食品工程原理-绪论

食品工业与食品工程原理食品工业：将自然界的物质加工成可食用的生活资料的工业。食品工程：解决实现食品的工业化生产问题。食品工程原理：研究食品加工中工程技术的基本理论、实践方法的一门科学，主要解决三传理论和单元操作的基本问题。31、食品工业的发展2、食品工程原理的研究内容3、食品工程原理的基本概念4、单位与单位换算绪论1.1、食品工业的诞生1.2、国外的食品工业1.3、我国食品工业的发展与成就1.4、食品工业在国民经济中的地位作用1.5、对食品工程技术人才的需要1、食品工业的发展18世纪欧美化学、机械及工程学的发展，促使食品工业的诞生18世纪末，英国有以蒸汽机为动力的面粉厂；1810年法国阿培尔发表“食品贮藏法”，提出排气、密封和杀菌的基本方法，1829年世界上建成第一个罐头厂；1872年美国发明喷雾式奶粉生产工艺，1885年乳品已工业化生产。1.1、食品工业的诞生国际食品工业状况：世界经济发达国家都非常重视农产品加工业和食品工业的发展，均投入大量资金和人力，将现代新的科学技术引入食品工业领域，建立了现代化的食品工业体系；食品加工的范围和深度不断扩展，利用的科学技术也越来越先进。2005年世界食品工业销售额约4万亿美元，其中美国占25、欧洲占20、日本占10；美国、法国、荷兰、日本等国的食品工业产值均居制造业之首，食品工业是国民经济的重要支柱产业。1.2、国外的食品工业产业状况：巴西是南美最大的甜橙种植园、全球最大的橙汁加工国。橙汁出口量占全球橙汁出口量50%，其中冷冻浓缩橙汁出口占国际冷冻浓缩橙汁市场的80%。成功之处：加工转化率高。2000~2001年巴西甜橙总产量为1448万吨，其中1081万吨加工成浓缩汁或原汁，加工率达70%以上。种植加工高度集约化。在巴西圣保罗州及邻近地区，年产值超过120亿美元；甜橙专业协会组织种植、加工，统一面向国内市场和出口。巴西的橙汁加工业产业状况乳品总产量只占世界总量2%，但90%以上产品均出口国外;在全世界115个国家销售黄油、奶酪、奶粉、乳蛋白等800多种产品。乳制品贸易量约占世界总量的1/3。最成功之处优质乳源的建设和管理，如新西兰有约14,000个农场为全国30多家乳品加工厂供应牛奶。乳品贸易的全球化定位和有序管理。新西兰的乳业我国自古有“民以食为天”的谚语，食品消费历来就备受重视。自给自足，食品消费以直接的农产品消费为主。我国食品加工和保藏的历史悠久，在生产实践中积累大量的食品加工经验，开发了许多国际知名产品及其生产技术白酒固体发酵、固态蒸馏技术；豆豉和酱油的固态制曲、半固态发酵技术；饴糖的麦芽酶解、熬煮浓缩与塑压成型技术；蔬菜的腌制泡制加工技术；肉类的烟熏保藏技术等。1.3、我国食品工业的发展与成就直到19世纪末，才开始建立食品加工厂•起步晚•发展慢•技术水平低•核心技术依靠进口随着我国经济的不断发展，近年来食品工业的发展也非常迅猛。20世纪50年代初以来，我国的食品工业发展科分为三个阶段。10我国近代食品工业的起步大概比西方国家迟100年阶段1：平稳缓慢增长阶段（1952~1990年）•劳动生产率比较低•技术依赖进口•食品消费以初级农产品为主•国家对食品工业的发展不够重视。11阶段2：食品工业的觉醒阶段（1990~2003年）•引进先进技术，新增投资，整体发展水平突然迈上了一个新台阶。•1991年食品工业的增速与上年同期相比增长95.96%，1991~1997年的6年间，我国食品工业以每年33.82%的速度在增长。•1998~2003年间年均产值增长654.63亿元。12阶段3：食品工业飞速发展阶段（2003年-现在）•国家重视，大力支持重点技术研发。•年均增速20%以上。•与世界发达国家差距缩小，部分领域接近国际先进，个别领域达到领先。•整体水平仍然较低，与世界先进水平有较大差距，国内市场广阔，发展空间巨大。13中国食品工业发展迅速：已建成了包括食品加工业、食品制造业、饮料制造业和烟草加工业等四大类、62个小类的现代食品工业体系。目前我国食品工业主要呈现以下特点：•一是主要产品总产量居世界前列。(食用植物油、饮料等，啤酒产量世界第一。)•二是产品结构调整取得了进展。各类食品在质量、品种、档次、功能、及包装等方面基本满足了不同层次的需求，新兴的方便、休闲、保健、冷冻食品等市场份额继续扩大。•三是优势企业实力增强，产业集中度不断提高。•四是企业改革取得新进展，科技创新成就喜人。•五是高新技术广泛应用，技术装备水平提高。信息技术、生物技术、纳米技术、新工艺、新材料转化为新业态、新产品。食品工业，乳品、啤酒、方便面等行业的装备技术水平已与世界先进水平同步。142016年中国部分大型食品企业销售收入中粮集团：645亿美元伊利集团：603亿元娃哈哈集团：529亿元双汇集团：518亿元1.4、食品工业在国民经济中的地位作用食品工业已经成为我国国民经济的重要支柱产业年份食品工业总产值（万亿元）占全国工业总产值的比例（%）19660.06726.420021.089.720052.168.220106.108.8201511.3412.017温家宝总理在2002年中国国际农产品深加工--食品工业发展战略研讨会上讲话：食品工业是人类的生命产业，是一个古老而又永恒不衰的常青产业；食品工业的现代化水平已经成为反映人民生活质量高低及国家经济发展程度的重要标志。我国著名经济学家于光远先生将食品工业称为“天”工业：“民以食为天”：质量、安全及数量的重要性；以“天”形容食品工业的产业规模。181.5、对食品工程技术人才需要规模大型化；技术高新化；装备自动化；产销国际化；没有食品工程与食品机械的配套，就没有食品工业的现代化。食品工业发展趋势191、食品工业的发展2、食品工程原理的研究内容3、食品工程原理的基本概念4、单位与单位换算绪论2、食品工程原理的研究内容2.1、课程简介2.2、研究内容2021课程简介学时：60学时教材：赵思明.食品工程原理(第二版)，科学出版社，2016.性质基础内容任务工程性、实践性强专业基础课具有桥梁作用高等数学、物理化学、机械制图等“三传理论”“单元操作”开发、设计、操作、强化开发：选择合适的过程及设备（按经济合理性、技术可行性、污染小、能耗低）设计：选择设备的型号及主要尺寸（根据工艺对设备的要求）操作：如何进行操作和调节以适应生产的不同要求强化：改造现有的生产过程和设备以提高效率（包括增产、降耗、节能）22李云飞，葛克山.食品工程原理（第三版），中国农业大学出版社，2014.刘伟民，赵杰文.食品工程原理，中国轻工业出版社，2017.冯骉.食品工程原理（第二版），中国轻工业出版社，2013.杨同舟.食品工程原理（第二版），中国农业出版社，2011.参考书23中国食品论坛中国食品工程网食品商务网食品论坛相关网站24食品工业：利用物理和化学方法将自然界的各种物质加工成食物的工业。包括的门类繁多，如粮食加工、食用油脂、肉类加工、乳品、糕点、制糖、制盐、制茶、卷烟、酿酒、罐头等二十多个不同行业。特点：原料来源广泛；生产具有季节性；产品销售具有普遍性；生产具有一定的地方性。2、食品工程原理的研究内容25原料特点⑴热敏性：如蛋白质遇热容易变性，要求温度低、时间短。⑵易氧化性：如脂肪成分在高温下易氧化变质，要求少量空气、O2少，时间短、不锈钢。⑶易腐败性：如微生物生长繁殖。产品要求⑴营养卫生，色、香、味⑵经济性工序一个生产过程是由许多生产工序组合而成26从原料到成品（产品）这个过程叫食品的生产过程原料前处理食品加工后处理产品除去杂质达到必要的纯度，物理变化过程除物理操作外，生成新的物质，化学变化过程，如食品风味形成精制、分离达必要的纯度，物理变化过程食品生产过程包括化学反应过程和物理加工过程。食品工程原理研究：食品生产过程中除化学反应的物理过程。27举例：全脂乳粉生产的工艺流程F≥12%80～85℃，30sF≥40～45%空气温度180～200℃，牛乳温度40～45℃28再如：大豆萃取法制油的工艺流程大豆→预处理（筛选、粉碎、去皮、压片）→浸取（正己烷）→过滤→蒸发脱溶剂→离心脱胶→碱炼（脱酸）→脱色（白土）→脱臭→…→检验→成品（产品）29上述产品的原料形式、加工工艺都有很大的不同，但都包含了流体的输送、物质的分离、加热等不同的物理操作过程。这些工序就是单元操作。单元操作原理、设备结构是食品工程原理研究的范畴。1、单元操作30均为物理操作，只改变物料的状态或物理性质，不改变其化学性质。食品生产过程中共有的操作，例如：加热操作，在奶粉生产中浓缩需要加热，在大豆油生产中脱臭也需要加热。设备可通用。例如上面的奶粉和制油工业中，虽然生产过程不同，但都可以使用同样的加热器进行加热。单元操作的特点31按操作的理论基础划分：以动量传递理论为基础——流体输送、搅拌、沉降、过滤，离心分离以热量传递理论为基础——加热、冷却、蒸发、冷凝以质量传递理论为基础——蒸馏、吸收、吸附、萃取单元操作的分类上述三种理论，我们称之为“三传理论”。32举例名称原理设备传递原理流体输送依据外力的作用将流体从一个设备输送到另一个设备泵风机动量传递传热使冷热物料间由于温度差而发生热量传递，以改变物料的温度或相态的操作换热器热量传递吸收利用均相气体混合物在液体溶剂中溶解度的不同以实现气体混合物的分离操作吸收塔（填料）质量传递精馏利用均相液体混合物中各组分的挥发度不同使液体混合物分离的操作蒸馏塔（板式）质量传递33动量传递（momentumtransfer）:流体流动时，其内部伴随着动量传递，故流体流动过程也称为动量传递过程。凡遵循流体流动基本规律的单元操作均可用动量传递理论研究。热量传递（heartransfer）:物料的加热或冷却过程也称为物体的传热过程。凡遵循传热基本理论的单元操作均可用热量传递理论研究。质量传递（masstransfer）:两相间的传递过程称为质量传递。凡遵循传质基本理论规律的单元操作均可用质量传递理论研究。2、三传理论34单元操作和三传理论都是食品工程技术的理论和实践基础。三传理论是单元操作的理论基础；单元操作是三传理论在生产中的具体应用。有些单元操作都会包含两种或两种以上的传递理论。单元操作与三传理论的关系35茶饮料生产工艺流程361、食品工业的发展2、食品工程原理的研究内容3、食品工程原理的基本概念4、单位与单位换算绪论3、食品工程原理的基本概念373.1、物料衡算3.2、能量衡算3.3、物系的平衡关系3.4、传递速率3.5、经济核算383.1、物料衡算（materialbalance）为弄清生产过程中原料、成品及损失的物料数量，必须进行物料衡算。质量守恒定律：在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。对于物料衡算来说，则是进入与离开某一加工过程的物料质量之差等于该过程中积累的物料质量。39物料衡算是质量守恒定律的一种表达形式，即ΣGΙ=ΣG0+ΣGA式中ΣGΙ-输入物料的总和，ΣG0-输出物料的总和，ΣGA-积累的物料量。若积累的物料量为零，即连续生产或定态过程，则ΣGΙ=ΣG040物料衡算的步骤：1）画出过程框图，用进入箭头表示输入的物料，用引出箭头表示输出的物料。在每个箭头上标出物料的名称，物料量，成分含量，温度，密度等。所有数据都标在图上。2）选择计算基准。多数情况下，图中给出一种物料的量，可以以它作为计算基准。否则，可指定一种物料量为100kg作基准。3）作物料衡算。衡算可以是对总量的，也可对某种成分的。41例0-1将含4%脂肪的原料乳通过离心分离得到脂肪含量为0.45%的脱