食品加工 (Food Processing)
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食品加工概論
“ 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。
“ 食品加工”的分類
• 原料
• 用途
• 製程
“ 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。
食品的變質與保存
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
“ 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 法
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
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
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
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
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
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
Type of Hurdle(continue)
• Microbial
– Antibiotics, bacteriocins, competitive flora, pro
tective cultures
Synergistic effects( 協同效應 ) of Hurdle Technology
• Gram-positive bacteria include some of the
more important spoilage bacteria, such as
C lostridium,
Bacillusand
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.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
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)
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
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. 熱殺菌
巴氏 ( 巴斯德 ) 殺菌( Pasteurization ) 商業殺菌( sterilization )
滅菌 (absolute sterilization)
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 蒸汽、熱水为介質,或直接用蒸汽噴 射式加熱的殺菌法。
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。
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
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。
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
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
用
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
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
罐頭食品
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。
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 器 (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
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
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
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 用
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
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
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.)
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
馬口鐵剖面圖
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
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
3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)
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
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
二重封口機照片
二重捲封機構造
二重捲封法圖示
無錫鋼皮 (tin-free steel plate; TFS)
• 優點
– 在鋼皮上形成氧化鉻覆 膜
– 不與硫反應 – 原料影響面低
• 缺點
– 焊接性不好 – 鉻延展性低
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 倍 )
玻璃容器
• 優點
– 不易與內容物起化學反 應
– 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
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
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
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
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
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
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