机图象处理、生物工程、挤压成型、微电 子、生化检测、远红外、辐射和化学保鲜、超高压加 工、脉冲电场处理、冷冻干燥、微波、超声波、无菌 冷包装等技术。 这些技术的应用确保了食品的基本属性、营养品 质和安全性，并使食品的色、香、味、形得到了完美 的表达。
NONTHERMAL NOVEL FOOD PROCESSING TECHNOLOGIES Goal of Novel Technologies for Foods:
高压与微生物
Substantial count reductions (>4 log10 units) of most vegetative microorganisms are realised when a pressure treatment of 400–600 MPa at room temperature is applied.
- High hydrostatic pressure - Pulsed electric fields - High Powered Ultrasonics -Arc discharge -Ultraviolet -Oscillating magnetic fields -Light Pulses - Irradiation(Electron beam/X-ray) -| Chemicals (Ozone, Carbon Dioxide, High Pressure Carbon Dioxide ) - Combined methods, etc.
Pulsed electric fields 1μs=1MHz
Infrared heating
Ultraviolet sterilization
Emerging Technologies: Around the world
（1）超高压处理技术High Pressure Processing
超高压杀菌技术是将食品放入液体介质中，即将食品 原料充填到柔软容器中密封，再将其投入到高压装置中高 压处理，加100～1000MPa的压力一段时间后，使酶、蛋 白质、淀粉等生物高分子物质失活，变性及糊化，同时杀 灭食品中的微生物的过程。
1.Antimicrobial Application
(1) (2) To destroy microbial cells at lower pressure range To destroy bacterial spores at higher pressure range
-Fresh-like products -Less additives -High quality -Less thermal damage Nutritious quality food Reasonable cost
NONTHERMAL NOVEL FOOD PROCESSING TECHNOLOGIES
2012
2013
36.2
35.0
40.3
37.7
4.1
2.7
3、消费者的关心
价格：价廉物美 新鲜：生鲜食品：蔬菜（生菜、洋葱、沙拉等）、水果、鲜橙汁，生鱼片、牡蛎、
虾等；微加工食品：半熟制品（烤牛肉、鱼片，鸡蛋等）；冷藏保质期短的加工 食品：消毒奶、乳酸菌奶、奶酪、腊肠、冷却肉及其制品、鲜切净菜等。
消费者的关心、要求越来越多，越苛刻!
食品要求
食品本身
食品商品
产品要求 是什么？
心理要求
哪里、如何 生产的？
担保要求
谁？
产品/包装 系统要求
产品/营销 系统要求
符 安 合 全 标 准
营 感 养 官
生 产 背 景
伦 理
认 证
溯 源
包 装 功 能 与 美 学
信 息
方 便
销 售 渠 道
价 格
营养功能 感官功能 保健功能 运载功能
90 C, D=2.3min o 6 8 100 C, 10 12 D=0.7min Time (min)
14
未受压
受压
受压细胞的通透性变化
高压与蛋白质、酶活性
受压蛋白质的构象变化
oligomer (4o) monomer (3o)
o molten globule (2o) unfolded (1 )
HPP加工食品的技术优势
(1) 引起食品成分非共价键(氢键、离子键和疏水键等)的破 坏或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高分子物 质分别失活、变性和糊化，对共价键几乎没有影响； (2) 受压均匀，无剪切作用，不受形体影响； (3) 响应速度快，升压、降压时间短； (4) 加工温度较低（ non-thermal）
(5) 抑制 DNA复制、转录，破坏细胞功能，杀死食品中的 细菌等微生物，达到食品灭菌、保藏目的。 (6) 保持天然的高品质：
fresh flavor, good color, high nutrients retention, labile
components preserved, minimal effect on texture,
year
Gross output Value (trillion Yuan RMB)
2005 2006
2007 2008 2009 2010
2.1 2.5
3.0 4.2 4.9 5.8
2015
10.0
2、
指食品支出金额在消费性总支出金额中所占的比例。这是国际上 通用的衡量居民生活水平高低的一项重要指标，比例在59%以上为贫 困，50-59%为温饱，40-50%为小康，40%以下为富裕。 我国居民从温饱到小康向富裕发展 。
安全：有害微生物、农药、兽药、化肥等控制，QS、 GAP 、GMP、GVP、 SSOP、HACCP 品质：感官、营养品质，ISO 方便化：旅游方便、餐桌方便、厨房方便 品种多样化和系列化：不同消费者差异化需求 服务：有效的消费者相应系统构建（ECR）、跟踪与溯源系统、召回系统 善待食用动物：食用动物标准规范养殖、奶牛的自动化养殖与取奶系统 儿童未来：婴幼儿、儿童健康食品 传统与种族：市场国际化 道德：无公害、绿色、有机食品 循环、环境可持续：废弃物有效利用与处理，包装物回收再利用
食品加工技术？
A dynamic model of food quality
安全性能 营养性能 感官性能 功能性能 美学性能 伦理性能 方便性能 理化特性 机械特性 微生物特性 基因特性 生产背景特性
性能由特征决定
需求由性能满足
特征由过程条件决定 从田野到餐桌
消费者需求
国外高新技术应用情况：
发达国家在许多农产品加工和食品工业中广泛应 用高新技术，90%以上的商品都是采用高新技术的手 段来完成的。
动态的食品质量概念
人类的要求？
食品
食品功能？ 食品质量？
Fresh Food Quality/Safety Variety Service Livestock Welfare Children’s Future Ethics Re-cycling Ethnic,etc
腌制、糖渍：以保藏为目的→以调味为目的 干燥：热风干燥→微波干燥→冷冻干燥 罐藏：高温杀菌→高温瞬时杀菌→无菌罐装 →冷杀菌 冷冻：慢冻→速冻→超速冻结（玻璃态） 栅栏技术：各种加工保藏技术科学地有机结 合，确保食品的安全高质量。
Pressure-Shift Freezing (PSF)
高压的使用利于过冷状态的形成,并且促进均匀而快速的晶核化过
程和增长过程,及生成了更小的晶体。从微观的角度来看,由于很 小体积的冰晶体的形成而使得对细胞的破坏程度减到最小,并且大 大提高了食品质量
Some Potential Application of HHP in Food
Enhancing food processing by PEF
Emerging of some physical technologies
Microwave( water vibration)
915 MHz or 2450MHz
Ultrasonic wave (20 kHz)
Irradiation
effects on cHale Waihona Puke Baiduvalent bonds (0o)
3 –5 kbar > 10 kbar >30 kbar
atm P
1 –2 kbar
aggregation
pressure
高压与淀粉的糊化
Fig.1 Wheat starch suspensions (5% w/w, x 400) native (a), 15 min at 500 MPa, 20°C (b), 15 min at 0,1 MPa, 90°C (c).
(7) 节能
Disadvantages:
-Some enzymes are very pressure-resistant.
-Only limited effect on spores!
几个单位之间的换算关系如下：1 atm （大气压）=1 bar （巴）=14.5 psi （磅/平方英寸）=750 torr （托）=100 kPa （千帕）=0.1MPa （兆 帕））。
定容
变容
Pasteurization using 400 - 600 MPa at room temperature for a few minutes in industry reality. Fresh-like quality attributes Pasteurized shelf stable high acid foods (pH value less than 4.5) Pasteurized low acid food products (pH value more than 4.5)
2005-2011年我国城乡居民恩格尔系数（%）
城镇居民家庭 农村居民家庭 差距
2005
36.7
45.5
8.8
2006
2007 2008
35.8
36.3 37.9
43.0
43.1 43.7
7.2
6.8 5.8
2009
2010 2011
36.5
35.7 36.3
41.0
41.1 40.4
4.5
5.4 4.1
SEM of normal maize starch (left) and waxy maize starch (right): control ( top), pressurized at 690MPa in 1:1water:starch(v/w)for 5 min (bottom)
Heating CK
主要内容
1、食品加工发展趋势 2、高静压加工技术
3、脉冲电场加工技术
4、超声波加工技术
1、我国食品工业总产值
2012年食品工业总产值达9.0万亿。 规划2015年突破10万亿（2013年预 计要突破，2015年预计12.3万亿）。 2009年全国共有食品生产加工企业 44.8万家。规模以上企业3.37万家 （2012），从业人员644.91万人 (2011),产品市场占有率为72%，产 量和销售收入占主导地位；规模以 下、10人以上企业6.9万家，产品市 场占有率为18.7%；10人以下小企 业小作坊35.3万家，产品市场占有 率为9.3%。我国农业从业人员3.48 亿(2006),比重逐年下降。
HP (900MPa) destruction kinetics of C. sporogenes PA 3679 in ground beef
8
Log survivors (CFU/g)
7 6 5 4 3 2 0 2 4 80 癈o ,C, D=6.8min 80 90 癈 , D=2.3min D=6.8min 100癈 o , D=0.7min
超高压500MPa15min处理
Rice starch Gelatinisation
Pressure effects on water properties
Fig: Phase diagram, volume change and latent heat of H2O - Up to 200 MPa the phase diagram of water shows a strong depression of the freezing point with increasing pressure. At 200 MPa and -20°C water is still liquid.
如计算机图象处理、生物工程、挤压成型、微电 子、生化检测、远红外、辐射和化学保鲜、超高压加 工、脉冲电场处理、冷冻干燥、微波、超声波、无菌 冷包装等技术。 这些技术的应用确保了食品的基本属性、营养品 质和安全性，并使食品的色、香、味、形得到了完美 的表达。
NONTHERMAL NOVEL FOOD PROCESSING TECHNOLOGIES Goal of Novel Technologies for Foods:
高压与微生物
Substantial count reductions (>4 log10 units) of most vegetative microorganisms are realised when a pressure treatment of 400–600 MPa at room temperature is applied.
- High hydrostatic pressure - Pulsed electric fields - High Powered Ultrasonics -Arc discharge -Ultraviolet -Oscillating magnetic fields -Light Pulses - Irradiation(Electron beam/X-ray) -| Chemicals (Ozone, Carbon Dioxide, High Pressure Carbon Dioxide ) - Combined methods, etc.
Pulsed electric fields 1μs=1MHz
Infrared heating
Ultraviolet sterilization
Emerging Technologies: Around the world
（1）超高压处理技术High Pressure Processing
超高压杀菌技术是将食品放入液体介质中，即将食品 原料充填到柔软容器中密封，再将其投入到高压装置中高 压处理，加100～1000MPa的压力一段时间后，使酶、蛋 白质、淀粉等生物高分子物质失活，变性及糊化，同时杀 灭食品中的微生物的过程。
1.Antimicrobial Application
(1) (2) To destroy microbial cells at lower pressure range To destroy bacterial spores at higher pressure range
-Fresh-like products -Less additives -High quality -Less thermal damage Nutritious quality food Reasonable cost
NONTHERMAL NOVEL FOOD PROCESSING TECHNOLOGIES
2012
2013
36.2
35.0
40.3
37.7
4.1
2.7
3、消费者的关心
价格：价廉物美 新鲜：生鲜食品：蔬菜（生菜、洋葱、沙拉等）、水果、鲜橙汁，生鱼片、牡蛎、
虾等；微加工食品：半熟制品（烤牛肉、鱼片，鸡蛋等）；冷藏保质期短的加工 食品：消毒奶、乳酸菌奶、奶酪、腊肠、冷却肉及其制品、鲜切净菜等。
消费者的关心、要求越来越多，越苛刻!
食品要求
食品本身
食品商品
产品要求 是什么？
心理要求
哪里、如何 生产的？
担保要求
谁？
产品/包装 系统要求
产品/营销 系统要求
符 安 合 全 标 准
营 感 养 官
生 产 背 景
伦 理
认 证
溯 源
包 装 功 能 与 美 学
信 息
方 便
销 售 渠 道
价 格
营养功能 感官功能 保健功能 运载功能
90 C, D=2.3min o 6 8 100 C, 10 12 D=0.7min Time (min)
14
未受压
受压
受压细胞的通透性变化
高压与蛋白质、酶活性
受压蛋白质的构象变化
oligomer (4o) monomer (3o)
o molten globule (2o) unfolded (1 )
HPP加工食品的技术优势
(1) 引起食品成分非共价键(氢键、离子键和疏水键等)的破 坏或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等生物高分子物 质分别失活、变性和糊化，对共价键几乎没有影响； (2) 受压均匀，无剪切作用，不受形体影响； (3) 响应速度快，升压、降压时间短； (4) 加工温度较低（ non-thermal）
(5) 抑制 DNA复制、转录，破坏细胞功能，杀死食品中的 细菌等微生物，达到食品灭菌、保藏目的。 (6) 保持天然的高品质：
fresh flavor, good color, high nutrients retention, labile
components preserved, minimal effect on texture,
year
Gross output Value (trillion Yuan RMB)
2005 2006
2007 2008 2009 2010
2.1 2.5
3.0 4.2 4.9 5.8
2015
10.0
2、
指食品支出金额在消费性总支出金额中所占的比例。这是国际上 通用的衡量居民生活水平高低的一项重要指标，比例在59%以上为贫 困，50-59%为温饱，40-50%为小康，40%以下为富裕。 我国居民从温饱到小康向富裕发展 。
安全：有害微生物、农药、兽药、化肥等控制，QS、 GAP 、GMP、GVP、 SSOP、HACCP 品质：感官、营养品质，ISO 方便化：旅游方便、餐桌方便、厨房方便 品种多样化和系列化：不同消费者差异化需求 服务：有效的消费者相应系统构建（ECR）、跟踪与溯源系统、召回系统 善待食用动物：食用动物标准规范养殖、奶牛的自动化养殖与取奶系统 儿童未来：婴幼儿、儿童健康食品 传统与种族：市场国际化 道德：无公害、绿色、有机食品 循环、环境可持续：废弃物有效利用与处理，包装物回收再利用
食品加工技术？
A dynamic model of food quality
安全性能 营养性能 感官性能 功能性能 美学性能 伦理性能 方便性能 理化特性 机械特性 微生物特性 基因特性 生产背景特性
性能由特征决定
需求由性能满足
特征由过程条件决定 从田野到餐桌
消费者需求
国外高新技术应用情况：
发达国家在许多农产品加工和食品工业中广泛应 用高新技术，90%以上的商品都是采用高新技术的手 段来完成的。
动态的食品质量概念
人类的要求？
食品
食品功能？ 食品质量？
Fresh Food Quality/Safety Variety Service Livestock Welfare Children’s Future Ethics Re-cycling Ethnic,etc
腌制、糖渍：以保藏为目的→以调味为目的 干燥：热风干燥→微波干燥→冷冻干燥 罐藏：高温杀菌→高温瞬时杀菌→无菌罐装 →冷杀菌 冷冻：慢冻→速冻→超速冻结（玻璃态） 栅栏技术：各种加工保藏技术科学地有机结 合，确保食品的安全高质量。
Pressure-Shift Freezing (PSF)
高压的使用利于过冷状态的形成,并且促进均匀而快速的晶核化过
程和增长过程,及生成了更小的晶体。从微观的角度来看,由于很 小体积的冰晶体的形成而使得对细胞的破坏程度减到最小,并且大 大提高了食品质量
Some Potential Application of HHP in Food
Enhancing food processing by PEF
Emerging of some physical technologies
Microwave( water vibration)
915 MHz or 2450MHz
Ultrasonic wave (20 kHz)
Irradiation
effects on cHale Waihona Puke Baiduvalent bonds (0o)
3 –5 kbar > 10 kbar >30 kbar
atm P
1 –2 kbar
aggregation
pressure
高压与淀粉的糊化
Fig.1 Wheat starch suspensions (5% w/w, x 400) native (a), 15 min at 500 MPa, 20°C (b), 15 min at 0,1 MPa, 90°C (c).
(7) 节能
Disadvantages:
-Some enzymes are very pressure-resistant.
-Only limited effect on spores!
几个单位之间的换算关系如下：1 atm （大气压）=1 bar （巴）=14.5 psi （磅/平方英寸）=750 torr （托）=100 kPa （千帕）=0.1MPa （兆 帕））。
定容
变容
Pasteurization using 400 - 600 MPa at room temperature for a few minutes in industry reality. Fresh-like quality attributes Pasteurized shelf stable high acid foods (pH value less than 4.5) Pasteurized low acid food products (pH value more than 4.5)
2005-2011年我国城乡居民恩格尔系数（%）
城镇居民家庭 农村居民家庭 差距
2005
36.7
45.5
8.8
2006
2007 2008
35.8
36.3 37.9
43.0
43.1 43.7
7.2
6.8 5.8
2009
2010 2011
36.5
35.7 36.3
41.0
41.1 40.4
4.5
5.4 4.1
SEM of normal maize starch (left) and waxy maize starch (right): control ( top), pressurized at 690MPa in 1:1water:starch(v/w)for 5 min (bottom)
Heating CK