食品工程与装备技术练习题
1说明Bucher Plant Extraction Processing工艺流程。(甘草汁萃取工艺流程) .................................................................. 2 2以图说明超滤膜分离装置的三种工艺流程,说明超滤在食品工业中的应用 .................................................................. 2 3用图表示超临界流体萃取技术装备系统的基本组成，并说明影响该技术萃取率的因素和萃取物的分离方法。 ... 2 4. 说明超高压装置的杀菌原理和加工食品的工艺流程，说明它的优点和局限性。 ..................................................... 3 5论述超声波技术与食品工程单元操作之间的关系，并说明在食品实验室中的应用。 ............................................... 4 6. 阐述微波加热的基本原理及微波技术在食品领域中的应用。 .................................................................................... 4 7. 分别设计固体/液体食品的加工工艺流程，原料到包装，（不包括提取类的产品）并说明所需要的单元操作和加工装备。 ................................................................................................................................................................................. 4 8欧姆加热在食品中的应用 .................................................................................................................................................. 5 8. 画框图解释欧姆加热如何与传统加热设备结合对于食品物料杀菌，并说明：......................................................... 5 9根据“苹果汁”和GEA奶粉工厂视频说明工厂的组成。 .............................................................................................. 5 10. 列表比较超高压、脉冲电场、超声波的优点、局限性和适用产品。 ...................................................................... 6 11请比较说明，微滤，超滤，纳滤和反渗透等四种常用膜分离技术的异同点。 ............................ 7 12挤压 .................................................................................................................................................................................... 8 13、CIP清洗设备概述 ......................................................................................................................................................... 10
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1说明Bucher Plant Extraction Processing工艺流程。(甘草汁萃取工艺流程)
（1） 探讨使用部分国产设备的可行性。 （2） 如果制造大包装的60%的浓缩提取液，该流程需要的如何调整？
答：工艺流程：1.将预先切碎的甘草根放入涡轮式碾磨机碾碎，并加入水（在工艺中已被加热）在水平搅拌机（靠压力进行滚动）中进行浸渍。2.浸渍后的植物原料进行提取后，并对溶剂进行回收，废弃的材料收集起来舍去。提取这一过程因为是在热水中进行的，所以要冷却。3.将冷却的浑浊的提取物以交叉流的形式送入微滤机（多层膜过滤）进行过滤，去除滞留物，获得比较澄清的提取液。4.将含有其他物质的提取液送入吸附容器中，用再生溶剂吸附或者净化提取液中的活性物质，去除再生废溶剂。5.将提取液送入降膜蒸发器中浓缩，获得浓缩液和回收的溶剂，再将浓缩液送入搅拌式薄膜蒸发器进行高度浓缩，最终获得浓度较大的提取物质。6.将高度浓缩的提取物用带式真空干燥机进行干燥，进而获得干提取物。
湿法粉碎（预萃取）→后萃取→超滤、微滤→降膜蒸发→薄膜蒸发→真空干燥 真空干燥机:常州市宇通干燥设备有限公司;粉碎机：常州市宇通干燥设备有限公司 真空干燥也可以改成泡沫干燥或者喷雾干燥
YZG/FZG系列真空干燥机；WFJ系列微粉碎机
超声波提取（UE）是近年来应用于中草药等功能成分提取分离方面的一种较成熟的先进技术。利用超声波产生的强烈振动、高加速度、空化效应、热效应、搅拌等作用，可以加速植物有效成分进入溶剂，从而提高提取率，缩短时间，节约溶剂，且避免了高温对所提成分的破坏。超声波提取的主要动力是空化效应。 超声逆流循环提取机 -北京弘祥隆生物技术开发有限公司 高效旋转薄膜蒸发器（刮板蒸发器）
（2）可以去掉真空干燥这一步。将浓缩和高度浓缩换成高效浓缩，量大提高热量利用率。因为是大包装的提取液，应该添加无菌灌装机来进行灌装。
2以图说明超滤膜分离装置的三种工艺流程,说明超滤在食品工业中的应用
（1.单级间歇操作：料液一次性加入到料液槽中，滤液排出，浓缩液则全部循环。此工艺处理量不大，因此实验室常用。
（2.单级连续操作：过滤时将一部分浓缩液作为产品排出，同时连续进料与回流混合，进行循环。过滤始终在较高浓度下进行。
（3.多级连续操作：将若干单级串联起来，只有最后一级在高浓度下进行。每一级的滤液均排出，浓缩液部分循环。适合大批工业生产。
循正位
移泵
环
泵
应用：① 澄清 除去悬浮的微小颗粒（处理果汁、葡萄酒、醋）② 浓缩 除去溶剂等（乳液、全蛋产品、胶体等） 超滤膜在食品工业上的应用：在牛奶工业中的应用，牛奶的微滤除菌、乳清浓缩、酸奶处理等；果汁生产中的应用
，主要用于苹果汁、猕猴桃汁等的澄清；酿酒工业中的应用，用于无菌低温啤酒生产、啤酒罐底液处理；制备大豆分离蛋白中的应用，主要用于浓缩大豆蛋白
3用图表示超临界流体萃取技术装备系统的基本组成，并说明影响该技术萃取率的因素和萃取物的分离方法。
基本概念与原理：超临界流体（SCF）：是指物质的压力和温度同时超过其临界压力(Pc)和临界温度(Tc)时的流体。即：T>Tc且P>Pc
超临界流体萃取：是利用流体在临界点附近所具有的特殊溶解性能，以超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取技术，它兼有传统的蒸馏和液液萃取的特征，是适用面很广的一门新型分离技术。
萃取系统组成：超临界流体萃取的工艺一般是由萃取（SCF溶解组分）和分离（SCF和组分的分离）两步组成。主要包括SCF发生系统、萃取系统、收集分离系统、流体系统等。
萃取系统组成：SCF-CO2萃取流程（固体原料） SCF-CO2萃取流程（液体原料）
2
萃取物收率/%
C-萃取罐； S-分离罐； D-溶剂收集罐； E-热交换器； P-泵（压缩机）
萃取率的影响因素：萃取条件：温度、压力、时间、溶剂流量、溶剂比等；原料性质：原料状态、颗粒大小（固体）、水分含量、细胞破裂程度、组分极性等；萃取剂：临界条件、极性；夹带剂：种类、流量、加入方式；分离条件：温度、压力、方式；设备结构 1.萃取压力
5
4
3210060120180240300360420时间/min
2.萃取温度
3、萃取时间
4. CO2流量，CO2流速提高，增加溶剂对原料的萃取次数，强化萃取过程的传质效果，可缩短萃取时间；CO2流速加快，CO2与被萃取物接触时间减少，溶质含量降低。
5.原料性质对萃取率的影响（1）物料的粒度影响萃取效果。一般情况下，粒度越小，扩散时间越短，有利于SF向物料内部迁移，增加了传质效果，但物料粉碎过细会增加表面流动阻力，反而不利于萃取。（2）原料各组分的极性。在弱极性的溶剂中，强极性物质的溶解度远小于非极性物质，可萃取性随极性增加而降低，如超临界CO2是一种非极性溶剂，因此，它非常适用于弱极性物质的萃取。（3）水分是影响萃取效率的重要因素：当含水量较低时，水分子主要以非连续的单分子层形式存在；当含水量较高时，水分主要以单分子水膜形式在亲水性大分子界面形成连续系统，从而增加了超临界相流动的阻力；当继续增加水分时，多余的水分子主要以游离态存在，对萃取不产生明显的影响； 6.夹带剂的作用：（1）改变溶剂的临界温度，从而改变工艺温度，使其最适合于混合物进料（2）显著增强溶剂的溶解能力（3）调节溶剂的选择性（4）增强溶剂溶解能力对温度、压力的敏感性 萃取物分离方法：（1）等温降压分离。等温降压过程是应用最方便的一种流程。流体经升压后达到超临界状态，经换热后进入萃取器与物料接触，溶解溶质，此过程压力保持不变。然后萃取物料通过减压进入分离器，此时由于减压而使流体的溶解能力下降，溶质析出，减压后的流体经压缩后进行下一个循环。（2）等压变温分离。等压情况下，通过改变过程的温度也能实现溶质的萃取和分离。但温度对溶质溶解度的变化比较复杂，在转变压力以下，温度增加溶解能力下降；在转变压力以上，温度下降，溶解能力下降。（3）使用吸附剂分离。在分离器内放置能吸附被萃取物的吸附剂，可实现等压、等温下的萃取和分离，此时压缩机只用于克服循环阻力。但由于涉及到吸附剂的再生，故此流程适用于被萃取物较少的去杂质过程。（4）加入惰性气体。超临界流体中加入惰性气体，如CO2中加入氮气或氩气可降低其溶解能力，达到分离溶质。此过程为恒温、恒压，但牵涉到混合气体的分离回收。
4. 说明超高压装置的杀菌原理和加工食品的工艺流程，说明它的优点和局限性。
杀菌原理：超高压对微生物活性的影响（1)高压对细胞形态的影响 极高的流体静压会影响细胞的形态。 (2)高压对细胞生物化学反应的影响 按照化学反应的基本原理，加压有利于促进反应朝向减小体积的方向进行，推迟了增大体积的化学反应，由于许多生物化学反应都会产生体积上的改变，所以加压将对生物化学过程产生影响。另外，高压还会引起主要酶系的失活，此外高压还会对微生物基因机制产生影响，主要表现在由酶参与的DNA复制和转录步骤会因压力过高而中断。(3)高压对细胞壁膜的影响 在高压下，细胞膜磷脂分子的横切面减小，细胞膜双层结构的体积随之降低，细胞膜的通透性将被改变。超高压杀菌正是通过高压破坏其细胞膜，抑制酶的活性和DNA等遗传物质的复制来实现的。 工艺流程：
3
超高压的优点：1） 超高压处理饮料等不会使维生素、色素、香气等低分子物质发生变化或产生异臭物，加压后饮料仍保持“原汁原味”—生鲜风味、天然色泽和营养成分。2） 超高压处理后，蛋白质的变性状态及淀粉的糊化状态与加热处理也有所不同，可以期待获得具有新物性的食品。3） 超高压处理可以在保持食品原有风味条件下“冷杀菌”，这种食品可再经简单加热后食用，从而扩大半调理食品的用途。4） 高压加工可以同热加工组合进行，使食品加工过程多样化，能开发出各种未来新食品及加工工艺。5） 超高压处理是液体介质短时间内等同压缩过程，从而实现杀菌的均匀、瞬时、高效性，且较加热法耗能低 超高压的局限性：（1）由于超高压是基于对食品主成分水的压缩效果，它是利用了帕斯卡定律，因此对于不适合这一定律的干燥食品、粉状或粒状食品，不能采用超高压处理技术。（2）由于高压下食物的体积会缩小，故只能用软材料包装（3）一些产芽孢的细菌，特别是低酸性食品中的肉毒梭菌，需在70℃以上加压到600MPa或加压到1000MMPa以上才能杀死（4）酶因其分子量和分子结构不同，超高压下活性变化也不一样，故需加压到所有酶识货为止，若允许残存酶时防止流通中质量下降需采取低温流通的方法。（5）超高压装置鼻息采用耐高压的金属材料和结构，故装置笨重，且设备成本高、处理量少、使用寿命短等缺点。（6）因反复加减压，高压密封体易损坏，加压器已发生损伤，故实用的超高压装置目前压力在500MPa左右（7）虽然已经进行了蛋白质、淀粉等天然高分子物质及微生物的基础研究，但实际应用时仍需根据加工的食品设定处理条件。
5论述超声波技术与食品工程单元操作之间的关系，并说明在食品实验室中的应用。
超声波萃取：由于超声波空化可以产生冲流，能有效打破边界层，使扩散速度增加。应用：可以用于中草药有效成分的提取，还可以用于香料及油、速溶茶、动物组织中的物质(如鱼肝油)及污染物(如农药残留)的提取。超声杀菌：高强度超声波因能产生高压、强剪切力和高温而用于杀灭微生物。应用：目前超声波杀菌技术已应用于食品工业。超声波杀菌与热处理、加氯处理等杀菌技术配合使用时更有效。超声波干燥与除气：在食品加工中可借助超声雾化进行液体食品干燥，即利用超声波在许多热敏性物料表面形成超声喷雾，使液体蒸发表面积增加；在物料内部，尤其在组织分界面上，超声能量大量的转换为热能，应用：超声波干燥具有优于传统喷雾方法的良好效果，如干燥速度快、温度低、最终含水率低且物料不会被损坏或吹走等优点，它适合于药品、食品、种子及热敏性生化制品等的干燥。超声波乳化：超声波乳化以其“空化效应”实现“油掺水”乳化、“水掺油”乳化、“分散相”与“连续”相的混合匀化。超声乳化器与其他乳化器相比，具有乳化质量好、生产效率高、成本低等优点，已越来受到各工业部门的重视和采用，并成为现代重要乳化设备之一。超声波均质：超声波均质是利用超声波遇到物体是会迅速交替压缩和膨胀的原理设计。与均化器、机械搅拌等相比，超声均质具有如下优势：可实现分子级别的微混合；能产生微米至纳米级的乳化分散粒子；均化液极其稳定，长时间无分层现象；达到相同尺寸的分散微粒等。超声过滤：超声辐射的两个特殊效应可促进过滤过程：①声波可促使微小粒子的凝聚从而加速过滤速度；②可为系统提供足够的振动能量以保持粒子部分处于悬浮状态从而为溶解洗脱留出更多自由通道。超声清洗和除沫：利用超声波在洗涤液中传播时边产生气泡边消失的现象以及超声波对洗涤液产生的乳化作用，可应用于果蔬及粮食加工中的清洗作业。其特点是洗涤效果好、速度快、质量高、操作简单、易于实现自动化。超声控制结晶：超声波辐射由于具有强烈的定向效应，有补充和加强为形成临界品核所需的波动作用，故能加速起晶过程。既可使饱和溶液的固体溶质产生迅速而平缓的沉淀，又可加速晶体生长。可通过控制超声作用获得不同粒度的均匀的晶体沉淀物。测定介质的厚度：测定时将超声波发送探头安放在待测介质原料的一端,并使脉冲超声波输送到待测样中。目前此技术已用于糖果中巧克力涂层的厚度,肉的厚度,罐头中液层厚度以及蛋壳的厚度的测定。探测食品中的杂质异物。促进氧化反应：高强度超声波由于能产生极高压力和高温,使水分子裂解并释放出自由基。钝化酶：一般情况下延长含酶体系与高强度超声波接触可以降低酶的活力,如降低胃蛋白酶活力。食品组成的测定。
6. 阐述微波加热的基本原理及微波技术在食品领域中的应用。
基本原理:介质材料由极性分子和非极性分子组成，在电磁场作用下，这些极性分子从原来的随机分布状态转向按照电场的极性排列取向。在高频电磁作用下，这些取向按交变电磁场的变化而变化，这一过程致使分子的运动和相互磨擦从而产生热量。此时交变电磁场的场能转化为介质内的热动能，使介质温度不断升高，这就是微波加热的基本原理。
微波技术在食品干燥中的应用：（1）微波冷冻干燥：微波从物料内部开始升温, 并由于蒸发作用使冰块内层温度高于外层, 对升华的排湿通道无阻碍作用。微波还可有选择性地针对冰块加热,从而干燥速率大大增加。此外, 因为微波冷冻干燥物料速度快, 物料内冰块迅速升华, 因而物料呈多孔性结构,更易复水和压缩, 而且微波冷冻干燥可更好地保留挥发性组分。（2）微波与真空干燥：将微波干燥和真空干燥技术相结合, 水分扩散速率加快, 物料在较低的温度下进行脱水干燥的, 较好保持了物料的营养成分。微波可为真空干燥提供热源, 克服了真空状态下常规热传导速度慢的缺点。微波与真空干燥技术适合热敏性物料的干燥处理。微波技术在食品杀菌中的应用：应用微波杀菌时, 食品整体升温迅速, 所需杀菌时间较短, 食品的色、香、味和营养成分损失小。（1）连续微波杀菌工艺：连续微波杀菌既可用于食品的巴氏杀菌, 也可用于高温短时杀菌。目前已进行的应用和研究对象包括液态食品如啤酒、乳制品、果蔬汁饮料、酱油和黄酒等。（2）脉冲微波杀菌技术：脉冲微波杀菌技术能在较低的温度、较少的温升条件下对食品进行杀菌, 对于热敏性物料来说具有其他方法不可比拟的优势。（3）多次快速加热和冷却的微波杀菌工艺：多次快速加热和冷却的微波杀菌工艺适合于对温度敏感的液体食品杀菌,避免物料较长时间连续性地处于高温状态, 例如饮料和米酒的杀菌保鲜。（4）微波加热与常规热力杀菌相结合的杀菌工艺：两者结合, 可以充分发挥他们杀菌方式的优点, 缩短常规热力杀菌时间, 同时也可以避免有些成分复杂、水分含量不均匀的食品在微波杀菌时的加热不均匀。微波萃取在食品化学中的应用：用于对于食品营养成分、食品香料及风味物质、天然食品添加剂等的萃取。此外, 微波萃取也被应用于食品分析中。在食品成分分离和检测技术中往往需要将目标产物或待测物质从固体或黏稠状食品( 或食品原料)中萃取出来。微波技术在食品检测上的应用：使用微波消解处理样品, 不仅可以提高分析测试速度, 同时可以使多次测定所得结果具有很好的重复性。
7. 分别设计固体/液体食品的加工工艺流程，原料到包装，（不包括提取类的产品）并说明所需要的单元操作和加工装备。
答：选料，清洗，拣选分级，取汁，澄清，均质脱气，糖酸调整，浓缩，灌装杀菌。
一，原料处理，包括原料的选择与收购，洗涤（浸泡；流送；翻滚；喷淋），拣选。所需工艺设备：洗果机，拣果机，提升机，流送喷淋洗涤机，拣选输送台等。 二，取汁，包括破碎，打浆，压榨，萃取，粗滤。所需设备：破碎机，管式加热灭酶机，打浆机，榨汁机，萃取罐等。
三，澄清，澄清处理方法包括自然法，明胶单宁法，加酶法，瞬间加热法，冷冻法。分离包括虹吸法，离心法。设备：双联过滤器
四，均质脱气：将原有的悬浮粒子细小化和均匀化的操作，使用设备：胶体磨，均质机。脱气：脱除果蔬组织间隙的气体和榨汁等前道处理过程中夹带入的气体，方法有真空法，酶法，氮气交换法。设备可使用真空脱气机。
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五，糖酸调整：加糖酸法，混合法。设备：配料罐和调配系统。
六，浓缩：用于延长贮藏期，调节生产节奏，节省包装和运输费用。方法：真空法，闪蒸法，冷冻法，反渗透法。设备：真空浓缩器。
七，灌装杀菌：保证质量、便于销售和消费。机理：严密的包装保证产品不受外界的污染，适合的杀菌强度保证杀灭原料中的微生物和钝化其中的酶。设备：喷淋式连续杀菌器、螺旋管式超高温杀菌器、管式高温短时杀菌器、无菌灌装机。
8欧姆加热在食品中的应用
杀菌~~是欧姆加热技术在食品中的主要应用欧姆杀菌技术适于处理粘度较高的液体物料，并可以含有一些颗粒，如肉汤、布丁的商业无菌处理。同时，这一技术还用于一些高粘度物料的消毒，如液态蛋制品、果汁的巴氏杀菌并可与无菌灌装系统进行连用，以加强这些产品的货架稳定性。 欧姆杀菌装置系统主要由泵、柱式欧姆加热器、保温管、控制仪表等。 1、杀菌
流程：具有一定粘度、含颗粒的食品经泵进入到欧姆加热器中, 以垂直于电场的方向流过欧姆加热柱, 物料在2 min 内被加热到需要的温度, 在该温度保温30~ 90 s, 达到要求的灭菌强度, 然后快速冷却、无菌包装。 2、解冻
冷冻食品最终质量不仅取决于冷冻技术，而且还取决于解冻技术，欧姆加热解冻是利用冷冻食品的电导特性，电流通过冷冻食品物料内部，自身产生热量。一般冷冻食品中，仍有5%~10%的水以较高浓度溶液的形式存在，这使通电加热具有可能性。 3、漂烫
欧姆加热技术用于食品漂烫主要是可缩短漂烫时间。
欧姆加热在加热过程中由于具有加热速度快、加热均匀等特点，使得经过欧姆加热的产品具有较好的色、香味等品质，还可用于食品物料的蒸发脱水、发酵等。
8. 画框图解释欧姆加热如何与传统加热设备结合对于食品物料杀菌，并说明：
（1）欧姆加热设备的准备，应用和清洗 （2）传统加热设备可供选择的类型 （3）适于该设备加工的产品
欧姆杀菌是采用通入电流使食品内部产生热量，达到杀菌的目的。采用欧姆加热，则使颗粒的加热速率与液体的加热速率相接近成为可能，并可获得比常规方法更快的颗粒加热速率(约1～2℃/s)，因而可缩短加热时间，得到高品质产品。欧姆加热是利用电极，将50～60Hz的低频交流电流直接导入食品，由食品本身介电性质所产生的热量，而达到直接杀菌的目的
传统加热设备可供选择的类型：燃料炉、标准型电阻炉、盐浴炉
热处理炉分类：1.按热能来源分类：电阻炉；燃料炉2.按工作温度分类：低温炉（≤650℃）；中温炉（650~1000℃）；高温炉（＞1000℃）3.按炉膛介质分类：自然介质炉；浴炉；可控气氛炉；真空炉4.按作业规程分类：周期式作业炉；连续式作业炉
适于该设备加工的产品：欧姆加热技术首先取得成功应用的是在乳品工业中，目前，在带颗粒食品灭菌方面的应用和研究越来越多。欧姆杀菌技术适于处理粘度较高的液体物料，并可以含有一些颗粒，如肉汤、布丁的商业无菌处理。同时，这一技术还用于一些高粘度物料的消毒，如液态蛋制品、果汁的巴氏杀菌，并与无菌灌装系统进行连用，以加强这些产品的货架稳定性。
9根据“苹果汁”和GEA奶粉工厂视频说明工厂的组成。
工厂的组成：（1）生产车间：物料加工所在场所；（2）辅助部门；生产性辅助设施 包括原料的接收和暂存；原料、半成品和成品的检验；成品的包装和贮运；车间内外及工厂内外的运输；机械设备的维修等。动力性辅助设施 包括给排水，锅炉房，供热，通风，废水处理等。生活性辅助设施 包括办公楼、更衣室等。 苹果汁加工：生产车间
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