国内外食品加工技术现状与发展趋势-河南科技大学.pptx

学术论坛第三专题 国内外食品加工技术现状与发展趋势河南科技大学食品与生物工程学院唐浩国 高工、博士Email:1 国内外食品工业高新技术概况 2 现代食品加工技术研究范畴 3 现代食品加工技术发展趋势1 国内外食品工业高新技术概况 1.1 国内食品工业高新技术发展概况 食品技术概况 食品与包装机械概况 综合利用技术发展概况1.2 国外食品工业高技术发展概况 美国 欧盟 日本1.3 国内外食品高技术发展的差距2 现代食品加工技术研究范畴 2.1 现代食品分离技术 2.2 现代食品加工技术 2.3 现代食品保鲜贮藏技术 2.4 现代食品生物技术 2.5 现代食品灭菌技术 2.6 现代食品检测技术2.1 现代食品分离技术 2.1.1 膜分离技术 膜分离技术主要为电渗析、微滤、超滤和反渗透，是在常温下以膜两侧的压力差或电位差为动力对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化等的操作过程。膜技术在脱盐、饮用水净化等领域已取得了成功。目前我国研究比较多的是微滤、超滤、反渗透在饮料方面的应用。在发达国家，膜技术已用于食用色素的精制、调味液精制、脱色处理、牛奶浓缩杀菌及香气成分回收等。幻灯片 36 2.1.2 超临界萃取技术 在食品工业领域，超临界流体萃取技术作为一种安全、卫生、高品质、高效率、节省能源的食品加工方法,越来越受到人们的重视。目前，超临界CO2 在食品工业中的应用虽然仅有2030 年的历史，但发展十分迅速。迄今为止,在食品工业中的应用研究主要集中在如下4 个方面：(1)提取风味物质,如香辛料、呈味物质的提取等。(2)食品中某些特定成分的提取或脱除,如从可可豆、大豆、咖啡豆、棕榈籽、向日葵中提取植物油脂，从鱼油和肝油中提取高营养价值和药物价值的不饱和脂肪酸，从油炸食品中脱除脂肪，从乳脂中脱除胆固醇等。(3)提取色素及脱除异味，如提取辣椒色素，从猪肉脂肪中脱除雄烯酮和三甲基吲哚等致臭成分等。(4)灭菌防腐方面的研究。幻灯片 352.1.3 分子蒸馏技术 分子蒸馏萃取技术也是一种高新分离技术。分子蒸馏的分离作用是利用液体分子受热会从液面逸出，而且不同种类分子逸出后，其分子运动平均自由程不同这一特性实现的。常用的分子蒸馏器设备主要有离心薄膜式和转子刮膜式两种。常用于蜂蜡、糠蜡、蔗蜡及棉籽蜡等精制，使产品达到食品和药品的要求。它与有机溶剂萃取法相比，工艺简单，操作安全可靠，自动化程度高，产品色泽浅。特别适合于保健食品加工中应用。2.1.4 冷冻升华干燥技术 冷冻干燥又称真空冷冻干燥技术、冷冻升华干燥，分子干燥等。冷冻干燥能有效地防止热敏性物质的氧化变性，防止产品表面硬化，增强复水性，最大限度地保持食品固有的品质。目前，冻干食品的主要消费在工业发达的国家。冻干产品主要应用于饮料、汤料工业、快餐方便食品、医药、保健品等领域。因此，真空冷冻干燥食品的加工对中国农产品深加工业的发展，对农产品走向国际市场，出口创汇，将起到决定性作用。同时，对国防事业中的军需供应和储备，食品加工业的更新换代也具有巨大作用，具有较高的经济效益和社会效益。色谱分离技术的种类高分子分离，分子量及分布测定吸附色谱 吸附能，氢键 异构体分离、族分离，制备 分配色谱 疏水分配作用 有机化合物的分离、分析与制备凝胶色谱 溶质分子大小离子交换色谱 库仑力 无机离子、有机离子分析手性色谱 立体效应 手性异构体分离，药物纯化 类 型 主要分离机理 主要分析对象或应用领域亲和色谱 生化特异亲和力 蛋白、酶、抗体分离，生物和医药分析2.1.5 色谱分离技术2.2 现代食品加工技术 2.2.1 超高压技术 高压加工技术是利用数千个大气压的静水压在常温或较低温度下对食品物料进行加压处理，水和受压介质中的蛋白质、淀粉等物质被压缩，即在高压下形成生物体构造的氨键结合、离子结合及疏水结合等非共有结合发生变性，酶失去活性，细菌被杀死。保持食品的营养价值，保持食品原有的色泽和风味，节约能源，缩短生成时间，延长产品的保质期。2.2.2 超微粉碎技术 目前微粒化技术分化学法和机械法两种。化学粉碎法能够制得微米级、亚微米级甚至纳米级的粉体，但产量低、加工成本高、应用范围窄。机械粉碎法成本低、产量大，是制备超微粉体的主要手段，现已大规模应用于工业生产。根据粉碎过程中颗粒受力情况以及机械的运动形式，机械法又可分为气流粉碎、媒体搅拌粉碎和冲击粉碎等三种方法。2.2.3 微胶囊技术 微胶囊是由天然或合成高分子制成的微型容器或包装物，直径一般为5200m。微胶囊内部装载的物料称为心材，外部包裹的壁膜称为壁材。微胶囊具有保护心材物质免受环境条件的影响，屏蔽不良味道、颜色和气味，降低毒性，改变物质的性质或性能，延长挥发性物质储存时间，控制释放物质进入外界，将不可混合的化合物隔离等功能。2.2.4 微波处理技术 微波是指波长在1mmlm(频率在30300000MHZ)之间的电磁波，吸收后，食品材料的极性分子在微波电场作用下，会顺向磁场方向而引起激烈振动或转动并放出热量。食品材料的温度因而上升，从而使电磁波能转变为热能。同时又由于微波的感应加热效果对水分子特别有效，因而可以使物料中的水分子迅速向外散失，从而达到良好的干燥效果。具有干燥速度快，干燥时间短、节约能源、加热干燥效率高等特点。并且加热迅速，比传统加热方式快10220 倍，而且便于控制，加热均匀，又有自动平衡的性能。所以微波加热干燥的食品，各种营养物质及色、香、味基本接近食物的天然品质。在食品加工中，微波加热主要用于如下几个方面：(1)食品微波解冻。(2)微波干燥。(3)微波杀菌。(4)微波焙烤。(5)微波膨化。(6)微波灭酶保鲜。2.2.5 真空技术 真空技术在食品工业中的应用具有很大潜力除目前食品工业中采用真空浓缩、真空脱气、真空包装、真空油炸、真空蒸煮和真空冷却等外，目前在发达国家已开发出高真空罐头。真空度在600mmHg 以上，比一般低真空罐头(200400mmHg)要求高得多。这样高的真空罐头，热穿透力强，可大大缩短杀菌时间。此外，制造蜜饯、凉果时如采用低糖真空浸渍技术，有利于驱除杀青后在物料中残留的气体，有利于果肉与糖液间之平衡，加快浸渍速率，缩短浸渍时间，提高产品质量，现在已推广采用真空浸渍技术。2.2.6 纳米技术 纳米技术是上世纪80 年代末、90 年代初迅速发展起来的一种新技术，是物质颗粒径在1nm1m 范围内的物质。研究发现，这类物质的电、光、磁、力学以至生物学等方面的性质发生了突变，为人类开发新功能性食品奠定了新的理论基础。采用纳米抗菌材料制成的纳米界面涂料，其涂膜界面为超双亲性二元协同界面，既疏水又避油污将其涂在食品加工车间、贮藏库、原料库、成品库、冰箱冰柜、装运箱等的内、外表面上，任何油污、水及灰垢都不会存留，防止了外界对食品的污染。2.3 现代食品保鲜贮藏技术 2.3.1 气调包装 气调包装是指选用密封性能好的材料包装食品，并采用一定的方法来调整包装内的气体环境，以减缓氧化速度，抑制微生物的生长和防止酶促反应等，从而延长产品的货架期。2.3.2 无菌包装 无菌包装是指将被包装食品、包装容器、包装料及包装辅助材料分别杀菌，并在无菌环境中进充填封合的一种包装技术。无菌包装的食品一般液态或半液态流动性食品，其特点为流动性食品进行高温短时杀菌(HTST)或超高温短时杀(UHT)。进入无菌灌装系统的食品物料、包装容器操作设备及环境都应是无菌的，任一环节未能彻杀菌都将影响产品的无菌效果，因而进行无菌包应注意各个环节的灭菌操作。2.3.3 无氧技术包装 氧气是引起食品变质的一个重要因素之一。采用内贴式去氧剂有助于防止因氧而变质的食品的保藏，该技术可使包装内氧的浓度降低到0.01%，远远低于真空、充气和气体栅栏等所控制的氧浓度。试验表明，用含有去氧剂的聚乙烯包装橙汁，在低于4 以下3d 内,它的含氧量仍为0；一年后，与用传统包装相比，产品的维生素C 损失减少一半。全世界范围内有60 多种去氧剂方面的专利和50 种关于去除氧气的塑料包装材料。现已有有机吸氧剂如乙二醇、苯酚等，与包装用树脂单体共聚制成自身带有吸氧性的共聚物。2.3.4 信息化包装 该技术是一种新型的现代智能化包装技术，在食品的包装中装有智能化仪器。比如时间温度指示器(TTI)。TTI 有两方面应用：(1)作为仓库管理和零售食品的循环检测工具，对临近到期的食品作出是继续陈列还是销售处理掉。(2)作为动态的或活性货架期标签。信息包装在法国、意大利已有使用。2.4 现代食品生物技术 生物技术主要包括酶工程、发酵工程、细胞工程、基因工程和组织培养技术等。酶工程是最旱、最广泛应用于食品工业中的一项技术，涉及到淀粉的深加工、果汁、肉蛋制品、乳制品的加工等。自1994 年世界上第1 种转基因食品保鲜延熟西红柿出现以来转基因食品发展非常迅速。目前，美国市场上销售的转基因食品达4 000 多种，转基因技术在食品工业中的应用，主要在啤酒、酒精、氨基酸、酶制剂、食品添加剂、食品检测等行业。在啤酒行业中的应用是改造啤酒酵母，将 乙酰乳酸脱羧酶基因克隆到啤酒酵母中表达，可降低双乙酰的含量而改善啤酒的发酵时间和风味，提高啤酒产量。在酒精行业中已成功将霉菌的淀粉酶基因转入酵母中使其能直接利用淀粉生产酒精，省却了高温蒸煮工序，比传统工艺节省了大量能源。在酶制剂行业，基因工程技术可以大幅度提高酶的活性。据统计已有一半以上的工业用酶是用转基因工程菌产生的。2.4 现代食品生物技术 目前生物技术在食品检测中也起着重要作用。该技术比传统方法具有特异性强、灵敏度高、简便和快捷的优点.随着生物技术的发展，各种试剂盒和DNA 芯片的应用，也将会在食品检测中得到广泛应用。另外，目前已完成或正在进行基因组测序的食品微生物中食品级真菌有酿酒酵母、乳酸酵母、黑曲霉；食品级细菌有枯草芽胞杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌等。这些工作将对食品生物技术产生积极的影响。2.5 现代食品灭菌技术 2.5.1 超高压杀菌 高压加工技术对微生物的致死作用主要是通过破坏细菌的细胞膜、抑制酶的活性和DNA 等遗传物质的复制等来实现的。果汁、果酱及其他需长期保存的食品均可采用高压加工技术。2.5.2 磁力杀菌 磁力杀菌是把需消毒杀菌的食品放于磁场中，在一定磁场强度作用下，使食品在常温下起到杀菌作用。由于这种杀菌方式不需加热，具有广谱杀菌作用,经处理后的食品，其风味和品质不受影响，主要适用于各种饮料、流质食品、调味品及其他各种包装的固体食品。2.5.3 脉冲杀菌 1996 年5 月15 日美国食品及药物管理局(FDA)批准采用脉冲光作为控制食品表面微生物的灭菌手段。脉冲光杀菌技术是以正常交流电为电源，通过惰性气体氮闪光发出2001 100nm 的光波长而杀死细菌。本系统主要包括动力单元和灯单元，动力单元为惰性气体提供能量，灯便放出只持续数百微秒的脉冲强光，其光谱与太阳光相似，但比阳光强几千倍至数万倍。美国的Toseph.Dunm等人研究表明，脉冲光对多数生物有致死作用。华南理工大学的周万龙等人自己研制了脉冲光杀菌装置开展研究，实验结果表明，闪照40 次可使枯草芽抱杆菌、大肠杆菌、酵母从1 ml 高于105 个减少到零。由于脉冲光杀菌只是处理食品表面，同时也不会使食品温度升高，因此对食品的营养成分影响不大。2.5.4 辐射杀菌 利用辐射源放出穿透性很强的-射线来辐照食品，不仅节省能源，保持食品的营养成分，还可深入食品内部进行杀菌，对方便面调料尤为有效。此外，辐照食品能延长食品的货架期，减少腐败损失，大大地降低加工成本。目前食品辐照在国际上已被广泛采用。2.5.5 紫外线杀菌 紫外线是德国物理学家Rittle 在1802 年发现的，但其应用一直未能得到开发。直到上世纪60 年代到70 年代才开始对它进行应用开发研究。目前研究应用范围日益扩大，其中在食品杀菌中得到广泛应用，且效果良好。2.5.6 电磁技术 电磁场能对食品中的最小单位进行有效的加工，有着其它加工方法不可替代的优越性。应用于食品工业中的电磁技术有静电场、电泳、电渗析、微波加热、远红外线加热、涡流加热、紫外光辐射、交变磁场杀菌等。用高压静电场对食醋进行处理，可缩短陈酿期，并改善色香味。目前国外已用交变磁场对酿造调味品如味精、醋、酱油、酒等进行杀菌，杀菌后产品品质好，货架期明显延长。2.5.7 超高温瞬时灭菌技术 在杀菌条件相同的情况下，超高温瞬时杀菌与低温长时间杀菌相比，不仅细菌致死时间显著缩短，而且食品成分的保存率也显著提高。目前这种杀菌技术已广泛应用于牛乳，果汁及各种饮料、豆乳茶、酒等产品的生产过程。2.5.8 水中施压杀菌技术 施压方法是将耐高压的容器装水后，将装有饮料的塑料袋沉入水中，然后加大压力，当压力达2500 大气压时，大肠杆菌即被杀死；当压力增加到4000 大气压时，其他的细菌，如酵母、霉菌等菌体亦被杀死，而果汁的成分却不会改变，杀菌效果和保鲜风味俱佳。美国、日本的一些饮料生产厂家，在加工水中施压对天然果汁、豆奶等进行杀菌的新技术，不仅可以节约额外工序和能源，而且能使原料中的营养成分免遭破坏，保留天然饮料原有的新鲜风味，还可延长贮藏期。2.6 现代食品检测技术 2.6.1 仪器分析 2.6.2 营养成分分析 2.6.3 生物活性成分检测2.6.1 仪器分析 光谱分析法：光谱法与非广谱法（散射、折射）红外分光光度计 电化学分析法：电位、极谱、电导、电量 色谱分析：气相、液相气相色谱仪是根据组分在固定相和流动相中作用能力不同（即分配系数的微小差异）而达到分离目的的。质谱分析：是纯物质鉴定的最有力工具之一，其中包括相对分子量测定，化学式确定及结构鉴定等。其中化学式的确定需要高分辨的质谱仪。核磁共振谱：提供分子中原子数目、类型以及键合次序的信息。X 射线衍射仪2.6.2 营养成分分析 氨基酸自动分析氨基酸自动分析仪 油脂分析 蛋白质分析全自动定氮仪 总糖检测 矿物质和维生素检测2.6.3 生物活性成分检测 生物大分子分析全自动核酸和蛋白质分析仪 功能因子分析凝胶成像系统 基因检测：基于DNA 分子的遗传改造检测方法：（1）DNA 杂交（DNA 印迹反应）检测技术，（2）通过PCR 方法扩增核酸，（3）连接酶链反应（LCR），（4）等温扩增方法，（5）DNA 超微检测技术，（6）DNA 的质谱分析，（7）光子互补检测技术，（8）“标志恢复”技术 基于蛋白质的检测方法：（1）蛋白质印迹反应，（2）酶联免疫吸收试验（ELISA），（3）表面等离子共振技术，（4）二维凝胶电泳和质谱分析技术3 现代食品加工技术发展趋势 3.1 广泛应用高新技术 3.2 特殊用途食品 3.3 食品加工技术标准逐步向国际标准靠拢 3.4 基因工程食品方兴未艾 3.5 技术壁垒逐步成为食品加工技术竞争的主要形式3.1 广泛应用高新技术 工业发达国家，将一系列现代营养、生物、卫生、食品、电子、光电、电磁、机械、程控、材料等科学领域中的高新技术广泛应用于食品工业的科研与各项加工环节之中，从而提高产品得率与质量、改善产品品质与风味、保证营养与卫生安全、提高生产效率并节能降耗。3.2 特殊用途食品 3.2.1 功能食品 所谓功能性食品是指对人体具有增强机体防御功能、调节生理节律、预防疾病和促进康复等有关生理调节功能的食品，要求其应具有以下3 个属性：营养特性、感官特性和生理调节特性。开发的主要功能食品有高纤维食品、美容食品、增强记忆食品、抗劳累食品、催眠食品、戒烟食品、抗过敏食品、预防前列腺肥大食品、维生素C 功能食品、补钙食品等。3.2.2 医学食品 医学食品是指有治病作用的食品是将一些具有治疗疾病作用的特殊动物或植物制成的食品。以现代西医为主流的国外，将一些常用生物活性物质添加于一般食品中使之具治病作用。对于消化功能全部或部分丧失的病人，给予用消化酶消化的流汁，使其能够获得必要的食物补充。3.2.3 军事食品 3.2.3.1 野战食品 3.2.3.2 特种军用食品 3.2.3.3 新概念军用食品 3.3.3.4 宇航食品3.3 食品加工技术标准逐步向国际标准靠拢 为了国际间技术交流和贸易往来的一致性与协调性，各国食品加工技术标准纷纷向国际标准和欧盟标准靠拢。尤其是WTO 成员国，分别以国际标准作为制定本国食品加工技术标准方面的基准，进一步巩固国际标准在食品加工技术上的全球化地位。3.4 基因工程食品方兴未艾 3.4.1 基因工程对食品原料的品种改良，使其更适合于食品加工，提高食品生产效率或提高产品质量。如将具有较高活性酶的基因转移到面包酵母菌，能显著地提高麦芽糖及麦芽糖酸的活性从而达到改良面包酵母，产生大量的CO2，形成膨发性能良好的面团，大大地缩短生产周期和提高面包质量。3.4.2 利用合成、降解或转化酶使廉价原料转化成高附加值的食品。如以大豆蛋白和芝麻蛋白水解物为原料，通过胃蛋白酶进行合成类蛋白反应，合成物的蛋氨酸分别比原大豆蛋白和芝麻蛋白相应氨基酸含量增加近两倍。3.4.3 利用细胞融合技术生产保健食品和调味品。如美国国防植物研究所培育出来的牛肉土豆就是把牛肉细胞和土豆细胞两者融合为杂交细胞，作为种育出，使其含牛和土豆两种动、植物蛋白和其它营养成分。3.4.4 用发酵工程生产新型食品。如美国一家公司微生物发酵生产的黄原胶和多糖胶，作为食品增稠剂已得到广泛应用。3.5 技术壁垒逐步成为食品加工技术竞争的主要形式 技术壁垒以技术为支撑，提高对进口农产品及其加工装备的技术要求，以增加进口难度，从而达到保护本国利益的目的。据有关资料显示，世界农产品及其加工装备的贸易壁垒，有80 以上来自于技术壁垒。近年来，美国、日本及欧盟等发达国家，凭借自身的技术优势，以保障人类健康、安全、卫生和产品质量为由，采取大量技术性措施在制定农产品及其加工装备技术标准、技术法规等方面设置了大量的技术壁垒。这些技术壁垒措施，不仅成为各国抢占技术竞争制高点的有力手段，而且已发展为技术竞争的主要形式。美国、日本及欧盟等发达国家均建立了技术壁垒体系，其中美国和日本的技术壁垒体系为技术法规、技术标准和认证制度，欧盟的技术壁垒体系为欧共体指令、欧洲统一标准和欧盟“CE”标志等。例如，在欧盟市场上，欧盟各国海关均拒绝未贴“CE”标志的农产品及其加工装备入关。结论综上所述，所谓食品工业的高新技术大致包括：生物技术、微胶囊技术、膜分离技术、高压食品加工技术、冷冻干燥技术、无菌大包装技术、超临界流体萃取技术、低温粉碎技术、微波能及辐照技术、食品保鲜技术等等。并由此可知，食品工业高新技术朝着可最大限度保持食品营养成份和其固有的品质、卫生、方便、经济、审美和社会属性，且生产能耗低、效率高、效益好的方向发展。Thank You 超临界co2 2萃取设备每小时处理15吨原料的陶瓷膜设备（法国 TAMI 公司核心技术）果汁的工业化膜分离设备红外分光光度计紫外可见分光光度计紫外分光光度计核磁共振仪气相色谱仪高效液相色谱仪离子色谱仪氨基酸自动分析仪全自动定氮仪全自动核酸和蛋白质分析仪凝胶成像系统X 射线衍射仪