食品加工 (Food Processing)

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食品加工 (Food Processing)

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食品加工概論

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“ 食品加工”的定義

為延長食品壽命、抑制食品品質的劣化,

而將其轉變為具嗜好性、營養性、安全性

、經濟性等的製品

食品加工係以農產品、畜產品、水產品為 主要原料,用物理的、化學的、微生物學 的方法處理,改變其形態以增加保藏性,

或製造具有新性質的食品。

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“ 食品加工”的分類

• 原料

• 用途

• 製程

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“ 食品加工”的目的

• 防止腐敗及變質

• 提高可食性

• 改善嗜好性

• 改善營養

• 提高便利性:便於儲藏、運送、食用。

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食品的變質與保存

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為何需要保存食品?

• 可食性食物 ( 動物性 / 植物性 ) 取得的方便性

– 無論時間 – 無論地區

• 食品原料的特性

– 變質 – 季節性

• 生活習性及方式的變遷

– 狩獵 農牧 商業交易 工業

革命

• 人口快速的增長

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“ 食品保存”的定義

• 為防止食品受物理、化學作用,以及微生 物、昆蟲之類的生物作用所引起的變質,

以保持食品的品質安全

• 可以延緩或防止食品變質、腐敗的保存方

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食物的變質

• 物理變化

– 溫度

• 冷

• 熱

– 水份

• 化學變化

– 空氣 – 光線 – 酵素

• 微生物變化

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食品為何腐壞?

• 微生物

– 殺菌

• 水活性

• 溫度

• pH

• 密閉容器

• 幅射

• 化學藥劑

• 壓力

• 氧

– 風味 – 褐變

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食品的保存方法

• 罐頭食品

• 低溫食品

• 乾燥食品

• 鹽漬食品

• 糖漬食品

• 發酵食品

• 食品添加物

• 放射線照射

• 食品包裝

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柵欄技術原理

• High temperature (F)

– Heating

• Low temperature (T)

– Chilling, freezing

• Reduced water activity (aw)

– Drying, curing, conserving

• Increased acidity (pH)

– Acid addition or formation

• Reduced redox potential (Eh)

– Removal of oxygen or addition of ascorbate

• Biopreservatives

– Competitive flora such as microbial fermentation

• Other preservatives

– Sorbates, sulfites, nitrites

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Type of Hurdle

• Physical

– Aseptic packaging, electromagnetic energy (microwav e, radio frequency, pulsed magnetic fields, high electri c fields), high temperatures (blanching, pasteurization , sterilization, evaporation, extrusion, baking, frying), i onizing radiation, low temperature (chilling, freezing), modified atmospheres, packaging films (including acti ve packaging, edible coatings), photodynamic inactiva tion, ultra-high pressures, ultrasonication, ultraviolet r adiation

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Type of Hurdle (continue)

• Physicochemical

– Carbon dioxide, ethanol, lactic acid, lactopero

xidase, low pH, low redox potential, low water

activity, Maillard reactionproducts, organic aci

ds, oxygen, ozone, phenols, phosphates, salt,

smoking, sodium nitrite/nitrate, sodium or pota

ssium sulphite, spices and herbs, surface trea

tment agents

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Type of Hurdle(continue)

• Microbial

– Antibiotics, bacteriocins, competitive flora, pro

tective cultures

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Synergistic effects( 協同效應 ) of Hurdle Technology

• Gram-positive bacteria include some of the

more important spoilage bacteria, such as 

C lostridium

Bacillus

 and 

Listeria

. A synerg

istic enhancement occurs if nisin is used a

gainst these bacteria in combination with a

ntioxidants, organic acids or other antimic

robials. Combining antimicrobial hurdles in

an intelligent way means other hurdles can

be reduced, yet the resulting food can have

superior sensory qualities.

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食品熱處理的結果

正面:

 殺死微生物,主要是致病菌和腐败 菌等有害的微生物;

 鈍化 酶

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食品熱處理的結果 ( 續 )

正面:

改善食品的品質與特性,如產生特别的色澤

風味和组織狀態等;

提高食品中营養成分的可利用率、可消化性 等;

破壞食品中不需要或有害的成分,如大豆中 的胰蛋白酶抑制劑 (Tripsin inhibitor)

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負面:

 食品中的營養成分,特别是熱敏性成 分有一定损失

 食品的品質和特性產生不良的變化;

 消耗的能量較大。

食品熱處理的結果

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熱加工的 類型和特點

1. 工業烹飪( Industrial cooking ) 2. 殺菁或熱燙( Blanching or Scaldin

g )

3. 熱擠壓( Hot extrusion ) 4. 熱殺

巴氏 ( 巴斯德 ) 殺菌( Pasteurization ) 商業殺菌( sterilization )

滅菌 (absolute sterilization)

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熱殺 菌的主要分類

• 濕熱殺菌

熱殺菌中最主要的方式之一。它是以 汽、熱水为介質,或直接用蒸汽噴 射式加熱的殺菌法。

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熱殺 菌的主要分類 ( 續 )

• 乾熱殺菌

採用火焰灼燒或乾熱空氣進行滅菌的方法

• 電熱殺菌

亦 稱“ 歐姆殺菌”,利用電極将電流通過物 體,由於電阻差異、介質損耗等的存在,

最 終使電能轉化為熱能,使食品内部產生

热量而達到殺菌的目的。

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罐頭食品的傳熱方式

 傳導 ;

 對流;

 傳導對 流结合型

 幅射

冷点:傳導是依靠物体間接觸進行热量 傳递,在加熱和冷却過程中,物料間出現 温度梯度,傳導最慢一点往往是罐頭的幾 何中心,稱為冷点。

熱能在食品中的傳遞

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殺菌的分類

• 絕對殺菌 (absolute sterilization)

– 使食品達到完全無菌的殺菌處理,要達到完全無菌之程度,必須使食中 的每一顆粒均接受 121 ℃ 之高溫加熱 15 分鐘以上,但有些罐頭食品之內 容物傳熱速度相當慢,可能須數小時才能達完全無菌,此食品品質可能 以變劣至無食用價值。

• 商業殺菌 (commercial sterilization)

– 殺死所有致病菌及會毒素產生的細菌。不過,在常溫無冷藏狀況之商業 儲運過程中,不得有微生物再繁殖,並且無有害人體健康之活性微生物 或孢子存在。

• 巴斯德低溫殺菌 (pasteurization)

– <100℃ ,屬於商業殺菌的一種以殺死病原菌及無芽孢細菌,但無法完全殺滅腐敗 菌。

– 必需儲存在 pH<4.6 、高糖、高鹽或低溫 (0~4℃) 下

• 殺菁 (Blanching)

– 生鮮的食品原料迅速以熱水或蒸氣加熱處理之方式,稱為殺菁 (blanchin g) 。其目的為抑制或破壞食品中的酵素及減少微生物數目。

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加熱殺菌

• 低溫殺菌

– 又稱巴氏德殺菌法( pasteurization ) – 100℃ 以下溫度加熱殺菌

– 一般以 62 ~ 65℃ 加熱 30 分鐘

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加熱殺菌 ( 續 )

• 高溫殺菌

– 又稱商業滅菌( commercial sterilization )

– 100℃ 以上溫度加熱殺菌

– 一般使用高壓殺菌釜( retort ) – 以 110 ~ 120℃ 加熱 10 ~ 30 分鐘

– 畜產品、水產品、蔬菜罐頭或殺菌軟袋食品適

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加熱殺菌 ( 續 )

• 高溫短時間殺菌

( high-temperature short-time pasteuri zation ; HTST )

– 又稱巴氏瞬間殺菌法( flash pasteurizatio n )

– 72 ~ 75℃ 加熱 15 秒鐘

– 用於牛乳、蔬果汁等液狀食品

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加熱殺菌 ( 續 )

• 超高溫瞬間殺菌

( ultra high temperature sterilization

; UHT )

– 殺菌時為 120 ~ 135℃ 加熱 2 秒鐘

– 保久乳即採用此方法殺菌

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罐頭食品

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罐頭食品

• 定義

– 將食物充填於容器中,以脫氣、密封、加熱殺菌後,

因微生物的消滅得以延長食品的保存時間。

• 開山祖師

– 1795 年,法國糖果商 Nicolas Appert – 作法:

• 食物被充填在玻璃瓶中,先以軟木塞輕輕塞住,整個食物及容 器以水浴加熱後,迅速打開軟木塞,以移除玻璃瓶內空氣後,

立即栓緊軟木塞,使食物得以儲存較長時間。

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罐頭食品工業重要里程碑

• 1810 年英國 Peter Durand 使用鍍錫的薄鐵板作成罐頭容 (tin canister) ,並獲得專利

• 1847 年美國開發製罐機

• 1852 年 Raymond Chevallier Appert 發明了蒸汽殺菌斧的 原型機

• 1864 年法國 Louis Pasteur 發現細菌

• 1874 年美罐頭業者 A. K. Shriver 發明高壓蒸煮法

• 1898 年 Julius Brenzinger 發明封口機

– 衛生罐 (sanitary can) ,二重捲封法

• 1950 年殺菌軟袋 (retort pouch) 由美陸軍起頭研究發展

• 1965 年鋁易開罐開發

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罐頭食品的保存原理

• 利用高溫殺菌

• 利用加熱造成罐頭的真空

• 藉密封來防止微生物再污染,及保持真空

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罐頭的製程

1. 原料 2. 調理

依原料特性、加工層次及消費者需求之不同而有所差異

例:蔬果類先經殺菁(blanching) 後再裝罐

容易裝罐

使酵素不活化、色香味及營養價值的保持

去除原料中的空氣

3. 裝罐及添加湯汁

固型量的影響

4. 脫氣、密封、殺菌

罐頭食品的主要的三大過程

5. 冷卻

迅速冷卻至 35℃ ,並擦乾罐表面的水

6. 觀察期

7~10 天

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罐頭的脫氣的目的

1. 防止好氣性微生物的滋長

2. 真空對產品香味、色澤及維生素具保持作 用,防止油脂的氧化及馬口鐵皮的腐蝕作

3. 防止高溫殺菌時罐頭因過度膨脹而受損,

真空會造成罐蓋及罐底的稍為凹陷,以此 判定封罐之完整性

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罐頭的脫氣的方法

• 加熱脫氣法

– 封罐前將食品加熱

• 機械真空脫氣法

– 先加罐蓋並假捲封;再以真空封蓋機於瞬間抽 真空並進行捲封

• 蒸汽脫氣法

– 封罐前以蒸汽直接噴在充填內容物後的罐頭上

部空隙 (head space) 以置換空氣

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罐頭真空度

• 是為罐內氣壓與罐外氣壓之差

• 壓力以水銀柱高度表示,真空度則以英吋 (in.) 表示

– 地球大氣壓力為 14.7 磅 / 平方英吋, 1 磅壓

力的真空度約 2 吋水銀柱高度,因此罐外氣壓

等於 29.5 吋,所以當罐內氣壓為 17 吋時,其

真空度為 29.5-17=12.5(in.)

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馬口鐵 (tin plate)

• 表面 ( 兩面 ) 鍍錫的鋼片 (0.2~0.4mm)

– 1/3 的錫產量用於馬口鐵的製造

– 現代馬口鐵的一般組成為 ( 鋼板層 / 合金層 / 錫 層 / 氧化膜 / 油膜 )

– 優點:

• 防腐蝕及防銹

• 便宜、堅硬、易成型、可錫焊、可塗漆、可印刷等

– 鍍錫法

• 熱浸及電鍍

– Macau

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馬口鐵剖面圖

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馬口鐵罐的製造

• 俗稱三片罐 (three piece can ,分罐身、

罐蓋及罐底 )

– 利用二重捲封法將三片密接無焊錫及焊接溶劑 滲入之虞,又稱衛生罐 (sanitary can)

– 尚有橢圓罐、方型罐、馬蹄型罐 (Spam) 等

• 橢圓罐及方形罐是由馬口鐵皮沖壓而成,是為罐身 及罐底一體的二片罐 (two piece can)

– 空罐指的是馬口鐵皮製成含罐身及罐底

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台灣常用空罐的規格

• 罐徑 ( 外徑 ) : 59.00 mm ~ 156.54 mm

• 最常見的為 4 號罐

– 直徑: 76.84 mm

– 罐高: 113.26 mm

– 容積: 462.30 cm

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罐頭的密封

• 二重捲封法 (double seaming)

– 二重捲封機 (double seamer)

• 軋頭 (chuck)

• 托盤 (lifter)

• 第一捲輪 (first operation seaming roll)

• 第二捲輪 (second operation seaming roll)

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空罐的塗漆

• 塗漆的作用

– 內部塗漆

• 防止內容物與罐金屬接觸時,發生內壁腐蝕及變色

– 外部塗漆

• 防止在高濕度、氣溫變化大、長期儲存時罐頭外部 之生銹

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罐內面的塗漆料

• 依內容物的不同,而有不同的內塗料

– 樹脂塗料 (oleoresinous lacquer)

• 適用於果實、蔬菜及調味魚類罐頭

– C- 塗料 (c-enamel)

• 氧化鋅 + 樹脂塗料

• 適用於含多量蛋白質的魚貝類、肉類

– 殺菌加熱過程中含硫的 cysteine 及 cystine 的游離硫生成硫化氫,

與馬口鐵的鐵生成黑色的硫化鐵。氧化薪可與硫化氫形成無色硫 化氫

• 酚 (phenol) 類途料

– 使用於魚貝類及肉類 – 也用於外部塗料

• 乙烯基 (vinyl) 塗料

– 通長塗於樹脂塗料之上,非常強的覆膜,無味、無臭、無色 – 適用於啤酒、碳酸飲料等

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二重封口機照片

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二重捲封機構造

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二重捲封法圖示

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無錫鋼皮 (tin-free steel plate; TFS)

• 優點

– 在鋼皮上形成氧化鉻覆

– 不與硫反應 – 原料影響面低

• 缺點

– 焊接性不好 – 鉻延展性低

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鋁罐

優點

– 輕

– 不腐蝕

– 與硫接觸不變黑 – 易沖壓成型

– 對中性食品安定,不易 變化

– 無毒性

– 表面易處理上色

• 缺點

– 焊接性不良

– 強度不高 (80% 同厚度 的馬口鐵 )

– 對酸性食物,耐蝕性較 馬口鐵低

– 無磁性

– 高價格 ( 馬口鐵的 3 )

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玻璃容器

• 優點

– 不易與內容物起化學反

– 無腐蝕

– 易成任何形狀 – 透明

– 可開閉

• 缺點

– 透明 – 易破碎

• 需通過 100 磅 / 平方吋 / 分鐘之耐壓試驗

– 導熱性差

• 避免殺菌及冷卻過程中 過度的溫度變化,需耐 42℃ 之溫度變化

– 玻璃碎片

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常見的軟質包材

• 聚烯烴材料

– 聚乙烯 (polyethylene; PE)

• 高密度 / 低密度

• 低溫下

– 良好的強韌性與柔軟性 – 高透氣性

– 聚丙烯 (polypropylene; pp)

• 最輕的塑膠材料之一

• 剛性及耐熱性較 PE 佳

– 聚苯乙烯 (polystyrene; PS)

• 耐酸鹼

• 低拉力強度及衝擊強度

– 聚氯乙烯 (polyvinylchloride; PVC)

• 硬質 ( 無塑化 )PVC- 透明性及機械性佳,低透氣性,適用於擠出容器

• 軟質 ( 塑化 )PVC- 拉力及撕裂強度佳,附著性大,機械性差,適用於 收縮膜包裝

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常見的軟質包材 ( 續 )

– 聚氯亞乙烯 (polyvinylidene chloride; PVD C)

• 質軟、透明、無味、無臭、強韌、低透濕性及低透 氣性,不能熱封

• 一般用於覆在其他材料,具長期保存食品之特性,

如常溫腸

– 聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol; PVA)

• 透明性及光澤性佳,印刷性佳,不帶電不易附著塵 埃,透氣性低、柔軟強韌、耐磨,但透濕性大

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常見的軟質包材 ( 續 )

• 縮合聚合物 (condensation polymer)

– 聚醯胺 (polyamide; PA)

• 耐綸 (nylon; NY)

• 拉力強度、延展性、撕裂強度、耐衝擊強度、耐磨性均佳

• 不耐酸

• 透氣性及透濕性受溫度影響甚劇

• 一般用於積層包材以提高 PE 及 PP 的強度

• 聚乙酯 (polyester; PET)

– 高機械強度、耐高溫、透氣性及透濕性與 PA 類似 – 通常與 PE 及 PP 共同用於殺菌軟袋

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常見的軟質包材 ( 續 )

• 天然纖維素 (cellulose)

– 紙 (paper)

• 木漿

– 牛皮紙,玻璃耐油紙,積層紙,銅版紙,臘紙

– 玻璃紙 (cellophane)

• 木漿經 NaOH 處理

– 透明度佳

– 高耐衝擊及抗張力

– 耐高溫,易著色,著色後穩定 – 抗撕裂強度低

– 吸濕性大,易膨脹

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常見的軟質包材 ( 續 )

• 金屬箔

– 鋁箔 (aluminum foil)

• 無透氣性

• 低光線通透性

• 耐高溫

• 可印刷

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積層包裝

• 複合材料的使用

– 無單層材料可滿足所需求的包裝功能,複合材 料因應而生

• PET/PE/AL/PE- 防氣,防濕,熱封適用於糕餅、點 心、粉末食品

數據

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參考文獻

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