第六章 农产品加工工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章农产品加工工程,1,概述,方便消费,营养集中、可口卫生、易贮运等。,提高使用价值,例如，甘薯,1200,T，,原值,21.6,亿元，,加工为：,一、农产品的加工目的,、原料预处理,剔选、分级、清选、脱壳、去皮。,、尺寸减小,切割、破碎。,、分离,分离出所需的物质，如榨油、复面等。,、混合,、杀菌,加热。,、发酵和酶处理,改变物料的结构、风味等。,二、常用的工艺,2,原料预处理,、选用的洗剂：洗涤剂、杀菌剂、热水等。,、洗涤方法：根据物料特点、原料污染情况、,投资条件选用的洗涤方法：,一、清理,（一）湿法清理（清洗）,注意：节约用水、减少污染。,（二）干法清理,、洗涤方法：气流清选、电磁分离、筛分。,、适用物料：主要用于尺寸较小、溶度较大、,含水量低的物料。,、优点：,、缺点：需增加除尘设备。,气流清选时，气流的速度一般应大于杂质,的速度，小于被清选物料的“临界速度”。,（见,P14,的内容）,物料的临界速度由以下经验公式求得：,参见,P,15,例1,豌豆的平均值径,求,电磁分离：清理金属；,对于有规则尺寸或形状的物料，可用筛分或其他,方法分离杂质。,二、物料分选,分级（按尺寸、形状、重量、颜色等物理特征）,分选的效率：,1,、按尺寸和形状分选：,平面筛,谷物、豆类；,圆筒筛,蘑菇等；,窝眼筒（盘）,精选谷物（,P157,图62,）；,需满足,辊轴（回转带）式分选机,水果等直径较大的,物料（图,63,）。,2,、按重量分选：,重量式分级机,(1),移动式杠杆称,由重量比较装置、滑轨、杠,杆称、托盘等组成。,(2),抛掷式分级机,由抛掷机械手一个一个抛上，,重的落点近，轻的落点远,3,、按物料的光学特性分选：,（,1,）色选机,农产品颜色与成熟度、味道、糖分含量和维生素,含量有关。,具体方法如下：将一定波长的光（或电磁波）照,射物料，根据反光强度鉴别。（如柑桔的黄和绿，,对,678,nm,的光反射差别大：黄反射强度高，绿反,射强度低），用光电管作为反射光的传感器，将,其转变为电流强度。,I=SR,I,电流强度；,S,测试系统的灵敏度；,R,反射率。,为了消除尺寸、形状和位置对,S,的影响，通常用两,种波长的光照射，然后计算两电流的比值（,I1/I2）、,差值（,I1-I2）,或相对差值（,I1-I1/I2）。,I,1,/I,2,=S,1,R,1,/S,2,R,2,因为同一测试系统的,S,1,=S,2,，,故,I1/I2=R1/R2。,一般情况下，物料要先排成一行，逐个落入光箱进,行鉴别。（,P159,图64,）,(2),内部质量分选机,物料吸收光线的特性。,光学密度（,optical density）：,OD=log(E,1,/E,2,),E,1,射向物料的光波密度；,E,2,透过物料的光波密度。,即 入射光量与反射光量（或透射光量）之比。,通常用透射率（或反射率）倒数的常用对数表示，,又称吸光度。（见,P26）,用一定波长的光照射物料时，透光性越差，光密度,值就越大。可用于鉴别农产品的成熟度及局部变质,情况。,检测玉米的酶变程度：波长,L=800nm950nm,检测大米的白度：波长,L=600nm850nm,检测桃子和苹果成熟度：分别波长,L,桃=700,nm7400,nm；L,苹=600,nm700nm,为了消除尺寸、形状对测量精度的影响，可采用两,波长所得的,OD,的差值进行鉴别。,3,尺寸减小,物料破碎方式（原理）,一、概述,Kicks,定律,破碎需要的能量与尺寸减小程度成,正比。,Ritting,s,定律,能耗与颗粒表面积的变化正比。,Bonds,定律,：,实践证明,:,Kicks,定律适用于“粗破碎”；,Ritting,s,定律适用于“细破碎”（因为此时表面积,大大增加）；,Bonds,定律在介于以上两者之间的情况下适用。,尺寸减小时，会引起：,脂肪酸和维生素,A,氧化，使营养价值；,果蔬切碎（或切片）时,维生素,C,下降（黄,瓜的,VC,下降,78%,）；,色、香、味、滋味都会有些变化。,二、剪切式机械,1,、有支撑切割的稳定夹持条件：,切割速度一般可降为,2,m/s,左右；定、动刀片间隙为,0.5,mm,左右，刃口厚度（锐利度），一般为,10100,m。,、无支撑切割,切割速度一般,20,m/s，,使物料因惯性力而具有一,定的刚度，抵抗弯曲（而不至于被推倒）。,、切割运动形式：,刀片运动方向其刃口时，为砍切；,刀片运动方向与刃 口不垂直时，为滑切。,切割时，通常刀片做往复运动或旋转运动，物,料做进给运动；,一些球形物料，在进给过程中还做旋转，遇到固,定的刀片时被切割。,液体中的颗粒进行超微粉碎称均质。高压的液流,（,1030,Mpa），,流速可达,150200,m/s，,经过均,质阀的间隙时（一般为,0.1,mm），,受到强烈的剪,切和撕裂而破碎。（,P161,图6-6,）,1,、普通粉碎（一般通过,660,目筛孔）,（,1,）锤片式粉碎机：,末端线速度,7090,m/s；,筛子孔径为,0.85,mm。,（2）,齿爪式粉碎机：定动齿的间隙为,3.5,mm,左右。,2,、微粉碎（可通过,80170,目筛孔）,多为无筛式。,常用的粉碎机为涡轮式粉碎机。包括叶轮、径向隔,板、固定的齿板。,叶轮转速为,250021000,r/min，,产生涡流使物料摩,擦、挤压，同时受到撞击、剪切作用。,三、撞击式的尺寸减小机械,3,、超微粉碎（,200325,目）：成品粒度可达,1,（1,）机械式超微粉碎机：由叶片、圆柱或锥形磨套,组成。,（,2,）超音速气流喷射式粉碎机,果品加工,破碎浆果（,d=35cm）,榨汁（过,大过小都降低出汁率）,1,、主要部件,砂轮磨片：,36,粒度的碳化硅或氧化镁金钢砂,浇铸，有,40%,的气孔。,钢磨片,石 磨,陶瓷磨片：,80,年代初研制，密实、易清洗，生产,率比砂轮高,510%,，产品可通过,200,目以上筛孔，,粒度可达,130,四、磨碎机械,依靠外挤压和摩擦,（可达,80320,目）,2,、种类,根据磨片形状有：平面磨、锥形磨和圆柱体,磨，一般动、定磨片上有齿纹。其中圆柱体磨又,称磨辊，成对使用，快慢速比,2.5：1,，且有齿形、,齿数、排列、两辊间隙等要求。,机械分离的过程为剥壳、去皮、压榨、离心过滤等。,1,、剥壳去皮分离：,根据各种皮、壳的特性、颗粒形状、大小及壳仁之,间的附着情况不同，采用不同的方法：,4,分离,一、机械分离,（,1,）碾搓法：,两个橡胶辊、石碾,稻谷壳、粟子等。,砂轮,马铃薯表皮搓掉。,（,2,）撞击法：离心式剥壳机,葵花籽的外壳撞击下来。,（,3,）剪切法：,（,4,）挤压法：转辊式破壳机,核桃压碎。,（,5,）化学法：,NaOH,桃子、猕猴桃外皮的除去。,生产率，完整性，损失,2,、压榨分离（一般需先经过破碎）,浸出法,物料侵在溶剂中，提出可溶部分。,（,1,）压榨法：,油类：预先加热,降低油的粘度和水分，增加,润滑性的出油率。,水汁类：施力较小，逐渐加力；或加入助榨剂,（如稻壳），以便汁液的排除。,影响出汁率（或出油率）的因素：,原料的生长条件和成熟度；,细胞壁的破坏情况；,物料的变形阻力，物料层的厚度；,压力的增加速率、加压时间、最大压力,的大小；,物料的温度和汁液的粘稠度等。,压榨机的种类以及参数：,批量式（如裹包式）,连续式（螺旋式压榨机）：,a、,组成：螺旋轴（榨螺）和带孔的机筒（榨笼）,或筛筒（榨汁时）；,b、,压缩比：含量，,n,时为,6.87.5,；含量，,n,时为,7.514,，最高为,18,。,c、,榨螺转速,n,和出饼厚度,：,一般取,n=60110r/min，,=0.32mm。,萃取：在混合物中加入某种溶剂，利用各成分溶解,度不同而将需要成分提出。,3,、离心分离：常用于两种液相分离或将溶液中的固,体分离出去（澄清）（离心力,=,mR2）。,分离两种液相时，分界面圆柱的半径（根据图示，,将书中公式作了修改）：,若为了得到重液,则减小回转半径,Ra,Rn,(,分离时间。重液要经,Rb,Ra,的距离，在机内停留时间,轻液,),要得到轻液,增加,Ra,Rn,、,分离时间,用于液、固分离（澄清）时：确保固体颗粒分离的液体流量按下公式计算：,（,此式也用于计算最小可分离的,D,min,）,离心机的分类：,（,1,）按分离因数,Fr=R,2,/g，,依此分：,a.,常速离心机：,Fr3000，,主要用于分离颗粒不,大的悬浮液和物料的脱水；,b.,高速离心机：,Fr=30005000，,主要用于分离乳,浊液和细粒悬浮液；,c.,超高速离心机：,Fr5000，,主要用于分离极不,易分离的超微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液。,（2,）按用途分：,a.,过滤式离心机,转毂上有孔，过滤介质,（布）；,Fr,不大，适于易过,滤的悬浮液物料脱水；,b.,沉降式离心机,转毂上无孔，靠离心力沉降,颗粒；,c.,分离式离心机,转毂上无孔，,Fr3000，,用于,液相分离和悬浮液澄清。,（3,）按操作方式分：,a.,间歇式离心机,b.,连续式离心机,效率，结构复杂。,4,、过滤,其中，滤饼可分为：,可压缩的（酱油渣、豆腐渣）,阻力、,压力饼紧实度,不可压缩的（不变形滤渣如淀粉、土粒）,流动,阻力与滤饼两测压差和固体颗粒沉积速度无关。,按过滤过程分：恒速过滤和恒压过滤,当滤饼不可压缩时：,过滤基本公式：,V,c,通过单位体积滤液后所沉积的滤饼体积；,V,d,将过滤介质想象为过滤开始前已有,Vd,体积的,滤液通过后所沉积的滤饼，而折合成的滤液,的“当量”体积。,a.,恒速过滤的流量，由基本公式积分得：,Pt,时刻过滤的介质两侧压力差（,KPa,）；,V,滤液的体积（,m,3,）；,滤浆粘度（,Pas）；,r,滤饼比阻（,1/,m）；,A,过滤面积（,m,2,）。,可用此式估算需要的压力差,P。,b.,恒压过滤时由基本公式积分得：,t,d,对应于,V,d,所需要的过滤时间。,滤饼可压缩时：,过滤机分类：,（,1,）按动力不同：压力式过滤机,压力泵,真空式过滤机,真空泵,（2,）按结构：板框式压滤机,叶式压滤机,转筒真空式过滤机,微滤膜（,MF）,膜孔,=0.052.0m，,能阻留,分子量,20,万,100,万的微粒；,超微粒膜,(,UF),膜孔,=0.00152.0m；,能阻留,分子量,50050,万的微粒；,反渗透膜（,RO）,膜孔,0.002m，,可淡化海,水（达,85%,以上的脱盐率）,二、膜分离,1,、膜的类型,（1,）根据孔径：,（2,）根据膜的结构：,板柜式膜,中空纤维膜,管式膜,螺旋卷式膜,、单位体积的表面积最小，目前使用较广,（,3,）根据膜的材料：,醋酸纤维膜,耐酸、碱、温度和压力性能,高分子聚合物膜,应用最广。,陶瓷膜,性能最好，耐各种,PH,值、,400,高温、,5,MPa,以上压力（,50,个大气压）,2,、名词定义：,（1,）阻留分子量,能被膜表面阻留下来的最小微粒的分,子量。如澄清苹果汁的阻留分子量为,5,万。,（,2,）渗透速率,(,V/m2h),单位膜面积、单位时间内通过,液体体积。（常用蒸馏水的水,通量来表示膜的透过性能）。,液料膜透过液,阻留液,（3,）渗透压（,表示）,液体停止水的渗透所需施压的,压力。,3,、膜的工作机理：,分子扩散运动。,在膜的一侧，液料中的溶质形成浓度梯度（浓度,最高的一层称为凝胶层）,称为浓度极化；形成浓度,极化后，凝胶层不再增厚。（即液料中溶质向膜面扩,散的速度,=,凝胶层的溶质向液料中的扩散速度）,膜两侧的压力差：,微滤和超滤膜：,反渗膜：,渗透压。,（,一般,Pp,较小，可以忽略）,膜的渗透速率：,微滤和超滤膜：,J=KA（c,1,/c,2,）(/m,2,h),K,传质系数；,A,膜面积（,m,2,）；,C,1,浓度极化时，膜表面的溶质浓度（,%,）,C,2,液料中溶质浓度（,%,）。,反渗膜：,J=KA（P,2,）,K,传质系数；,A,膜面积（,m,2,）；,=MRT（T,为绝对温度）；,M,摩尔分子浓度（,mol/m,3,）；,R,气体常数（,KPa,/molk）；,T,绝对温度。,作用：,干燥,分离水；,浓缩,分离水；,能使蛋白质变性，沉淀后分离。,复作用：,破坏某些营养成分；,能耗较高。,1,、干燥,热空气、介电加热、辐射等方法：,三、热分离：,热空气干燥：,热空气,物料表面,内部,水分蒸发,蒸汽被空气带走,对流传热,传导、传热,吸热、升压,干燥过程：,初始恒湿阶段,恒速干燥阶段,降速干燥阶段,不再干燥,当达到湿球温度,临界温度,平衡水分,恒速干燥，热气流应满足的三个条件：,适当高的干球温度；,较低的相对湿度；,较高的气流速度使气体膜厚度。,影响干燥速度的因素：,干燥机的特性,干球温度、相对湿度、,流速、表面换热系数等。,食品特性,湿度、表面积与体积的比值、,成分（脂肪干得慢）、状,态（带皮否、厚度等）。,传热和传质的计算式：,传热速率：,(,空气向湿沙布的传热速率,),质量的变化,(,沙布中水分向空气的传质速率,),在恒速干燥阶段（湿球处的热量达平衡状态）：,传热与传质速度平衡。因此：,湿球温度下的蒸发潜热（,KJ/kg）。,平流干燥时：,穿流干燥时：,平放于盘中干燥时，恒速干燥的干燥时间：,喷雾干燥时，水分从球状液滴蒸发：,降速干燥时阶段的干燥时间,Hs,湿球温度下饱和水蒸气压力（,Kpa,）；,Ha,水蒸气分压（,Kpa,）。,热空气干燥机种类,谷仓式、箱式、带式、流化床,式、滚筒式、隧道式、喷雾式等。,2,、蒸发浓缩,液料加热升温到沸点和蒸发所需要的热量（不,计传热的热量损失）。,传热速率：,真空浓缩影响液料蒸发速度的主要因素：,加热蒸汽与液料间的温差,浓缩，沸点，从而,使温差逐渐；,真空度,通常使沸点降至,4050,（过低投资大）；,传热面结垢情况,与液料温差传热速度还,能使成分发生变化；形成边界层，热阻,液料粘度,（,Re），,传热速度。,工业上，通常将两个以上的真空浓缩设备串联,使用，（真空度逐级略升高些，以保持液料与,加热蒸汽的温差），可提高热效率。,5,混合,其均匀性取决于：,各成分相对粒度的大小、相对密度、颗粒形状；,混合机性能；各成分的结块性能、含水量、,表面性能、流动性等。,均匀性评价是取多个成品样品中某成分的均方差,一、固态物料的混合,x,某成分的浓度；,n,样本数。,对混合机的评价,混合程度,当各成分的量相近时：,opt,理想混合样品的标准均方差；,0,开始混合时样品的标准均方差。,当某成分的量很小时：,M,1,适用于各成分的量相近，混合质量要求不高时；,M,2,适用于跟,M1,相反的情况；,M,3,适用于固态跟液态混合。,混合时间可依下式确定：,（,适用于粉体的混合）,M,混合程度；,k,混合率常数（依混合性能和成分的性能,而定）；,t,m,混合时间。,其中,:,D,搅拌器直径,(,m)；,n,搅拌器转速,(,r/s)；,Dt,混合器溶积直径,(,m)；,Z,液面高度,(,m)。,（指,n,种液体或少量固体与液体的混合）,二、液态物料的混合,混合机的能量消耗：,混合物的密度：,混合物的粘度：,6,杀菌,含水量较高水分活度高微生物（容易利用）,1,、热杀菌,（1,）温度,取决于：,微生物或酶的热阻、加热条件（湿加热、干加,热）、物料,PH,值、容器大小等；,一般细菌细胞的死亡温度,5060,，与蛋白质凝固,的温度相近。,（2,）时间,t,ln,（,被杀微生物数量）,根据加热温度，湿加热分：,“巴氏杀菌”法：,100,的热水；,高温杀菌法：,100,，时间短（物料品质要好,些）（用于高酸性饮料）；,超高温杀菌法：,150,左右，数秒钟。,2,、微波杀菌：,f=30030,万,MHz,电磁波，常用,915,MHz。,3、,紫外线杀菌：,L=320400nm.,L=275320nm,L=180275nm ：250265 nm,为杀菌最强，一般用,254,nm。,主要使用参数：,照度和时间,因为紫外线穿透能力差，所以当：,空气中含,800900,个尘粒,cm3，,杀菌效果,20,30%,；,空气相对湿度从,33%,上升到,56%,时，杀菌效果下降,60%,以上。,故常用于水和物料表面杀菌。,4,、超高压杀菌,压力：,300700,MPa；,时间：几十秒,几十分钟,5,、高压脉冲法,外电场强度,=1530,kV/cm,7,发酵与酶技术,一、发酵,在微生物作用下，复杂的有机物分,子变为简单的分子。,影响发酵菌繁殖的因素：,a：C（,碳）、,N（,氮）以及其他营养成分的含量。,b：,基质的,PH,值、温度、含水量。,c：,其他微生物的竞争等。,批量式培养发酵菌,细胞繁殖分三个阶段：,（,P70,图69,）,减少（滞后区）,呈对数增长,恒定,在对数增长阶段：,C,b,=C,0,+t,C,b,细胞浓度；,C,0,原始细胞浓度；,繁殖率（,l/h）；,t,时间（,h）。,在恒定阶段：,Cb,=y(S,0,-S,r,),即随基质浓度呈线形变化。,y,得率因数；,S,0,基质原始浓度；,S,r,残存基质浓度（,/,l）。,繁殖率,K,s,基质利用常熟（,mg/l）。,批量式微生物培养的生产率：,2,、连续式培养发酵菌：基质连续加入，微生物不断提,出，使繁殖处于对数增长阶段。,稀释率：,D=F/V （1/h）,F,基质流速（,l/h）；,V,发酵罐容积（,l）。,此时（稳态下）：,1),稳态细胞浓度：,2),基质平均浓度：,生产率：,