现代高新技术在食品工业中的应用_王仲礼

粮油食品科技 第 11 卷 2003 年 第 6 期
逐渐增大 , 当这些物料在机械作用下通过一个专门设 计的模具时 , 压力骤降而发生喷爆 , 使之形成多孔绵 状态 。 应用最为广泛的原料是谷物类 , 如小麦 、 玉米 、 大米 、 土豆及其派生物如面粉 、 土豆粉等 。 物料成分在挤压过程中会发生变化 , 如淀粉分 子间氢键断裂而发生糊化 , 进而转化成葡萄糖 、麦芽 糖等 ; 纤维分子间价键断裂 , 分子裂解 , 分子发生极 性变化 ; 蛋白质分子结构伸展 、重组 , 表面电荷重新 分布趋向均化 , 分子间氢键 、二硫键等部分断裂 , 导 致蛋白质最终变性 ; 其它如生长抑制因子 、 脂肪氧化 酶、 脂肪水解酶等均被破坏 , 基于以上加工过程中的 变化 , 人体对挤压膨化后的淀粉 、 蛋白质等利用率大 为提高 。 由于挤压膨化 过程属于高温 高压短时过 程 , 挤压膨化过程中物料受热时间短 , 营养成分损失 少 , 杀菌效果好 , 水分含量也降低 , 因此与其它类型 食品相比具有较长的货架期 , 易于消化吸收 , 而且口 感、 风味得到很大程度改善 。 自 1964 年安德林公刊将挤压膨化技术用于米 糠油制取工艺取得成功以来 , 油脂行业对如何利用 膨化技术提高油料出油率 、 改善油脂品质及提高饼 粕蛋白利用价值等方面进行了深入研究 。 膨化技术 可提高物料渗透性以及浸出器生产能力 , 有效的降 低蒸粕脱溶能耗 , 减少浸出时间 , 并可使其酶失活而 提高油脂品质 。
收稿日期 : 2003 -02 -17 作者简介 : 王仲礼( 1938 -) , 男 , 山东平 原人 , 副研究员 .
2 膜分离技术
膜分离技术是指利用高分子半透膜的选择性 , 使溶剂与溶质或溶液中不同组分加以分离的一种方 法 , 包括反渗透 、超滤 、微滤 、纳滤 、 电渗析 、膜电解 、 扩散渗析 、 透析等第一代膜过程和气体分离 、 蒸汽渗 透、 全蒸发 、 膜蒸馏 、膜接触器和载体介导等第二代 膜过程 。 在食品工业中的主要应用是有效成分的分 离、 浓缩 、 精制和除菌等 。 3 4
5 微胶囊造粒技术
微胶囊是指一种具有聚合物壳壁的微型容器和 包装物 。 微胶囊造粒技术就是将固体 、液体或气体物 质包埋 、 封存在一个微型胶囊内成为一种固体微粒产 品的技术 , 它能够使被包裹的物料与外界环境隔离 , 达到最大限度地保持其原有的色香味 、性能和生物活 性 , 防止营养物质破坏和损失 , 并具有缓释功能 。 此外 , 有些物质 , 经微胶囊化后可使原先不易加 工贮存的气体 、 液体转化成为稳定的固体形式 , 从而 大大防止或延缓产品劣变发生 。 食品工业是微胶囊 应用的重要部门 , 微胶囊技术在食品工业中的应用 主要有以下几个方面 : ( 1) 食品 微胶囊化 : 将传统液体产 品如液体香 精、 香料 、 油脂 、 酱油 、 醋等固体粉末化 ; ( 2) 食品添加剂微胶囊化 : 使食品添加剂免受外 界不良影响而变质 , 利用微胶囊的缓释功能使添加 剂的效能更充分的发挥 ; ( 3) 营养强化剂和生物活性物质微胶囊化 : 充分 发挥其功能 ; ( 4) 酶或细胞固定化 : 充分发挥生物酶在食品加 工中的作用 。
1 生物技术
生物技术已列入当今世界七大高科技 领域之 一 , 食品生物技术是生物技术的重要分支学科 , 主要 指生物技术在食品工业上的应用 。 这类技术在食品 加工领域中的应用主要有以下几方面内容 。 1. 1 基因工程 基因工程又称分子克隆或重组 DNA 技术 , 是指 用酶学生法 , 将异源基因与载体 DNA 在体外进行重 组 , 将形成的重组子转入受体细胞 , 使异源基因在其 中复制表达 , 从而改造生物特性 , 大量生产出目标产 物的高新技术 。 植物性食品原料可利用基因工程方法改良 , 如 基因工程改造大豆可使其植物油组成中含较高不饱 和脂肪酸 , 提高油品品质和产量 ; 用基因工程可改变 谷物蛋白质中的氨基酸比例 , 使其具有完全蛋白质 的来源 , 营养价值得到提高 ; 利用基因工程技术还可 降低某些粮油作物中抗营养因子和有毒有害成分含 量 , 提高作物中某些生物活性成分如 SOD 、活 性多 糖 , 增加水溶性膳食纤维含量等 ; 还有报道法国科学
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现代高新技术在食品工业中的应用
王仲礼
( 山东 轻工业学院 , 山东 济南 250100)
摘 要 : 本文主要介绍了食品工业生产中的多项现代高新技术的应用情况 , 如生物技术 、膜分离 技术 、 超临界萃取技术 、 挤压膨化技术 、微胶囊造粒技术 、 超微粉碎技术 、 电磁技术等 , 对其原理和国 内外的实际应用情况作了分类表述 , 探讨了各项技术在实际生产中的可行性并进行优缺点评述 。 同 时提出如何利用这些高新技术 , 加快我国食品工业技术进步的重要措施 , 促进我国食品工业结构发 生质的飞跃 , 以适应国际新形势要求 。 关键词 : 生物技术 ; 膜分离 ; 超临界萃取挤压膨化技术 ; 微胶囊造粒技术 ; 超微粉碎技术 ; 电磁技术 中图分类号 : TS 201 文献标识码 : B 文章编号 : 1007 7561( 2003) 06 43 03 随着中国加入 WTO , 同时进入第十个五年计划 时期 , 我国的食品工业正面临着前所未有的机遇与 挑战 , 加强各项现代高新技术在食品的研究 、开发 、 生产过程中的应用 , 以促进食品的升级换代 , 提高产 品技术含量是当务之急 。 本文在此对几项高新技术 的应用进行分别阐述 。 家已发现转基因玉米等能产生类似人体的血红蛋白 。 1. 2 细胞工程 细胞工程包括细胞融合技术 、动物细胞工程和 植物细胞工程等内容 。 据日本资料报道 , 利用原生 质体的细胞融合技术 , 对构巢曲霉 、产黄毒霉 、 总状 毛霉等菌的同一种内或种间进行细胞融合 , 选育蛋 白酶分泌能力强 , 发育速度快的优良菌株 , 在酱油生 产中对于提高酱油品质收效甚佳 。 1. 3 酶工程 酶工程的主要内容是固定化酶或固定细胞 , 以 实现控制工程生产的能力 。 美国从 20 世纪 70 年代 初就开始运用这一新技术 , 将玉米淀粉经酶法液化 、 糖化和葡萄糖异构化 , 工业化生产高果糖浆 , 这一功 能性甜味剂可替代蔗糖用于食品生产中 , 现已成功 开发出第三代产品 。 1. 4 发酵工程 生物技术起源于传统的食品发酵 , 而传统的发 酵技术已发展为现代的发酵工程学 。 红曲霉素色素 是常用的食用色素 , 以大米为原料进行液体深层发 酵生产红曲色素是目前使用较广的大规模工业化生 产方法 。
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2. 1 超滤技术在大豆食品加工中的应用 超滤技术具有无相变 、耗能低 、工艺设备简单 、 操作方便可靠 、分离效果好等优越性 。 大豆蛋白分 子量较大 , 一般在 20 , 000 分子量以上的占 95 %, 这 有利于采用膜分离 技术 。 超滤 膜的分子截留 量为 20 , 000 分子量 , 膜 型选择管式超滤 膜 , 将大豆 蛋白 液的 pH 值调整到距等电点较远的 pH7 ～ 9 , 并适当 地提高料液的温度以降低粘度 , 提高扩散系数 。 在 实际操作中要加大膜面料液的流速 , 处于湍流状态 , 以防止膜表面的浓差极化和凝胶形成 , 这样就能在 无相变的条件下分离提纯和浓缩大豆分离蛋白 , 避 免传统工艺中酸碱调节过程反复变性和盐分增多 , 大大提高蛋白纯度和降低灰分含量 。 2. 2 膜分离技术在淀粉加工中的应用 淀粉生产过程中会产生大量废水 , 其中含许多可 利用物质 , 尤其是蛋白质 。 对淀粉生产中排放的废水 可先采用超滤技术分离其中蛋白质的大分子物质 , 然 后用反渗透膜对超滤后透过液进行再分离 , 分离回收 浓缩物可作为饲料也可作为生产活性肽的蛋白源 。 2. 3 膜分离技术在油脂加工中的应用 S. S. koseoglm 报道了超滤技术应用于油脂的脱 胶、 脱色工序 , 它可使脱胶和脱色合二为一 , 能节约 热量 、 降低脱色白土用量和处理白土费用 , 以及减少 脱色白土所吸收的中性油脂 。 采用膜分离另一好处 在于能使油脂脱酸采用物理精炼工艺 , 比常规的碱 炼有较大的优越性 : 如设备投资低 、蒸汽消耗低 、冷 却水耗量低 、 工艺过程补充水低 、废水处理量低 、电 耗低 、 精炼损耗低 , 此外还具有脱臭作用 。
4 挤压膨化技术
挤压膨化技术是指食品原料按不同的配方混合 , 经预处理( 粉碎 、 调湿 、 预热 、 混合) 后在挤压机内受到 强烈挤压 、 剪切 、 摩擦和机械变形作用 , 使温度和压力 4
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饲料技术
不同 , 在电场作用下运动轨迹也不同 , 据此可将散粒 体中的各种成分加以分离 。 有报道 : 利用静电场中优质谷物的带电量比劣 质谷物带电量少的特性设计出谷物电力分选机 。 另 外 , 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 。 7. 2 交变磁场杀菌 Hofmann 1985 年发现 , 磁场强度大于 27T 的交 变磁场有杀菌作用 , 磁场强度为 5 ～ 50T , 频率为 5 ～ 500Hz 的单个磁脉冲可使微生物数目减少两个对数 值 。 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 。 7. 3 微波加热技术 微波 指频率在 300 ～ 300 , 000MHz 之间的 电磁 波 , 亦称超高频波 。 微波加热是利用微波在快速变 化的高频电磁场中与物质分子相互作用 , 被吸收而 产生热效应 , 把微波能量 直接转换成为介 质热能 。 与其它加热方法相比 , 微波加热有速度快 、效率高 、 均匀性好 、 易于瞬时控制 、有选择性 、无过度加热现 象等优点 。 早在 1965 年 , 微波干燥用于烘干面条就取得了 成功 。 将湿面条先用热风预干燥 , 使水分由 30 %降 至 18 %, 再在重力引导下落架于微波 干燥室中 , 用 微波 — — —热风结合处理 12min , 水分就达到 13 %的 要求 。 所用对流热风的温度为 82 ℃～ 93 ℃, 相对湿 度为 15 %～ 20 %, 最后温区中制品温度为 73 . 5 ℃左 右。 微波加热对大豆脂肪酶 、胰蛋白酶抑制剂尿素 酸等成分有钝化作用 。 实验证明 , 用微波加热 2min 左右 , 大豆温度达到 146 ℃时钝化酶的效果最理想 。 因此 , 用微波干燥大豆时 , 不仅可缩短时间 , 最大限 度地降低大豆蛋白变性的发生 , 还能使干燥和脱腥 合二为一 , 简化工艺流程 。 微波处理稻米可以极大地钝化其中的脱支酶和 α -淀粉酶 , 能预防稻米品质陈化 , 由此预测合理的微 波加工可作为 一种稻米贮藏前预处理 工艺加以推 广 。 另外 , 微波加热还可用于测定谷物中水分 。 如何更好地利用现有的技术设备条件 , 并在此 基础上加大技术革新和工业结构调整力度 , 争取早 日进入世界先进行列 , 是每个食品企业都应认真思 考的问题 。 参考文献 : 临界流体萃取是利用液体在超临界区域兼有 气液两性( 即与气体相当的高渗透能力和低粘度及与 液体相当的密度和对物质优良的溶解力) 特点和它对 溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围 内变化这一特性而实现溶质溶解 、 分离一项技术 。 利 用这种超临界流体可从多种液态或固态混合物中萃 取出待分离的组分 , 一般采用 CO2 作为萃取剂 。 Huber 等报道应用超临界 CO2 萃取大豆油和米 糠油研究情况 , 操作条件为 : 温度 40 ℃～ 80 ℃, 压力 6 ～ 8mPa , 与常规溶剂萃取法相比 , 得到的大豆油米 糠油色泽清亮 , Fe 、 P 等杂质含量少 , 无需精炼 。