现代食品工程高新技术4

第17章冷冻浓缩冷冻浓缩概念是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。

冷冻浓缩的原理当溶质中所含溶质浓度低于低共溶浓度时，冷却结果表现为溶制（水分）成晶体（冰晶）析出。

随着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度显然就提高了。

冷冻浓缩的优缺点优点1对热敏性食品的浓缩特别有效。

2可避免芳香物质因加热而造成的挥发损失缺点1制品加工后还需冷冻或加热等方法处理，以便保藏2采用此法，不仅受到溶液浓度的限制，而且还取决于冷晶与浓缩液的分离程度。

一般而言，溶液粘度越高，分离就越困难。

3过程中会造成不可避免的损失，而且成本较高。

第18章冷冻干燥冷冻干燥的基本概念将含水物质冻结至冰点以下，使水分变为固态冰，然后在较高的真空度下，将冰直接转化为蒸汽而除去，物料即被干燥。

比较冷冻干燥法和常规热风干燥法的特点1冷冻干燥时物料温度低，且处于真空状态下。

所以特别适合热敏性食品以及易氧化食品的干燥，可以保留新鲜食品的色、香、味及维生素C等营养物质。

2由于物料水分存在的空间，在水分升华后基本不变，故干燥后制品不失原有固体框架结构，保持原有形态。

3冻干制品具有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性。

干燥过程中，物料中溶于水的溶质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料水分向表面转移而将无机盐和其他有效成分带到物料表面，产生表面硬化现象。

4物料处于冰冻状态，升华所需要的热可采用常温或温度稍高的液体和气体为加热剂，所以热能利用经济。

5但冷冻干燥需要较昂贵的专用设备，干燥周期长，能耗较大，产量小、加工成本高。

冷冻干燥的理论基础水的状态平衡图物质有固、液、汽三态，物质的状态与其温度和压力有关。

图1-1示出水（H2O）的状态平衡图。

图中AB、AC、AD三条曲线分别表示冰和水蒸汽、冰和水、水和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系。

分别称为升华线、溶解线和汽化线。

此三条曲线将图面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，分别称为固相区、液相区和气相区。

箭头1、2、3分别表示冰升华成水蒸汽，冰熔化成水、水汽化成水蒸汽的过程。

曲线AD的顶端有一点K，其温度为374℃，称为临界点。

若水蒸汽的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸汽也不能变成水。

三曲线的交点A，为固、液、汽三相其存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610Pa。

在三相点以下，不存在液相。

若将冰面的压力保持低于610Pa，且给冰加热，冰就会不经液相直接变成汽相，这一过程称为升华。

图水的三相平衡图真空冷冻干燥是先将湿料冻结到共晶点温度以下,使水分变成固态的冰,然后在较高的真空度下,使冰直接升华为水蒸气,再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝,从而获得干燥制品的技术。

干燥过程是水的物态变化和移动的过程。

这种变化和移动发生在低温低压下。

因此，真空冷冻干燥的基本原理就是低温低压下传质传热的机理。

冷冻干燥的主要工艺过程（1）预冻结预冻结是将产品预先进行冻结，然后进行升华干燥的过程，它是冷冻干燥的第一步，也是非常重要的工艺过程。

农产品和食品预冻有自冻和设备冻两种。

自冻就是利用抽真空的方法，使产品的水分蒸发降温，而达到冻结的目的。

设备冻就是用速冻机或用冷库急冻间预先将产品冻结后，再将其放入冻干仓内抽空干燥。

（2）升华干燥升华干燥是将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，使其冰晶升华成水蒸气而使产品脱水干燥。

升华干燥是从产品外表面的冰开始升华，逐渐向内移动，冰晶升华后残留下的空隙成为升华水蒸气的逸出通道。

干燥层和冻结部分的分界面称为升华界面。

当物料中的冰晶全部升华时，第一阶段干燥结束，此阶段除去全部水分的90%左右。

（3）解吸干燥此阶段的干燥是物料中的水分蒸发，而不是冰升华，这是因为干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分未被冻结的水分。

由于这些都属结合水，其能量高，必须提供足够的能量，才能使其从吸附中解析出来，因此这一阶段产品温度在最高允许温度下尽可能的高。

同时，为了使解析出的水蒸气有足够的推动力逸出已干物料，必须使产品内外形成最大的压差，也就是说此时箱内必须保持高真空。

此干燥阶段的时间一般为总干燥时间的1/3，干燥结束后，干燥制品的含水量在0.5%～4%。

干燥的终点应予测量，否则水分含量过低或太多，都会影响产品质量。

冻干食品出箱后出现空洞、萎缩的原因其原因是产品干燥不彻底,还有残存冰晶.出箱后,产品的温度.压力均处于共熔点以上,冰融化成水,水被其周围的已干物质吸收,从而产生空洞.萎缩现象.第19章流化速冻冻结速度（缓冻）对食品蛋白质变性和淀粉老化的过程的影响第21章蒸煮挤压蒸煮挤压技术的基本概念挤压成型的定义：物料经预处理（粉碎、调湿、预热和混合）后经过机械作用使通过一个专门设计的孔口（模具），以形成一定的形状和组织状态的产品。

食品加工用的挤压机，其主要功能是挤压成型。

因为食品是在熟化之后才能食用的，所以大多数的食品挤压机是将加热蒸煮与挤压成型两种作用有机地结合起来，使原料经过挤压机之后，成为具有一定形状和质构的熟化或半熟化的产品蒸煮挤压食品的特点根据原料成分不同，分为膨化食品和组织化食品。

1、膨化食品定义：是指将原料(主要是谷物原料)进行高温高压处理，迅速降低压力，使其体积膨胀若干倍，且内部组织呈多孔海绵状态的食品。

膨化食品中原有的β- 淀粉部分，转化为a淀粉。

2、组织化产品：是将原料(主要是蛋白原料)经处理后。

使蛋白质的原始结构发生变化，在外加条件作用下，产生了分子间的重组，形成类似于肉类组织结构的产品。

淀粉、蛋白质和脂肪在挤压过程中的变化一、挤压过程中的淀粉（一）淀粉在挤压食品中所起的作用1、赋形作用2、密度控制作用3、硬度控制作用4、吸水速度控制作用5、风味调节(二)淀粉在挤压过程中所产生的糊化、糊精化和降解作用淀粉的糊化程度与螺杆的转速（影响到剪切力和挤出时间）、温度和水分含量有密切的关系。

支链淀粉能促进膨化，使产品变轻，变松脆；直链淀粉含量高时，膨化度、溶解度较小、吸水速度较慢，故产品浸于水中或牛奶中保持形状不会马上变成糊状的相对时间较长，这对于提高某些谷物早餐制品的质量是有好处的。

二、挤压过程中的蛋白质1、蛋白质的变性：挤压温度高，蛋白质变性程度大，组织化程度好；温度低，挤出产品溶解性好。

2、氨基酸的变化：一般情况下，经挤压后，蛋白质（总氮）含量有所下降，但蛋白质含量的下降，并不是以氨基酸按比例下降的，有些氨基酸下降的程度大，损失多，有些氨基酸损失少。

但蛋白质在挤压过程中所产生的部分降解也会使游离氨基酸的含量升高。

3、影响因素：挤压过程中，原料糖含量在一定程度上影响氨基酸含量的下降。

糖含量相同的情况下，氨基酸损失随温度升高而增大，而水分含量的提高则有利于氨基酸的保留。

4、蛋白质经挤压后，由于其结构变化而易受酶的作用，因而其消化利用率得到了提高。

三、挤压过程中的脂肪1、脂肪复合体的形成：在挤压过程中，原料中绝大多数脂肪与淀粉、蛋白质形成了复合物。

降低了挤出物中游离脂肪的含量。

在较低的温度下(100℃以下)，随挤压温度的升高，复合体生成量略有增多，但在高温(100℃以上)下，随着温度升高，复合体生成量相反有较明显的下降。

2、影响脂肪复合体生成的影响因素：温度和水分。

一般，①挤压温度越高，挤出样品中的游离脂肪含量越高，复合体的生成量越少。

②水分含量越高，挤出样品中的游离脂肪含量也越高，复合体的生成量也越少。

3、脂肪复合体的作用：①防止氧化，延长产品货架期。

②改善产品的质构和口感。

4、脂肪含量相同的情况下，脂肪复合体的生成量越多，产品膨化率越高。

分子蒸馏的原理:一一分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的不同实现分离。

这里，分子运动自由程（用λ表示）是指一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程。

一一当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于其中轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的气相分子移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝并排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。

这样，达到物质分离的目的。

分子蒸馏技术的特点分子蒸馏技术作为一种与国际同步的高新分离技术，具有其它分离技术无法比拟的优点： 1、操作温度低（远低于沸点）、真空度高（空载≤1Pa）、受热时间短（以秒计）、分离效率高等，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；2、可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱除混合物中杂质；3、其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，特别是可保持天然提取物的原来品质；4 、分离程度高，高于传统蒸馏。

举例应用１、低沸点、热敏性物料的分离•如香料类物质，该类物质挥发性强，热敏性高，其共同的工艺要求是脱臭、脱色及纯化，一般可采用三级分子蒸馏，第一级脱气处理，第二级脱臭或纯化，第三级脱色或纯化。

如：┎→产品１玫瑰油→第一级（脱气）→第二级→┃┎→产品２┖→蒸余物→第三级→┃┖→渣通过上述处理，可解决香味不好、颜色深及蜡含量高等问题，使产品的附加值大大提高。

２、高沸点、热敏性物料的分离•该类物质分离的关键是温度和受热时间的控制。

若温度和受热时间控制得不好，不但影响分离效果，而且还会使物质歧化宿合。

如：┎→付产品鱼油乙酯→第一级(脱腥)→第二级(提纯)→┃┎→主产品┖→蒸余物→第三级(脱色)→┃┖→渣通过上述处理，所得产品不仅气味、颜色优良，而且有效成分的含量提高，保护了天然的结构。

•３、主产品是不挥发物，馏出物是少量低沸点组份•该类物质如辣椒红色素脱溶，鱼油甘三酯脱酸等。

采用二级分子蒸馏即可完成。

如：辣椒红色素脱溶┎→溶剂辣椒红色素→第一级(脱溶)→┃┎→溶剂┖→蒸余物→第二级(脱溶)→┃┖→合格产品辣椒红色素中含有1%-2%的溶剂，经分子蒸馏，产品中溶剂残留量<20ppm，达到质量要求。