13 第十三章 食品加工中的新技术应用.ppt

第1页：食品加工学封面

课程名称

食品加工学（Food Processing）

第2页：第十三章内容导览

第十三章 食品加工中的新技术应用：本章共设八节。

• 1. 挤压/膨化（Slide 003）
• 2. 超微粉碎（Slide 019）
• 3. 微胶囊化（Slide 032）
• 4. 超临界萃取技术（Slide 066）
• 5. 电磁波技术（Slide 088）
• 6. 现代生物技术（Slide 099）
• 7. 非破坏性品质评价技术（Slide 113）
• 8. 食品加工领域废水处理技术（Slide 138）

第3页：膨化的定义与分类

§13-1 挤压膨化技术

膨化

利用相变和气体的热压效应原理，使被加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀，并依靠气体的膨胀力带动组分中高分子物质结构变性，使之成为具有网状组织结构特征、定型的多孔状物质的过程；以此工艺生产的食品称为膨化食品。

按工艺条件分类

一类利用高温，如油炸、热空气、微波膨化；另一类利用温度和压力的共同作用，如挤压膨化、低温真空油炸。挤压膨化可实现连续化、自动化生产，产量大而稳定。

挤压

一般食品物料在压力作用下定向地通过一个模板，连续成型地制成食品的方法，产品有膨化与非膨化两种。

按工艺过程分类

直接膨化法（一次膨化法）：原料在膨化设备中经加热、加压再降温减压而膨化；间接膨化法（二次膨化法）：先制成半熟的食品毛坯，再经微波、焙烤、油炸、炒制等第二次加工得到酥脆产品。

第4页：挤压膨化的机理

挤压成型

物料经预处理（粉碎、调湿、预热、混合等）后，在螺杆强行输送和推动下通过一个专门设计的小孔（模具），形成一定形状和组织状态的产品。

膨化机理

原料主要是含淀粉较多的谷物粉、薯粉或生淀粉，由许多排列紧密的胶束组成；物料进入套筒后经强制输送、压延效应及加热产生高温高压，被挤压、混合、剪切、混炼、熔融、杀菌和熟化，胶束被完全破坏形成单分子，淀粉糊化，晶体结构被破坏，此时水分仍为液态。物料从压力室挤到大气压下后，超沸点水分瞬间蒸发产生膨胀力，溶胶淀粉瞬间膨化，体积突然增大而形成酥松结构。

定义

挤压膨化食品是指将原料经粉碎、混合、调湿，送入螺旋挤压机，经高温蒸煮并通过特殊设计的模孔而制得的膨化成型食品；实际生产中一般还需烘焙或油炸以降低水分、延长保藏期并改善风味质构。

第5页：挤压膨化工艺流程与参数

工艺流程：原料 → 混合 → 调理 → 挤压蒸煮、膨化、切割 → 焙烤或油炸 → 冷却 → 调味 → 称重、包装。

总水量

一般控制在 15% 左右

螺杆转速

200～350 转/分

温度

120～160 ℃

机内最高工作压力

0.8～1 兆帕

停留时间

10～20 秒

模孔后水分

因水蒸汽迅速外逸、体积急剧膨胀，水分降至 8%～10%；再经烘焙、油炸降至 3% 以下

冷却包装

调味后在较低空气湿度下经传送带冷却除去部分水分，随即包装

第6页：挤压过程中物料成分的变化

物料在挤压机中发生复杂的物理、化学、生物反应，使最终产品在质构、组成、表现等理化特性及营养上发生很大变化。

• 挤压技术广泛用于快餐、早餐食品、固态饮料及小食品等行业
• 以下就三大营养素——碳水化合物、蛋白质及脂肪在挤压过程中的变化分别阐述

第7页：挤压过程中的纤维

（一）纤维：包括纤维素、半纤维素和木质素，在食品中通常充当填充剂。

• 挤压后纤维总量变化的研究结果差异较大，但较一致的结论是：纤维经挤压后可溶性膳食纤维的量相对增加，一般增加量在 3% 左右，原因是高温、高压、高剪切促使纤维分子间价键断裂、分子裂解及分子极性变化
• 纤维原料主要来源于甜菜、玉米、水果、燕麦、豌豆、稻谷、大豆及小麦等
• 纤维主要影响膨化度，一般膨化度随纤维添加量增加而降低；豌豆和大豆纤维膨化能力较好，在以淀粉为主原料的食品中添加量达 30% 对膨化度也无显著影响；燕麦麸及米糠因蛋白质、脂肪含量较高而膨化能力差

第8页：挤压过程中的淀粉、亲水胶体与糖

（二）淀粉

挤压促使淀粉分子内 α-1,4 苷键断裂，生成葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖及麦芽糊精等低分子量产物，淀粉含量下降；但主要作用是促使分子间氢键断裂而糊化。糊化度受挤压温度、物料水分、剪切力、螺杆结构、滞留时间及模头形状影响。就膨化度而言，直链淀粉含量升高则膨化度降低，50% 直链淀粉与 50% 支链淀粉混合挤压可得到最佳膨化效果；小麦、玉米、大米等谷物淀粉膨化效果较好，块茎淀粉兼具良好膨化性能与粘结能力。

（三）亲水胶体

阿拉伯胶、果胶、琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、瓜儿胶、槐豆胶等经挤压后成胶能力普遍下降；其亲水特性会降低产品水分蒸发速率及冷冻速率，提高质构性能。选用时需综合考虑粘稠性、成胶性、乳化性、水化速率、分散性、口感、操作条件、粒径及原料来源。

（四）糖

糖具有亲水性，可调控物料水分活度从而影响淀粉糊化；高温高剪切使糖分解产生羰基化合物，与蛋白质、游离氨基酸或肽发生美拉德反应而影响颜色；添加一定量糖可提高模口出口时的膨化效果。常用糖有蔗糖、糊精、果糖、淀粉糖浆、果汁、糖蜜、木糖和糖醇等。

第9页：挤压过程中的蛋白质

从物理特性说，挤压使蛋白质转变成一种均匀的结构体系；从化学观点说，挤压是以某种方式使贮藏性蛋白质重新组合成有一定结构的纤维状蛋白体系。

• 挤压温度在一定范围内上升，产品的组织化效果好
• 高热处理引起结构变化：肽键水解、氨基链变性和新共价异肽键形成等
• 蛋白质在低水分条件下对热的抵抗力强些
• 结论：挤压对蛋白质最大的影响在于先将其分离，然后又重新组合成一种经调整的纤维状结构

第10页：挤压过程中的脂肪

挤压食品往往具有较大的货架期，原因有三：

1. 原料经挤压后淀粉糊化、蛋白质变性、生长抑制因子被破坏，脂肪氧化酶和脂肪水解酶也被破坏，同时起到很好的杀菌作用
2. 挤压产品的水分含量一般较低
3. 脂肪与淀粉、蛋白质形成复合物，降低保存时的氧化现象

许多研究表明，原料中绝大多数脂肪与淀粉、蛋白质形成复合物，使挤出物中游离脂肪含量下降，例如玉米经挤压后游离脂肪由 3.11% 下降到 0.98%。实验原料含 70% 淀粉、9% 蛋白质和 5% 脂肪，螺杆转速 700 转/分、进料速率 158 克/分，结果约 2/3 的游离脂肪在挤压中变为复合体。复合体生成量与挤压温度直接相关：100 ℃ 以下随温度升高略有增多，100 ℃ 以上随温度升高反而明显下降。

第11页：脂肪复合体生成的影响因素

主要因素

挤压温度和水分含量是影响复合体生成量的主要因素，螺杆转速影响较小。挤压温度越高，游离脂肪含量越高、复合体生成量越小；水分含量越高，游离脂肪含量也越高、复合体生成量也越小。

与货架期的关系

挤出产品游离脂肪含量高，易发生脂肪氧化酸败，缩短货架期。

脂肪复合体的作用

使脂肪受到淀粉和蛋白质的保护作用，降低脂肪氧化速度和氧化程度，延长货架期；并改善产品质构和口感。

需注意：脂肪复合体虽可减轻氧化，但不能彻底防止脂肪氧化酸败，必要时仍需加入抗氧化剂。

第12页：挤压小吃食品的加脂方法

小吃食品含油量在 20% 以上会提高口味、产生继续想吃的食欲，但过多则油腻且不利保存。加脂有两种基本方法：

• 挤压后将油脂喷涂在产品上：最终含脂量相同时易产生腻口感、易氧化，油脂粘涂包装袋并粘附细碎屑，影响外观与食欲
• 挤压前将油脂均匀混合在原料中：因脂肪复合体形成而减少上述现象

原料中混入一定量脂肪可改善质构口感，但会影响膨化率：脂肪含量在 10% 以下时影响很小，含量较高则膨化率明显下降。脂肪含量相同时，复合体生成量越多，产品膨化率越高。

第13页：挤压过程中的维生素与矿物质

维生素损失较小的原因

挤压属高温短时过程，物料在套筒中停留时间短；挤出后因水分闪蒸带走大部分热量，物料在短时间内由 120～200 ℃ 迅速降至 70～80 ℃；且物料在套筒中与空气接触少，故维生素 A、维生素 C 等易氧化维生素不会因氧化产生过多损失。

各维生素表现

维生素 B₁ 受热不太稳定，pH 值高时稳定性更差；维生素 B₂ 与烟酸的热稳定性相对较好。

矿物质

挤压过程中变化很小；常按营养需要添加铁、钙、碘、镁、锌等，常用硫酸亚铁、硫酸锌、碳酸钙、三磷酸钙、碘盐等，加工中一般不发生变化，因添加量少对组织结构、口感和膨化度基本无影响。添加铁盐时游离亚铁离子会影响色泽和风味并提高脂肪氧化速度；有资料报道盐的加入会提高淀粉糊化率。

第14页：挤压过程中的甜味剂、调味料与色素

甜味剂

常用蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、淀粉糖浆、果葡糖浆、甜菊苷、糖精、阿斯巴甜等。糖在挤压中呈熔融状态，温度超过 250 ℃ 易产生焦糖化，焦糖色暗味苦影响口味；糖还易引发美拉德反应造成氨基酸损失，并降低膨化率与淀粉糊化率。一般膨化小吃食品中糖含量控制在 10%～15% 即可获得较满意口感。加入方法一为混入原料（混合均匀、风味柔和，但需控制用量以免影响膨化度与糊化度），二为与调味料一起喷撒表面（入口较甜、易吸潮，需先将糖粉碎成精粉或细晶粒），生产中多将两法结合。

调味料

因挤压为高温高压过程，调味料中的挥发性风味物质损失较大，故使用量较大。

色素

常用类胡萝卜素、姜黄素、红曲色素等，也有柠檬黄等合成色素；用量少，保持均匀性十分重要，否则会形成色淀、色斑而色泽不均。

第15页：膨化设备类型

• 挤压膨化机
• 气流膨化机
• 微波膨化设备
• 油炸膨化设备

螺杆挤压机

食品挤压膨化机指螺杆挤压机，实质是装在卧式柱状机筒里的螺旋输送机；因出料模孔开孔截面远小于机筒与螺杆横截面之间的空隙，物料在出口模具处受阻产生阻力，使物料进入挤压机后的输送过程始终处于连续被压缩状态。有的挤压机在机筒内具有轴向凸起结构。

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第18页：挤压技术发展趋势

食品挤压技术是近年发展的新技术，是加工食品的新途径，蒸煮挤压机已在许多加工过程中运转并受到各国普遍重视。主要研究方面：

1. 工艺研究，开拓更广泛的应用领域：如用低值动物蛋白生产高价值的仿真食品，用挤压技术生产变性淀粉、糖果、巧克力、酪蛋白和发酵制品
2. 实现挤压机的自动化开机过程：由计算机自动调节转速、加水量、蒸汽量、糊化物量和干物料量，使其尽快达到稳定工作状态；并通过对出口温度、压力、机筒温度和机械比能耗等参数的连续测量进行质量控制，由计算机反馈最佳调节值以连续稳定控制产品质量
3. 探求采用特别耐磨的优质材料制造螺杆元件和机筒，提高加工过程的稳定性
4. 研究自动开机阀，简化开停机操作步骤，节省开停机时间和物料损失

第19页：超微粉碎技术概述

§13-2 超微粉碎技术概述

简介

超微粉碎是近 20 年迅速发展起来的一项高新技术，能把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉，已在化工、医药、食品、农药、化妆品、染料、涂料、电子、航空航天等许多领域得到广泛应用。

第20页：超微粉碎的定义

定义

超微粉碎一般是指将 3 mm 以上的物料颗粒粉碎至 10～25 μm 以下的过程。

性能变化

颗粒微细化导致表面积和孔隙率增加，超微粉体具有独特的物理化学性能，如良好的分散性、吸附性、溶解性、化学活性等，因此应用领域十分广泛。

第21页：在中药加工中的应用

二、应用——1. 在中药加工中的应用

细胞级粉碎

中药的超微粉碎当前主要指细胞级粉碎，即以破碎动植物类药材细胞壁为目的的粉碎作业。运用现代超微粉碎技术可将原生药粉碎到 5～10 μm 以下，在该细度条件下一般药材细胞的破壁率 ≥95%，从而表现出增加药物吸收率、提高药效、节省原料等优势。

第22页：在食品加工中的应用

2. 在食品加工中的应用：在软饮料加工、果蔬加工、粮油加工、水产品加工、功能性食品加工行业、巧克力生产、调味品加工等领域都有应用。

经超微粉碎技术加工后的茶粉、面粉、珍珠粉、骨粉等产品具有易于吸收、口感好等优点。

第23页：在生物制品与其他方面的应用

3. 在生物制品中的应用

如用聚山梨酯-80 修饰的纳米粒，能促使多肽类药物透过血-脑脊液屏障。

4. 其他方面的应用

如磁带用磁粉、涂料用 TiO₂ 等的超微粉已引起人们的重视。

第24页：机械冲击式粉碎机

三、主要设备及其应用——1. 机械冲击式粉碎机

• 粉碎效率高、粉碎比大、结构简单、运转稳定，适合于中、软硬度物料的粉碎
• 不仅具有冲击和摩擦两种粉碎作用，还具有气流粉碎作用；产品细度一般可达到 d₉₇＝10 μm，配以高性能精细分级机后可生产 d₉₇＝5～10 μm 的超细粉体
• 因高速运转存在磨损与发热问题，对热敏性物质的粉碎需采取适宜措施

第25页：气流粉碎机

2. 气流粉碎机

原理

以压缩空气或过热蒸汽通过喷嘴产生的超音速高湍流气流作为颗粒载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性挤压、摩擦和剪切等作用而达到粉碎目的。

优点

与普通机械冲击式超微粉碎机相比，可将产品粉碎得很细（d₉₇ 粒度可达 2～40 μm），粒度更均匀；气体在喷嘴处膨胀可降温，粉碎过程没有伴生热量、温升很低，特别适合低熔点和热敏性物料。

存在问题

设备制造成本高、一次性投资大、能耗高，能量利用率只有 2% 左右，粉体加工成本太大；难以实现亚微米级粉碎，产品粒度在 10 μm 左右效果最佳，10 μm 以下产量大幅下降、成本急剧上升。

第26页：普通球磨机

3. 普通球磨机：是用于超微粉碎的传统设备。

• 特点：粉碎比大、结构简单、机械可靠性强、磨损零件容易检查和更换、工艺成熟、适应性强，产品粒度可达 20～40 μm
• 不足：产品粒度要达到 20 μm 以下时效率低、耗能大、加工时间长，例如将珍珠磨到几百目需十几个小时

第27页：振动磨

4. 振动磨

原理

用弹簧支撑磨机体，由内带偏心块的主轴使其振动，运转时通过介质和物料一起振动将物料粉碎。

特点

介质填充率高（一般为 60%～80%），单位时间内作用次数高（冲击次数为球磨机的 4～5 倍），效率比普通球磨机高 10～20 倍而能耗低数倍；通过调节振幅、振动频率、介质类型、配比和粒径可加工不同粒度产品，平均粒径可达 2～3 μm 以下，脆性较大的物质较易得到亚微米级产品。

近年受重视的原因

对某些物料可达到亚微米级，同时有较强的机械化学效应，且结构简单、能耗较低、磨粉效率高、易于工业规模生产。

第28页：搅拌磨

5. 搅拌磨：由球磨机发展而来。

• 同普通球磨机相比，采用高转速、高介质充填率及小介质尺寸，获得极高的功率密度，使细物料研磨时间大大缩短，是超微粉碎机中能量利用率最高、很有发展前途的一种设备
• 加工小于 20 μm 的物料时效率大大提高，成品平均粒度最小可达数微米；高转速搅拌磨可用于最大粒度小于微米以下的产品，已在颜料、陶瓷、造纸、涂料、化工产品中成功应用
• 目前工业大规模应用存在处理量小和磨损成本高两大难题，随高性能耐磨材料出现有望解决

第29页：开发中药超微粉体与新型散剂

四、前景展望

1. 进一步开发保健滋补中药超微粉体

如大枣、龙眼肉、枸杞子等药食兼用的中药和花粉、孢子类等来源稀少、价格昂贵的滋补中药，可提高疗效。

2. 开发新型的超微细中药散剂

目前散剂加工技术多数水平较低，粉粒较大且不均匀，不利于药物充分吸收，甚至产生局部刺激作用；采用超微粉碎技术可提高产品质量和药效。

第30页：疗效型化妆品与靶向制剂

3. 逐步开发超微细中药粉体疗效型化妆品及日用品

如中药祛斑霜、中药美唇膏等，前景十分可观。

4. 超微细胞与药物研制成新型的靶向制剂

将为一些疗效好而不良反应大的药物的开发与利用找到新的出路。

第31页：促进食品工业深加工

5. 促进食品工业的深加工，提高产品附加值

提高食品的口感，且有利于营养物质的吸收；原来不能充分吸收或利用的原料被重新利用，配制和深加工成各种功能食品，开发新食品饮料，增加食品品种，提高资源利用率。

第32页：微胶囊化技术概述

§13-3 微胶囊化技术（Microencapsulation processes）

定义

将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中。包封用的壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材可以是单一的，也可以是复合的。

尺度

囊壁厚度一般为 0.1～200 μm；微胶囊粒子大小因制备工艺及用途不同而不同，理论上可以制成 0.01 μm～1000 μm 的微胶囊。

第33页：微胶囊食品内容框架

微胶囊食品

微胶囊的概念；微胶囊技术的发展状况

微胶囊技术基础

微胶囊的心材与壁材；微胶囊化方法的分类；微胶囊化方法选择的依据；微胶囊化的步骤；微胶囊的功能

第34页：微胶囊化方法一览

微胶囊化的方法：

• 喷雾干燥法
• 喷雾冷却法和喷雾冷冻法
• 空气悬浮成膜法
• 挤压法
• 凝聚法
• 复相乳液法
• 熔化分散与冷凝法
• 囊心交换法
• 粉末床法
• 界面聚合法
• 原位聚合法
• 锐孔-凝固浴法
• 包结络合物法
• 微胶囊化香料和风味料

第35页：微胶囊常用壁材分类表

微胶囊制备过程中常用的壁材：按下表分类。

原文为竖排粘连文本，按「类别／壁材／特点」三列还原；无机材料一行原文未给出特点说明，以「—」占位，建议对照原课件图片核对。

第36页：微胶囊英文内容目录

Contents

• Introduction
• Application
• Wall materials of microcapsules
• Encapsulated ingredients in animal products
• New capsule forms
• Conclusion

第37页：微胶囊化技术目的

Introduction

技术要点

微胶囊化技术主要是利用一些可形成膜的物质，进行核心物质包埋及胶囊化的一种技术。

目的

保护核心物质，避免直接受光、热、氧等影响而产生变化，并可在特定条件控制下释出核心物质，产生特殊的效果。

第38页：微胶囊的特性

• 囊壁：多由聚合物（polymer）构成，包覆与保护核心物质，常为无缝、固态的薄膜；采用天然高分子材料壳聚糖、聚赖氨酸、海藻酸钠等
• 大小：1～5000 μm；直径在 50 微米～5 毫米之间可控，膜厚度在 1～20 微米之间可控
• 形状：以圆形为主，也有不规则形
• 物理形式：一般为粉末或悬浮体

第39页：微胶囊基本制备流程

微胶囊的基本制备流程：本页为流程图，展示由芯材分散、壁材包覆到固化成囊的主要步骤，具体环节建议对照原课件图片核对。

第40页：微胶囊化主要工艺一览

Microencapsulation processes

• Spray drying（喷雾干燥法）
• Air suspension coating（空气悬浮成膜法）
• Extrusion（挤压法）
• Spray cooling and Spray chilling（喷雾冷却法和喷雾急冷法）
• Coacervation (phase separation)（凝聚／相分离）

第41页：喷雾干燥法

Spray drying

喷雾干燥法是食品工业中最常用的微胶囊化方法，即将芯材分散于壁材溶液中形成乳化液，再经雾化与热风干燥一步成囊。本页附 Spray drying system 示意图，建议对照原课件图片核对。

第42页：空气悬浮成膜法

Air suspension coating

空气悬浮成膜法（流化床包衣）以气流使芯材颗粒悬浮，再将壁材溶液喷涂于其表面并干燥成膜。本页附 Schematic of a conventional air suspension system 示意图，建议对照原课件图片核对。

第43页：挤压法

Extrusion

挤压法是将芯材分散于熔融壁材中，经模孔挤出滴入凝固浴（或冷却介质）中固化成囊的方法。本页附 Schematic of extrusion process 示意图，建议对照原课件图片核对。

第44页：喷雾冷却法与喷雾急冷法

Spray cooling

45～67 ℃

Spray chilling

32～42 ℃

两者均以熔融脂质类壁材雾化后遇冷固化成囊，区别主要在于所用壁材熔点与操作温度区间。本页附喷雾干燥系统示意图，建议对照原课件图片核对。

第45页：凝聚法（相分离）

Coacervation (phase separation)

• Simple coacervation（单凝聚）
• Complex coacervation（复凝聚）

本页附基于相分离的微胶囊化工艺流程示意图，建议对照原课件图片核对。

第46页：离心挤出法

Centrifugal extrusion

离心挤出法借同心喷嘴与旋转离心力使芯材与壁材同时挤出并形成液滴，落入凝固浴中固化成囊。本页附离心挤出形成的微胶囊颗粒图（Benoit et al., 1996；Dziezak, 1988）。

第47页：旋转悬浮分离法

Rotational suspension separation

旋转悬浮分离法利用旋转圆盘或筒体产生的悬浮与离心作用，使芯材与壁材在旋转体系中成囊并分离。本页附 Rotational suspension separation system 示意图（Benoit et al., 1996；Dziezak, 1988）。

第48页：包结络合物法

Inclusion complexation

包结络合物法以 β-环糊精等具有疏水空腔的分子为主体，将风味物等客体分子包结于空腔内形成微胶囊。本页附 β-Cyclodextrin 分子结构及其平面表示图（Dziezak, 1988）。

第49页：壁材：乳清蛋白

Application — Wall materials of microcapsules：Whey protein（乳清蛋白）

本页给出不同芯材载量（50-WPI、75-WPI）的微胶囊化乳脂肪以及壁材（BW）、芯材（B-AMF）在 50 ℃、有光照（A）与无光照（B）条件下的吸氧量比较（Moreau and Rosenberg, 1996），建议对照原课件图片读取具体曲线数值。

第50页：壁材：酪蛋白

Wall materials of microcapsules — Casein（酪蛋白／干酪素）

• Biodegradable, harmless and cheap（可生物降解、无害、价廉）
• Prevent the UV exposure（防止紫外线照射），适用于对紫外线极为敏感的某些生物抗生素

第51页：微胶囊化食盐

Encapsulated salt

Wall material：Hydrogenated soybean oil（氢化大豆油）；Application：Meat, baking, snack food, pizza 等。以氢化处理的大豆油包覆食盐，可控制其在食品中的释放与吸潮。

第52页：微胶囊化双歧杆菌

Bifidobacteria（双歧杆菌）

Core：Bifidobacterium pseudolongum；Wall：CAP（cellulose acetate phthalate，邻苯二甲酸醋酸纤维素）；Method：Coacervation（phase separation，凝聚／相分离）。

所处介质 pH

胃液 Gastric juice：pH 1.33；肠液 Intestinal juice：pH 7.43；MRS 肉汤：pH 6.06；蛋白胨水 Peptone water：pH 7.13。

第53页：双歧杆菌在模拟胃液中的存活

Bifidobacteria：本页给出冻干的 B. pseudolongum 在模拟胃液中的存活曲线（Rao et al., 1989），用以评价微胶囊包埋对菌体耐酸性的保护作用，具体数值建议对照原课件图片核对。

第54页：微胶囊化维生素

Microencapsulated vitamins

Vit. A、B₁、B₂、B₃、B₆、B₁₂、C、D₂、D₃、E、K、Biotin（维生素 H、生物素）、Folic Acid（叶酸）、Calcium Pantothenate（泛酸钙）等。

Applications

用于提高维生素在加工与贮藏中的稳定性并控制释放。

第55页：β-胡萝卜素微胶囊稳定性

本页给出以麦芽糊精（maltodextrin）喷雾干燥包埋的 β-胡萝卜素在贮藏期间的稳定性曲线，反映微胶囊化对色素保留率的改善效果，具体数值建议对照原课件图片核对。

第56页：微胶囊化矿物质

Microencapsulated minerals

Iron、copper、iodine（铁、铜、碘）等。

Applications

微胶囊化可提供掩味（taste masking）、避免组分间相互作用并提高稳定性。

第57页：微胶囊化氨基酸

Microencapsulated amino acids

Methionine（蛋氨酸）、valine（缬氨酸）、cysteine（半胱氨酸）、leucine（亮氨酸）、isoleucine（异亮氨酸）、glutamine（谷氨酸盐）等。

Applications

用于掩蔽不良风味、避免与食品其他组分相互作用并控制释放。

第58页：微胶囊化风味物质

Flavor：微胶囊化风味料的作用包括——

• Reduce the reactivity of the core with regards to the outside environment（降低芯材与外界环境的反应性）
• Decrease the evaporation or transfer rate of the core material to the outside environment（降低芯材向外界环境的挥发或迁移速率）
• Promote（促进芯材在加工与食用过程中的稳定与可控释放）

第59页：微胶囊化酸化剂

Acidulants（酸化剂）：在发酵肉制品中使用微胶囊化酸化剂的作用——

• Consistent control of the acid level（pH）in fermented meats（稳定控制发酵肉中的酸度）
• Production rate（提高生产效率）
• Protection against microbial growth（抑制微生物生长）
• Excessive fermentation time eliminated（消除过长的发酵时间）
• Easy to use（使用方便）

第60页：商品酸化剂与发酵工艺对比

Acidulants：本页比较商品酸化剂（Commercial acidulants）与采用发酵剂培养物的发酵工艺（fermentation using the starter culture process）在酸度下降速率与产品品质上的差异，建议对照原课件图片核对曲线。

第61页：微胶囊应用芯材研究表

相关研究：微胶囊应用实例如下表。

原文为竖排粘连文本，按「应用／芯材／制备方法或壁材」三列还原；「牛乳 IgG」一行原文未给出制备方法，以「—」占位，建议对照原课件图片核对。

第62页：瘤胃稳定释放系统

New capsule forms：Rumen stable delivery systems

• Provide nutrients to the small intestine in the ruminant animal（在反刍动物小肠中提供养分）
• Improved milk production（提高产奶量）
• 典型产品：Microencapsulated choline（微胶囊化胆碱）

第63页：两阶段释放的种子型产品

“Seeded” product

该产品提供两阶段释放：1. The seeds release their contents（种子先释放其内容物）；2. The active ingredient in the core is released（随后芯材中的活性成分被释放）。

第64页：微胶囊化褐变剂

Browning agent

• Maillard reaction（美拉德反应）
• Giving food attractive color（赋予食品诱人色泽）
• Decreased cook time（缩短烹调时间）
• Improved texture（改善质构）
• Application：Meats, bread, and microwaved foods（肉类、面包及微波食品等）

第65页：微胶囊技术应用小结

Conclusion

• Fitting well（包埋方式与产品需求良好匹配）
• Factors：成品所需的功能特性（Functional properties desired in the finished product）、包埋材料类型（Type of coating material）、加工条件（Processing conditions）、释放类型（Type of release）等
• Encapsulation can solve certain problems which cannot be solved otherwise（微胶囊化可解决某些其他方法无法解决的问题）

第66页：超临界CO2萃取技术概述

§13-4 超临界 CO₂ 萃取、精制技术（Supercritical Fluid CO₂ Extraction and Refining，SFE-CO₂）

技术定位

超临界 CO₂ 萃取是八十年代以来国际上迅速发展的分离新技术，以天然产物为原料生产较昂贵的纯天然产物。

主要优点

萃取速度快、选择性好、提取分离可在室（低）温下进行、不存在溶剂残留污染、CO₂ 便宜；克服了传统溶剂分离、水蒸汽蒸馏、压榨等方法的弊病，保存了天然产物原有的风味和营养成分。

应用领域

主要用于香料、食品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取和纯化的物质更能显示其独特优势。

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第70页：超临界CO2的溶解能力

超临界状态下，CO₂ 对不同溶质的溶解能力差别很大，与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般规律如下：

1. 亲脂性、低沸点成分可在低压萃取（10⁴ Pa），如挥发油、烃、酯等
2. 化合物的极性基团越多，就越难萃取
3. 化合物的分子量越高，越难萃取

超临界 CO₂ 的特点：

1. CO₂临界温度为 31.1 ℃，临界压力为 7.2 MPa，临界条件容易达到
2. CO₂ 化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好
3. 价格便宜，纯度高，容易获得，特别适合天然产物有效成分的提取

同一页后文给出临界温度 31.265 ℃、临界压力 7.18 MPa 的精确值，与本页 31.1 ℃／7.2 MPa 为同一临界参数的不同精度表述，未作改动。

第71页：超临界流体萃取的特点

1. 萃取和分离合二为一：饱含溶解物的 CO₂ 超临界流体流经分离器时因压力下降而迅速成为两相（气液分离），不存在物料相变过程，不需回收溶剂，操作方便，萃取效率高、能耗少
2. 压力和温度都可成为调节参数：临界点附近温度压力的微小变化即引起 CO₂ 密度与待萃物溶解度显著变化，工艺流程短、耗时少，萃取流体可循环使用，实现绿色化生产
3. 萃取温度低：CO₂ 临界温度 31.265 ℃、临界压力 7.18 MPa，可有效防止热敏性成分氧化和逸散，完整保留生物活性，并能在沸点温度以下萃取高沸点、低挥发度、易热解的物质
4. 无溶剂残留：临界 CO₂ 常态下是气体，无毒，与萃取成分分离后完全没有溶剂残留，100% 纯天然
5. 极性可调节：一定温度条件下只要改变压力或加入适宜夹带剂即可提取不同极性的物质，可选范围广

第72页：超临界CO2萃取工艺流程

前景

超临界 CO₂ 萃取分离技术是获得健康、高品质产品和对环境友好的高新技术，随着人们对健康与环保的重视，将得到广泛的工业应用。

工艺流程及主要设备

CO₂ 气体净化 → 压储装置 → 换热装置 → 萃取釜 → 解析釜 → 产品

第73页：超临界流体萃取实验设备

中国科学院生态环境研究中心超临界技术实验室

• 931 型实验室超临界流体萃取仪（10 毫升）
• 951 型超临界流体萃取小试设备（2 升）
• TK 型超临界流体萃取中试设备（20 升）

第74页：国产超临界萃取装置参数

温州市中制药机械设备厂

1. 萃取压力最高可达 40 MPa；萃取温度为室温 0 ℃～80 ℃，分离温度为 -10 ℃～80 ℃，精馏温度为室温 0 ℃～80 ℃；上述参数也可根据用户进行适当调整
2. 设计有一个或多个萃取釜（1 升、24～1000 升）、分离釜

第75页：在食品医药与香料中的应用

超临界流体萃取技术的应用

1. 在食品方面的应用

已可用超临界二氧化碳从葵花籽、红花籽、花生、小麦胚芽、可可豆中提取油脂，比传统压榨法回收率高，且不存在溶剂法的溶剂分离问题。

2. 在医药保健品方面的应用

抗生素药品生产中传统方法常使用丙酮、甲醇等有机溶剂且难以完全除去，采用 SCFE 法可符合要求；此外可用 SFE 法从银杏叶提取银杏黄酮，从鱼的内脏、骨头提取多烯不饱和脂肪酸（DHA、EPA），从沙棘籽提取沙棘油，从蛋黄提取卵磷脂等。

3. 天然香精香料的提取

可有效提取芳香组分并提高产品纯度、保持天然香味，如从桂花、茉莉花、菊花、梅花、米兰花、玫瑰花中提取花香精，从胡椒、肉桂、薄荷提取香辛料，从芹菜籽、生姜、芫荽籽、茴香、砂仁、八角、孜然等提取精油；啤酒花浸膏的生产也因超临界萃取技术而开辟了广阔前景。

第76页：在化工与天然药物中的应用

4. 在化工方面的应用

美国用超临界技术制备液体燃料：以甲苯为萃取剂，在 Pc＝100 atm、Tc＝400～440 ℃ 条件下萃取，可使三分之一的煤有机质转化为液体产物，还可从煤炭中萃取硫等化工产品；美国还研制成功用超临界二氧化碳既作反应剂又作萃取剂的新型乙酸制造工艺；俄罗斯、德国把 SFE 法用于油料脱沥青；亦可用于提取茶多酚、银杏黄酮与内酯、桂花精和米糠油。

5. 在天然药物研制中的应用

国内外采用 CO₂ 超临界萃取可利用的资源有紫杉、黄芪、人参叶、青蒿草、银杏叶、川贝草、桉叶、玫瑰花、樟树叶、茉莉花、花椒、八角、桂花、生姜、大蒜、辣椒、桔柚皮、啤酒花、香茅草、迷迭香、丁子香、豆蔻、沙棘、小麦、玉米、米糠、鱼、烟草、茶叶、煤、废油等。对极性偏大的化合物，可加入乙醇、甲醇等极性夹带剂以改变萃取范围、提高抽提率。

第77页：超临界CO2萃取产品类别

超临界 CO₂ 萃取产品及其技术

• 香料类：桂皮油、茉莉花头香精油、桂花净油、丁香、八角油、小茴香油等
• 食品类：小麦胚芽油、姜油、芹菜籽油、芫荽籽油、花椒油、鱼油等
• 中草药类：丹参酮、厚朴酚、青蒿素、当归油、砂仁油、薏米油、紫苏籽油等

第78页：超临界CO2萃取产业化概况

超临界 CO₂ 萃取产业化若干问题

• 超临界流体技术是近 30 年来引起人们极大兴趣的化工新技术，国际上每三年召开一次超临界流体学术会议
• 1996 年 10 月我国召开「第一届全国超临界流体技术学术及应用研讨会」，第二届研讨会于 1998 年 11 月召开
• 作为新一代化工分离技术，超临界 CO₂ 萃取已列入「八五」国家科技攻关计划，在医药、化工、食品、轻工及环保等领域完成了一批有价值的课题，初步形成一个新的产业

第79页：装置设计与规模要求

装置的设计和规模：超临界流体萃取装置设计的总体要求——

1. 工作条件下安全可靠，能经受频繁开、关盖（萃取釜），抗疲劳性能好
2. 一般要求一个人操作，在 10 min 内就能完成萃取釜全膛的开启和关闭一个周期，密封性能好
3. 结构简单，便于制造，能长期连续使用（即能三班运转）
4. 设置安全联锁装置

国产三柱塞高压泵能较好地满足产业化要求，但流量需提高，需试制工作压力更高的新型高压泵并系列化、标准化；国产适用于 CO₂ 流体的高压阀也需进一步研究提高。宜采用 PLC 实现程序控制、PC 机在线检测。结合国情，超临界 CO₂ 萃取装置宜以中小型较为实际，单釜大于 1000 L 规模不宜盲目上马，每套装置配置 2～3 个萃取釜效率较高。

第80页：日本装置设置情况

日本有关公司超临界 CO₂ 萃取装置设置情况：本页原表为图片，源文件未提取到公司名与釜容积等文字数据，建议对照原课件图片补充。

第81页：装置规模选择的两点建议

1.1 根据生产对象选型

超临界萃取装置是分离技术的通用设备，应根据经营目标和经营范围确定规模；中型装置基本可满足一般食品公司生产需要，而茶叶脱咖啡因或提取啤酒花浸膏等则需大型装置（如瑞士某公司拥有 3×3000 升装置）。

1.2 决定装置规模

不仅要考虑技术上可行，更要考虑经济上可行。超临界萃取属高压设备，投资费用昂贵，规模越大投资越高，是一项风险投资；一般说来在 3～5 年内能够回收投资就是成功的项目。

第82页：大连光明超临界技术开发中心

大连光明超临界技术开发中心座落在大连高新技术产业园区，是一家致力推广超临界二氧化碳萃取技术及装置的高新技术企业；承担的国家攻关项目《超临界二氧化碳萃取装置的研究与开发》获国家八五科技攻关重大成果奖、科技进步二等奖，被列入国家级重大成果推广计划，可向用户提供 1—500 升超临界萃取装置及相关的技术服务（2003 年报价：1 升装置 17-25 万元）。

第83页：萃取釜结构与长径比

压力等级

按有关资料规定，PN 10.0～100.0 MPa 为高压。目前国产萃取釜最高工作压力以 32.0 MPa 居多，也有正在设计的最高工作压力为 50 MPa 的萃取装置。

长径比

对于固体形态物料约在 1∶4～1∶5 之间（装卸料间歇式），对于液体形态物料约在 1∶10 左右（进卸料可连续式）。中草药萃取多为固体，将物料装入吊篮内；液体物料釜内尚需装入不锈钢环形填料。

快开盖装置

国内全膛快开盖装置常用三类：卡箍式（手动、半自动、全自动）、齿啮式（内齿啮式、外齿啮式）和剖分环式。全自动卡箍式完成一次操作周期约需 5 min，齿啮式约需 10 min。

第84页：萃取釜密封结构与分离釜

密封的重要性

当介质通过密封面的压力降小于密封面两侧的压力差时介质就产生泄漏，萃取釜无法正常工作。由于 CO₂ 对橡胶的穿透性强，多数用橡胶密封的萃取装置通常只能使用 3～5 次就要更新；工业化萃取釜宜用卡箍结构釜盖并采用自紧式密封。使用经改进的 O 形环密封圈密封效果好、装拆方便、连续使用可达 300 次以上。

吊篮密封

吊篮与萃取釜之间的密封直接影响出品得率，设计时还要考虑吊篮装卸方便与安全，吊篮可以是组合式的。

釜体与分离釜

研制高强度特种钢材、减小釜壁厚度很有必要；分离釜可根据分离目的设置一级或多级分离，中草药有时需三级、四级分离，分离可结合精馏、吸附等工序达到提取、分离与纯化的目的。

第85页：装置的转产与清洗

装置的转产：实验室装置清洗容易，工业化装置清洗则困难得多，需投入更多人力物力财力；清洗不彻底可能造成更大的浪费和损失。从工程设计考虑，为防止高压泄漏，管件连接宜采用焊接；但从调整产品结构考虑，采用螺纹法兰连接便于拆洗。可供选择的清洗方法：

1. 热碱水 → 自来水 → 稀酸（如 HNO₃，但不能用 HCl）→ 去离子水
2. 洗洁剂（如 Nine×24 ＋ 偏硅酸钠 ＋ 氢氧化钾 ＋ 水）→ 去离子水
3. 下列任何一种溶剂或其混合物（乙醇、己烷、松节油、丙酮、汽油、四氯化碳）→ 去离子水
4. 酒精 ＋ 阿摩尼亚水 ＋ 汽油 → 去离子水
5. 加有改性剂的 CO₂

洗涤溶液入口阀门设在装置最高点，出口为各釜排放阀及管道最低点排放阀，也可用泵打循环清洗，最后用氮气吹扫。中草药全草萃取时叶绿素、蜡质等「杂质」会像沥青一样粘着内壁，采用碱性高压蒸汽冲洗效果很好。频繁转产会提高成本、降低设备利用率，即便不转产，设备和管道也要每年至少清洗 1 次。

第86页：CO2回收与循环

回收意义

超临界 CO₂ 萃取的一大优点是 CO₂ 可以循环使用，既降低成本又避免污染环境；但实际操作不可能百分之百回收。

回收方法

最简单的是采用压力平衡的办法，把系统中的高压 CO₂ 输送到压力较低的 CO₂ 贮罐中；进一步回收需加装压缩机，并在贮罐前配置净化器。当地 CO₂ 价格便宜时无必要全部回收，一般回收 80% 左右是合适的，不断补充新鲜 CO₂ 有利于萃取完全和工艺最佳化。

排放要求

CO₂ 排放集中到一放空管道并引出室外（排空口高于屋面 1 m 以上），放空管道管径应比高压管至少大 2 倍；高低压异径管材料一般为 20 号钢，高压端法兰为 35 号钢。

第87页：超临界萃取能耗与成本构成

工业化过程中能源消耗占产品成本的比例要作具体分析。某产品的成本组成如下：

• 原料费：5.9%
• 能耗：22.5%
• CO₂ 消耗：8.9%
• 劳务费：33.6%
• 设备折旧费：22.4%
• 易损件及其它：6.7%

可见该产品萃取过程中的相变需要消耗较大的能源。节约能源、降低消耗、降低成本须做好四点：1）优化工艺，严格控制操作条件以提高出品率；2）严格选用优质的中草药原料；3）确保设备完好率，合理安排生产，连续三班运转，不要停停开开；4）引进节能技术，提高装置的能量转化率和利用率。

第88页：电磁波各波段与波长

各个波段的电磁波：

• γ-射线（γ-ray）：0.1 Å（1 Å＝10^-10 m＝10^-4 μm）
• X-射线（X-ray）：0.1～100 Å
• 紫外线（Ultraviolet）：100～3500 Å
• 可见光（Optical-light）：3500～7600 Å
• 红外线（Infrared）：0.76～1000 μm
• 微波（Microwave）：0.001～0.15 m
• 无线电波

第89页：高频、超高频与特高频电磁波

1. 高频（中波和短波）：波长 10～3000 m，频率 10⁵～3×10⁷ Hz，如高频淬火、熔炼、焊接、切割等感应加热设备，高频介质加热设备、塑料加工、食品烘干设备，无线电广播与通讯
2. 超高频（超短波）：1～10 m，3×10⁷～3×10⁸ Hz，如无线电通讯、电视发射、医疗电器设备
3. 特高频（微波）：0.001～1 m，3×10⁸～3×10¹¹ Hz，如无线电定位、导航、雷达等；日常家用电器如空调器、电脑、彩电、电热毯、微波炉等也可产生较强的电磁波

第90页：紫外、可见光、红外与微波谱段

电磁波谱主要为紫外、可见光、红外和微波等谱段：

1. 紫外谱段（UV）：波长 3 毫微米到 0.4 微米，位于可见光谱段紫端以外；波长小于 0.3 微米的信息被大气臭氧吸收，可通过大气传输的只有 0.3～0.4 微米
2. 可见光谱段：0.4～0.7 微米，是人眼唯一能见到的谱区，可进一步分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫七种色光
3. 红外谱段（IR）：0.7～1000 微米，可细分为近红外（0.7～3 微米）、中红外（3～6 微米）、远红外（6～15 微米）和超远红外（15～1000 微米）；近红外也叫反射红外，其中 0.7～0.9 微米也称摄影红外；中、远红外可探测物体热辐射，也叫热红外
4. 微波（Microwave）：0.1 厘米～100 厘米，可分为毫米波、厘米波和分米波；能穿透云雾、云盖和沙漠成像，具有全天候工作特点

第91页：微波加热的两种机制

微波

微波是一种波长在 1～1000 mm、频率为 3×10⁸～3×10¹¹ Hz 之间的电磁波，可产生高频电磁场；在食品工业中最广泛应用的是加热，微波干燥、杀菌、萃取均与加热机制有关。

（1）极性分子作用机制

极性分子存在一定偶极矩，处于静电场时有呈方向性的趋势；电磁场方向变化时偶极子取向随之改变、分子发生摆动。频率较高时（如 2450 MHz，电场 1 秒钟变化 2.45×10⁹ 次），极性分子也随之摆动 2.45×10⁹ 次，因分子热运动和相邻分子相互作用阻碍摆动而产生类似摩擦的作用，使分子获得能量并以热的形式表现出来。

（2）离子作用机制

食品中水溶性盐类（如氯化钠）的正负离子与电场配合向相反电极区移动，瓦解水的氢键产生附加热量；被电场加速的离子与相邻离子碰撞并传递动能，产生大量的热，从而将微波能转化为热能。

第92页：微波技术的特点

• 最突出的特点是比传统技术速度快，可就地生热、瞬时升温
• 微波具有穿透作用，物料表面和内部同时受到作用，整体均匀一致，不会产生极端现象
• 微波直接对物料作用，对环境和设备不存在热损失，额外能量损耗小、热效率高，一般比常规方法节电 30%～50%
• 设备即开即用，无预热无余热，操作灵活方便，便于控制，易实现生产自动化和连续化，清洁无污染
• 可减少传统锅炉、管道及配套设备的投资与占地，同等规模的微波设备能节省投资约 50% 以上

第93页：微波技术在调味品行业的应用

随着经济文化发展与生活水平提高，天然、营养、安全的优质高档调味品愈来愈受青睐。微波技术是一种快速、均匀、节能、高效、卫生、便捷的先进技术。

• 我国微波的使用始于 20 世纪 70 年代，现已在食品干燥、杀菌、烹调、膨化、焙烘、冷冻食品解冻等方面有很多成功的应用
• 将其应用于调味品行业，可萃取高质量的天然成分，实现生香、干燥、杀菌一体化的连续工艺，提高调味品质量和生产效率，减少加工设备投资

第94页：微波干燥原理与特点

微波能深入到物料内部，使被加热体本身成为发热体，物料的温度梯度和含水率梯度二者方向一致，各部位同时均匀升温，对物料形状无要求，避免了传统加热由外向内形成温度梯度而导致的表面硬化或不均匀现象。

• 干燥速度快、时间短，通常只需常规加热方法的 1/10～1/100 时间即可完成加热和干燥过程，可保持食品的色、香、味并减少营养成分损失
• 物料对微波频率的吸收主要取决于介电损失，湿物料内部水分或湿介质温度高于干物料，水分蒸发快，微波能量不会集中在已干部分，具有自动平衡能力
• 目前研究的微波干燥方法主要有：物料直接微波干燥、微波冷冻干燥和微波真空冷冻干燥，均适合热敏性物料和厌氧物料

第95页：几种微波干燥法特点表

几种微波干燥法特点：如下表。

第96页：微波萃取机理与优势

发展概况

微波萃取技术起步较晚，国际上第一篇应用文章发表于 1986 年；90 年代初加拿大环境保护部和加拿大 CWT—TRAN 公司共同开发了微波萃取系统，现已广泛用于香料、调味品、天然色素、中草药、化妆品和土壤分析等领域。

机理

一方面，高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部维管束和腺胞系统，细胞吸收微波能迅速升温、内部压力超过细胞壁膨胀承受能力而破裂，有效成分自由流出，在较低温度下被萃取介质捕获并溶解；另一方面，微波电磁场加速被萃成分向萃取溶剂界面扩散，用水作溶剂时水分子高速转动成为激发态，或汽化加强驱动力，或释放能量回到基态并传递给其他分子，缩短扩散时间。

优点

适用于任何天然物的萃取，尤其适合热敏性物质；可直接用新采集的香料植物提取而不必预先干燥；选择性高，溶剂用量可比常规方法少 50%～90%，回收精度高、回收率高，不需特殊的分离步骤，萃取时间远短于水蒸气蒸馏、溶剂萃取或压榨法，属于绿色工程。

第97页：微波杀菌的热效应与非热效应

传统杀菌的不足

高温、冷冻及加防腐剂等处理时间长、灭菌不彻底、不易自动化，且往往影响食品原有风味与营养成分，甚至引入不利成分。

热效应

利用微波快速升温，使生物细胞空间结构发生变化或破坏、蛋白质变性而达到杀菌。

非热效应（生物效应）

微波改变细胞的生物性排列组合状态及其运动规律；微波场感应的离子流影响细胞膜附近的电荷分布，损伤膜的屏障作用并影响 Na—K 泵功能，产生膜功能障碍；细胞中的 RNA 和 DNA 在微波场力作用下氢键松弛、断裂或重组，诱发基因突变或染色体畸变，从而干扰或破坏细胞正常新陈代谢。

杀菌条件

传统方法杀菌温度要在 100 ℃ 以上、时间十几分钟至几十分钟；微波杀菌温度仅 70～90 ℃，时间一般为 3～5 分钟，杀菌均匀彻底，营养素和风味保存良好，产品安全可靠、保存期长。

第98页：微波促进食品加工业发展

• 微波促进食品加工业发展
• 电磁波对食品的加工处理

第99页：现代生物技术导览

§13-6 现代生物技术

• 一、生物技术（Biotechnology）的涵义
• 二、生物技术的内容和手段
• 三、酶工程技术在水产品加工业中的应用及其研究进展

第100页：食品生物技术的涵义

一、食品生物技术

食品生物技术就是通过生物技术手段，用生物程序、生产细胞或其代谢物质来制造食品，改进传统生产过程，以提高人类生活质量的科学技术。

应用历史

生物技术在食品生产中的应用已有几个世纪，主要采用微生物发酵生产面包、酸奶、奶酪、啤酒、酱油等传统食品，始终与人类生活息息相关。

第101页：生物技术的五大工程

二、生物技术的内容及意义：生物技术包括——

• 基因工程（Genetic engineering）
• 细胞工程（Cell engineering）
• 发酵工程（Fermentation engineering）
• 蛋白质工程（Protein engineering）
• 酶工程（Enzyme engineering）

第102页：（一）基因工程

• 1967 年一种高淀粉含量的马铃薯新品种问世，标志基因工程食品首次出现在食品市场
• 1979 年人们将重组的牛生长激素注射到乳牛上，可提高乳牛的产奶量而不影响品质
• 20 世纪 80 年代，美国、西德、阿联酋的研究人员发现使用病原菌生产转基因植物的方法，可借助这种病原菌将新的基因转入植物体中
• 20 世纪 90 年代基因工程胰凝乳酶应用于干酪的生产，标志着第一例基因工程食品被人们所接受
• 随着基因工程的发展及其在食品领域的应用，将会产生许多新的食品品种

第103页：（二）细胞工程

主要内容

细胞杂交；快速无性繁殖和细胞育种。

应用

利用细胞杂交和细胞培养可生产具有独特食品香味和风味的添加剂以及高级的天然色素，通过杂种选育培养的色素含量高、色调和稳定性好；育种实践上已培育出许多具备特殊抗性和耐性的优质新品种，如菲律宾国际水稻研究所培育的「超级水稻」。

意义

细胞工程在新技术革命浪潮中对农业、食品等传统工艺革新有很大的潜力。

第104页：（三）发酵工程

（三）发酵工程：发酵工程是古老而又大有潜力的工业技术，生物技术中的其它研究成果为它注入新内容，使它有了新的应用前景。用现代发酵工程改造传统发酵食品已有很多突破：

• 用双酶法糖化工艺取代传统的酸法水解工艺，用于生产淀粉糖和其他发酵产品
• 啤酒生产中，国外采用固定化酵母的连续发酵工艺进行酿造，可明显缩短发酵时间
• 运用固定化醋酸菌酿制食醋，可缩短发酵延缓期，醋化能力提高 9～25 倍
• 用酵母或细菌等微生物菌体发酵得到的单细胞蛋白（SCP），含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质等，营养价值极高

第105页：（四）蛋白质工程

（四）蛋白质工程：随着蛋白质晶体学、计算机技术与基因工程手段相结合便出现了蛋白质工程，又称为「第二代基因工程」，即按人们的意志创造出适合人类需求的、具有不同功能的蛋白质，创造出世界上原来不曾有过的新蛋白质及其众多的新产品。

利用蛋白质工程可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性能，生产新型营养功能食品，以全新的思路发展食品工业。

第106页：（五）酶工程

地位

生物技术中对食品工业生产影响最大的还是酶工程，其应用领域已遍及农业、食品、医药、环境保护、能源开发和生命科学理论研究等各个方面。

产业规模

酶工程产业快速发展，1998 年全世界工业酶制剂销售额高达 16 亿美元，预计到 2008 年销售额将达到 30 亿美元；迄今为止全世界已发现的酶有 3000 多种，而工业上生产的酶有 60 多种。

第107页：酶技术在水产加工中的应用方向

三、酶工程技术在水产品加工业中的应用：近年来随着海洋渔业资源的衰退，利用低值水产品生产高附加值产品显得越来越重要，酶技术为水产品加工业的发展开辟了一条新路，不仅可提高水产品质量，还可改善其质构和营养价值。

• 在鱼类加工中的应用
• 在虾蟹等加工中的应用
• 在贝类和藻类加工中的应用
• 在水产品保鲜和贮藏中的应用
• 在水产品检测中的应用

第108页：1. 在鱼类加工中的应用

• 利用酶技术可以缩短生产鱼露等鱼调味品的发酵时间
• 利用酶技术脱鱼鳞：采用胶原酶或胃蛋白酶可有效避免鱼体受损，去鳞速度也加快
• 利用酶技术脱卵膜：生产鱼子酱时利用酶可使鱼子快速从卵巢中释放出来且无任何机械损伤，产量可提高 70%～90%
• 利用酶技术脱腥和去异味：从曲霉中分离的酶可以除去鱼肉中大部分的异味和腥味

第109页：2. 在虾蟹等加工中的应用

虾蟹壳中含有丰富的甲壳素，甲壳素及其衍生物具有许多生理功能。以前提取甲壳素主要用浓酸浓碱处理，产品品质不好，现在主要是酶技术处理：

• 用甲壳素脱乙酰酶（CDA）对甲壳素进行脱乙酰基处理得到壳聚糖
• 用脂肪酶对壳聚糖进行降解，可得到低聚壳聚糖
• 虾蟹等用酶水解加工可得到鲜虾风味的调味品，如虾油、虾酱等

第110页：3. 在贝类和藻类加工中的应用

• 酶水解贝肉，制备的水解液可用于生产海鲜调味料及功能性蛋白饮料
• 酶水解藻类，可以提纯藻类中的活性物质、提高藻类产品的产量：用纤维素酶可提高藻类脂质的抽提率；用复合型纤维素酶处理沙菜藻体可提高卡拉胶的产率；用酶提取马毛藻膳食纤维，其产品质量指标或生理活性均优于小麦麸皮膳食纤维

第111页：4. 在水产品保鲜与贮藏中的应用

酶法保鲜原理

利用酶的催化作用，防止或消除外界因素对食品的不良影响，从而保持食品原有的优良品性；目前应用较多的是葡萄糖氧化酶和溶菌酶的酶法保鲜技术。

葡萄糖氧化酶

用在鱼类冷藏制品的保鲜，可防止虾仁变色。

溶菌酶

是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶，把一定浓度的溶菌酶溶液喷洒在水产品上，即可起到防腐保鲜效果。

第112页：5. 在水产品检测中的应用

酶联免疫吸附法（ELISA）

是水产品安全检测的优选方法，把抗原和抗体的特异性免疫反应与酶的高效催化作用有机结合起来的检测技术。

主要用途

药物残留检测、抗生素检测、毒素检测、农药残留检测、微生物检测和转基因产品的检测等。

第113页：非破坏性检测技术封面

§13-7 非破坏性检测（无损检测）技术

• Nondestructive Testing（NDT）无损检测
• Nondestructive Inspection（NDI）无损检查
• Nondestructive Evaluation（NDE）无损评价

第114页：非破坏性检测的含义与应用

含义

以电磁（涡电流）、超音波、辐射线及热波－镭射等方法检查物质的瑕疵（flaws）或测量产品品质，这些方法不会破坏受检测的物体，故称之为非破坏性检测。

工业应用

电子业用于半导体晶片厚度检测；航太用于飞机引擎金属疲劳裂缝、机身及机翼隐藏性腐蚀检测；医疗用超音波量测血压、监测动物行为及做非侵入式人体器官 3D 或 4D 影像检测；石化业用于输油管裂缝或储油槽内层腐蚀检测；钢铁业用于材质检定、表面镀层厚度测量；农业用于肉质品级检定、水果成熟度测试；核电厂之发电机检测等。

第115页：无损检测的最大特点

含义

利用材料的不同物理力学或化学性质，在不破坏目标物体内部及外观结构与特性的前提下，对目标物体相关特性（如形状、位移、应力、光学特性、流体性质、力学性质等）进行测试与检验，尤其是对各种缺陷的测量。

最大特点

既不破坏材料的原有特性，又能在短时间内获得期望的结果。

第116页：非破坏性检测的优点

1. 直接对产品进行检测，与生产成本或数量无直接相关、没有损失
2. 既可抽样检测，也可 100% 自动检测
3. 当可变性很大又无法预计时均可使用
4. 对同一产品既可同时也可依次采用不同手段试验
5. 可以重复进行检测
6. 不仅能役前检查，而且可以在役检查

原文第（7）项未列出具体内容，序号止于（6），建议对照原课件图片补充。

第117页：食品非破坏检测的发展背景

背景：人们对食品品质的重视日益高涨，从原料至产地的各食品制造中，期望品质管理能得到彻底实施；短时间多品种的迅速分析手段的开发已成为高度重视的重大课题。非破坏法以快速性为最大特征，化学组成之外各种理化特性的分析与测定方法的开发不断推进，很多方法已达到实用化水平。

食品领域中以非破坏法为前提的品质检测技术的开发历程：美国从 1940 年代已开始，日本则 1970 年代开始；最近日本在研究与实用上都已构建了具有独特的技术开发体系而得到极大发展。

第118页：非破坏性检测的原理

原理

非破坏性检测技术系对被测物施以一定的能量，在输入能量的关系中采取被测物理化特性的相关信息的方法。

分类

1）主动（能动）型：如化学发光、红外线放射等利用被测物自发放射出的能量；2）被动型：对被测物施以一定能量。

应用

作为一般工业计测法在工业材料、制品形态的检测中得到广泛利用，并在医学诊断器中得到应用，这些领域主要用于对被测物在无需前处理的情况下直接进行分析与测定。

第119页：非破坏法相对湿式分析的特征

在食品中非破坏性检测法与传统的湿式化学分析法相比，主要指物理分析测定法的广义范围；即使对样品施以切断、粉碎的物理性前处理，只要不影响其化学特性，仍可定义为非破坏法。其特征：

1. 不象化学分析需要大量化学药品，分析检测成本低，且没有化学药品造成的实验室环境污染
2. 样品前处理简单，可实现迅速分析
3. 分析简便，无需特别技术
4. 同一样品可供反复多次使用
5. 可实现过程时间的迅速分析，适用于工厂的品质管理
6. on-line 计测的应用，可实现多种项目的检查
7. 无需称量，在摇动现场的船上也可作为机器操作
8. 不同方法可同时获得多项信息，可对相互关联的多种成分的食品综合评价其特性

第120页：非破坏法使用的四类能量

1. 光学方法：紫外线、可见光和近红外等
2. 电磁学方法：可根据对象物与分析测定目标不同而区分应用，如电导度、介电率、离子电极和核磁共振（NMR）利用等
3. 放射线方法
4. 力学方法

第121页：光学方法：紫外线利用技术

原理

非破坏性紫外线利用主要是通过对照射所产生的激励状态的电能回到基态时所放射出的荧光加以测定，可用于对食品中所附着的微生物或黄曲霉毒素（aflatoxin）加以检测。

实例

柑橘类的精油在紫外线照射下会发生较强的 565 nm 峰的荧光，利用这一特性可对来自果皮细胞的精油所发出的荧光判断其损伤状态。

第122页：光学方法：可见光的利用

1. 光学方法——可见光的利用：在可视区域的吸收与放射现象对物质加以定性、定量分析，肉眼对食品色彩的检测应用广泛（如禽蛋厂的灯光照蛋）；对果实、蔬菜等大型样品使用光导纤维机器较多。作为可见光的激励光，测定寿命长的延迟荧光的延迟放射性（DLE）与植物体细胞中光合成器官的光合反应相关联；富含叶绿素的蔬菜、水果 DLE 强度具有较长的延迟时间，因此通常用于果蔬成熟过程中色彩变化的定量化及糖含量的推定，也常用于旧茶和新茶的判断，以及受低温冷害的黄瓜、甜椒在显在障害发生前的预测。

此外，激光具有单色性、方向性、聚立性等特性，光的回折形态大小与颗粒大小成反比，可用于西红柿酱制品固型成分或小麦粉颗粒分布的测定，或与颗粒相关的散乱型葡萄酒、可乐的品质判定，并可据柿子激光照射光的散乱状态判断涩柿。

原文表格为竖排粘连文本，按「叶的种类／样品数／叶的表里／平均值／分散／标准偏差」六列还原，「表／里」两项数值依次为叶表与叶里，建议对照原课件图片核对。

第123页：光学方法：近红外线的利用

原理

构成 C-H、N-H、O-H 的食品成分物质的官能基的倍音及结合音，可利用 0.8～2.5 μm 波长领域的吸收峰波；近红外作为非破坏法的应用已有 20 余年历史，最初只用于较干燥的食品成分分析，最近对 paste 食品、液体食品也被广泛应用。

检测能力

对有机物定量分析的检测极限为 0.1%～0.2%；灰分、食盐、矿物质等对近红外不具特别吸收性的无机物也可测定，主要利用无机物与水、无机物相互作用带来的吸收波长等吸收峰值的微妙变化。

特征

与食品成分分析相同步，可同时进行多成分分析，大米的食味判定计为典型；若能实现果蔬糖、酸含量的非破坏分析，社会意义巨大，但因样品水分含量高且不定型存在困难，桃、西红柿、洋葱等糖度分析的研究正在广泛开展。

第124页：近红外反射光谱分析技术

NIRS

近红外反射光谱（Near-Infrared Reflectance Spectroscopy，NIRS）分析技术是 20 世纪 80 年代后期迅速发展起来的一项测试技术，在欧美等国已成为谷物品质分析的重要手段。

光谱划分

位于可见光和微波之间的红外光谱波长为 0.75～100 μm，其中 0.75～2.5 μm 为近红外，2.5～50 μm 为中红外，50～100 μm 为远红外；近红外分为短近红外波段（SW-NIR，700～1100 nm）和长近红外波段（LW-NIR，1100～2500 nm）。

原理

有机物及部分无机物分子中化学键结合的各种基团（C＝C、N＝C、O＝C、O＝H、N＝H 等）的运动有固定振动频率，受红外线照射时被激发产生共振、部分光能被吸收，测量其吸收光可得极为复杂的图谱以表示被测物质的特征，为定量分析提供基础。Herschel 于 1800 年发现 NIR 光谱区。

反射法与透射法

近红外反射光谱分析法（NIR）要求样品的粉碎程度一致以保证表面光滑一致；近红外透射光谱分析法（NIT）很少或不用制备样品、重复性较高但灵敏度低。

注意点

如波长穿透有效范围为 3 mm 时不宜用以量测 5 mm 果皮以下的果肉糖分；建立模式与标准值量测的样本需考量一致性，避免以果实一边量测 NIR 反射值、另一边量测糖分而忽略糖分分布不均。

第125页：电导率利用法

2. 电磁学方法——电导率利用法：金橘果汁、西红柿果汁中有机酸含量的迅速测定法已实用化，利用电导率随有机酸含量增加而增加的关系；分析时有必要祛除氨基酸等有机酸以外的强电解质离子的影响，因此应预先将样品用脱离子水稀释，稀释倍数为 300 倍。采用此方法对果汁中的糖度加以分析亦可适用。

第126页：介电率利用法

2. 电磁学方法——介电率利用法：食品是介于导体与绝缘体之间的介电体，频率与细胞外液、细胞膜、细胞质等细胞构造相关，频率越高组织透过能力越强，可反映细胞的微细特性，可对果蔬的熟度、冷害程度加以判定。

此外可用于推定奶油搅拌操作的终点：搅拌过程中测定奶油的 100 kHz 电容值，最佳搅拌终点可在电容值曲线中预测。

第127页：核磁共振法

2. 电磁学方法——核磁共振法：在强磁场即数百 MHz 电磁波的照射下产生核磁共振频率来进行物质的同定和定量。NMR 非破坏法主要以脉冲 NMR 研究为主，如今除水分以外还在脂肪、蛋白质等中得到应用，对象范围涵盖谷物、种子、水果、牛奶等，还可用于食品与生物体水的存在状态分析、异成分间相互作用测定、凝胶形成解析等理化特性测定。

近来 NMR 用于果实糖、酸、甜含量的测定，但需花费一定时间，因此尚未实用化。

第128页：低分辨率核磁共振仪

发展概况

自 1940 年代后期第一个有关核磁共振（NMR）研究之滥觞，NMR 技术逐渐成为固态物理、化学、医学与生物科学等研究领域的重要分析工具；食品与农业的应用自 1950 年代起有不少研究报告，偏重于谷物与种子的含水率或油脂含量测定、农产品成熟度测量等，近年来在品质管制、加工过程控制方面有不少成功应用。国内在食品与农业上的应用仍在起步阶段。

原理

应用材料中核子于一个 VHF 或 UHF 磁场与另一个固定磁场中的能量共振吸收现象，NMR 讯号由材料中核子的磁矩变化产生；脉冲结束后微弱的能量释放讯号（FID）常形成不同时间常数的指数函数衰减，可进一步分析以辨识具有不同 Larmor 频率的核子数量。

优缺点

检测速度快，有利于自动化检测与过程控制，受样本大小与外观色泽影响较小，可发展至二维 NMR 讯号；缺点是仪器造价昂贵、讯号分析方法专门且复杂。近十年随电子技术与微电脑发展渐有突破。

典型仪器

德国 Bruker 的 MINISPEC NMS 120/125/10HTS，频率 20 MHz，附变温附件与可程序软件，可进行含水率、油脂成分与扩散系数量测等。

第129页：放射线方法与力学方法

3. 放射线（辐射）方法

上世纪 60 年代 β 射线用于测定蛋壳的厚度计；利用 χ 射线的透过度与肉糜中脂肪的关系测定脂肪的脂肪计；此后有土豆内空洞检测计、橙的冻伤害检测等。与其他方法相比其应用报告的实例不多。

4. 力学方法

声波、振动能的利用在食品质构、组织构造、粘弹性与力学特性相关的品质评价中得到应用，包括超声波、振动、打音等方法：

• 超声波法可用于牛猪等畜生物体皮下脂肪、筋肉脂肪的积蓄状态或上等肉芯面积的计测
• 振动法用于伴随水果成熟带来的果肉质地的测定，但并无令人瞩目的发展
• 打音：通过高速傅立叶变换对打音进行频率分析，从能量峰值判定对象物固有的振动数或衰减数，以此推定果实硬度，或从果实表皮波动的推进速度推测果实熟度；近来西瓜空洞果的在线计测机器已得到实用化

第130页：非破坏性检测的其他实例

其他实例：

• 手提式近红外线分光度计非破坏性侦测梨果酸度
• 近红外线光谱技术及影像处理技术应用于非破坏性米质检测
• 根据非破坏法，利用计算机联机系统评价果实品质（损伤、色泽、成分等）

第131页：基因传感器

原理

通过固定在传感器（换能器）探头表面上的已知核苷酸序列的单链 DNA 分子（ssDNA 探针），与另一条互补的 ssDNA 分子（目标 DNA）杂交，形成的双链 DNA（dsDNA）表现出一定的物理信号，最后由换能器反应出来。

按信息转换原理分类

电极电化学式；石英晶体振荡器（QCM）质量式；表面等离子谐振（SPR）光学式等。

光学方法的优势

光学方法是最成熟和最好的生物敏感技术，具有非破坏性和高灵敏度两个最重要的优点；SPR 生物敏感技术以光学信号为检测信号，DNA 杂交会引起反射光的光强度变化或角度变化。

第132页：生物芯片技术概述

生物芯片

是上世纪 90 年代中期发展起来的一项尖端技术，是物理学、微电子学与分子生物学综合交叉形成的高新技术；它将成千上万个与生命相关的信息分子集成到厘米见方的尼龙膜、玻璃片、硅胶晶片、微缩磁珠等载体上，从而达到一次试验同时检测多种疾病或分析多种生物样品的目的。

种类

基因芯片、蛋白质芯片、多糖芯片和神经元芯片等。

用途

除用于人类基因研究、医学诊断外，还可应用于新药开发、农业研究、航空航天、司法鉴定、食品卫生和环境监测等领域：用于药物筛选和新药开发可省略大量动物甚至临床试验；用于疾病诊断灵敏准确、快速简便、可同时检测多种疾病；用于环境保护可快速检测污染微生物或有机化合物的危害。

分类

按用途可分为样品制备、生化反应、结果检测三大类，而缩微芯片实验室（Lab-on-a-chip）是上述三类芯片的集成。

第133页：1.样品制备芯片

典型芯片

三维结构过滤器、介电电泳（dielectrophoresis）芯片，可用于分离浓缩特定种类的细胞。

1.1 细胞微过滤用分离芯片

在硅片上刻出几个微米大小的过滤信道，再黏合玻璃盖片而完成。如血球芯片微过滤器利用人白血球尺寸比红血球大的特点，使人外周血流过微过滤器时只让血浆和较小的红血球、血小板通过而拦截较大的白血球；另一应用是将孕妇外周血中极少量的胎儿细胞过滤出来供产前诊断用。

1.2 介电电泳分离芯片

处于同一交变电场中的不同种类细胞因介电性质不同而受介电力方向大小不同，选择适当的细胞悬浮液及电场频率即可使其分别移向电场强度最强或最弱的区域，例如将细菌或病毒从血液检品中分离出来。特点：不需要抗体，细胞不会因抗体反应而改变生物性质；交变电场对细胞的作用是「非破坏性」的，细胞生长及分裂性质不变；使用灵活，电场强度、频率、相位容易调控便于自动化；还可与其他方法结合使用。

第134页：2.生化反应芯片与3.检测型芯片

2. 生物化学反应芯片

典型的生化反应芯片是核酸扩增反应芯片（PCR Chip），在芯片表面刻蚀出反应槽并在底部或反面制作微型电极数组或加热器组，藉由调控电压使反应槽内温度得到精确控制，形成核酸扩增所需的温度时间谱；因体积小、表面积大，温度可迅速改变，通常需数小时的 PCR 反应可在芯片上 10 分钟完成。

3.1 毛细管电泳芯片

测序原理与普通毛细管电泳相同，只是在硅片、玻璃或塑料表面刻蚀三维长槽反应信道并数组化；与常规毛细管电泳相比分析检测速度更高，可用于突变检测和 DNA 测序。

3.2 亲和结合型芯片

DNA／Protein 芯片以 DNA 杂交或蛋白质专一结合特性为基础，工作步骤如 Microarray 流程。

第135页：4.缩微芯片实验室

目标

生物芯片发展的最终目标是将样品制备、化学反应到结果检测的整个分析过程集成化在一个芯片上，以获得微型全分析系统（Micro total analytical system）即缩微芯片实验室（Lab-on-a-Chip）。

实例

已有装置能从混有大肠杆菌的血液检品中成功分离出细菌，在高压电冲破细胞后得到纯化的 DNA，再以另一块电子增强的 DNA 杂交芯片分析证实所提取物是大肠杆菌的 DNA；目前含有加热器、微流量控制器、电子阀、电子光学和电子发光探测器的单一芯片已经研制出来。

发展态势

年初闭幕的全国科技工作会议将抓紧实施包括功能基因组与生物芯片在内的重大科技专项列入 2002 年十大科技任务；北京已宣布力争年内推出从生物芯片加工、配套试剂到专用仪器的成套研究型产品。

难点

芯片技术原理并不复杂，我国就每项制作技术而言已具实际能力，难点在于芯片与各种相关技术的整合集成；对生物芯片工业而言，除制作技术外关键就看芯片上放置的基因和蛋白质等物质。

第136页：鳗鱼品质分析与检测方法之建立

鳗鱼品质分析与非破坏性检测方法之建立（台湾水产试验所水产加工组 叶蕙玲）：加入 WTO 后传统水产品面临价格及品质的挑战，亟待开发高层次多元化加工产品。鳗鱼作为重要经济渔获，主要以生鲜及调味烤鳗销售；因天然日本鳗鳗苗锐减，欧洲鳗养殖技术在台湾水产试验所改良下已建立成熟模式，以超集约循环水养殖鳗鱼。

因鳗鱼主要用于制造烤鳗，其本身品质极为重要，必须快速而非破坏性地检测品质以确认最适合的加工时机。该所先后以「不同饲育条件养殖日本鳗及欧洲鳗」「鳗鱼成长中成分变化」等试验建立鱼体成分与风味品质（氨基酸、脂肪酸等）参考数据库；并积极开发快速非破坏性分析技术，应用近红外光光谱仪（NIRS）建立「快速分析水产饲料一般成分」「鱼粉一般成分及酸价快速分析」「饲料掺杂快速鉴别」「鱼油品质快速分析」等方法，以及利用电磁扫瞄仪（EM-scan）以体导电度值（TOBEC）估算鱼体各项体成分。

第137页：鳗鱼活体非破坏性品质评估技术

台湾农委会水产试验所藉由鱼体基本资料（体长、体重及仪器扫描方式）建立成分预估方程式与检量线，作为加工原料品质之参考。针对上市体型之超集约养殖日本鳗及欧洲鳗进行一般成分分析（粗蛋白质、水分、灰分、粗脂肪），并测定体长、体重、体色及肥满度，结果发现：

• 以近红外光谱分析仪光纤扫瞄方式，光谱分析结果可清楚区分欧洲鳗及日本鳗两鱼种、体色为不同之族群，均有显著差异，在鳗鱼鱼种分类上建立快速分别技术
• 以电磁扫瞄仪进行鳗鱼活体测定，此两种鳗鱼的肥满度、水分及脂肪含量皆有显著不同，但同种鳗鱼体型大小之体成分则差异不大

该所据此研发出活体鱼的非破坏性品质评估技术，能以活体检测快速研判养殖鳗鱼之鱼种、外观体色及体成分。本页附电磁扫瞄仪测定鳗鱼、近红外光谱分析仪、NIR 光纤扫瞄鳗鱼鱼体及两种鳗 NIR 光谱 3D 分布（1100～2500 nm、400～1100 nm）等图示。

第138页：废水处理技术章节封面

§13-8 食品加工领域废水处理技术

Technologies of Wastewater Treatment in Food Processing

第139页：世界水资源现状

世界水资源现状：全球水资源状况迅速恶化，「水危机」日趋严重。据水文地理学家估算，地球上的水资源总量约为 13.8 亿立方公里，其中 97.5% 是海水（13.45 亿立方公里）；淡水只占 2.5%，其中绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用的仅为 0.01%。

• 全世界每天约有 200 吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染 8 升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国 40% 的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲 55 条河流中仅有 5 条水质差强人意
• 20 世纪世界人口增加了两倍，而人类用水增加了 5 倍
• 12 亿人用水短缺，30 亿人缺乏用水卫生设施，每年有 300 万到 400 万人死于和水有关的疾病
• 到 2025 年，水危机将蔓延到 48 个国家，35 亿人为水所困

资料出处：2003 年 3 月 16 日《新华网》记者何德功。

第140页：世界水协与国际水协

WWC（世界水协）

总部设在法国海港城市马赛，是政治性与政策性的组织，只有机构组织可以参加为成员，个人不得入会；论坛后期有部长会议，与会者抽签决定参与同部长对话人选，每十来个人中一名部长自由讨论。与联合国世界水日（3 月 22 日）相呼应，每三年举办一期世界水论坛：第一次 500 人与会，来自 63 个国家；第二次在荷兰海牙，5700 人与会，来自 156 个国家；本次 8000 多人与会，来自 180 个国家。

IWA（国际水协）

与 WWC 相比，IWA 既探讨政治、政策事宜，亦侧重实际解决办法；有强大的出版力量，影响巨大，与水专业人士联系密切，主张加强同业交流、分享专业知识。IWA 大会每两年举行一次，墨尔本之后，2004 年为摩洛哥，2006 年在中国北京。

第141页：世界水日的由来

世界水日的由来——3 月 22 日：为了缓解世界范围内的水资源供需矛盾，根据联合国《21 世纪议程》第十八章有关水资源保护、开发、管理的原则，1993 年 1 月 18 日联合国第四十七次大会通过了 193 号决议，决定从 1993 年开始确定每年的 3 月 22 日为「世界水日」。决议提请各国政府根据自己的国情在这一天举办一些具体的宣传活动，以提高公众节水意识。

原文末尾另起「1996」字样，其后内容缺失，疑为页面文字未提取完整，建议对照原课件图片核对。

第142页：食品工业废水的水质特点

食品工业原料广泛，制品种类繁多，排出废水的水量、水质差异很大。食品工业废水（主要污染物）特点：

• 漂浮在废水中的固体物质，如菜叶、果皮、碎肉、禽羽等
• 悬浮在废水中的物质有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质等
• 溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等
• 原料夹带的泥砂及其他有机物等
• 致病菌毒等，但不含重金属及有毒化学物

即有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。其危害主要是使水体富营养化（BOD 值较高），以致引起水生动物和鱼类死亡，促使水底沉积的有机物产生臭味，恶化水质，污染环境。

第143页：食品工业废水常用处理方法

食品工业废水处理除按水质特点进行适当预处理外，一般均宜采用生物处理。常用方法：

• SBR 法
• 活性污泥法
• 厌氧-好氧处理工艺

如对出水水质要求很高或因废水中有机物含量很高，可采用两级曝气池或两级生物滤池，或多级生物转盘，或联合使用两种生物处理装置，也可采用厌氧—需氧串联的生物处理系统。

第144页：污染物形态与分离方法表

现行工业化废水处理方法：按污染物的存在形态选择分离方法。

原文「悬浮物」一行未列出对应分离方法，以「—」占位，建议对照原课件图片补充。

第145页：废水物理处理法

废水物理处理法（通过物理或机械作用去除废水中不溶解的悬浮固体及油品）：

• 废水高梯度磁分离处理法：利用磁场中磁化基质的感应磁场和高梯度磁场所产生的磁力从废水中分离出颗粒状污染物或提取有用物质的方法
• 废水重力分离处理法

第146页：废水生物处理法与物理化学处理法

废水生物处理法

利用微生物的代谢作用使废水中的有机污染物氧化降解成无害物质，又叫生物化学处理法，是处理有机废水最重要的方法。

• 需氧生物处理法：利用需氧微生物（主要是需氧细菌）分解废水中的有机污染物使废水无害化
• 厌氧生物处理法：利用厌氧微生物降解有机污染物，也称厌氧消化、厌氧发酵或厌氧稳定技术
• 生物接触氧化法：从生物膜法派生出来的一种方法，在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜作用处理废水
• 土地处理系统：利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力处理污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物生长
• 氧化塘法：利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行需氧生物处理，历史悠久，北美和澳大利亚领先

废水物理化学处理法

运用物理和化学的综合作用使废水得到净化。

• 萃取处理法：向废水中投加不溶或难溶于水的溶剂（萃取剂），使溶解于废水中的某些污染物经萃取剂作用而分离
• 光氧化处理法：利用紫外光线和氧化剂的协同氧化作用分解废水中有机物
• 活性炭处理法：利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除多种污染物
• 吸附处理法：利用多孔性固体（吸附剂）吸附废水中某种或几种污染物（吸附质）以回收或去除污染物
• 扩散渗析处理法：利用半透膜或选择透过性离子交换膜使溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移
• 膜分离技术：利用隔膜使溶剂（通常是水）同溶质或微粒分离，包括电渗析、扩散渗析、反渗透和超过滤法等

第147页：

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第153页：废水一级、二级与三级处理

现代废水处理技术，按处理程度划分：

一级处理（初级处理）

任务是去除废水中部分或大部分悬浮物和漂浮物，中和废水中的酸和碱；流程常采用格栅—沉砂池—沉淀池以及物理处理法中的各种处理单元。一般经一级处理后，悬浮固体去除率达 70%～80%，BOD 去除率只有 20%～40%，对胶体或溶解污染物去除作用不大，处理后的废水一般还不能达到排放标准。

二级处理（生物处理）

任务是去除废水中呈胶体状态和溶解状态的有机物，常用方法是活性污泥法和生物滤池法；经二级处理后废水中 80%～90% 有机物可被去除，出水的 BOD 和悬浮物都较低，通常能达到排放要求。

三级处理（深度处理）

任务是进一步去除二级处理未能去除的污染物，包括微生物、未被降解的有机物、磷、氮和可溶性无机物；常用方法有化学凝聚、砂滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电渗析和反渗透等。经三级处理后通常可达到工业用水、农业用水和饮用水的标准，但基建费和运行费用很高，约为相同规模二级处理的 2—3 倍，只能用于严重缺水的地区或城市。

第154页：微波能废水处理法

微波能废水处理法：把微波场对单相流和多相流物化反应的强烈催化作用、穿透作用、选择性供能及其杀灭微生物的功能用于废水处理，以克服常规处理法的缺陷。

• 实验证明微波对杀灭蓝藻等有特效：蓝藻在微波场中只需 30～40 秒即由微细粒汇聚呈大颗粒变黄沉降与水分离，与此同时水中的富营养物也随之降解
• 可使废水处理工程小型化、分散化，省掉长距离埋设的庞大排污管网，堵住污染源头
• 废水经微波能处理后可 100% 返回，实现水的可持续利用

第155页：电絮凝废水处理工艺

原理

电絮凝涉及水污染物与强电场的反应以及电产生的氧化和还原反应，可去除水中 99% 以上的重金属阳离子，还可杀死水中的微生物，并可沉淀带电胶体状物质、显著去除其它离子、胶体、乳状物。

絮凝机理

絮凝是水处理最重要的物理化学操作过程之一，通常是脱稳并使小颗粒物凝聚成大颗粒。1882 年 Schulze 展示了胶体系统可通过加入与胶体带相反电荷的离子而脱稳，脱稳的胶体可凝聚并随后通过沉降或过滤去除。铝、石灰和有机高分子曾被用作化学絮凝剂。

与化学絮凝的比较

化学絮凝会产生大量含水较多、不易过滤脱水的污泥，还可能提高出水的溶解固体含量使之不能回用；电絮凝虽集中了化学絮凝的阳离子与表面电荷中和反应机理，但产生的絮体含水少、更稳定、更易于过滤。

设备

美国 Meckling 公司提供主体设备，其电絮凝技术代表着目前世界上电絮凝技术应用的最高水平。

第156页：生物流化床处理废水

生物流化床处理废水：

• 好氧生物流化床
• 厌氧生物流化床

第157页：其它新型流化床

其它新型流化床：本页仅有标题，具体型式与说明为图片内容，建议对照原课件图片补充。

第158页：北京可口可乐清洁生产案例

打破传统观念，遇到环境污染问题先考虑为什么会产生，再由源头去解决，而不只是针对已产生的问题想办法。成功之例：北京可口可乐饮料有限公司废水处理工程。

• 过分强调末端治理，不仅运行成本较高而且处理效果较差；回避主要矛盾、放弃技术经济指标较好的活性污泥系统而采用接触氧化工艺，虽避免污泥膨胀、减缓冲击负荷，却付出更多经济代价
• 调查结果表明：可乐废水中 80% 以上的污染负荷存在于不足总水量 5% 的废水之中；废水中的污染物在很大程度上由非正常排污造成
• 近 10 项清洁生产措施：严格控制生产过程中原料利用率（减少排污）；尽量使原排入水体的污染物按固体垃圾处置；改装下水系统、改变操作习惯；加强污染监督与环境意识宣传
• 成效：在不影响生产的前提下，生产废水的有机污染负荷较实施清洁生产之前降低了 45%，设施日常运行费用节省了 23%

清洁生产结合末端治理是工业废水污染控制的发展动向，在国外先进国家较为流行，相对单纯的末端治理具有明显的技术经济优势。

第159页：典型城市污水处理厂工艺流程

典型的城市污水处理厂工艺流程：本页为工艺流程图，源文件未提取到各处理单元的文字说明，建议对照原课件图片补充。

第160页：食品加工废水处理剂表

食品加工废水处理剂：

原文「处理后悬浮物可降至 10 mg/L 以下，植物油可降至少数 mg/L 以下，成为无色透明水」为油脂加工废水处理后的效果说明，未单列一行，故在此注明；肉类加工废水是否同样达到该效果原文未明示。

第161页：啤酒废水处理

啤酒废水处理：啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒废水有机物含量也处于高峰。

• 国内啤酒厂废水中：COD_cr 含量为 1000～2500 mg/L，BOD₅ 含量为 600～1500 mg/L
• 该废水具有较高的生物可降解性，且含有一定量的凯氏氮和磷
• 废水经处理后可达到《污水综合排放标准》GB 8978—1996 二级排放标准

第162页：肉类废水处理与SBR工艺

肉类加工废水特点

含有大量血污、毛皮、碎肉、未消化的食物以及粪便等污染物，水呈红褐色并有明显的腥臭味，富含蛋白质、油脂，含盐量也较高；因受淡旺季和生产的非连续性影响，排放量变化较大。

SBR 工艺

序批式活性污泥法简称 SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺，从我国及美国、日本、加拿大等国家的应用情况看，SBR 是一种高效、经济、可靠、管理简便、适合于中小水量污水处理的工艺，是符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景。

本页中间「废水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒废水，有机物含量也处于高峰」一句与啤酒废水一节重复，疑为课件原文复制所致，保留原文未作删改。

第163页：滤膜分类表

滤膜（Membrane）又称分离膜，依其孔径大小与分离效能之不同，大致可分为（由最大孔径至最小孔径）：

依滤膜之组织结构与功能应用分类：气体分离滤膜（Gas Separation Membrane）、透析滤膜（Dialysis／Hemodialysis Membrane）、反渗透滤膜（Reverse Osmosis Membrane）、超滤膜（Ultrafiltration Membrane）、微孔滤膜（Microporous Membrane）。

第164页：微孔滤膜的结构与形态分类

结构

微孔滤膜从结构上分析乃一极薄滤膜，内呈多孔海绵状之结构，一般常见的孔径范围为 0.1 微米至 10 微米。

形态分类

平板薄纸型滤膜（Flat Sheet Membrane，有、无支撑物之别）、中空纤维型滤膜（Hollow Fiber Membrane）、管状型滤膜（Tubular Membrane）。

应用

微孔滤膜具有高效能的过滤性、分离性、洁化性、净化性、冷式除菌性、高透气性等特质，在欧美早已成为制药业、电子业、饮料业、化学品、制造业、环保业、检验所、实验室等业者广泛使用的材料。

第165页：微孔滤膜的应用领域

微孔滤膜之应用：本页按「领域—应用状况」两栏列出以下应用领域，具体对应关系建议对照原课件图片核对。

• 食品工业：明胶的澄清、葡萄糖的澄清、果汁的澄清、白酒的澄清、回收啤酒渣、白啤除菌、牛奶脱脂；在许多食品厂已代替硅藻土过滤，在许多玉米精炼厂已代替硅藻土过滤，已广泛应用于菜果汁的澄清与啤酒厂，用于回收酵母中的啤酒；啤酒的冷过滤消毒可取代传统的巴氏灭菌，可代替离心过程回收黄油；屠宰厂可使用微滤与超滤回收屠宰动物血液中的蛋白质
• 高纯水的制备：小型的无流动微滤器被广泛应用于高纯水之分水系统
• 饮用水的生产：微滤之经济性优于沙滤，大规模之应用可取代氯气消毒法
• 海水及苦咸水的预处理：以 MF、UF 作为 RO 脱盐进水预处理
• 含油工业废水处理：可去除含油废水中难处理之颗粒
• 生物技术工业之应用：广泛应用于浓缩并分离发酵液中的生物产品，如发酵液澄清、产品消毒、培养悬浮液除菌体、细胞收集等
• 医药工业的过滤除菌：乃目前微孔滤膜最主要之应用领域，采用微孔滤膜可有效脱除药物中的微粒和细菌；注射液（尤其是大输液）中微粒物质的存在会使受药者产生各种病变

原文为两栏图片表格，文字严重粘连，各应用领域与具体应用状况的逐条对应关系无法安全切分，故按领域分项列出并保留全部要点，建议对照原课件图片核对后决定是否还原为真表格。

第166页：藻类技术处理废水

藻类技术处理废水：本页仅有标题，具体原理与工艺为图片内容，建议对照原课件图片补充。

第167页：