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食品科学的工艺流程设计 一．简介 食品的工艺设计，除了传质/传热和反应工程外，还应考虑到食品科学的另一重要方面 即食品的安全、营养及质量。食品工艺或食品车间的设计目的是为了不但可以经济地生产食品，同时食品也可以具有安全、营养并且感官上可以被消费者接受的特性。 食品科学与技术、食品化学基本组成、食品微生物学和食品工程，与食品工艺、储存以及食品对人类的营养价值密切相关。 食品化学和食品中的化学成分，与食品在加工、储存和利用过程中的变化有关。食品中的化学反应大部分是不良的，它们可能导致食品质量的下降。例如氧化反应、水解作用以及聚合作用。然而，有一些食品工艺处理又是基于化学反应，例如烹饪和烘焙。食品反应中的化学动力学对于量化食品质量的许多变化是十分重要的。 食品微生物学主要研究的是微生物增值和微生物抑制或破坏，因为微生物可能引起食品的变质和消费者的疾病。。食品安全主要基于对食源性细菌的控制。细菌破坏动力学与化学动力学有相似之处，而量化数据对于涉及食品的工艺流程来说是十分重要的。 食品加工过程中的营养变化被认为主要与食品中重要营养物质的破坏有关，主要是维生素和蛋白质。 食品工程对于设计食品工艺流程、加工设备和加工车间都是相当重要的。工程原理、实践经验与经济性都应当被应用，同时应该考虑到食品科学与技术的原理与经验。 二．食品储藏工艺 1.传统工艺 食品的传统自然储藏工艺设计，即热加工、冷藏和冷冻，蒸发和脱水干燥，已经在这本书的其他章节讨论过。这些工艺实质上是使用热、冷或低水分活度(Heldman and Hartel,1997,Fellows,1990))来破坏微生物结构，从而达到抑制活力或减少微生物的目的。传统加工的食品是耐储存的食品，就是说它们可以在室温下储存几个月。罐头食品加工技术已经被Downing讨论过(1996)。 加热，冷却，冷冻或浓缩工艺模型可以用现实的假设简化，并且基本的方程式可以由计算机辅助来算出结果。微生物的失活模型可以用假设来简化，在大多数情况下，一阶反应的阿伦尼乌斯方程跟温度有关。质量的恶化假定遵循一阶动力学，而最优化的工艺流程可以使微生物降低到安全限度并且最大程度减少食品质量损失。对微生物失活动力学和食品组分的详细分析在第8章中列出。Singh(1996)提出了一个关于食品科技的计算机应用的介绍。 2.最简加工工艺 最简加工工艺用来储藏短货架期的水果蔬菜和肉类产品，用最少的损害换来残品的最大新鲜度。经过最简加工的食品可以保持它们的新鲜度，它们比经过传统加工工艺的食品更容易获得消费者的青睐。 最简加工工艺可以通过联合使用温和的加工工艺得到，既可以控制容易引起食品损坏和引起疾病的微生物的生长（栅栏技术），也可以避免许多产品质量的损失(Singh and Oliveira,1994,Alzamora et al.,2000)。 食品储藏中的栅栏（阻碍技术）包括温度，水分活度，pH值，防腐剂和竞争微生物（例如乳酸菌）。近年来，也使用了许多非热加工储藏方法，例如辐照，高压，和脉冲电场。 最简水果加工工艺可以使用下列栅栏技术：蒸汽热烫1-3min，添加蔗糖使水分活度()降低至0.98-0.93，添加柠檬酸或磷酸降低pH值至4.1-3.0，并且添加抗菌剂，例如1000ppm的山梨酸盐和亚硫酸盐。经过如此处理的水果可以在室温下（最高35℃）包装储存大约4个月(Leistner,2000)。 最简生鲜蔬菜加工工艺可以使用气调包装（MAP）可以保存在1-8℃条件下5-7天。蔬菜和土豆沙拉用真空包装（或真空低温烹调）和65-95℃低热度处理后，可以在冷藏温度（1-8℃）下保藏大约42天。而那些厌氧微生物，例如产毒肉毒杆菌，应该使用一些额外的栅栏技术抑制它们的生长。 肉类食品（例如香肠）的最简加工工艺，可以温和的热处理（70-110℃）塑料包装的产品，降低水分活度或pH值，并且添加防腐剂，例如亚硝酸盐。从而使产品达到稳定的货架期（储藏在室温下）。 发展使用栅栏技术的最简加工工艺食品，可以结合GMPs(良好生产管理规范)和HACCP(危害分析和关键环节控制点)以取得更好的工艺控制。 3.非热加工工艺 非热加工食品储藏如今依旧处在发展阶段，只有有限的技术信息和工程数据可用于可靠的流程设计。这些流程适用于部分致病性和腐败微生物的失活，例如倍。这种新型的加工工艺的经济性还没被确立，但是由于它重要的优越性（更好的食品质量，对热敏食物不造成热损伤，更少的能量消耗）从而具有商业潜力。以下非热保存方法按照重要性递减的顺序列出。 i.辐照 食品的辐照保存是基于腐败菌或致病菌被离子辐射后失活。离子辐射即高能电子，X射线或者伽马射线(Saravacos and Kostaropoulos,2002)。低剂量的辐射（约0.1kGy）可以防止土豆发芽，0.15