高新技术在粮油食品中的应用.pdf

3352002,Vol.23,No8食品科学综述高新技术在粮油食品中的应用刘晓庚 徐明生 江西农业大学 南昌 3 3 0 0 4 5 鞠兴荣 南京经济学院 南京 2 1 0 0 0 3摘 要 本文主要简介现代高新技术生物技术、芯片技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超高压技术、超声和微波技术、微胶囊技术、超细粉碎技术、纳米技术、绿色包装技术、计算机技术等的原理及在粮油食品工业中应用情况，提出如何利用高新技术加快我国粮油食品工业技术进步的主要措施。关键词 高新技术 粮油 食品 应用A b s t r a c t I n t h i s p a p e r s o m e m o d e r n h i g h t e c h n o l o g i e s p r i n c i p l e s a n d t h e i r a p p l i c a t i o n c o n d i t i o n s w e r e i n t r o d u c e d.T h e r e h i g ht e c h n o l o g i e s m a i n l y i n c l u d i n g c o m p u t e r t e c h n i q u e,b i o l o g i c a l t e c h n i q u e,s a n d w i c h t e c h n i q u e,m e m b r a n e t e c h n i q u e,s u p e r c r i t i c a lf l u i d e x t r a c t i n g t e c h n i q u e,u l t r a s o n i c w a v e a n d m i c r o w a v e t e c h n i q u e,m i c r o c a p s u l e t e c h n i q u e,e x t r a f i n e p u l v e r i z i n g t e c h-n i q u e,n a n o t e c h n i q u e a n d g r e e n p a c k i n g t e c h n i q u e e t c w e r e r e v i e w e d.A n d t h e m a i n m e t h o d s a b o u t h o w t o o p p l y t h e h i g ht e c n i q u e i n t h e f o o d i n d u s t r y a n d g r a i n-o i l i n d u s t r y w e r e a l s o m e n t i o n e d i n t h i s p a p e r.K e y w o r d s H i g h t e c h n i q u e C e r e a l-o i l F o o d A p p l i c a t i o n我国加入 W T O，粮油产品出口份额将可能成数十倍甚至更高地增长。这标志着我国进入了一个新的历史发展时期，粮油食品工业也将面临着更多新的机遇和挑战。发展是硬道理，我们要加强诸如计算机技术、生物技术、芯片技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超高压技术、超声和微波技术、微胶囊技术、超细粉碎技术、纳米技术、挤压膨化技术、速冻技术、绿色包装技术等现代高新技术在粮油食品的研究、开发、生产中应用，以促进粮油食品工业的升级换代，提高产品技术含量，产生巨大的经济效益和社会效应，并推动我国农业产业结构向着更优化合理的方向迈进。我国历来重视高新技术的研究和开发。近年来国家加大了扶持高新生技术产业发展和高新技术研究开发的支持力度。“十五”开局第一年国家在高新技术产业方面的投资占全部工业总投资的1 8%以上，对高新技术研究项目的科研经费投入“十五”开局第一年就占全部科研经费投入的半壁江山。高新技术产业的产值和税利是传统产业无法比拟的，近年来高新技术的产值和税利的年增长率都在2 0%以上，远远高出了我国同期G D P 的增长率。高新技术是一个正在逢勃发展的潜力巨大的朝阳产业。因此，本文就高新技术在粮油食品研制开发生产中的应用进行简要地阐述。1 生物技术生物技术主要包括酶工程、发酵工程、细胞工程、组织培养技术和基因工程技术等，已广泛地应用于粮油食品加工的许多领域，生物技术将成为粮油食品工业中的重要组成部分。1.1 生物芯片技术生物芯片（b i o c h i p）技术是生物技术中的一项新型高新技术。生物芯片又称为基因芯片（g e n e c h i p）或D N A 微探针阵列（m i c r o a r r a y）。它是将生命科学研究中所涉及的不连续分析过程（如样品的制备、化学反应和分析检测等），利用微电子、微机械、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，使之连续化、集成化、微型化。是生物芯片技术能够对微量生物样本中的核酸、肽、蛋白质序列信息进行快速成、高通量和低成本的准确检测和分析。基因芯片技术是多项技术复合的新型高技术（如图1）。基因芯片可应用生物细胞和组织中基因表达谱的检测，不同个体中基因多态位点的筛选和检测，基因组的突变检测，以及微生物病原体基因的分析和检测等。基因芯片技术已成为生物基因组学研究和应用的重要工具。在生物活性物和催化剂的筛选和评价、物质的代谢和毒性、个体差异、及其食品卫生和环境的检测、活性物作用机理等方面都将得到广泛应用。为创造新的生物活性化合物（包括药物、保健品等）起着越来越重要的信息指导作用。虽然目前还很少见到有关芯片技术在粮油食品中直接应用提出问题 芯片设计 芯片制作1 点样方法2 在片合成表达差异分析多态性分析生物信息学数学优化试样处理 I P R C 扩增2 标记技术再测序数据库标准化芯片杂交杂交检测数据分析实际应用图 1 基 因 芯 片 的 相 关 技 术 示 意 图336食品科学2002,Vol.23,No.8综述的报道，但是，随着该技术与其他技术的有机结合和自身的不断发展完善，以及芯片技术所具有的独特性能。相信生物芯片技术必将在粮油食品工业中起着举足轻重的作用，生物芯片技术完全可能成为2 1 世纪最具活力的技术之一。1.2 利用植物纤维、粮食加工剩余物为原料制取蛋白质我国是一个商品蛋白质相对缺乏的国家，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对蛋白质不仅要求数量多，而且要求高品质。但我国提供优质量的畜牧鱼业的情况是蛋白饲料的生产已不能满足迅猛发展的养殖业对蛋白饲料的需求。根据我国饲料发展纲要，2 0 世纪9 0 年代末期混合饲料产量将达到5 0 0 0万t，其中有5 0 0 万t 蛋白质饲料的缺口，单靠进口鱼粉无法满足养殖业生产者的需求。我国有丰富的农作物秸秆，发展利用农作物秸秆生产蛋白饲料的产业，是立足国内解决我国蛋白饲料短缺的有效途径之一。同时，我国粮食加工厂、酿酒厂的大量废渣迄今还没有得到有效的合理利用，并对环境产生了严重的污染。例如，江苏省1 0 0 多家酿酒厂产生的酒糟已成为与造纸、皮革、印染废水并列的四大污染源之一。粮食加工剩余物主要有纤维素和半纤维素，利用生物技术可将它们分解成单糖，继而发酵合成单细胞蛋白或直接发酵成蛋白饲料。我国在林产资源生产饲料方面的研究主要包括秸秆氨化技术、固态发酵制取蛋白饲料技术、利用农作物秸秆、粮食加工剩余物生产单细胞蛋白的技术、利用农林废弃物生产饲料用复合酶的技术等。我国发展饲料用酶产品，不仅要参照国外经验，还应根据中国国情，重点发展节粮型蛋白饲料。另外，植物纤维、粮食加工剩余物都是生产食用菌的良好原料，我国在这方面的研究和开发，取得了举世睹目的成就，一大批质优价廉的功能性强的食用菌成了国内国际两大市场抢手货，为人类食物的多样性增添了许多活力。1.3 功能性食品添加剂的制备1.3.1 木糖醇和异麦芽低聚糖木糖醇是一种重要的甜味添加剂，其甜度与蔗糖一样，生物能量值仅为1 1.7 2 1.1 k J/g，比蔗糖低得多，再加上木糖醇表现出不引起血糖水平的波动、有防龋齿的功效和作为非肠道营养的能量来源等。近几年来木糖醇作为功能性甜味剂主要用于防龋齿性糖果（口香糖、巧克力、果冻、糖果等）和糖尿病人专用食品等。目前以粮食加工等的废弃物为原料用生物发酵的方法制备木糖醇的实验研究已取得成功，并在我国开始小批量生产；该法比成熟的化学法具有生物转化效率高、污染小、产品安全系数大、质量优良等优点。异麦芽低聚糖主要包括异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖，可以促进双歧杆菌的生长，调整人体肠道微生态环境，作为甜味剂还具有甜度低，热能值极低，强保湿性、抗老化性和非发酵性等特点。目前异麦芽低聚糖的生产主要是利用水解酶、转移酶的糖基转移反应来完成。淀粉乳首先由淀粉酶水解为质量分数等于0.2 0 麦芽糖基转移反应完成。淀粉乳首先由淀粉酶水解为质量分数为0.2 0 麦芽糖浆，然后调节p H 值为5 5.5，按2 0 0 U/g 量加入-葡萄糖苷酶，在6 0 温度下保温反应2.5 h，并不断搅拌，在反应过程中，这些麦芽糖在-葡萄糖苷酶作用下水解成两个葡萄糖分子，游离出葡萄糖残基再被-葡萄糖苷酶转移到另一个葡萄糖分子上，通过-1,6 糖苷链连接而成为异麦芽糖，如果受体为麦芽糖则生成潘糖，反应终了所得糖液经灭酶，活性炭脱色、离子交换树脂精制和真空浓缩后而得质量分数为0.7 6 的异麦芽低聚糖浆，可直接用作食品添加剂。1.3.2 高果糖浆淀粉（玉米、薯类、土豆或小麦淀粉）用蒸馏水调制成淀粉乳，淀粉乳经过酶的液化和糖化得到糖化液，再经过活性炭脱色和离子交换树脂精制得到质量分数为0.3 5 0.4 5 葡萄糖液，为有利于后序异构化反应进行，要求糖化液纯度越高越好，葡萄糖干基含量在质量分数为0.9 5 以上，用N a2C O3溶液调整p H值至 7.5 8.0，并在糖化液中加入 M g S O47 H2O（比例为0.5 5 0.6 8 g/L），因镁离子对异构酶有激活作用，可提高酶的活力，延长酶半衰期和提高得率。将糖化液加热至5 5 6 0 后由异构化酶柱的顶部进入，慢慢渗透到酶柱颗粒内部，糖化液经异构化反应后由底部出料而得异构化糖浆，所得异构化糖浆尚含有呈色物质及灰分等，需再次经过活性炭脱色和离子交换树脂精制，最后浓缩至浓度为7 0%左右，即得到无色澄清的高果糖浆，其甜度为蔗糖的1.3 倍，且甜味纯正、柔和，具有保湿功能，可完全替代蔗糖应用于饮料、焙烤食品和乳制品中。1.3.3 生物活性肽研究表明，蛋白质经人体消化管酶水解后，不象是以前所认为的仅以氨基酸形式吸收，而更多的是以低分子肽的形式吸收，这些低分子肽类不仅提供人体生长发育所需营养物质，更重要的是具有防病、治病、调节人体生理机能功效，这些活性肽的氨基酸组成并不一定是必需氨基酸，这就为我们充分利用那些生物效价并不高的植物蛋白质资源，制备出具有保健功能食品基料提供新的途径。生物活性肽制备是以食用蛋白质（大豆蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白、鱼肉蛋白等）为原料配制成蛋白液，然后加入适量的特定蛋白酶（胰蛋白酶、胃蛋白酶、胃糜蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、碱性蛋白酶等），在一定的温度下反应一段时间，酶反应结束后酶解液经灭酶、活性炭脱色、离子交换树脂脱盐及超滤等精制后得功能不同的低分子生物活性肽，如易消化吸收大豆肽，具有降压降脂作用（称血压肽），促进钙铁吸收酪蛋白磷酸肽（C P P）及对肝性脑病有较好效果的高F 值寡肽等。1.3.4 -亚麻酸-亚麻酸是一种人体必需的不饱和脂肪酸，对人体许多组织特别是脑组织的生长发育至关重要。-亚麻酸还可以进一步衍生成双高-亚麻酸，后者则是前列腺素P G-I 前驱物，前列腺素具有抑制血管紧张素合成及其它物质转化为血管紧张素的作用，可直接降低血管张力，具有明显的降血压作用，-3372002,Vol.23,No8食品科学综述亚麻酸也具有降低血清甘油三酯和胆固醇水平之功效。目前以月见草为-亚麻酸的主要来源，现可利用鲁氏毛霉，少根根霉等蓄积油脂较高的菌株为发酵剂，以豆粕、玉米粉、麸皮等培养基，通过发酵法制备-亚麻酸，发酵温度为3 0，时间为两天，干燥菌体中油脂的质量分数达0.2 5 0.3 5，其中-亚麻酸质量分数为0.1 2 0.1 5，与植物源（月见草）相比具有产量稳定、周期短、成本低、工艺简单等优点。1.3.5 香料化合物的生物合成世界上每年香料贸易总额都在数十亿美元。生物合成技术在香料工业中已逐渐地显示出一定的独特作用，如有效地克服了化学合成上的立体高选择性的困难合成出立体结构几乎专一的香料产品，而且合成过程中污染小、某些产品的生产成本大为降低，产品的品质和产量都有明显提高等。目前，利用生物技术合成研究的香料有香茅醇、牦牛儿醇、橙花醇、鸢尾酮、薄荷醇等十几个品种。1.3.6 其它此外，细胞工程和基因工程在粮油食品加工中应用也越来越广泛，如蛋白酶（菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等）在低温下加速大豆蛋白质的水解，以提高其溶解度，改善大豆分离蛋白的品质。国外采用菠萝蛋白酶对大豆蛋白液进行水解，水解度控制在2 0 3 5 m o l e s/1 05g 的氨基含量，可以获得分散性和吸水性良好的蛋白产品，特别适用于蛋白饮料的生产。又如用淡水藻与海水藻细胞融合技术及菌体培养广泛生产E P A（廿碳五烯酸）和D H A（廿二碳六烯酸），最近法国科学家则发现转基因油菜、玉米、烟草等能产生类似人体的血红蛋白。此外，利用基因工程技术可降低粮油作物（油菜、大豆、棉花）中抗营养因子和有毒有害成分（芥子甙、胰蛋白酶、皂甙、棉酚等）含量，而提高某些生物活性成分如S O D 酶、活性多糖，水溶性膳食纤维等产量，因而可以，改善作物的品质，为粮油食品工业提供安全质优的绿色原料奠定了基础。2 绿色加工技术绿色加工技术是指粮油食品加工技术中那些不产生污染安全环保加工技术。主要有膜分离技术、超临界萃取技术、超高压技术、超声和微波技术等。这些技术为粮油食品向绿色化功能化方向发展奠定了一定的基础。2.1 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，主要包括反渗透（R O）、超滤（U F）、微滤（M F）、电渗析（E D）、气体渗透（G P）、膜乳化（F E）及液膜分离技术等，在粮油食品工业中的应用主要是有效成分的分离、浓缩、精制及除菌等。2.1.1 超滤技术在大豆食品加工中应用超滤技术具有无相变、能耗低、工艺设备简单，操作方便可靠，分离效果好等优越性，所以近年来在饲料、乳品、大豆分离蛋白等生产中得到广泛应用。利用超滤技术生产大豆分离蛋白可从根本上改变传统的碱溶酸沉水洗工艺，可以大幅度提高产品品质。大豆蛋白分子量较大，分子量在2 0 0 0 0 以上的占9 5%以上，有利于采用膜分离技术，在实际中，超滤膜的分子截留量为2 0 0 0 0，膜型选择管式超滤膜，将大豆蛋白液的p H 值调整至距离等电点较远的p H 7 9，同时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，使之处于湍流状态，以防止膜表面的浓差极化现象和凝胶的形成，这样就可以在没有相变的条件下分离提纯和浓缩大豆分离蛋白，有效避免传统工艺中酸碱调节过程反复变化和盐分增多，大大提高蛋白纯度（可达9 2%）和降低灰份含量（4.0%）。此外还可利用超滤膜技术对大豆乳清液和生产豆腐的副产品黄浆水进行合理回收及利用，不仅可回收乳清蛋白和大豆乳清采用超膜处理，将浓度为1.3 6%4 5 1 k g 大豆乳清液浓缩1 5倍变成1 2.7 k g 浓度为1 2%乳清浓缩物（主要成分为低聚糖），由于透过液中仍含有相当数量可溶性固形物，因此又进行反渗透处理。2.1.2 膜分离技术在淀粉加工中应用淀粉是一种多糖，全世界每年产量达数千万吨，其中6 0%用于工业，4 0%用于食品。淀粉生产过程中会产生大量废水，其中含有许多可利用物质，尤其是蛋白质，若这些废水直接排放，一方面是蛋白资源损失，另一方面也造成环境污染，所以必须回收处理。对淀粉生产中排放废水先采用超滤技术分离其中蛋白质等大分子物质，再采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，也可用作生产活性肽蛋白源。2.1.3 膜分离技术在油脂加工中的应用S.S.K o s e o g l m 报道了将膜滤技术应用于油的脱胶、脱色工序，可使脱胶和脱色合二为一，可节约热量达1.5 9 1 01 62.2 31 01 6J/年（折合标准煤1 0 6 1 4 9 万t）。还可大大降低脱色白土用量和处理废白土费用，减少脱色白土所吸收中性油脂而造成的损失，据计算这一项可减少损失达1 2 6 万美元/年。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，而物理精炼比常规的碱炼有如下优越性：设备投资低2 2%，蒸汽消耗低 2 8%，冷却水耗量低 7%，工艺过程补充水低 8 5%，废水处理量低 6 3%，电耗低 6 2%，精炼损耗低 6 0%，同时具有脱臭作用。由此看来，膜分离技术应用于油脂业，对简化工艺、降低能耗、减少损和提高产品质量等方面潜力巨大。2.2 超临界流体萃取技术（S C F E）超临界流体萃取是一种新型的萃取分离技术。该技术利用液体在超临界区域兼具有气液两性的特点，即与气体相当的高渗透能力、低粘度和液体相当的密度、对物质优良的溶解力。以及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并分离的一项技术。利用这种超临界流体可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离的组分。338食品科学2002,Vol.23,No.8综述一般采用C O2作为萃取剂，在分离精制挥发性差和热敏性高的天然物质方面与传统的汽蒸馏和溶剂萃取法相比具有处理温度低、时间短、无氧化变质、安全卫生等特点。S C F E 技术广泛用于粮油食品加工过程中，如从月见草富有含-亚麻酸月见草油提取，植物色素、香精提取分离，沙棘油与沙棘精的提取，大豆油脂、蛋白、低聚糖、多肽、超氧化歧化酶等提取分离纯化等。自2 0 世纪7 0 年代以来，许多学者采用超临界流体为溶剂进行植物油、动物脂肪和天然香料等的萃取分离。H u b e r 等报道应用超临界C O2萃取大豆油和米糠油研究情况，萃取操作条件为：温度4 0 8 0，压力8 6 M P a，与常规溶剂萃取法比，得到的大豆油、米糠油色泽清亮，铁、磷等杂质含量少，无需精炼。A r u l 和F r o n i n g 等人报道采用临界C O2萃取技术从牛乳脂和蛋黄中分离胆固醇，可得低胆固醇含量或无胆固醇的乳脂和蛋黄制品。目前S C F 技术已工业化，并产生了诸如超临界溶液快速溶胀法、超临界反溶剂技术和压缩流体反溶剂沉淀技术等新的方法（见表1）。2.3 超声和微波技术超声技术就是利用超声波来加速物质间的化学反应、启动新的反应途径或改善其溶解、结晶、分配等物化性能，以提高化学反应产率、获得新的化学反应物质或提高物质的分离、提取效率。超声波是频率为2 1 04H z 1 09H z 的声波，超声波在传播的过程中，超声波与媒质通过热机制、机械（力学）机制和空化机制三种相互作用，可以使超声波的相位和幅度等发生变化；功率超声波会使媒质的状态、组成、结构和功能等发生变化。这类变化称为超声效应。超声技术可用于：（1）食品包装和设备的清洗灭菌。周永昌等用超声进行板鸭的杀菌保鲜获得了较好的效果；黄嘉顺报道的超声清洗的效果是良好的。（2）食品分析检测。J o h n s e n 等用功率4 0 W，频率1 8 0 k H z，输出频率8 0 9 0 k H z 超声提取法测定果蔬中残留农药，其测定效果比球磨法、捣碎法和索氏法要好，而且测定时间大大缩短，超声法又具有操作简便，成本低廉，测定速率快捷和可以成批处理样品等优点。用超声法测定果蔬总酸度也取得了良好结果。胡小钟等用超声波法提取测定芝麻中含油量，发现测定时仅是标准方法的1/2 0。（3）食品的乳化和混合。当对被加工物料施加适当强度的超声波，可以引起超声空化，液体中的空化气泡在崩溃时，伴随发生冲击波和射流作用，可以使细胞壁破裂、剪切生物大分子或使液体中的分散相均质；在食品加工中根据这种作用，可以制作营养饮料，使一些不溶于水的营养素活性增加，使之能在水中分散均匀或溶解。用超声波乳化胡萝卜素，粒径可达1 2 m，而且很稳定。（4）控制结晶。华南理工大学的科研人员，将低频超声波应用于味精结晶过程，能减少分表 1 超 临 界 流 体 萃 取 技 术 在 粮 油 食 品 中 的 应 用 概 况 应用情况已工业化的国家动物油脂的分离（甘油、油酸、酯、卵磷脂、鱼油、鱼肝油）植物油脂的分离（可可、大豆、葵花籽、花生、茶籽、芝麻、棉籽、菜籽、米糠等）天然色素的提取（辣椒红素、栀子黄）天然香料、精油（紫丁香、小茴香、薄荷、玫瑰、肉豆寇、黑胡椒、熏衣草、茉莉、当归、刺柏果、多果香等）天然调味品（姜油、桔皮油、胡椒、八角、桂皮、杏仁等）天然抗氧化剂的提取（迷迭香、茶多酚等）中草药有效成分的提取（蛇床子、当归、丹参、交股蓝、连翘、桑白皮、野菊等）咖啡豆、红茶中除咖啡因啤酒花的萃取鱼肉中提取类脂和胆固醇烟草中提取香精、除去尼古丁，提取咖啡中的香气成分仪器呀原料脱脂（小麦、乳制品、卵磷脂脱油）油脂脱臭、脱色（橄榄油脱酸）酶及维生素的精制（生物碱、过氧化氢酶、胡萝卜素、维生素 E、类固醇、精油等）法国的法伊查公司，德国的 S K W 公司、亥基斯特和 F L A V E 公司，英国的弗尔吨公司，日本的Y A S U M A 公司、富士香料公司、高砂香料公司和长谷川公司，美国的 S C F公司等。超声波辐照 超声波强度*乙醇()总酸度(m l)氨基酸(m l)乙醛异丁醇异戊醇乙酸异戊酯 乙酸乙酯+3 9 31 1.48.9 50.31 4.53 6.71 3 2.90.80.3葡萄酒01 1.49.3 00.61 8.41 4.99 5.10.10.2+5 9 04.53.1 00.3 06.47.19 0.10.1啤酒04.83.3 00.3 09.33.05 4.4痕量+7 3 81 0.94.3 00.4 54 2.45.77 2.63.30.8清酒01 0.34.3 01.0 03 0.57.47 0.51.90.8表 2 几 种 发 酵 酒 超 声 辐 照 处 理 成 分 对 照 分 析 2 0 （m g/L）*单位发酵液的超声波强度m W/L。3392002,Vol.23,No8食品科学综述子间作用力、降低溶液粘度、起晶浓度低，可获得细小而均匀的晶体，而且晶体产量提高8%以上。（5）澄清、分离技术。用4 0 0 k H z 的超声波处理酱油，可使酱油在1 2 m i n 内完全澄清，比传统方法快数千倍。葡萄酒用常规方法澄清需4 1 0 d，用超声处理只需1 2 h，1 年内可保持稳定。有意思的声场参数不一样，超声转换能量形成也不一样。如用频率分别为1 5 k H z 和3 9 5 k H z 超声处理煤油和水时，会形成乳浊液，而频率升高为2 M H z 时，煤油和水又会分层。（6）食物有效成分提取的应用。用1 9.3 k W 的超声波从甜菜中提取糖，时间可缩短一半以上，产量可提高1 0%左右。云南大学在6 0 超声辐照下，用水从茶叶中提取水溶性物质时，可提高萃取率，并克服了高温萃取时挥发性香味物质和某些热敏性营养物质损失的缺点。（7）食品干燥和消沫。许多热敏性物料的浓缩，利用超声作用在液体表面可以形成超声喷雾，使液体蒸发表面积增加，并使液体与周围气体产生剧烈的相对运动，可以大大提高真空蒸发器的蒸发强度、缩短蒸发时间，降低蒸发温度。另外在食品加工中会遇到粘稠物料干燥问题，传统的离心喷雾方法是使液体高速通过小喷口。一般喷雾设备的最大缺点是喷雾头的喷口不能过大，因此它只适用于低粘度液体，但也常引超喷口阻塞。现在的超声设备，喷雾器本身就是一个超声变幅杆，液体由中间的一个导管供给，并使其浸没过变幅杆的振动端面。由于强烈的超声变幅端面振动作用而使受幅照的液体粘度降低，因此，超声喷雾干燥中不存在喷口阻塞问题。另外，超声波还可以用于食品的脱水干燥，其优点是脱水速度快、温度低、产品的复水性好，而且能使产品的色、香、味和营养成分得到很好地保持。这种干燥方法也在植物标本制作中得以应用。有些地方不宜用化学消泡剂来消除泡沫，用强超声波消泡效果很好，而且不会污染食品。（8）食品添加剂的合成。R e i s s 等超声辐射法由马来酸二乙酯合成了具有高效杀菌防腐保鲜作用的食品添加剂富马酸二乙酯；美国的M o u l t o n 利用的超声使豆油的催化加氢生成氢化豆油的反应速率增加1 0 0 多倍；香港大学的李素化等对食品添加剂不饱和脂肪酸及甘油三羧酸酯与 C H2B r 及 Z n 的环丙烷化反应作了系列研究，并取得了可喜的成果。刘良先等将超声波用于油脂皂化，取得了皂化时间大大缩短的效果。酒的催熟陈化。用功率1.6 k W、频率1 7.5 2 2 k H z 的超声波，加上功率2.8 k W、频率1 3 8 1 4.5 M H z 的高频电磁波，可使酒的催熟陈化时间缩短 3 0%5 0%，而且能减少酒中邪杂味，使酒变得醇和可口（见表2）。超声波催熟陈化酒，对大、中型酒厂处理大路货时特别适用。但对高档酒，用超声波处理时，会使酒中的香味，特别是果酒中的果子酸等易发生分解，而使酒的品质下降。酶的研究、多糖的降解、微生物繁殖、粮食快速干燥、油脂的浸提和精炼等许多方面。微波一般是指频率在 3 0 0 3 0 0 0 0 0 M H z 之间电磁波，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。微波加热与其它加热方法相比有如下优点：加热速度快，加热均匀性好，加热易于瞬时控制，加热效率高，加热具有选择性，不会产生局部过度加热现象，因此，微波加热已广泛应用于烹调，脱水与干燥、解冻、消解、浸提、消毒与灭菌，大豆脱腥、焙烤等许多食品加工过程。食品微波干燥如上所述微波加热是被加热物内部加热，因此，用微波加热干燥食品物料时，食品内外层同时加热熟化干燥，最内层水分蒸发迁移至次内层或次内层的外层，这样就使得外层的水分越来越高，随着干燥过程进行，其外层传热系数不仅没有下降，反而有所提高。因此微波干燥速度比一般的干燥速度快得多，尤其是在物料干燥的最后阶段。其优势无以伦比。美国的低温干燥公司在干燥面条时采用如下工艺：首先用热风将含水量为3 0%湿面条干燥降至含水量为1 8%，然后用微波-热风干燥至所要求的水分含量0.1 3（质量分数），该步只需1 2 m i n，采用此工艺可使原需8 h 干燥时间降至1.5 h。加拿大的J.C h r i s t o p h e r Y o u n g 通过微波辅助提取真菌代谢物麦解甾醇和脂肪酸，获得较传统的溶剂法和超临界流体萃取法都好的实验效果。微波技术应用大豆干燥时，不仅可大大缩短大豆加热干燥时间，最大限度地降低大豆蛋白变性的发生，且还可通过微波来钝化大豆中脂肪氧化酶，胰蛋白酶抑制因子等，使干燥和脱腥合二为一，简化加工工艺，提高了生产效率。此外，最近笔者通过实验发现，在相同时间条件下，微波加热法使油脂的酸值和过氧化值升高程度较常规加热要大1 倍左右（详细内容将另文讨论）。3 挤压膨化技术挤压膨化技术是指经预处理（粉碎、调湿、预热、混合）后物料，在挤压机内受到强烈挤压，剪切和磨擦作用，使温度和压力渐渐增大（温度 1 5 0 2 5 0，压力 3 8 M P a），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，使之形成具有多孔海绵状态。挤压膨化技术自二十世纪问世以来，在食品工业中应用领域得到相当快的拓展，由最初单纯生产谷物膨化食品发展到植物组织化蛋白，膨化制油和制鱼类、家畜饲料等。同时挤压过程机理，挤压机结构设计，工艺参数优化等理论研究取得很大进展。挤压膨化过程属于高温短时（H T S T）的加工过程，膨化过程物料受热时间短，食品中营养成分损失极少，不仅使原料质构，其内部分子结构也发生变化，经挤压后淀粉、蛋白质等利用率大大提高。挤压膨化食品不易产生“回生现象”，便于长期保存，且口感、风味得到很大程度提高。自从安德林公司1 9 6 4 年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深入研究。膨化技术可提高物料渗透性，大大提高浸出器生产能力，有效地降低蒸粕脱溶能耗，缩短浸出时间；挤压膨化用于油料340食品科学2002,Vol.23,No.8综述蒸炒，可缩短蒸炒时间，也可使酶失活。此外，近年来挤压膨化技术在植织组织化蛋白的生产中应用日益广泛，经调配后的植物蛋白（如豆粕等）经挤压机加工之后，成为韧性和组织化程度较高的植物组织蛋白产品，这种产品呈干燥状态，货架期较长，能够快速复水，复水后的质构与动物蛋白极为相似，因此，此产品有“蛋白肉”之美称。4 超细粉碎技术和纳米技术超细粉碎是指粉碎比在3 0 0 1 0 0 0 之间，粉碎后成品平均粒径在2 m 以下，是一种精细加工过程。超细粉碎的形式很多，根据产生粉碎力原理不同，有气流式、高频振动式、旋转磨式、转辊式、锤击式和自磨式几种。随着食品工业的发展，超细粉碎作为现代食品中工的一种先进技术发挥着越来越重要的作用，其应用领域越来越广阔。纳米技术是物质颗粒粒径在1 n m 1 m 范围内的物质。近年来发现这类物质的电、光、磁、力学以至生物学等方面的性质发生了突变。这为人们开发新型功能性粮油食品奠定了新的理论基础。目前有关纳米功能性粮油食品和纳米检测技术都尚正在研究开发之中。在世纪之交，有人预言纳米技术可能成为2 1 世纪的主导技术，美国科学技术委员会则把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”。纳米材料和纳米技术的利用几乎涉及现代工业的各个领域。所以作为现代工业中的重要成员粮油食品工业完全有必要了解并进而应用纳米技术，例如杨时成等将喜树碱、大豆磷脂和硬脂酸制成喜树碱的固体脂质纳米粒，平均粒径为1 9 6.8 n m，载药量为4.7 7%，包封率为9 9.5 1%。A l m e i d a 等制备成了溶菌酶的固体脂质纳米粒，并考察了类脂种类、不同温度下的暴露时间、乳匀的压力和次数等条件对酶活性的影响，证明经高压乳匀后，溶菌酶仍能保持活性，肽类的包封率取决于其在油相中的溶解度。沙健等报道了F e2O3纳米粒子与硬脂酸制得复合L B 膜。由于纳米微粒的粒径极小，比表面积大大增加，如当粒径为 5 n m 时，表面原子占5 0%，而当粒径为2 n m 时，表面原子增加至8 0%，这种键态的严重失配产生了许多活性中心，使得纳米材料具有极强的吸附能力，可以轻松地捕获各种促使食物腐败变质的氧原子、氧自由基以及产生其它异味的烷烃分子等。据此，国内外把纳米粒子添加到食物的包装材料中，制成复合包装材料，可以使其具有除臭杀菌双重作用。目前普林斯顿的工程技术人员探索很薄但很坚硬的鲤鱼贝壳，欧洲和日本的科研人员正在寻找将甲壳质用于像绷带、可生物降解的食品包装袋及衣料的新方法。具有纳米结构的新型催化剂性能特别优越，用声化学合成法制备的铁-钴基催化剂具有很好的脱氢催化活性。将纳米技术与微波、超声波催化技术相结合，可望制备出性能卓越而独特的新物质。纳米生物技术还可以利用菌类生产所需的生物制品，有望减轻世界性饥饿、净化环境、治疗疾病、延长寿命和制造无限恐怖的超级武器等。在提取药用植物成分中，就象副产一部家庭食物种植机器能够迅速将一头奶牛身上获得的细胞培养成一块牛肉一样，得到所需的药用成分。纳米超细微颗粒表面覆盖一层5 2 0 n m 厚的聚合物，可固定大量蛋白质或酶，在控制生物化学与有机药物化学反应酶工程中将起重要作用。已用胶囊试验了葡萄糖氧化酶（G OX）、触酶、枯草杆菌蛋白酶、胰蛋白酶和乙醇脱氢酶，认为G OX含量较高的被膜具有较高的酶活性。纳米级粒径超微粒化通用装置是我国应用纳米科技的一项重要发明，其主要作用是获取大量的纳米材料，将物质的大分子进行超微破碎、乳化、均质、分散、粒化成纳米粒径的小分子。用该装置处理豆浆可制成稳定性好的植物蛋白饮料，也有人用它作浴液有极好的养颜护肤作用；用该装置使花粉破壁后更能增加其保健作用。杨毅等以水玻璃和T i(S O4)2为原料制备的多孔纳米T i O2/S i O2复合粒子。用复合粒子对不同食品进行灭菌实验，结果发现该纳米复合粒子的杀菌效果不仅迅速，而且杀菌力强，还具有可长期使用和可循环使用等优点。F i n d e n e g g 和Z h o u 等研究炭纳米管对不同气体的选择性吸附特性，利用炭纳米管可制成食品贮藏柜、冰箱、室内等等场合用的除异味剂或空气保洁清新剂等。膳食纤维作为一种重要的功能性食品基料已引起我国各界人士的广泛关注和普通重视，通过增加膳食中膳食纤维摄入量预防各类现代文明病成为人们的共识。自然界中富含纤维的原料很多，如小麦麸皮、燕麦皮、玉米皮、豆皮、豆渣、米糠等，都可用来制备膳食纤维，其生产工艺包括：原料清洗、粗粉碎、浸泡漂洗、脱除异味、漂白脱色、脱水干燥、微粉碎、功能活化和超细粉碎等主要步骤，其中超细粉碎技术在高活性膳食纤维的制备过程中起着重要作用，因膳食纤维生理功能在很大程度上与膳食纤维持水力和膨胀力有关，而其持水力与膨胀力除与纤维源和功能活化工艺有关外，与成品颗粒度有很大关系，粒度越小则膳食纤维颗粒比表面积越大，其持水力和膨胀力也相应增大，生理功能的发挥越显著，此外，超细粉碎可大大改善膳食纤维的口感，拓宽了其在食品中应用范围。超细粉碎技术还广泛应用于珍珠粉、花粉、骨髓粉、南瓜粉、大蒜粉等的加工生产。从而可显著提高有效成分利用率及人体消化吸收率。相对其它破壁工艺，超细粉碎还可最大限度地降低有效成分损失。5 微 胶 囊 技 术微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。微胶囊造粒技术就是将固体、液体或气体物质包埋、封存在一种微型胶囊内成为一种固体微粒产品的技术，它能够使被包囊的物料与外界不宜环境相隔绝，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，且有缓释功能，此外，有些物料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，从而大大地防止或延缓产品劣变发生。微胶囊技术，在食品工业中应用日益广泛，解决食品工业中许多关键问题，推动食品加工业向高级产业转3412002,Vol.23,No8食品科学综述变。微胶囊技术目前主要在三个方面得到了工业化应用：（1）酶或细胞的固定化；（2）传统液体产品如液体香精、香料、油脂、酱油、醋等固体粉末化；（3）营养强化剂和生物活性物质的微胶囊化。目前，应用在酶或细胞固定化中的微胶囊技术包括原位聚合法、界面聚合法、水相分离法、油相分离法和复相乳液法等。实现工业化规模的有微胶囊化葡萄糖异构酶（用于高果糖浆生产），微胶囊化乳糖酶(用于低聚乳糖生产)和微胶囊化黄色短杆菌(用于L-苹果酸生产)等。用作微胶囊化酶或细胞的壁材主要为聚丙烯酰胺、阿拉伯胶、明胶、乙基纤维素、醋酸纤维素、大豆蛋白和酪蛋白等。某些传统的液体产品如香精、香料、油脂、酱油、食醋等，应用微胶囊技术可使之转变成相应的固体粉末产品，相比之液体产品，微胶囊化的固体粉末产品不仅提高了在贮藏、运输和使用时方便性、稳定性，还可对其释放速率进行控制。如方便面调料中的粉末酱油、粉末水解蛋白及速溶咖啡中的粉末脂质等，用于香精香料、酱油、油脂等微胶囊化的主要壁材有明胶、阿拉伯胶、变性淀粉、糊精、植物蛋白和结晶纤维素等，配合使用的乳化剂和稳定剂一般为磷脂，单甘酯、蔗糖酯和磷酸钙、食盐等。某些生物活性成分如活性多糖、活性肽，多不饱和脂肪酸、活性蛋白、微量元素、维生素等，这些活性成分本身性质不很稳定或与其它配料发生相互作用会影响其生理作用发挥，所以常需要微胶囊技术进行包埋处理，以提高其在功能性食品中效用性。6 绿色包装技术我国的粮油食品包装是粮油食品工业中存在的一个较薄弱